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

徐州工程學院

當今混凝土受凍融循環的損害，導致混凝土的各項性能下降。本文根據已有的研究對混凝土的抗凍性能進行分析，發現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。試驗中對這些預制好的混凝土進行快速的凍融循環后做力學性能和表面孔隙試驗。發現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；摻合料；力學性能；表面孔隙

1 前言

混凝土是現在最重要的土木工程材料之一。因原料豐富、價格低、生產工藝簡單、方便，抗壓強度高、耐久性好等特點。但隨著近現代文明的發展，工程結構所處的環境更加復雜，普通混凝土已不能完全滿足現代建筑的需要。在我國東北、西北等寒冷地區，混凝土結構由于受到凍融環境的影響，其性能大打折扣，導致一定的經濟損失。

凍融環境對混凝土產生的凍害研究，關注混凝土在凍融環境下的力學性能劣化，展開本文的凍融環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，混凝土在凍融環境中受到凍脹和融化的交替作用，損傷積累，使得混凝土內部的孔隙液凍脹，導致混凝土表面開裂，剝落。

2.2 間接影響

間接影響是指，凍融循環對混凝土其耐久性問題所造成的影響，凍融循環對混凝土內部結構的影響是加速氯離子造成鋼筋銹蝕。所以，關于凍融循環對鋼筋混凝土結構耐久性的間接影響，主要是凍融環境對混凝土內部結構的影響。

3 試驗測試

3.1 混凝土力學性能測試

3.1 .1試驗準備

本試驗中使用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。

本試驗中使用快速凍融試驗機。試樣應在養護28天后進行凍融試驗，在進行凍融試驗前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行試驗。對于上面的每類混凝土分為4類，進行0、30、60、90次的凍融循環。

3.1.2試驗步驟

用凍融試驗機對試樣進行凍融環作用，凍融循環次數分別為0、30、60、90次，測定混凝土的動彈性模量以及抗壓強度值。再放入人工候環境模擬進行劣化，分別在0 d、30 d、110 d、190 d和270 d后取出試樣，進行力學性能測試。

（1）相對動彈性模量測試方法

本試驗使用的是動彈性模量測試儀，對不同試驗階段的混凝土試樣進行測定，計算相對動彈性模量。混凝土試樣的相對動彈性模量 pi按照下式進行計算：

pi為經N次循環后第i個混凝土塊的相對動彈性模量（%）；fn1為經N次循環后第i個混凝土塊的橫向基頻；fn0為循環試驗前第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為經過N次循環后一組混凝土塊的平均相對動彈性模量（%）

（2）抗壓強度測試方法

采用微機控制電液壓力試驗機對混凝土試樣進行單軸壓縮試驗，在試驗過程中，當試樣抗壓強度大于30MPa，其加荷速度取每秒鐘0.5-0.8MPa。加載過程中記錄下相關的值。

3.2 混凝土表面孔隙試驗

為了揭示混凝土在細觀中的損傷演化機理及其與混凝土宏觀性能的關系。本試驗通過對混凝土進行細觀測試，從細觀角度對混凝土孔結構進行分析。

3.2.1孔結構分析法

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中使用。

4 實驗結果與結論

4.1 抗壓強度

對經過凍融的循環后，混凝土的試樣進行抗壓強度測定。試驗結果見下表。

表1 不同的凍融次數N后摻合料混凝土的抗壓強度

由上表可知：隨凍融循環次數的增大，混凝土抗壓強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過程中，混凝土相對抗壓強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。

4.2 相對彈性模量

對經過凍融循環后，混凝土試樣進行抗壓強度測定。試驗結果見下表。

表2 不同的凍融次數N時摻合料混凝土的相對動彈性模量

由上表可知：當凍融的循環次數為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，海洋腐蝕與凍融環境下摻合料混凝土物理力學性能及損傷機理研究，徐州，中國礦業大學，2015.

[2]翟松峰，荷載與凍融共同作用下混凝土結構可靠度分析及剩余壽命預測，北京北京交通大學，2008.

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

[4]楊忠偉，凍融循環作用下混凝土單軸受壓性能試驗研究，揚州，揚州大學，2010.