摻合料對再生混凝土抗凍性的評價分析

劉一哲 謝丹鳳

（山東理工大學建筑工程學院，山東淄博 255000）

1 研究現狀

我國西北部高海拔地區的建筑物等在凍融循環作用下發生結構的開裂，對結構的耐久性有重大影響。國內外有大量學者對再生混凝土的抗凍性進行研究，橡膠粉摻入再生混凝土可以提高混凝土和韌性[1]。Benazzouk等[2]發現橡膠顆粒和混凝土的界面連接處較弱界面更容易產生應力集中現象，導致強度降低。侯鐵軍[3]分析粉煤灰摻合量與對試件的質量損失規律、相對動彈模量的影響。吳安利等[4]發現，橡膠混凝土的峰值應力有強化效應，沖擊性較好，改性溶液可以提高混凝土韌性，且不同橡膠顆粒對再生混凝土抗凍融性能有不同的影響。王懷義等[5]揭示了不同養護制度下，通過在低濃度的硫酸鈉溶液進行凍融循環，分析了粉煤灰對混凝土凍融性質的影響。姜磊等[6-8]運用掃描電鏡的方法研究混凝土的損傷劣化規律，將混凝土相對動彈性模量變化分為三個階段，分析混凝土在1%Na2SO4、5%Na2SO4、5%MgSO4（質量分數）溶液的抗凍融能力。

張立群等[9]得出了引氣劑及礦物摻合料的最優摻量，加入0.02%和0.03%的引氣劑可以降低混凝土凍融后質量損失率，其強度得到大幅度提升。孫長征等[10]研究了水灰比、超細粉煤灰和礦粉復摻對混凝土質量損失率、動彈性模量損失率影響。楊耀恒[11]研究了硅粉的質量分數對抗凍性影響，對比了不同質量分數的礦粉對混凝土抗凍性的影響。本文對比上述等人研究結果，對比其摻和不同的礦物在凍融條件對再生混凝土抗壓強度、質量損失與動彈模的影響，得出摻合料比例的合理區間，對后續試驗具有研究價值。

2 不同摻合料對比分析

劉方等[1]用P.O42.5R級水泥配合混凝土，摻和密度為1.116 g/cm3的橡膠粉。對試樣小梁進行強度與剛度的試驗，橡膠混凝土的韌性也提高，抗裂性能有較大提升，橡膠混凝土有較大的吸收能量的性質，可以延遲試件的斷裂。不同顆粒的橡膠粒可不同程度降低試件的彈性模量，降低收縮應力，延緩新裂縫產生。

侯鐵軍[3]對混凝土摻入不同比例粉煤灰，通過對混凝土試樣進行凍融循環測試，分析了其彈性模量和質量損失的變化，確定了比較合適的粉煤灰摻和比例。對比數據，分析了摻和40%的粉煤灰的28 d試樣相對動彈性模量和60 d試樣相對動彈性模量，如圖1所示。

圖1 28 d養護與60 d養護相對動彈性模量

發現養護60 d試樣的結構性能發生改善，養護60 d的混凝土試樣在凍融循環下其相對動彈性模量降低趨勢變慢，粉煤灰顆粒的水化反應改善了混凝土試件內部的密實程度，相比于28 d養護增加了試件的動彈模量，抗凍性能得到提高。

由于試樣不斷地進行凍融循環，其質量也不斷損失，對比其40%的粉煤灰的28 d試樣質量損失率和60 d試樣質量損失率，如圖2所示。

圖2 28 d養護與60 d養護質量損失

粉煤灰摻量達到40%以上時混凝土質量損失率明顯增大，其抗凍性能下降。加入粉煤灰會降低混凝土的抗凍性，其質量損失率會下降，但是養護60 d的試樣比28 d的試樣質量損失率略有降低。

姜磊等[6-8]分析硫酸鹽與凍融環境下混凝土力學性能，得到了凍融循環作用下的混凝土力學性能規律和損傷破壞準則。硫酸鹽滲入混凝土內部進行化學反應生成石膏，石膏晶體也隨之析出，鎂離子降低了混凝土的黏結能力，MgSO4溶液作用比Na2SO4溶液作用更嚴重。

姜磊等的試驗結果如表1和表2所示。

表1 在MgSO4和Na2SO4環境下峰值應力

表2 在MgSO4和Na2SO4環境下彈性模量

Na2SO4溶液環境中在不同凍融循環作用下的峰值強度比MgSO4的峰值強度高.在凍融循環作用下二者的強度都hui 隨著凍融次數而下降，但Na2SO4溶液環境抗凍性能比MgSO4強，其彈性模量降低幅度也比MgSO4慢。

鎂離子還能水化產物發生反應物沒有膠結能力，其裂縫發展快，混凝土被侵蝕作用后的孔隙較多，硫酸鎂溶液的作用更為明顯。建立的硫酸鹽凍融破壞準則明確解釋了凍融循環作用下的損傷機制，對硫酸鹽鹽融凍融侵蝕作用進行了相應的解釋。

3 研究展望

（1）在后續的研究中除了可以加入不同的摻合料，還可以向智能混凝土方向發展，可以隨時監控由于凍融循環損傷造成的裂縫。部分混凝土具有電感性質，比如碳纖維混凝土使得材料的導電性能發生顯著變化，可以對混凝土變形性能進行監控，有效地防治混凝土發生破壞，提供了既有較好指向性的預兆。混凝土得材料中加入利于骨架修復的化合物，使得混凝土在發生開裂的情況下能發生愈合，改善了混凝土的變形，對混凝土的受力具有較大影響。

（2）部分纖維的作用也可以改善混凝土的性能，纖維混凝土的抗裂性能取決于添加纖維的密度和數量，纖維材料熱穩性對比普通混凝土性能有所提高。傳統纖維混凝土通常添加鋼纖維，鋼纖維混凝土的耐久性不良。纖維混凝土多采用混雜纖維，即將不同類型和尺寸的纖維與混凝土混雜，改善纖維混凝土的欠缺之處。

（3）自密實混凝土的變形模量與普通混凝土的變形模量差異較小，但自密實混凝土的纖維黏結能力比普通混凝土良好，自密實混凝土脆性也比普通混凝土差。自密實混凝土中含有大量的膠凝材料，抗凍性能良好，可以抵抗惡劣環境的變化。自密實混凝土的體積安定性較好，與普通混凝土相比，自密實混凝土收縮較小，通過合理的配合比設計，可以有效提高混凝土的體積安定性。

（4）環保、節能也被人們所關注，如何高效利用摻合料、充分發揮材料性能，是后續需要重點考慮的問題。綠色混凝土也是碳中和背景下的新的發展前景。綠色混凝土應利用生產廢料作為摻料，減少污染。

4 結語

不同的摻合料對于再生混凝土的性能具有不同限度的影響。高原地區的凍融和鹽融作用明顯，本文在分析其他學者研究的基礎上，為混凝土的抗凍性之后的試驗研究提供了一種思路。針對不同的摻合料對強度、質量損失和相對彈性模量進行對比，考慮了不同的養護情況對性質的影響，具有較大的參考價值。