混凝土鹽凍循環試驗研究

徐靜

【摘要】鹽凍破壞是絕大多數混凝土構件破壞的原因，為研究水工混凝土的抗凍耐久性對于提高水工建筑物的使用壽命的影響因素，應用相關試驗設備對混凝土構件鹽凍循環試驗耐久性進行相關研究。并得到以下結論：1）鹽凍循環以后，濕篩混凝土出現了砂漿剝落的現象。并且隨著鹽凍循環次數的增加，表面剝落情況越明顯。2）濕篩混凝土小試件在鹽凍循環至100次表面就出現了微小的孔洞，并且出現骨料外露，且鹽凍循環至200次時可以明顯發現試件表面粗骨料已經全部暴露，且剝落較多，特別是邊角處。

【關鍵詞】鹽凍；耐久性；凍融循環

1、引言

混凝土受鹽凍破壞，是我國水工、海工混凝土結構，在運行過程中發生的主要耐久性病害。已有調查表明，嚴寒地區，絕大多數的水工混凝土結構由于常年處于水環境中，基本上都存在著不同程度的凍害問題。有的工程更是在竣工后不久就遭受了嚴重的凍害。除了“三北”地區以外，在氣候比較溫和，但冬天任然出現冰凍的華東、華中，如山東、安徽、江蘇、湖北等地，也存在著凍融劣化破壞現象[1]。因此，研究水工混凝土的抗凍耐久性對于提高水工建筑物的使用壽命有著非常重要的意義。

2、試驗設計

2.1試驗設備

本文試驗所用到的主要試驗設備有：電子稱、自落式混凝土攪拌機、數顯回彈儀、振弦采集儀、混凝土快速凍融試驗機、混凝土厚度測試儀、動彈性模量測試儀、微機控制電液伺服萬能試驗機、微機控制電液伺服壓力試驗機等等。

2.1.1混凝土厚度測試儀

本文采用CTG-1型混凝土厚度測試儀以及其自帶的CRG-1T系統。該儀器主要由：帶電纜的CTG-1主機、測試探頭（包括傳感器、螺線管沖擊器，用于THIN模式測試）、用于THICK模式測試的外加小錘，如圖所示。該儀器的主要原理是當堅硬的物體沖擊混凝土表面時，形成一瞬間應力脈沖。該應力脈沖由壓縮波、剪切波以及瑞利波組成。壓縮波和剪切波沿著圓形波陣面傳入試體，瑞利波沿著表面傳播。當壓縮波和剪切波在傳播過程中遇到缺陷或者邊界時，由于兩種介質的聲阻抗率不同，應力波在這些界面處將發生反射。這樣，在表面與界面之間產生多重反射，結果形成類似諧振條件。當把傳感器置于沖擊點附近時，即可撤出該處由于多次反射波引起的表面位移響應。同時該儀器也可以在已知厚度的混凝土試件上測試其應力波在混凝土內部的傳播速度，通過波速也可以有效的判定混凝土內部的損傷情況。

2.1.2動彈性模量測試儀

本文試驗所制備的100mm*100mm*400mm的濕篩混凝土棱柱體在鹽凍循環試驗時每凍融循環25次均用該NEL-DTA型動彈性模量測試儀測試其共振頻率，通過公式計算出混凝土的相對動彈性模量，該指標是用來檢測濕篩混凝土試件在鹽凍循環過程中內部的損傷程度。該設備主要由：動彈儀測試主臺、混凝土振動臺、傳感器固定支架組成。

2.1.3混凝土快速凍融試驗設備

本文中所使用的快速凍融試驗箱是：TDRF-2型風冷式混凝土快速凍融試驗裝置，如圖所示。該凍融試驗箱是參照國家電力行業標準DL/T5150-2001《水工混凝土試驗規程》[2]中的“混凝土抗凍性試驗”、交通行業標準JTGE30-2005《公路工程水泥混凝土試驗規程》中的“混凝土抗凍性試驗（快凍法）”、國家標準GB/T50082 -2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》[3]中的“快凍法”的要求。因而也適用于執行上述標準的鹽凍循環試驗。該設備主要由以下幾部分組成：電腦自動控制系統、凍融試驗箱、制冷系統、加熱及載冷劑循環系統和冷卻系統（冷卻系統至于室外）。試驗進行時需要將混凝土試件放入不銹鋼試件盒中，再在試件盒中注入鹽水，最后將試件盒靜置于凍融箱內進行鹽凍循環試驗。凍融箱內充滿凍融液，該凍融液的冰點為-45℃左右，因此可以有效的充當凍融循環介質[4-5]。

2.2試驗設計

本文采用3%的NaCl溶液作為凍融介質進行鹽凍循環試驗，按照現行的規范《水工混凝土試驗規程》[6]中的混凝土抗凍性試驗對濕篩混凝土試件（試件規格為100mm*100mm*400mm的棱柱體試件和試件規格為150mm*150mm*150mm立方體試件）進行了0、25、50、75、100、125、150、175、200、225、250、275、300次的鹽凍循環試驗。

3、試驗現象分析

由于本次試驗所制作的混凝土試件在拌制時添加了減水劑和引氣劑，引氣劑的存在大大提高了混凝土的抗凍性，因此本文中所制作的混凝土試件凍融循環后表面剝落情況沒有普通混凝土嚴重。由試驗現象可以看出，濕篩混凝土試件表面的剝落情況是下部較嚴重，上部較輕微，本文推測可能是由于鹽凍過程中，鹽溶液在靜置時發生了沉淀，溶液濃度由上到下不均勻，且濃度由上到下逐漸增大，因此導致了混凝土試件鹽凍不均勻的現象。

結語：

1）鹽凍循環以后，濕篩混凝土出現了砂漿剝落的現象。并且隨著鹽凍循環次數的增加，表面剝落情況越明顯。

2）濕篩混凝土小試件在鹽凍循環至100次表面就出現了微小的孔洞，并且出現骨料外露，且鹽凍循環至200次時可以明顯發現試件表面粗骨料已經全部暴露，且剝落較多，特別是邊角處。

由鹽凍循環試驗現象說明了較多混凝土構件表層問題，后期將進行更多試驗對比從質量、溫度、變形值來說明混凝土構件的耐久性問題。

參考文獻：

[1]劉艷霞，陳改新，魯一暉.大壩全級配混凝土抗凍性的試驗研究.水力發電學報，2011，（1）：139-143.

[2]慕儒，繆昌文.硫酸鈉溶液對混凝土抗凍性的影響.建筑材料學報，2001，4（4）：311-317.

[3]高建明.摻礦渣微粉混凝土的抗凍性試驗研究.混凝土與水泥制品，2002，（5）：13-17.

[4]冀曉東.凍融后混凝土力學性能及鋼筋混凝土粘結性能的研究，博士論文，大連理工大學，2007：64-69.

[5]楊兵，王伯求.凍融循環作用下不同混凝土的力學性能對比分析，中國科技信息，2009，（8）：54-59.

[6]中華人名共和國水利行業標準.水工混凝土試驗規程（SL352-2006）.北京：中國水利水電出版社，2006.