徐 俊 仇培濤 趙璀璨 鞠雅冬 俞文龍

徐州工程學(xué)院

摻合料混凝土的抗凍性能分析

徐 俊 仇培濤 趙璀璨 鞠雅冬 俞文龍

徐州工程學(xué)院

當(dāng)今混凝土受凍融循環(huán)的損害，導(dǎo)致混凝土的各項(xiàng)性能下降。本文根據(jù)已有的研究對混凝土的抗凍性能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在混凝土的配比中加入粉煤灰，礦粉對混凝土的抗凍性能有影響，因此本文研究摻合料對混凝土的抗凍影響。試驗(yàn)中對這些預(yù)制好的混凝土進(jìn)行快速的凍融循環(huán)后做力學(xué)性能和表面孔隙試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)摻合料對混凝土的抗凍性能有積極的作用，其中粉煤灰摻合料在35%時對提高混凝土的抗凍性能最好。

凍融循環(huán)；摻合料；力學(xué)性能；表面孔隙

1 前言

混凝土是現(xiàn)在最重要的土木工程材料之一。因原料豐富、價格低、生產(chǎn)工藝簡單、方便，抗壓強(qiáng)度高、耐久性好等特點(diǎn)。但隨著近現(xiàn)代文明的發(fā)展，工程結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境更加復(fù)雜，普通混凝土已不能完全滿足現(xiàn)代建筑的需要。在我國東北、西北等寒冷地區(qū)，混凝土結(jié)構(gòu)由于受到凍融環(huán)境的影響，其性能大打折扣，導(dǎo)致一定的經(jīng)濟(jì)損失。

凍融環(huán)境對混凝土產(chǎn)生的凍害研究，關(guān)注混凝土在凍融環(huán)境下的力學(xué)性能劣化，展開本文的凍融環(huán)境對鋼筋混凝土耐久性的直接影響研究并研究摻合料對混凝土的抗凍影響。

2 凍融影響方式

2.1 直接影響

直接影響指的是凍融環(huán)境對混凝土直接造成凍害。直接影響的對象主要是混凝土，混凝土在凍融環(huán)境中受到凍脹和融化的交替作用，損傷積累，使得混凝土內(nèi)部的孔隙液凍脹，導(dǎo)致混凝土表面開裂，剝落。

2.2 間接影響

間接影響是指，凍融循環(huán)對混凝土其耐久性問題所造成的影響，凍融循環(huán)對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響是加速氯離子造成鋼筋銹蝕。所以，關(guān)于凍融循環(huán)對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的間接影響，主要是凍融環(huán)境對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。

3 試驗(yàn)測試

3.1 混凝土力學(xué)性能測試

3.1 .1試驗(yàn)準(zhǔn)備

本試驗(yàn)中使用42.5級普通硅酸鹽水泥，5～20mm的石子和中級砂，并采用聚羧酸鹽類的高性能減水劑以及F：I級粉煤灰，G：礦粉作為摻合料。

本試驗(yàn)中使用快速凍融試驗(yàn)機(jī)。試樣應(yīng)在養(yǎng)護(hù)28天后進(jìn)行凍融試驗(yàn)，在進(jìn)行凍融試驗(yàn)前4天，將需要凍融的試樣浸入水池中飽水，然后將其從水中取出進(jìn)行試驗(yàn)。對于上面的每類混凝土分為4類，進(jìn)行0、30、60、90次的凍融循環(huán)。

3.1.2試驗(yàn)步驟

用凍融試驗(yàn)機(jī)對試樣進(jìn)行凍融環(huán)作用，凍融循環(huán)次數(shù)分別為0、30、60、90次，測定混凝土的動彈性模量以及抗壓強(qiáng)度值。再放入人工候環(huán)境模擬進(jìn)行劣化，分別在0 d、30 d、110 d、190 d和270 d后取出試樣，進(jìn)行力學(xué)性能測試。

（1）相對動彈性模量測試方法

本試驗(yàn)使用的是動彈性模量測試儀，對不同試驗(yàn)階段的混凝土試樣進(jìn)行測定，計算相對動彈性模量?；炷猎嚇拥南鄬訌椥阅Ａ?pi按照下式進(jìn)行計算：

pi為經(jīng)N次循環(huán)后第i個混凝土塊的相對動彈性模量（%）；fn1為經(jīng)N次循環(huán)后第i個混凝土塊的橫向基頻；fn0為循環(huán)試驗(yàn)前第i個混凝土塊的橫向基頻初始值。

給出了一組試樣的彈性模量計算方法。其中，P為經(jīng)過N次循環(huán)后一組混凝土塊的平均相對動彈性模量（%）

（2）抗壓強(qiáng)度測試方法

采用微機(jī)控制電液壓力試驗(yàn)機(jī)對混凝土試樣進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，在試驗(yàn)過程中，當(dāng)試樣抗壓強(qiáng)度大于30MPa，其加荷速度取每秒鐘0.5-0.8MPa。加載過程中記錄下相關(guān)的值。

3.2 混凝土表面孔隙試驗(yàn)

為了揭示混凝土在細(xì)觀中的損傷演化機(jī)理及其與混凝土宏觀性能的關(guān)系。本試驗(yàn)通過對混凝土進(jìn)行細(xì)觀測試，從細(xì)觀角度對混凝土孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

3.2.1孔結(jié)構(gòu)分析法

制樣時，從混凝土破碎樣塊中選取樣本，制成尺寸大小約為10mm×10mm×10mm的立方體試樣，后將其浸泡在酒精中使之停止水化，在晾干后放入干燥的小瓶，以供觀測孔隙的試驗(yàn)中使用。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

4.1 抗壓強(qiáng)度

對經(jīng)過凍融的循環(huán)后，混凝土的試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測定。試驗(yàn)結(jié)果見下表。

表1 不同的凍融次數(shù)N后摻合料混凝土的抗壓強(qiáng)度

由上表可知：隨凍融循環(huán)次數(shù)的增大，混凝土抗壓強(qiáng)度的下降速率由大到小依次為：C3-3＞C3-0＞C3-1＞C3-2；摻入 50%粉煤灰的C3-3試樣在整個凍融循環(huán)過程中，混凝土相對抗壓強(qiáng)度比普通混凝土的下降速率快，說明混凝土的抗凍性能較差；并且摻35%粉煤灰的摻合料混凝土試樣的抗凍性能最強(qiáng)。

4.2 相對彈性模量

對經(jīng)過凍融循環(huán)后，混凝土試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測定。試驗(yàn)結(jié)果見下表。

表2 不同的凍融次數(shù)N時摻合料混凝土的相對動彈性模量

由上表可知：當(dāng)凍融的循環(huán)次數(shù)為30、60和90次時，相對動彈性模量由小到大的排序依次為：C3-3＜C3-5＜C3-7＜C3-0，C3-3＜C3-0＜C3-5＜C3-7，C3-3＜C3-0＜C3-5＜C3-7。說明摻入50%粉煤灰的試樣抗凍性能最差，隨著凍融次數(shù)的增加，摻入礦粉的抗凍性能較無摻合料混凝土有所提高，并且其中復(fù)合摻合料對混凝土抗凍性的提高影響最大。

[1]李雁，海洋腐蝕與凍融環(huán)境下?lián)胶狭匣炷廖锢砹W(xué)性能及損傷機(jī)理研究，徐州，中國礦業(yè)大學(xué)，2015.

[2]翟松峰，荷載與凍融共同作用下混凝土結(jié)構(gòu)可靠度分析及剩余壽命預(yù)測，北京北京交通大學(xué)，2008.

[3]寧作君，凍融作用下混凝土的損傷與斷裂研究，哈爾濱，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.

[4]楊忠偉，凍融循環(huán)作用下混凝土單軸受壓性能試驗(yàn)研究，揚(yáng)州，揚(yáng)州大學(xué)，2010.