普通硅酸鹽水泥基混凝土抗凍性能的試驗研究

槐衍廷，張琦，劉培源

（山東華森建材集團有限公司，山東 濟南 250101）

0 前言

混凝土結構是土木工程領域應用最為廣泛的結構形式。眾所周知，鋼筋混凝土是一種耐久性能良好的建筑材料，然而，在使用荷載和環境等因素作用下，仍然存在材料老化、腐蝕，以及由此引起的結構性能劣化等問題[1-3]。在一般大氣環境條件下，混凝土碳化是鋼筋銹蝕的重要前提。鋼筋不斷地銹蝕促使混凝土保護層開裂，產生沿筋裂縫和剝落，進而導致粘結力減小、鋼筋受力面積減小、結構耐久性和承載力降低等一系列不良后果。因此，進行混凝土抗凍研究，無論是對既有建筑物的耐久性評定、維修加固還是對建筑物的耐久性設計均有重要意義[4-6]。

本文主要研究了普通硅酸鹽水泥基混凝土抗凍性隨水灰比、標準養護齡期、粉煤灰摻量的變化規律，砂為機制砂。

1 原材料、試驗方法、試驗方案設計

1.1 原材料

水泥：山東濟南平陰山水水泥集團 P·O42.5 水泥；粉煤灰：山東濟南黃臺電廠 Ⅱ 級粉煤灰；砂：濟南市郊機制砂，細度模數 3.10，石粉含量 12.2%，級配良好；石子：濟南市郊 5～25mm 連續級配碎石，級配良好；外加劑：天津市飛龍砼外加劑公司聚羧酸系高性能減水劑。水泥和粉煤灰的化學成分見表 1。

表 1 普通硅酸鹽水泥和粉煤灰的化學成分分析 %

1.2 試驗方法

本試驗按照 DL/T 5150—2001《水工混凝土試驗規程》中的快凍法測定混凝土的 25N 次（N 為整數）后試樣的相對動彈性模量和質量損失。

1.2.1 試樣制備

本試驗采用 100mm×100mm×400mm 試模。試樣以 3 個為一組，成型后，養護 24h 脫模，并送入標準養護室（溫度 (20±3)℃，相對濕度≥95%）進行標準養護，養護至標準齡期的前 4d，把試樣放入水中養護4d，然后進行測試。

1.2.2 測試方法

把試樣從水中取出后，用干抹布把試樣表面擦拭干凈，測量其初始動彈性模量和原始質量，放入快速凍融箱里進行凍融循環，然后每隔 25 次凍融循環測量一下動彈性模量和質量；當遇到以下情況之一時即可停止試驗：（1）凍融至預定的循環次數，即 300 次；（2）相對動彈性模量下降至初始值的 60%；（3）質量損失率達 5%。

1.3 試驗方案設計

本試驗分三種方案進行，各組混凝土配合比見表 2。第 1 種方案為水灰比分別為 0.50、0.45、0.40、0.35、0.30，粉煤灰摻量都為 20%，試件標準養護齡期為 28d，試驗序號為 A；第 2 種方案為無粉煤灰、10%、20%、30%、40%、50% 和 60% 的粉煤灰，水灰比都為 0.40，試件標準養護齡期為 28d，試驗序號為B；第 3 種方案為不同標準養護齡期 7d、14d、28d 和56d，粉煤灰摻量為 30%，試驗序號為 C。

表 2 普通硅酸鹽水泥基混凝土配合比

2 試驗結果與分析

2.1 水灰比對混凝土抗凍性影響的試驗結果

表 3 為水灰比對普通硅酸鹽水泥基混凝土抗凍性能影響的試驗結果。

從表 3 中可以看出：普通硅酸鹽水泥基混凝土抗凍融循環次數隨著水灰比的增大而逐漸減少，即水灰比越大抗凍融循環次數越小，抗凍性能越差，如水灰比為0.50 的 A1 試樣 50 次就被凍壞，而水灰比為 0.30 的 A5試樣抗凍融循環次數可達 150 次。從表 3 中還可以看出：隨著凍融循環次數的增加，普通硅酸鹽水泥基混凝土的相對動彈性模量逐漸減小；而其質量損失先增加后減少，但至試樣凍壞其質量損失都不是很大。這是由于水灰比越大，混凝土中的大孔變多，小孔變少，結構的均勻性變差，即內部結構致密性變差。因此，普通硅酸鹽水泥基混凝土抗凍性隨著水灰比的增加逐漸降低。

表 3 水灰比對混凝土抗凍性能的影響 %

2.2 粉煤灰摻量對混凝土抗凍性影響的試驗結果

表 4 為粉煤灰摻量對普通硅酸鹽水泥基混凝土抗凍性能影響的試驗結果。

從表 4 中可以看出：在普通硅酸鹽水泥基混凝土中，加入粉煤灰后，混凝土的抗凍性能得到改善，且隨著粉煤灰摻量的不斷增加，其普通硅酸鹽水泥混凝土抗凍性先增加而后下降；不加粉煤灰的空白樣 B1 的抗凍性只有 50 次凍融循環，隨著粉煤灰摻量的增加，其普通硅酸鹽水泥基混凝土抗凍性提高，當粉煤灰摻量為30% 時，其抗凍性才達 175 次凍融循環（最佳效果）；但是，當摻合料摻量超過 30% 后，其抗凍性逐漸下降。從表 4 中還可以看出：不論粉煤灰摻量多少，其質量損失變化不大，都能滿足要求，但其相對動彈性模量將發生很大變化。

2.3 試驗養護齡期對混凝土抗凍性影響的試驗結果

表 5 為標準養護齡期對普通硅酸鹽水泥基混凝土抗凍性能影響的試驗結果。

從表 5 中可以看出：隨著標準養護齡期的延長，混凝土的抗凍性逐漸提高；當試樣標準養護齡期為 7d時（C1 試樣），其普通硅酸鹽水泥基混凝土抗凍循環次數可達 100 次，當標準養護齡期為 56d 時（C4 試樣），混凝土抗凍循環次數可達 225 次。這是由于標準養護齡期越長，水泥礦物水化越充分，水化產物越多，水化產物之間的連接越致密，內部連通孔變少，內部結構更加密實，因而混凝土抗凍性能提高。

3 結論

表 4 粉煤灰摻量對混凝土抗凍性能的影響

表 5 標準養護齡期對混凝土抗凍性能的影響

（1）隨著水灰比的降低，其普通硅酸鹽水泥基混凝土的抗凍性能逐漸提高。

（2）粉煤灰的加入，可使普通硅酸鹽水泥基混凝土的抗凍性能提高，且存在最佳摻量（30%）。

（3）隨著標準養護齡期的延長，其普通硅酸鹽水泥基混凝土的抗凍性能提高。