中低強度混凝土抗凍性的研究

引言

混凝土在世界各地被廣泛應(yīng)用于多種建筑結(jié)構(gòu)中，近年來的一些事故及高額的維修費，使人們意識到提高混凝土的耐久性亟待解決。我國大量使用的是C20－C40的中低強度混凝土，因此，中低強度混凝土的耐久性研究，對提高我國整個建筑業(yè)質(zhì)量有重大意義，對預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)因受環(huán)境作用沒有達到預(yù)期的使用年限而造成巨大的經(jīng)濟損失有重大作用。近年來我省冬天的氣溫普遍偏低，混凝土的抗凍性的研究成為一個重要的課題。我國財力有限，能源短缺，資源并不豐富，因此擺在我們面前的一個很重要的課題是如何用科學合理的設(shè)計、優(yōu)質(zhì)的施工質(zhì)量來提高混凝土結(jié)構(gòu)抗凍性，延長結(jié)構(gòu)使用壽命。

1 試驗方法

混凝土抗凍性的影響因素主要有水灰比、礦物摻和量、膠材用量和含氣量。因此，依據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程》(DL／TS150－2001)進行了配合比不同的混凝土試件的抗凍性試驗，各試件的配合比如表1所示。

采用快速凍融試驗機測定混凝土的抗凍性能，一次凍融循環(huán)歷時為3－4小時，當試件中心溫度為－17℃±2℃和8℃±2℃時為降溫和升溫的控制溫度。試件的中心和表面的溫度差值小于28℃。凍融循環(huán)經(jīng)過50次后，用動彈性模量測定儀對試件檢測一次，稱重和測定自振頻率。當試件的質(zhì)量損失率達5％、相對動彈性模量降至原始值60％或已經(jīng)達到凍融預(yù)定的循環(huán)次數(shù)時試驗停止。

2 結(jié)果分析

用試件28d的耐久性系數(shù)表示對混凝土抗凍性進行評價，結(jié)果如圖2至圖5所示。

(1)水灰比

由圖2可知，當水灰比由0.35增大到0.55時，混凝土的耐久性系數(shù)在不斷的減小。這是因為試件內(nèi)部的可凍水含量隨水灰比的增大而增多、毛細孔隙率和水的滲透性增大，從而混凝土達到或超過飽水度的時間大為縮短，即縮短了混凝土凍融破壞的時間，就表現(xiàn)出其抗凍性隨水灰比的增加而變差的情況。

(2)膠材用量

由圖3可知，當水泥用量由360kg／m3增加到440kg／m3時，混凝土的耐久性系數(shù)減小。這是因為水灰比不變而水泥用量增加時，單位質(zhì)量混凝土的用水量也增加，就使得單位質(zhì)量混凝土的骨料減少。骨料是對混凝土中毛細孔有阻隔作用的，比較少的骨料會增大毛細孔的連通性，使混凝土水滲透性增加，即混凝土達到飽水度的時間減小，表現(xiàn)出混凝土的抗凍性變差。

(3)礦物摻和量

由圖4可知，當粉煤灰的摻量由0增加到30％時，混凝土耐久性系數(shù)減小。這是因為當齡期達到28天時，加入的粉煤灰會使得混凝土的毛細孔隙率增加，混凝土的抗水滲透性降低，從而凍融破壞提早出現(xiàn)。

(4)含氣量

由圖5可知，混凝土中的含氣量由5.1％增加到9.0％時，耐久性系數(shù)先增大后減小。即含氣量有一個適宜值，太小或太大都會降低混凝土的抗凍性。這是因為含氣量的大小反映了在混凝土漿體中所加入氣泡的多少，這些氣泡均勻的分布在混凝土中而且是細小的，它能將水泥石在凍融循環(huán)過程中所受的壓力緩解掉，因此混凝土的抗凍性被大大提高了。

3 結(jié)論與展望

(1)混凝土的抗凍性隨著水灰比、水泥用量和粉煤灰摻量的增加而降低。在水灰比改變不大的情況下，若使水泥用量和用水量降低、砂率增加，對提高混凝土的耐久性是有利的。

(2)從試驗數(shù)據(jù)可知，影響混凝土抗凍性的最重要因素是含氣量。過大或過小的含氣量都會使得混凝土的抗凍性降低，當含氣量介于5.0％～9.0％之間時，試驗混凝土的抗凍性能良好的。

(3)混凝土結(jié)構(gòu)的抗凍性是一個涉及多種因素的復(fù)雜問題，在這一方面已經(jīng)做了很多的試驗研究，但其與工程實際中還有一定的差距，未來的研究方向應(yīng)以工程實例為依據(jù)，進行歸納總結(jié)，從而指導實際。