苑兆迪 張永選

（1.煙臺(tái)大學(xué)，山東煙臺(tái) 264005；2.山東榮濰高速公路有限公司，山東煙臺(tái) 264000）

0 引言

在寒冷北方區(qū)域公路建設(shè)過(guò)程中，不僅要考慮公路邊溝蓋板的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，還需要考慮其抗凍性能，冬季雨雪天氣造成的道路結(jié)冰、濕滑現(xiàn)象，通常采用鋪撒融雪劑來(lái)解決，邊溝蓋板是清理積雪與融雪劑的集中區(qū)域，更易發(fā)生凍融及侵蝕破壞。目前，大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明摻加粉煤灰水泥混凝土能節(jié)約水泥，改善水泥混凝土的力學(xué)性能，為進(jìn)一步探索粉煤灰水泥混凝土廣泛應(yīng)用的可能性，對(duì)其在抗凍性能方面進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)方案

混凝土抗凍性能研究的前提是混凝土孔結(jié)構(gòu)含水量達(dá)到飽和狀態(tài)，再經(jīng)過(guò)多次凍融循環(huán)作用仍保持表觀形態(tài)而不產(chǎn)生疲勞破壞的能力。水泥混凝土的抗凍性能評(píng)價(jià)需要通過(guò)凍融循環(huán)試驗(yàn)來(lái)確定。試驗(yàn)選用C30 強(qiáng)度的水泥混凝土，取 4 種不同的配合比進(jìn)行試驗(yàn)，編號(hào)及相應(yīng)粉煤灰摻量見(jiàn)表 1所示。

表1 水泥混凝土配合比表

1# 320 760 0.39 41 25 1.95 320 760 0.39 41 25 1.95 320 760 0.39 41 25 2.22 320 760 0.39 41 25 2.22 320 760 0.39 41 20 1.95 320 760 0.39 41 20 1.95 320 760 0.39 41 23 1.95 320 760 0.39 41 23 1.95 每m3用量（Kg）2# 3# 4# 5# 6# 7# 8#

按照表 1中配合比成型試件，在養(yǎng)護(hù)28d 齡期后開(kāi)始進(jìn)行慢凍方式的凍融試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)試件質(zhì)量和波速進(jìn)行檢測(cè)來(lái)評(píng)價(jià)摻加粉煤灰水泥混凝土的抗凍性能。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

凍融循環(huán)試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)粉煤灰水泥混凝土試件的表觀形態(tài)變化、質(zhì)量和模量進(jìn)行觀察與數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行結(jié)果分析。

2.1 凍融循環(huán)試驗(yàn)試件表觀形態(tài)及質(zhì)量損失

圖1 試件凍融循環(huán)前后形態(tài)變化

根據(jù)上圖觀察凍融前及300 次凍融循環(huán)后的表觀形態(tài)變化，并對(duì)凍融循環(huán)前和每次凍

融循環(huán)后的試件質(zhì)量進(jìn)行稱(chēng)量，計(jì)算得各試件質(zhì)量損失率見(jiàn)表 2 所示。

表2 N次凍融循環(huán)后試件質(zhì)量損失率

從表 2 中數(shù)據(jù)可知，原始狀態(tài)混凝土試件的質(zhì)量經(jīng)歷50 次、100 次、150 次……凍融循環(huán)后，總體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。從 1#、2#和3#、4#試件對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在粉煤灰摻量相同的情況下，隨著外加劑摻量的提高，混凝土質(zhì)量損失率減小，水泥混凝土的抗凍性能增強(qiáng)，從表觀形態(tài)也可以看出3#和4#試件出現(xiàn)局部砂漿剝落現(xiàn)象，而1#和2#試件砂漿普遍剝落，局部露石，也能說(shuō)明外加劑可以提高粉煤灰水泥混凝土的抗凍性能。

對(duì)比1#、2#、5#、6#、7#、8#試件，看出粉煤灰摻量20%的試件表觀砂漿普遍剝落，普遍露石，質(zhì)量損失率 0.258%；粉煤灰摻量23%的試件表觀砂漿普遍剝落，質(zhì)量損失率 0.371%；粉煤灰摻量25%的試件表觀砂漿剝落，局部露石，質(zhì)量損失率 0.262%，表明粉煤灰對(duì)水泥混凝土抗凍性能具有一定的改善作用，但摻加量需要控制，利用粉煤灰代替一部分水泥可有效節(jié)約成本，并提高混凝土的抗凍性能。

2.2 凍融循環(huán)試驗(yàn)試件模量變化

對(duì)凍融循環(huán)試件進(jìn)行波速測(cè)量試驗(yàn)，采用探頭進(jìn)行采集和測(cè)試的方法進(jìn)行，檢測(cè)儀顯示屏可讀取測(cè)試數(shù)據(jù)并計(jì)算分析，試驗(yàn)前需對(duì)試件接觸位置涂抹耦合劑技術(shù)處理。波速實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表 3。

表3 N次凍融循環(huán)試驗(yàn)試件實(shí)測(cè)波速表

經(jīng)過(guò)計(jì)算得到試件相對(duì)波速，并繪制混凝土相對(duì)波速分析圖（圖2）。

圖2 混凝土相對(duì)波速分析圖

根據(jù)圖2 可知，從定量角度進(jìn)行分析，以各試件經(jīng)歷0 次凍融循環(huán)時(shí)的波速為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)試件經(jīng)歷N次凍融循環(huán)（N=50，100……300）后，1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#試件的相對(duì)波速值由100%分別降低至45.98、26.85、62.83、79.29、77.17、96.23、75.99、68.67。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，試件的相對(duì)波速總體呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，并均在試件經(jīng)歷100 次凍融循環(huán)時(shí)呈現(xiàn)相對(duì)較大的動(dòng)彈模量值轉(zhuǎn)折點(diǎn)，并繼續(xù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

粉煤灰提高水泥混凝土抗凍性主要有以下原因：（1）粉煤灰的活性效應(yīng)，對(duì)氫氧化鈣進(jìn)行了消耗，導(dǎo)致混凝土不易因冰凍產(chǎn)生裂隙；（2）粉煤灰提升了混凝土的密實(shí)度，降低了混凝土內(nèi)部的孔隙數(shù)量和孔徑大小，從而提升了混凝土的抗凍性能。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上試驗(yàn)與分析，結(jié)果表明：粉煤灰對(duì)水泥混凝土抗凍性能具有一定的改善作用，但摻加量需要控制，利用粉煤灰代替一部分水泥可有效節(jié)約成本，并提高混凝土的抗凍性能。在粉煤灰摻量相同的情況下，隨著外加劑摻量的提高，混凝土質(zhì)量損失率減小，水泥混凝土的抗凍性能增強(qiáng)，說(shuō)明外加劑可以提高粉煤灰水泥混凝土的抗凍性能。但隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，粉煤灰水泥混凝土抗凍性能呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在經(jīng)歷100 次凍融循環(huán)后，水泥混凝土的抗凍性能明顯下降。