秦明強(qiáng)，胡 駿，汪華文

(1.中交武漢港灣工程設(shè)計研究院有限公司，武漢 430000;2.海工結(jié)構(gòu)新材料及維護(hù)加固技術(shù)湖北省重點(diǎn)實驗室，武漢 430000;3.長大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實驗室，武漢 430040)

隨著我國工程建設(shè)的發(fā)展，混凝土精細(xì)化施工水平快速提高，與混凝土精細(xì)化施工相關(guān)的攪拌、運(yùn)輸、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)以及成品保護(hù)等環(huán)節(jié)受到廣泛關(guān)注，其中振搗對混凝土密實至關(guān)重要。

混凝土振搗方法包括插入式振搗棒振搗、振動臺式振搗、表面振搗和附著式振搗。振搗器的頻率在50～300 Hz，可分為低頻、中頻和高頻，一般工程中常使用的為50 Hz低頻振搗棒。為提高振搗效率，往往通過選用較高頻率的振搗器。研究表明，振搗方式和頻率對混凝土工作性能、力學(xué)性能和外觀質(zhì)量存在較大影響，并繼而影響混凝土其他性能。胡駿等[1]研究了不同振搗頻率對振搗工效、氣泡分布、勻質(zhì)性的影響；劉艷霞等[2]研究了高頻振搗對混凝土的含氣量和抗凍性的影響；官來貴等[3]研究了干硬性混凝土變頻變幅振搗工藝。付昌會等[4]研究了振幅、振動頻率對混凝土含氣量的影響。

綜上，目前關(guān)于振搗對混凝土性能的研究較少，集中在針對振搗對混凝土的工作性能、力學(xué)性能和外觀質(zhì)量方面，關(guān)于振搗對混凝土耐久性影響研究不系統(tǒng)；同時，隨著機(jī)制砂混凝土的廣泛應(yīng)用，機(jī)制砂與天然河砂工作性能的特點(diǎn)存在一定的差異，在振搗工藝方面也需特殊考慮。基于此，研究了不同振搗頻率對機(jī)制砂和天然河砂混凝土抗氯離子滲透性、抗碳化性能和抗凍性能的影響規(guī)律。

1 試驗方案

1.1 原材料

試驗采用華新PO42.5水泥、陽邏Ⅱ級粉煤灰、5～25 mm碎石、天然河砂和機(jī)制砂、聚羧酸減水劑。天然河砂和機(jī)制砂性能指標(biāo)見表1，聚羧酸減水劑性能指標(biāo)見表2。

表1 天然河砂和機(jī)制砂性能指標(biāo)

表2 聚羧酸減水劑性能指標(biāo)

1.2 方法

1.2.1 混凝土振搗設(shè)備

振搗采用自主研發(fā)的變頻振搗系統(tǒng)進(jìn)行試驗，該系統(tǒng)由變頻控制系統(tǒng)和振搗系統(tǒng)組成，可調(diào)節(jié)振搗頻率范圍為50～300 Hz。試驗時，振搗成型的試件，直至混凝土表面出漿，不再出現(xiàn)氣泡。試件脫模養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期進(jìn)行相關(guān)性能的測試。

1.2.2 性能測試方法

混凝土抗氯離子滲透性、抗碳化性能和抗凍性能分別按《普通混凝土長期性能和耐久性試驗方法》(GB/T50082—2009)規(guī)定的相應(yīng)的方法測試；其中，抗氯離子滲透性采用電通量方法，測試齡期為56 d，抗凍性能測試28 d齡期混凝土300次快速凍融循環(huán)后相對動彈性模量。

1.3 試驗配合比

試驗選用C40混凝土配合比，膠凝材料總量420 kg/m3，粉煤灰摻量30%，水膠比0.37，通過調(diào)整聚羧酸減水劑摻量從0.9%～1.6%、0.6%～1.1%調(diào)節(jié)機(jī)制砂和天然河砂混凝土的坍落度，配制坍落度為80 mm、180 mm和220 mm 3種不同工作性能的混凝土，并進(jìn)行相關(guān)試驗，配合比見表3。

表3 試驗混凝土配合比

2 結(jié)果及分析

2.1 含氣量及抗壓強(qiáng)度影響

為達(dá)到振搗密實的效果，不同坍落度的混凝土在相同振搗頻率下需要振搗時間不一致，同種坍落度混凝土在不同的振搗頻率下振搗時間也不相同。在不同振搗頻率下，選擇合適的振搗時間，振搗密實完成后，測試混凝土的含氣量，留置試件養(yǎng)護(hù)后測試抗壓強(qiáng)度、抗氯離子滲透性等性能。相關(guān)試驗結(jié)果見圖1。

由圖1可知，隨著振搗頻率的提高，機(jī)制砂和天然河砂新拌混凝土的含氣量均出現(xiàn)不同程度的降低，主要由于振搗頻率的提高，一方面排氣的能力提高，另一方高振搗頻率會加速新拌混凝土內(nèi)的大氣泡在振搗過程中分裂，形成微小氣泡。對比圖1(a)和圖1(b)可知，機(jī)制砂混凝土含氣量降低幅度略小于天然河砂，機(jī)制砂混凝土由于含粉量高、聚羧酸減水劑摻量大，粘度較天然河砂大，排氣更為困難。

圖2為不同振搗頻率下混凝土抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果。由圖2可知，隨著振搗頻率的增大，兩種混凝土抗壓強(qiáng)度均有不同程度的增大。原因可能為隨著振搗頻率的增大，混凝土含氣量降低，混凝土致密性增加，從而導(dǎo)致混凝土的抗壓強(qiáng)度提高。

2.2 抗氯離子滲透性能影響

圖3為不同振搗頻率下混凝土抗氯離子滲透性能。由圖3可看出，隨著振搗頻率的增大，混凝土電通量值總體呈現(xiàn)降低趨勢，抗?jié)B性能提高；但電通量最低值出現(xiàn)時對應(yīng)的振搗頻率不相同，對于機(jī)制砂混凝土，振搗頻率分別為250 Hz、200 Hz和150 Hz；對于天然河砂混凝土，振搗頻率分別為250 Hz、150 Hz和150 Hz。表現(xiàn)為小坍落度時，需要振搗頻率高；對于大坍落度，在一定頻率范圍內(nèi)，振搗頻率對電通量值影響不大。

混凝土抗?jié)B性能受混凝土內(nèi)部空隙連通情況以及勻質(zhì)性影響。高頻振搗會降低混凝土內(nèi)部的含氣量、減小氣泡大小，但同時針對大流動度混凝土易造成混凝土上下分層，影響勻質(zhì)性，因此不同坍落度的機(jī)制砂和天然河砂混凝土所需的振搗頻率有一定差異。

2.3 抗凍性能影響

圖4為不同振搗頻率下混凝土抗凍性能，采用快凍300次后，測試相對動彈性模量。由圖4可知，隨著振搗頻率的增大，300次快凍后的相對動彈性模量呈現(xiàn)增大趨勢，抗凍性能提高；在相同的坍落度條件下，采用相同的振搗頻率，機(jī)制砂混凝土相對動彈性模量值低于天然河砂混凝土。

在混凝土配合比相同的條件下，混凝土抗凍性能受混凝土內(nèi)部含氣量、氣泡間距系數(shù)、氣孔比表面積、氣泡平均直徑等因素影響。高頻振搗雖然降低混凝土內(nèi)部的含氣量、但同時也降低氣泡大小，改善引氣質(zhì)量，一定程度提高混凝土的抗凍性能；機(jī)制砂混凝土含有石粉，在一定程度上可吸附減水劑，造成減水劑中引氣組分功效較低。因此，在相同減水劑摻量時，機(jī)制砂混凝土含氣量低于天然河砂混凝土，造成抗凍性能不及天然河砂混凝土。

2.4 抗碳化性能影響

不同振搗頻率下混凝土抗碳化性能見圖5。由試驗結(jié)果可知，對不同坍落度的機(jī)制砂和天然河砂混凝土，隨振搗頻率的加大，28 d碳化深度總體均呈降低趨勢，但總體均處于《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB50164—2011)中規(guī)定的T-Ⅳ級，具有較好的抗碳化性能。同時，不同坍落度及不同細(xì)集料類型的混凝土抗碳化性能最優(yōu)的組別也出現(xiàn)在不同的振搗頻率，機(jī)制砂混凝土在80 mm、180 mm、220 mm坍落度時碳化深度最小值對應(yīng)的分別為250 Hz、200 Hz和150 Hz，而天然河砂混凝土在80 mm、180 mm、220 mm坍落度時碳化深度最小值對應(yīng)的分別為250 Hz、150 Hz和150 Hz。

3 結(jié) 論

a.振搗頻率越高，不同坍落度的機(jī)制砂和天然河砂混凝土含氣量均降低、抗壓強(qiáng)度均提高。

b.合適的振搗頻率，可提高不同坍落度的機(jī)制砂和天然河砂混凝土的抗氯離子滲透性能、抗凍性能和抗碳化性能；根據(jù)混凝土坍落度和細(xì)集料類型，選擇合適的振搗頻率可提高混凝土的耐久性能。