公路工程構造物水泥混凝土抗凍性能試驗研究

郭小玲

（甘肅省定西公路管理局漳縣公路管理段,甘肅 漳縣 744200）

公路工程構造物水泥混凝土抗凍性能試驗研究

郭小玲

（甘肅省定西公路管理局漳縣公路管理段,甘肅 漳縣 744200）

針對高海拔寒冷氣候條件下公路構造物凍融破壞病害，同時考慮普通水凝混凝土、添加防凍劑水泥混凝土和添加纖維水凝混凝土，通過混凝土配合比設計、凍融前后質量變化、強度損失等試驗研究，得出了針對寒冷地區抗凍混凝土設計方法、凍融過程質量及強度損失規律，以及提高混凝土抗凍性的措施，研究成果對提高公路構造物水泥混凝土抗凍性具有重要的工程意義和實用價值。

公路工程；構造物；水泥混凝土；抗凍性能

0 引言

高寒地區海拔高，晝夜溫差大，冰凍期持續時間長，給公路工程建設帶來了許多問題。公路沿線的橋梁、涵洞、安全防護設施等混凝土構造物在該氣候條件下受強烈凍融作用，出現開裂、凍脹、表面剝落等病害，其質量、強度顯著下降，嚴重影響結構使用安全并縮短使用壽命。因此，進行構造物水泥混凝土抗凍性能研究意義重大，任務緊迫，已成為公路建設與養護中的一個關鍵問題。

1 試驗材料及方案

1.1 原材料選擇

試驗采用如下原材料：

（1）水泥(C)：P325普通硅酸鹽水泥。

（2）砂（S）：細度模數2.6。

（3）碎石(G)：粒徑5～20mm，級配良好。

（4）防凍劑：F型復合防凍劑。

（5）高效減水劑。

（6）纖維：聚丙烯纖維，長度為8mm。

（7）粉煤灰：Ⅱ級粉煤灰。

1.2 試驗方案

根據《混凝土配合比設計手冊》選取原材料進行配合比設計，試驗選定混凝土設計強度等級為C30，各組配合比見表1。

表1 混凝土試件配比表

混凝土試件纖維摻量分別按3‰、4‰、5‰遞增，防凍劑摻量分別按2.5%、3.5%、4.5%遞增。根據以上配合比制備混凝土試件，試件尺寸為100mm× 100mm×100mm，每種配合比3組試件，每組3個試件，共30組試件。

采用人工拌和，將拌和后的混凝土倒入鋼模,振搗成型，拆模后放入標準養護室進行養護。凍融試驗采用慢凍法，每組配合比所需試件組數為3組，一組用于28d強度測定，一組用于凍融循環，一組作為凍融試件的對比試件。

2 試驗結果分析

2.1 試件28d強度

分別進行各組混凝土28d抗壓強度測定，結果見表2。未摻纖維和防凍劑(S)混凝土抗壓強度為32.4MPa,較纖維摻量為3‰(A1)、4‰(A2)強度低，纖維具有增強效果。

表2 試件28d基準強度試驗表

混凝土28d基準強度隨著纖維摻量不同而變化，保持防凍劑摻量不變，纖維摻量有其最佳用量。防凍劑摻量為2.5%時，最佳纖維添加量為4‰；防凍劑摻量為3.5%時，最佳纖維添加量為3‰；防凍劑摻量為4.5%時，最佳纖維添加量為5‰。如纖維摻量過大，混凝土攪拌成型時，越易結團而分散不均，導致集料與水泥漿體的黏結不充分而造成混凝土強度降低。

隨著防凍劑的增加，混凝土28d抗壓強度降低。纖維摻量分別為3‰和5‰，防凍劑摻量為3.5%時，混凝土抗壓強度最高；纖維摻量為4‰，混凝土抗壓強度在防凍劑摻量為2.5%時最大。

2.2 試件凍融過程質量損失

混凝土因受凍融作用，產生凍脹而開裂、剝落，導致質量損失,本試驗進行15次循環凍融，試件凍融前后質量變化規律見表3。

由表3可知，對同一防凍劑添加量，纖維的增加有效降低了混凝土的凍融質量損失，4‰纖維添加量的質量損失最小。對同一纖維添加量，質量損失隨防凍劑添加量增加而降低，防凍劑在3.5%時，凍融質量損失最小。

2.3 試件凍融過程強度損失

凍融過程中，因混凝土空隙水分結冰，產生凍脹，對混凝土強度造成顯著影響，試驗結果見表4。

由表4可知，試件經15次循環凍融后，強度損失明顯。纖維摻量一定時，混凝土強度損失率隨防凍劑摻量的增加呈現大幅度下降的趨勢。對于不同的纖維摻量，防凍劑摻量為2.5%時強度損失最大，3.5%時強度損失稍低，4.5%時強度損失最小。對同一防凍劑摻量，隨著纖維摻量增加，混凝土強度損失減小，說明纖維對提高混凝土防凍具有顯著作用。

表3 凍融試件質量損失表

3 結語

（1）考慮不同纖維摻量、不同防凍劑摻量，進行了30個混凝土試件15次循環凍融試驗，得到了凍融后質量及強度損失規律。

（2）試驗研究結果表明，為提高構造物混凝土抗凍融能力，纖維和防凍劑都有其最佳添加量，纖維最佳添加量為4‰，防凍劑最佳添加量為3.5%。添加纖維及抗凍劑后，可顯著提高水泥混凝土的抗凍能力，有效降低高寒地區構造物混凝土早期病害，具有重要的工程意義。

表4 凍融試件強度損失表

[1]陳建奎.混凝土外加劑原理與應用[M].2版.北京：中國計劃出版社,2004.

[2]侯曙光，王宏暢，黃曉明，李志棟.低溫地區瀝青混合料凍融疲勞特性分析[J].公路交通科技，2006，23(4)：7-10.

[3]張海,殷華濤,田翠翠.路用超早強混凝土的試驗研究[J].沈陽建筑大學學報（自然科學版）,2010（1）：52-56.

[4]侯曙光，李志棟，黃曉明，汪雙杰.利用凍融飛散試驗進行瀝青混合料抗凍性能評價[J].公路交通科技，2006，23(2)：32-35.

[5]李志棟，侯曙光，黃曉明.SBS改性瀝青的低溫性能評價[J].石油瀝青，2004，18（2）：30-34.

[6]王燕,等.水泥混凝土公路技術——實踐與展望[M].張起森,審.北京：人民交通出版社,2000：66-72.

[7]李煒光,陳栓發,等.水泥混凝土路面的快速修補[J].公路,2002(2)：97-99.

[8]閆亞鵬.寒冷地區水泥穩定碎石基層抗裂性改善技術研究[D].西安：長安大學，2012.

U414

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：1009-7716（2017）02-0140-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.02.043

2016-12-12

郭小玲（1983-），女，甘肅漳縣人，工程師，主要從事公路管理、建設及養護工作。