提高無機礦物聚合物混凝土抗凍性的試驗研究

白軍營 高 頔

(中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222)

0 引言

無機礦物聚合物混凝土作為一類新型硅酸鹽膠凝材料，其反應機理、力學性能、耐高溫性、耐化學腐蝕性等方面均取得較多科研成果，并應用于實際工程項目。但關于地聚合物混凝土抗凍性能的研究相對較少，大部分研究表明，其抗凍性較差，快速凍融循環很難達到100次。

本文以礦渣、偏高嶺土、砂、石為固相原料，以水玻璃、水為液相原料按一定比例配制混凝土，摻加PVA纖維及高效引氣劑，通過快速凍融試驗，對比分析確定提高無機礦物聚合物混凝土抗凍性的最優方案，以便使其適用于北方寒冷地區。

1 試驗原材料及配合比

1.1 試驗原材料

1)偏高嶺土：化學成分見表1。

表1 偏高嶺土的主要化學組成 %

2)礦渣：化學成分見表2。

表2 礦渣的主要化學組成 %

3)堿性激發劑：模數1.2的水玻璃。

4)骨料：粗骨料為粒徑5 mm～25 mm，連續級配碎石；細骨料河砂，細度模數2.6。

5)PVA纖維：長度6 mm，其性能指標見表3。

表3 PVA纖維的性能指標

6)引氣劑：松香酸鈉。

1.2 混凝土配合比

無機礦物聚合物混凝土配合比見表4。

PVA纖維按體積比0.00%,0.05%,0.10%,0.30%,0.50%,1.00%摻入，對應的具體摻量見表5。

引氣劑松香酸鈉的摻量為膠凝材料的0.000%,0.005%,0.010%和0.020%。

表4 無機礦物聚合物混凝土配合比 kg/m3

表5 PVA纖維體積百分比對應的質量

2 試驗方法

以1.4的配合比為基準配制混凝土，用標準方法攪拌、成型，在標準養護條件下養護28 d，參考標準GB/T 50082—2009普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準進行快速凍融循環試驗，以質量損失達到5%為混凝土抗凍性試驗終止的依據。

試驗分析PVA摻量及引氣劑摻量對無機礦物聚合物混凝土抗凍性的影響，進而選取PVA和引氣劑最佳組合，進行抗凍性試驗，進而確定提高無機礦物聚合物混凝土抗凍性的最佳方法。

3 試驗結果與分析

3.1 PVA纖維摻量對無機礦物聚合物混凝土抗凍性的影響

PVA纖維無機礦物聚合物混凝土抗凍性試驗結果見表6。

表6 PVA纖維無機礦物聚合物混凝土抗凍性試驗結果

由表6可知，PVA纖維可提高無機礦物聚合物混凝土抗凍性，且存在最優摻量，即為體積比0.30%，其快速凍融循環次數可到125次，比未摻加PVA纖維的混凝土抗凍性提高了75次。

PVA纖維無機礦物聚合物混凝土受凍時表面剝落，但并無宏觀裂紋出現。纖維的加入有效的改善了混凝土內部的缺陷，降低了原生裂紋尺寸，且微細的PVA纖維在混凝土中亂向分布，互相搭接，可減少多次凍融循環引起的內部的集中拉應力，延緩內部微裂紋的發生和擴展。當纖維摻量較低時，阻裂作用有限，使得混凝土承受凍融循環能力減弱，但當纖維摻量過大，使混凝土與纖維之間的界面過多，而影響混凝土的整體性，降低混凝土的抗凍性，故存在最佳PVA纖維摻量。

3.2 引氣劑對無機礦物聚合物混凝土抗凍性的影響

引氣型無機礦物聚合物混凝土抗凍性試驗結果見表7。

表7 引氣型無機礦物聚合物混凝土抗凍性試驗結果

由表7可知，引氣劑可顯著提高無機礦物聚合物混凝土抗凍性，且摻加量為膠凝材料的0.01%時，其凍融循環次數可到100次，比未摻加引氣劑混凝土抗凍性提高了50次。

引氣劑引入封閉均勻的微小氣泡，可緩解混凝土受凍過程的冰壓力，降低混凝土因受凍而產生的微裂紋，進而提高其抗凍性。但當引氣劑摻入過多，易形成大氣泡，其形成微小薄弱區，對混凝土抗凍性產生不利影響。故引氣劑存在最佳摻量。

3.3 PVA纖維、引氣劑雙摻對無機礦物聚合物混凝土抗凍性的作用

根據3.1及3.2試驗結果，選擇PVA摻量3.84 kg/m3，引氣劑摻量0.01%按表7配制無機礦物聚合物混凝土，并進行抗凍性試驗。

試驗結果表明，PVA纖維及引氣劑最優摻量下無機礦物聚合物混凝土抗凍融循環次數可達到175次。

PVA纖維及引氣劑雙摻對提高無機礦物聚合物混凝土抗凍性有顯著作用。

4 結語

1)PVA纖維可顯著提高無機礦物聚合物混凝土抗凍性，其最優摻量為體積比0.3%。

2)松香酸鈉引氣劑可顯著提高無機礦物聚合物混凝土抗凍性，其最優摻量為膠凝材料的0.010%。

3)PVA纖維與引氣劑共同作用下可大幅度提高無機礦物聚合物混凝土抗凍性，凍融循環次數可達到175次，此混凝土除嚴寒地區均可應用。