凍融現象對塑性混凝土強度的影響

歐陽樂穎　佟大鵬

【摘要】目前，塑性混凝土在國內應用的時間較短，對于塑性混凝土的各項性能的研究不夠完善。針對塑性混凝土的研究，大都基于實際工程進行的，不夠完善和系統(tǒng)，因此對塑性混凝土的研究有一定困難。本項目主要通過塑性混凝土分別在不同凍融循環(huán)次數下對塑性混凝土質量損失、抗壓強度指標的影響試驗，觀察并驗證塑性混凝土在凍融環(huán)境的強度的變化。【關鍵詞】塑性混凝土；凍融現象；強度試驗塑性混凝土是由膨潤土（或粘土）、水泥、水、砂、石等經過攪拌凝結而成的高性能混凝土。由于塑性混凝土作為柔性墻體材料，拌合物工作性好，抗?jié)B性能好，水泥用量相對較少，工程費用較低，且其彈性模量較普通混凝土小得多，能夠適應地基變形，從而減小墻體內的應力，有著較大的發(fā)展前景。我國嚴寒地區(qū)的大多數水運工程建筑物由于遭受不同程度的凍融而過早發(fā)生破壞，國家為使這些工程繼續(xù)發(fā)揮出其應有的作用、帶來應有的效益，每年都耗費巨大的金額于此，因此水工混凝土的抗凍問題仍舊是嚴寒地區(qū)迫不及待需要解決的一個重要問題。在國內塑性混凝土的力學性能研究方面，從李金玉、曹建國的實驗結果表明，試件在凍融之后，即使其質量損失未出現顯著損傷，其抗壓強度依然會大幅度降低，甚至不足二十八天養(yǎng)護后強度的一半。可見，由于抗凍性是塑性混凝土耐久性的一個重要指標，影響著嚴寒地區(qū)塑性混凝土結構和構件的使用壽命，凍融循環(huán)之后，由于試件表面會產生孔洞、剝落，變得凹凸不平，試件單位面積承載力會不斷減小，若抗壓強度急劇下降，則塑性混凝土極有可能已發(fā)生凍融破壞，因此在本試驗中，我們將用評價塑性混凝土的抗凍耐久性的標準之一即塑性混凝土的抗壓強度來觀察并驗證塑性混凝土在凍融循環(huán)下的強度的變化。1、實驗1.1 材料采用強度等級為32.5MPa袋裝硅酸鹽水泥，膨潤土、粘土均來自匯豐新材料有限公司，砂子采用天然河砂，細度模數為2.6，粗骨料為5～25mm連續(xù)級配的碎石，拌合水為哈爾濱市自來水。根據已有相關文獻研究及滿足塑性混凝土配合比基本要求的前提下，將塑性混凝土采用HJW-60型混凝土攪拌機機械拌合，拌合料澆注在100*100*400mm的試模內并充分振搗，試件脫模后按照規(guī)范在標準養(yǎng)護室養(yǎng)護28天之后放入水中浸泡，90天之后進行凍融循環(huán)實驗。1.2 試驗內容塑性混凝土的凍融循環(huán)試驗根據《水工混凝土試驗規(guī)程》（SL352-2006）進行，本試驗所采用的實驗儀器為混凝土快速凍融試驗機。實驗前先將試件從水中取出，將表面擦凈，稱取初始質量，做相應外觀描述并照相；將試件裝入試件皮桶，注入清水至試件頂面以上5～8mm；將所有試件分為4組，每組分別做0，5，10，15次凍融循環(huán)，凍融試驗出現以下三種情況之一（試件以達破壞）便立即停止：（1）凍融達到了預定的循環(huán)次數；（2）相對動彈性模量下降到初始值的百分之六十；（3）質量損失率達到了百分之五。2、結果與討論2.1 質量變化質量損失率是評價塑性混凝土強度損傷的一個重要指標，隨著凍融次數的增多，試件棱角及棱邊逐漸變圓，粗骨料逐漸外露。本試驗塑性混凝土的試驗配合比為水泥：水：粘土：膨潤土：砂：石子=1：1.73：1.21：0.26：3.75：3.75，試件質量平均重8.8kg，凍融循環(huán)5，10，15次后的質量損失分別為0.26，0.42，0.58kg。可以看出，隨著凍融循環(huán)次數的增加，塑性混凝土的質量損失逐漸增大，且由于塑性混凝土強度比較低，所以質量損失在未達到5%之前就開始有試件外表緩緩剝落的現象發(fā)生。2.2 強度變化將達到凍融循環(huán)次數的塑性混凝土試件測得質量損失之后，放入壓力機中測得試件90d單軸抗壓強度平均值，0，5，10，15次分別為4.25，3.53，3.05，2.91MPa。3、結論本文對塑性混凝土進行了凍融循環(huán)試驗研究，為塑性混凝土的配合比設計、抗壓強度與應用提供了重要的參考資料。主要結論如下：通過0，5，10，15次凍融循環(huán)，隨著凍融次數的增加，塑性混凝土的質量損失逐漸增加，抗壓強度逐漸減少。試件在經受15次凍融循環(huán)后，其質量損失已經達到5%，再者，塑性混凝土試件經過凍融循環(huán)后其強度減小，這一規(guī)律在經歷小于10次凍融循環(huán)時尤為明顯，而在經歷超過10次凍融循環(huán)之后，試件強度減小速率降低并趨于穩(wěn)定。并且可以看出，塑性混凝土在質量損失不大的同時，抗壓強度減少明顯，可以見得在未來仍需要進一步試驗強化塑性混凝土在抗凍性能方面的研究。參考文獻：[1]李金玉，曹建國.混凝土凍融破壞機理的研究[J].水利學報，1999（1）：41-49.[2]高丹盈，嚴克兵，胡良明等.膨潤土類型對塑性混凝土性能的影響[J].水力發(fā)電學報.2009，29（6）：112～116.[3]杜士斌.關于塑性混凝土防滲墻[J].人民黃河，1987，（6）：54～56.項目基金：黑龍江省省級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目，項目編號：201710212038.