關于公路工程構造物水泥混凝土抗凍性能試驗的探討

鄒秋香

摘 要：結合寒冷地區公路工程混凝土構造物建設問題，本文進行了公路工程構造物水泥混凝土抗凍性能試驗，發現使防凍劑添加量達到4.5%，纖維摻量達5‰，可以有效提高構造物凍融后的強度，保證混凝土抗凍性能最優。

關鍵詞：公路工程 水泥混凝土構造物 抗凍性能

1.引言

在寒冷地區建設公路，工程在早期建設階段就容易出現水泥混凝土構造物破裂、強度降低等問題，導致工程建設質量遭到了降低。出現這種情況，主要是由于受凍融作用的影響，造成涵洞、安全防護設施等構造物發生表面剝落、開裂等病害，將導致公路工程安全和使用壽命受到威脅。因此，為加強公路工程建設，還應提出有效提高混凝土抗凍性能的工程設計與施工方法。

2.抗凍性能試驗條件

2.1試驗材料

在公路工程構造物水泥混凝土抗凍性能試驗中，采用試驗材料包含P325普通硅酸鹽水泥（C）、細度模數為2.6的砂（S）、粒徑在5-20mm間的碎石（G）、II級粉煤灰、F型復合防凍劑、高效減水劑和長8mm的聚丙烯纖維。采用的碎石擁有較好的級配，水為飲用自來水。

2.2試驗方法

在抗凍性試驗中，需要嚴格按照《混凝土配合比設計手冊》進行材料配合比選擇，完成強度等級為 C30的混凝土設計。在試驗過程中，設計1組對照組，9組實驗組，水泥、砂、碎石、粉煤灰的含量統一分別設定為310kg、580kg、1240kg、60%。對照組水含量為160kg，防凍劑和纖維含量均為0，減水劑含量為1%。實驗組均不添加減水劑，A1-A3組水含量為160kg，防凍劑為3.5%，纖維含量分別為4‰、5‰、6‰，B1-B2組水含量分別為160kg、161kg、160kg，防凍劑為4.5%，纖維含量分別為4‰、5‰、6‰，C1- C2組水含量分別為160kg、160kg、161kg，防凍劑為5.5%，纖維含量分別為4‰、5‰、6‰。

在性能試驗中，按照《公路工程水泥與水泥混凝土試驗規程》，按照各組配合比完成試件制備，每種配合試件達到3組，尺寸均為100mm×100mm×100mm。在人工拌合后，需要將混凝土導入鋼模中振搗成型。拆模后，需要放入標準養護室養護。在凍融試驗中，采用慢凍方法，各組配合比試件達到3組，分別用作28d強度測定、對比試件和凍融循環試件。試驗采用的設備包含1000kN電液伺服萬能試驗機、 KDR-V9混凝土快速凍融試驗機等。

3.抗凍性能試驗結果與改善建議

3.1試驗結果與分析

（1）28d強度試驗結果

從28d抗壓強度試驗結果來看，如表1所示。對照組的試件在未添加防凍劑和纖維的情況下，抗壓強度平均33.5MPa。與A1和A2實驗組試驗結果相比較可知，添加纖維和防凍劑可以起到提高試件抗壓強度的作用。對A、B、C三阻試件抗壓強度平均值進行橫向對比可以發現，在纖維摻量不變的情況下，增加防凍劑摻量，將導致水泥混凝土構造物的抗壓強度降低。進行各組的組內對比，可以發現在防凍劑摻量相同的情況下，增加纖維摻量，水泥混凝土構造物的抗壓強度即可能變大，也可能變小，存在最佳用量。結合各組數據可知，在防凍劑摻量分別為3.5%、4.5%、5.5%時，最佳的纖維摻量分別為5‰、4‰、6‰。因此為使混凝土構造物抗壓強度達到最大，還要在纖維摻量分別為4‰和6‰時，使防凍劑摻量達到4.5%；在纖維摻量為5‰時，使防凍劑摻量達到3.5%。

（2）凍融質量損失試驗結果

從凍融過程質量損失情況來看，由于凍脹問題的發生，導致混凝土構造物發生剝落和開裂問題，繼而導致構造物產生質量損失。在經過15次循環凍融后，各組試件都發生了一定程度的質量損失。對照組三組試件質量損失率分別為1.3%、0.89%和0.69%。與A1、A2組相比較可以發現，A1組試件質量損失率分別為0.93%、0.89%和0.32%，A2組試件質量損失率分別為0.44%、0.32%和0.09%。由此可見，添加一定量的防凍劑和纖維，能夠使混凝土構造物的凍融質量損失得到降低。進行組內比較，A3組試件質量損失率分別為0.86%、0.61%和0.19%，因此在防凍劑摻量相同的情況下，增加纖維摻量可以降低凍融質量損失。實現各組橫向對比可以發現，B1組試件質量損失率分別為0.65%、0.63%和0.29%，C1組試件質量損失率分別為0.51%、0.52%和0.59%。由此可見，在纖維摻量相同的情下，增加防凍劑添加量，可以使凍融質量損失得到降低。從總體上來看，在纖維添加量達5‰，防凍劑摻量達4.5%時，構造物凍融質量損失最小。

（3）凍融強度損失試驗結果

在凍融的過程中，由于水泥混凝土構造物孔隙中存在水分，所以在結冰后會出現凍脹，導致構造物的強度受到影響。從凍融強度損失情況來看，對照組強度損失率為17.27%，為強度損失最多的一組，因此可見添加纖維和防凍劑可以起到提高混凝土構造物抗凍性能的作用。而進行組內比較可以發現，A1、A2、A3組的強度損失分別為13.69%、13.09%、8.18%。由此可知，在防凍劑添加量一定的情況下，伴隨著纖維摻量的增加，混凝土抗凍性能隨之增強。進行組間比較，B1、B2、B3組的強度損失分別為 13.19%、11.85%、6.67%，C1、C2、C3組的強度損失分別為11.91%、10.06%、6.42%。因此可知，在纖維摻量一定的情況下，隨著防凍劑摻量的增加，混凝土抗凍性能隨之增強。從總體上來看，在纖維摻量為3.5‰，防凍劑摻量為5.5%時，構造物凍融質量損失最小。

綜合考慮水泥混凝土構造物的28d強度、凍融質量損失和凍融強度損失的試驗結果可知，為保證混凝土抗凍性能最優，還應使防凍劑添加量達到4.5%，纖維摻量達5‰，該條件下構造物28d抗壓強度約達34MPa，15次循環凍融后質量損失率在0.09%-0.51%之間，強度損失率為11.85%，凍融后強度達37.8MPa。

3.2改善抗凍性能的建議

從水泥混凝土構造物抗凍性能試驗結果可知，添加適量纖維添加劑和抗凍劑能夠使混凝土的抗凍性能得到提高。所以在公路工程建設過程中，還應對抗凍混凝土配合比進行優化。按照《水泥混凝土路面施工及驗收規范》規定，可以將道路設計方案與特殊地理氣候等條件結合在一起，實現混凝土構造物配合比的合理設計，促使構造物的抗凍性能得到提高。在工程施工建設階段，還應加強攪拌機出料口含氣量測定，確保各等級道路普通水泥混凝土滿足最大水灰比、單位水泥用量等要求。針對新拌水泥混凝土，為使混凝土的工作性和抗凍融耐久性得到改善，還要添加引氣劑，提高混凝土抗鹽類腐蝕能力，減少或徹底消除混凝土的泌水問題。

4.結論

通過開展公路工程構造物水泥混凝土抗凍性能試驗，可以發現在混凝土構造物配合比設計上，通過使防凍劑添加量達到4.5%，纖維摻量達5‰，可以有效提高構造物凍融后的強度，保證混凝土抗凍性能最優。

參考文獻：

[1]付春梅，齊善忠.納米水泥混凝土抗凍性能研究[J].黃河水利職業技術學院學報，2016， 28（02）：29-31.

[2]段永燦.融雪劑對不同水泥混凝土抗凍性能影響研究[J].公路工程，2015，40（02）：292-294+321.