水下不分散混凝土抗凍融性能試驗研究

米勝東 ，李沛 ，2

（1.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222；2.河北工業(yè)大學，天津 300401）

0 引言

自20世紀70年代水下不分散混凝土作為一項新的水下混凝土施工技術被研制開發(fā)以來，已經(jīng)廣泛應用于電站、隧洞、橋梁、煤礦和市政建設等實際工程中，并取得了很好的效果[1-8]。

水下混凝土不僅要滿足水下混凝土結(jié)構(gòu)的力學性能要求，還應具有良好的耐久性能。目前，我國國內(nèi)水下混凝土研究大多側(cè)重于水下不分散劑開發(fā)和配合比設計[9-10]，而有關水下不分散混凝土力學及耐久性等方面的研究則鮮有報道[11]。

本文依據(jù)優(yōu)選原材料及外加劑匹配試驗，設計9種配合比，在配合比滿足強度考核要求前提下，進一步開展不同介質(zhì)水中水下不分散混凝土凍融試驗，研究不同配比條件下，遭受凍融循環(huán)作用的水下不分散混凝土抗凍融性。為水下不分散混凝土在水位變動區(qū)及有抗凍要求環(huán)境中的抗凍融破壞技術措施提供有效參考，使水下混凝土具有較高的抗環(huán)境侵蝕能力和較長的安全使用壽命。

1 試驗概況

1.1 配合比設計

經(jīng)優(yōu)選原材料及外加劑匹配試驗[15]，確定水下不分散混凝土配合比（表1）。

表1 水下不分散混凝土配合比

其中，水泥采用天津水泥廠駱駝牌P.O42.5R普通硅酸鹽水泥；粉煤灰采用天津軍糧城電廠Ⅱ級粉煤灰；磨細礦粉采購于安徽朱家橋水泥有限公司；硅灰采購于挪威埃肯公司；砂為龍口海砂；碎石產(chǎn)自天津薊縣，最大粒徑25mm；拌和用水采用天津飲用水；高效水下不分散劑為中山（純）HYB（聚丙烯酰胺類）；高效減水劑為鎮(zhèn)江特密斯廠生產(chǎn)氨基磺酸鹽系高效減水劑CAN，減水率約25%。

1.2 力學性能試驗

按優(yōu)選的9個配合比（表1），依據(jù)DL/T 5117—2000《水下不分散混凝土試驗規(guī)程》分別成型150mm×150mm×150mm的水上和水下標準試驗試塊，在標準養(yǎng)護室養(yǎng)護至試驗齡期，依據(jù)JTJ 270—98《水運工程混凝土試驗規(guī)程》進行試驗試塊的抗壓及抗拉強度試驗。其中，共成型抗壓強度試驗試塊54組，分別測試7 d、28 d、90 d齡期水上和水下成型試塊強度；共成型抗拉強度試驗試塊36組，分別測試28 d、90 d齡期水上和水下成型試塊強度。

1.3 抗凍融性能試驗

在優(yōu)選的9個配合比的水下不分散混凝土的水上、水下強度比滿足考核目標（7 d齡期大于65%，28 d齡期大于75%）的前提下。按優(yōu)選的9個配合比（表1）、3種介質(zhì)（淡水介質(zhì)、海水介質(zhì)和硫酸鹽腐蝕介質(zhì)），依據(jù)DL/T 5117—2000《水下不分散混凝土試驗規(guī)程》共設計成型27組尺寸為100mm×100mm×400mm的標準抗凍融試驗試塊。在標準條件下養(yǎng)護至28 d齡期，依據(jù)JTJ270—98《水運工程混凝土試驗規(guī)程》進行快速凍融試驗，凍融循環(huán)次數(shù)達250次時試驗終止。

2 力學試驗結(jié)果

依據(jù)DL/T 5117—2000《水下不分散混凝土試驗規(guī)程》要求，對達到試驗齡期的試驗試塊進行力學性能試驗，如圖1所示。顯然，所優(yōu)選9個配合比的水下不分散混凝土的水上與水下強度比7 d齡期大于65%，28 d齡期大于75%，均滿足水下不分散混凝土的強度考核目標。

圖1 力學性能試驗結(jié)果

3 抗凍融試驗結(jié)果及分析

3.1 抗凍融試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明：在不同介質(zhì)水中，所優(yōu)選配合比的水下不分散混凝土抗凍等級均達F250，且相應質(zhì)量損失率均小于5%；在不同介質(zhì)水中，摻入優(yōu)質(zhì)活性摻和料可改善水下混凝土的抗凍性，特別是雙摻礦粉和硅灰的水下混凝土抗凍性顯著提高。

限于篇幅，文中僅給出實測9個配合比水下成型試塊在腐蝕性鹽介質(zhì)（SO42-含量1500mg/L）中質(zhì)量損失率、相對動彈性模量隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化（注：A0為基準配比，在圖2、圖3中將試驗數(shù)據(jù)點用折線連接，以區(qū)別與其他試驗配比）。

圖2 試驗試塊質(zhì)量損失率試驗結(jié)果

圖3 試驗試塊相對動彈性模量試驗結(jié)果

3.2 腐蝕介質(zhì)對混凝土抗凍融性能的影響

依據(jù)上述試驗結(jié)果，分析得不同配合比水下成型試塊在淡水介質(zhì)（DS）、海水介質(zhì)（HS）及腐蝕性鹽介質(zhì)（LS：SO42-含量1500mg/L）中質(zhì)量損失率、相對動彈性模量隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律（限于篇幅，文中僅給出典型試驗結(jié)果），見圖4、圖5。不難得到如下結(jié)論：

圖4 質(zhì)量損失率

圖5 相對動彈性模量

1）水下混凝土在海水介質(zhì)和淡水介質(zhì)中的抗凍性能差異不大，即海水介質(zhì)和淡水介質(zhì)中的水下不分散混凝土抗凍融性能差異不大；

2）在本次試驗研究中，采用了SO42-含量為1500mg/L的強硫酸鹽腐蝕性介質(zhì)，在300次的凍融循環(huán)次數(shù)內(nèi)，硫酸鹽對水下混凝土侵蝕作用尚不明顯，同時由于鹽溶液降低冰點的作用，反而可提高混凝土的抗凍性能，因此在較少的凍融循環(huán)次數(shù)內(nèi)硫酸鹽的腐蝕作用尚未充分發(fā)揮；

3）綜上所述，在300次凍融循環(huán)內(nèi)，各介質(zhì)水中水下不分散混凝土抗凍融破壞性能差異不大。

4 結(jié)語

1）所優(yōu)選配合比的水下不分散混凝土的水上、水下強度比7 d齡期均大于65%，28 d齡期均大于75%，滿足水下不分散混凝土的強度考核目標；

2）在不同介質(zhì)水中，所優(yōu)選配合比的水下不分散混凝土試塊抗凍等級均達F250，且相應質(zhì)量損失率均小于5%；

3）摻加優(yōu)質(zhì)摻和料后，水下混凝土抗凍性明顯優(yōu)于基準混凝土，特別是雙摻礦粉和硅灰的水下混凝土抗凍性顯著提高；

4）在300次的凍融循環(huán)次數(shù)內(nèi)，本文各腐蝕介質(zhì)對按優(yōu)選配合比成型的水下不分散混凝土的抗凍融破壞性能影響不大，即本文采用配合比不僅滿足水下不分散混凝土的力學性能要求，還具有良好的抗凍融性能。

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[4] SOGOS.Properties of underwater Concrete Containing Segregation Controlling Admixture[C]//MARINECONCRETE’86，1986.

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