不同配合比混凝土的抗冻融性能试验研究

2016-12-07郝维维曹福兴

商品混凝土 2016年9期

关键词：动弹抗冻冻融循环

郝维维，曹福兴

（胜利油田营海实业集团有限公司，山东东营 257087）

不同配合比混凝土的抗冻融性能试验研究

郝维维，曹福兴

（胜利油田营海实业集团有限公司，山东东营 257087）

本文对不同强度等级的混凝土在不同环境中进行 0～300 次冻融循环，然后测得其冻融前后试件的质量和相对动弹模量，试验结果表明，随着冻融循环次数的增加，300 次冻融循环的质量损失不明显，相对动弹模量在 175～200 次是显著分界点；通过在自来水和海水溶液中冻融循环对比，海水加速混凝土的腐蚀速度。

质量损失；动弹模量；海洋环境；水胶比

0 前言

我国地域辽阔，有相当大的部分处于严寒地带，四季和昼夜温差大，最低温度低，一些盐湖地区含盐量高，在这种严酷的环境中，致使不少水工建筑物发生了冻融破坏和盐腐蚀侵害。根据全国水工建筑物耐久性调查资料，在32座大型混凝土坝工程、40余座中小型工程中，22%的大坝和21%的中小型水工建筑物都存在冻融破坏问题。大坝混凝土的冻融破坏主要集中在东北、华北、西北地区，尤其在东北严寒地区，兴建的水工混凝土建筑物，几乎100%工程局部或大面积的遭受不同程度的冻融破坏。

冻融破坏和盐腐蚀使混凝土结构出现散裂、剥落等现象严重损坏建筑物的耐久性，为保证在严酷环境中工程质量和耐久性，试验探寻适合抗侵蚀抗冻性能的混凝土。本文通过快速冻融循环试验，研究混凝土不同水胶比、含气量、不同骨料、不同溶液中混凝土的抗冻融性能，为制造适合寒冷地带含盐量高的海域湖区等严酷环境下的高耐久性建筑材料提供技术基础。

1 试验过程

1.1 试验材料

水泥：山东省东营市胜利油田水泥厂生产的P·O42.5级水泥，其质量指标见表1。

表1 水泥性能指标

矿粉：山东省东营市胜利油田水泥厂生产的S95级矿粉，烧失量0.39%，比表面积374kg/m3，7天活性指数79%，8天活性指数109%。

粉煤灰：山东省东营市胜利油田胜利发电厂粉煤灰，比表面积215kg/m3，45μm筛余25.0%，烧失量5.93%，28天活性指数75 %。

骨料：青州东升石料厂水洗机制砂，细度模数3.2， 80μm以下的石粉含量3%，亚甲蓝0.5；机制干砂，细度模数3.0，80μm以下的石粉含量12%，亚甲蓝1.0；石子为青州东升石料厂5～31.5mm的连续级配的石灰石碎石，压碎值为15.8%。

外加剂：西卡公司生产的聚羧酸减水剂，减水率22.5%，引气剂为西卡公司生产的高性能复合减水引气剂。

拌合水：自来水。

海水溶液：取自山东东营环渤海湾近海岸线的海水，其成分见表2。

表2 海水成分 mg/L

1.2 试验设计与方法

试验用混凝土配合比见表3。

试验主要研究了普通混凝土、加引气剂的混凝土分不同型号在不同溶液中的抗冻融循环作用，采用质量损失率和相对动弹性模量损失率来评价混凝土的抗冻性能。

抗冻试验采用快冻法，以 DL/T 5151—2001《水工混凝土试验规程》标准执行，以三个试件为一组，冻融试验以混凝土28天标准养护试件在到达龄期前4天取出放入(20±3)℃的水中浸泡，试件尺寸是100mm×100mm×400mm，每进行25次冻融循环后更换一次溶液。混凝土力学性能按 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行，含气量按DL/T 5151—2001《水工混凝土试验规程》进行，采用气压法进行测试，采用的是日本生产的LC-615A型含气量测定仪；混凝土动弹模量采用 DL/T 5151—2001《水工混凝土试验规程》标准中测试横向自振频率的方法，测试仪器为天津天玑科技有限公司 DT—16型动弹仪。

表3 配合比及性能

2 试验结果及分析

混凝土试件在清水中和海水中的300次冻融循环结果见表4和表5。

表4 质量损失 %

表5 动弹模量损失 %

我国现行标准 GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》和 DL/T 5151—2001《水工混凝土试验规程》对抗冻等级的规定是同时满足相对动弹模量不小于60%和质量损失率不超过5%时的冻融次数。通过以上试验数据，普通中等强度等级的混凝土的质量损失率基本满足300次冻融循环，但海水中明显大于淡水中的质量损失，在淡水中，经过300次冻融循环后，质量损失率均不大于 2%，但在海水中，质量损失率将近4%；从动弹模量的变化看（见图1，图中横坐标 1～12 对应表5 中25～300 次冻融循环试验），水胶比0.45的混凝土在海水中仅满足F200的抗冻循环，相对动弹模量在175～200次是显著分界点；通过在清水和海水溶液中冻融循环对比，海水加速混凝土的腐蚀速度；水胶比越低，抗冻性越好；含气量提高到4%～5%之间增加混凝土的抗冻性；混凝土的骨料级配越密实，抗冻性越好。

提高混凝土抗冻耐久性的一个十分重要而有效的措施是在混凝土拌合物中掺入一定量的引气剂。引气剂是具有增水作用的表面活性物质，它可以明显降低混凝土拌合水的表面张力和表面能，使混凝土内部产生大量的微小稳定的封闭气泡。这些气泡切断了部分毛细管通路，能使混凝土结冰时产生的膨胀压力得到缓解，不使混凝土遭到破坏，起到缓冲减压的作用。这些气泡可以阻断混凝土内部毛细管与外界的通路，使外界水份不易浸入，减少了混凝土的渗透性。同时大量的气泡还能起到润滑作用，改善混凝土和易性。因此，掺用引气剂，使混凝土内部具有足够的含气量，改善了混凝土内部的孔结构，大大提高混凝土的抗冻耐久性。这通过GS2和GS3对比明显看出，含气量相比普通的提高到4.6%的情况下，抗冻性提高百次冻融循环。

通过 C30 和C40的对比，水灰比在0.4的混凝土，比同样条件下水灰比0.45的抗冻融性能好。

对比GS1和GS2，混凝土中配入部分干砂，能增加混凝土的密实性，同时抗冻性能比单纯用石粉量少的湿砂抗冻性强。

通过GS5和GS6的对比，海水环境下，随着海中盐类的结晶压力和冰冻膨胀压力的共同作用，加速了混凝土试件表面毛细孔膨胀，混凝土的质量损失率增大明显，试件表面冻胀剥落的程度严重，表明海水加速了混凝土的腐蚀速度。