測(cè)試混凝土抗凍性需要注意的幾個(gè)方面

曾勝武

(葛洲壩集團(tuán)試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，宜昌 443002)

混凝土的抗凍性是指混凝土在水飽和狀態(tài)下能經(jīng)受一定次數(shù)的凍融循環(huán)作用而不破壞，同時(shí)也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性能。混凝土的抗凍試驗(yàn)方法主要有快凍法和慢凍法兩種，慢凍法一次凍融循環(huán)歷時(shí)8 h，而快凍法一次凍融循環(huán)時(shí)間只需2～4 h[1]。測(cè)試采用快凍法時(shí)，執(zhí)行《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T5150—2001)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，配置混凝土快速凍融試驗(yàn)機(jī)。試件采用尺寸為100 mm×100 mm×400 mm的棱柱體。確定混凝土抗凍等級(jí)的指標(biāo)有兩個(gè)，一個(gè)是相對(duì)動(dòng)彈模量，另一個(gè)是質(zhì)量損失率，前者采用混凝土動(dòng)彈儀檢測(cè)，后者采用電子臺(tái)秤檢測(cè)。在試驗(yàn)過(guò)程中混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量下降至初始值的60%，試件質(zhì)量損失率達(dá)到5%[2,3]，這兩種情況只要有任意一種出現(xiàn)，即認(rèn)為試件已經(jīng)破壞，以相應(yīng)的凍融循環(huán)次數(shù)作為該混凝土的抗凍等級(jí)。

1 實(shí)際操作過(guò)程中，需要注意的幾個(gè)方面

1.1 試件的飽水狀態(tài)

混凝土凍害與其飽水程度有關(guān)，一般認(rèn)為含水量小于空隙總體積的91.7%就不會(huì)產(chǎn)生凍結(jié)膨脹壓力，在混凝土完全飽水狀態(tài)下其凍結(jié)膨脹壓力最大[4]。所以，在進(jìn)行抗凍試驗(yàn)時(shí)，需要嚴(yán)格按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T5150—2001)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，到達(dá)試驗(yàn)齡期的前4 d，將試件放置在(20±3) ℃的水中浸泡。不嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)操作會(huì)出現(xiàn)以下兩種情況。

第一種情況：在混凝土試件多次凍融循環(huán)測(cè)試后會(huì)出現(xiàn)凍融循環(huán)后的試件質(zhì)量比凍融前試件質(zhì)量還大。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期測(cè)試，分析原因?yàn)樵谠囼?yàn)前混凝土試件浸水時(shí)間不足，混凝土試件未完全達(dá)到飽水狀態(tài)。在凍融循環(huán)若干次后試件在水中才完全達(dá)到水飽和狀態(tài)，相對(duì)于試驗(yàn)前，此時(shí)試件的含水量會(huì)相應(yīng)增加，對(duì)外表現(xiàn)出其質(zhì)量在多次測(cè)試后會(huì)相應(yīng)地增加，影響了混凝土抗凍性試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

第二種情況：混凝土抗凍性試驗(yàn)過(guò)程中，混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量已經(jīng)下降至初始值的60%，但質(zhì)量卻沒(méi)有減少，而是略有增加。

混凝土受凍破壞主要是由于材料毛細(xì)孔隙內(nèi)的水結(jié)冰會(huì)產(chǎn)生體積膨脹。當(dāng)毛細(xì)孔隙中充滿水受凍時(shí)，孔隙內(nèi)的水首先在其表層細(xì)管頸部結(jié)冰，形成冰塞將孔隙水嚴(yán)密封堵起來(lái)，若溫度繼續(xù)下降，毛細(xì)管內(nèi)的冰體還會(huì)逐漸增大，在毛細(xì)管內(nèi)產(chǎn)生巨大的靜水壓力，致使毛細(xì)管壁受到相應(yīng)的拉應(yīng)力，當(dāng)此拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，毛細(xì)管壁將發(fā)生局部開(kāi)裂。在凍融循環(huán)過(guò)程中，內(nèi)外層明顯的應(yīng)力差和溫度差會(huì)使裂縫擴(kuò)大、變長(zhǎng)，直到混凝土試件破壞。

因此，在毛細(xì)孔隙內(nèi)結(jié)冰，體積膨脹，逐漸擴(kuò)展裂開(kāi)的時(shí)候，混凝土試件內(nèi)起緩沖作用的獨(dú)立氣泡會(huì)被穿透，在接下來(lái)的凍融循環(huán)試驗(yàn)中，氣泡內(nèi)進(jìn)入了水或冰水混合物，導(dǎo)致了再次測(cè)試試件質(zhì)量的增加。

1.2 試件凍融部位

目前，無(wú)論哪種抗凍儀均不能完全使凍融試驗(yàn)箱每處溫度完全均勻一致，溫差會(huì)給試驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)偏差。試驗(yàn)中，凍融到一定程度，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)混凝土抗凍試件的兩端外觀差異明顯，原因除了試件裝料不均勻，成型振搗密實(shí)程度不一致外，還與試件放置在凍融試驗(yàn)箱內(nèi)的位置有關(guān)。下層液體溫度比上層低，使凍融到一定程度后試件下端外觀比上端差。因此，每次混凝土抗凍性試驗(yàn)測(cè)試完畢，試件需要重新調(diào)頭裝入試件盒，減少上下層溫度不均勻給測(cè)試結(jié)果帶來(lái)的影響。

混凝土抗凍性試驗(yàn)在實(shí)際操作過(guò)程中由于混凝土抗凍試件經(jīng)過(guò)多次凍融循環(huán)試驗(yàn)后表面砂漿被凍脫落掉，原來(lái)做好的兩端面標(biāo)記難于辨認(rèn)，導(dǎo)致試件可能未調(diào)頭。例如，有時(shí)試件表面砂漿層被凍蝕掉，以至于骨料外露，原有標(biāo)記不存在，無(wú)法區(qū)分混凝土試件上下兩端面，不能保證將混凝土試件有效掉頭。為了保證混凝土試件兩端及時(shí)調(diào)頭，可以在從試驗(yàn)箱取出試件時(shí)，重新做標(biāo)記，如采用在混凝土抗凍試件的上下端面用箭頭指向方式作標(biāo)記。另外，為了保證試件編號(hào)不弄錯(cuò)，可以繪制試驗(yàn)箱中的試件分布簡(jiǎn)圖。

1.3 動(dòng)彈儀探頭測(cè)試位置

每種物體都存在固有的諧振頻率。當(dāng)物體的體積或材質(zhì)一定時(shí)，該物體的諧振頻率僅與其密度有關(guān)。因此物體的固有振動(dòng)頻率決定了物體強(qiáng)度。若能夠測(cè)量出該物體的諧振頻率，就可以根據(jù)強(qiáng)度理論推算出物體的強(qiáng)度。動(dòng)彈儀是利用以上原理測(cè)量物體諧振頻率的儀器。混凝土動(dòng)彈儀是測(cè)定混凝土試件在某種振動(dòng)模式下的共振率，再計(jì)算出混凝土的動(dòng)彈性，從而判定混凝土在凍融循環(huán)過(guò)程中的損壞程度。

實(shí)踐證明，混凝土動(dòng)彈儀探頭測(cè)試位置會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T5150—2001)試驗(yàn)規(guī)程要求，激振器和拾振器均在抗凍試件長(zhǎng)度方向的側(cè)面中心線上，其中激振器放置在一半的長(zhǎng)度處，拾振器放置離端部5 mm處。激振器和拾振器放置位置的遠(yuǎn)近直接影響測(cè)試結(jié)果，因此每次測(cè)試需要將探頭放置在相對(duì)固定的位置。除此以外，混凝土抗凍試件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的凍融后，表面的水泥砂漿剝落,標(biāo)準(zhǔn)中探頭規(guī)定的放置位置出現(xiàn)了氣孔或石子外露，如果在此處放置探頭會(huì)影響自振頻率檢測(cè)結(jié)果，需在其附近重新確定測(cè)點(diǎn)，并做好標(biāo)記。

因此，每次混凝土抗凍試驗(yàn)測(cè)試時(shí)，探頭位置應(yīng)相對(duì)固定。為更容易判定探頭所在的位置，可以在試件的測(cè)試兩端面用特種記號(hào)筆畫(huà)出箭頭標(biāo)記。

2 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)混凝土抗凍試件的飽水狀態(tài)、試件凍融部位和動(dòng)彈儀探頭測(cè)試位置的分析研究，探明了測(cè)試混凝土抗凍試驗(yàn)過(guò)程中需要注意的的幾個(gè)方面。

a.到達(dá)試驗(yàn)齡期的前4 d，試件需放置在(20±3)℃的水中浸泡，使其達(dá)到飽水狀態(tài),提高測(cè)試的準(zhǔn)確性。

b.在試件兩端調(diào)頭、做標(biāo)記、繪制試驗(yàn)箱中的試件分布簡(jiǎn)圖，減少其凍融部位給測(cè)試帶來(lái)的影響。

c.在兩端測(cè)試面的探頭測(cè)試點(diǎn)做固定標(biāo)記，使其每次測(cè)試點(diǎn)一致，提高混凝土抗凍性測(cè)試的準(zhǔn)確性。

[1] DL/T5150—2001，水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程 [S]. 北京：中國(guó)電力出版社，2002

[2] SL/T352—2006，水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程 [S]. 北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.

[3] GB/T50082—2009，普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) [S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[4] 李金平,盛 煜,丑亞玲.混凝土凍融破壞研究現(xiàn)狀式 [J].路基工程，2007,132(3):.