掺合料混凝土的抗冻性能分析

徐 俊 仇培涛 赵璀璨 鞠雅冬 俞文龙

徐州工程学院

掺合料混凝土的抗冻性能分析

徐 俊 仇培涛 赵璀璨 鞠雅冬 俞文龙

徐州工程学院

当今混凝土受冻融循环的损害，导致混凝土的各项性能下降。本文根据已有的研究对混凝土的抗冻性能进行分析，发现在混凝土的配比中加入粉煤灰，矿粉对混凝土的抗冻性能有影响，因此本文研究掺合料对混凝土的抗冻影响。试验中对这些预制好的混凝土进行快速的冻融循环后做力学性能和表面孔隙试验。发现掺合料对混凝土的抗冻性能有积极的作用，其中粉煤灰掺合料在35%时对提高混凝土的抗冻性能最好。

冻融循环；掺合料；力学性能；表面孔隙

1 前言

混凝土是现在最重要的土木工程材料之一。因原料丰富、价格低、生产工艺简单、方便，抗压强度高、耐久性好等特点。但随着近现代文明的发展，工程结构所处的环境更加复杂，普通混凝土已不能完全满足现代建筑的需要。在我国东北、西北等寒冷地区，混凝土结构由于受到冻融环境的影响，其性能大打折扣，导致一定的经济损失。

冻融环境对混凝土产生的冻害研究，关注混凝土在冻融环境下的力学性能劣化，展开本文的冻融环境对钢筋混凝土耐久性的直接影响研究并研究掺合料对混凝土的抗冻影响。

2 冻融影响方式

2.1 直接影响

直接影响指的是冻融环境对混凝土直接造成冻害。直接影响的对象主要是混凝土，混凝土在冻融环境中受到冻胀和融化的交替作用，损伤积累，使得混凝土内部的孔隙液冻胀，导致混凝土表面开裂，剥落。

2.2 间接影响

间接影响是指，冻融循环对混凝土其耐久性问题所造成的影响，冻融循环对混凝土内部结构的影响是加速氯离子造成钢筋锈蚀。所以，关于冻融循环对钢筋混凝土结构耐久性的间接影响，主要是冻融环境对混凝土内部结构的影响。

3 试验测试

3.1 混凝土力学性能测试

3.1 .1试验准备

本试验中使用42.5级普通硅酸盐水泥，5～20mm的石子和中级砂，并采用聚羧酸盐类的高性能减水剂以及F：I级粉煤灰，G：矿粉作为掺合料。

本试验中使用快速冻融试验机。试样应在养护28天后进行冻融试验，在进行冻融试验前4天，将需要冻融的试样浸入水池中饱水，然后将其从水中取出进行试验。对于上面的每类混凝土分为4类，进行0、30、60、90次的冻融循环。

3.1.2试验步骤

用冻融试验机对试样进行冻融环作用，冻融循环次数分别为0、30、60、90次，测定混凝土的动弹性模量以及抗压强度值。再放入人工候环境模拟进行劣化，分别在0 d、30 d、110 d、190 d和270 d后取出试样，进行力学性能测试。

（1）相对动弹性模量测试方法

本试验使用的是动弹性模量测试仪，对不同试验阶段的混凝土试样进行测定，计算相对动弹性模量。混凝土试样的相对动弹性模量 pi按照下式进行计算：

pi为经N次循环后第i个混凝土块的相对动弹性模量（%）；fn1为经N次循环后第i个混凝土块的横向基频；fn0为循环试验前第i个混凝土块的横向基频初始值。

给出了一组试样的弹性模量计算方法。其中，P为经过N次循环后一组混凝土块的平均相对动弹性模量（%）

（2）抗压强度测试方法

采用微机控制电液压力试验机对混凝土试样进行单轴压缩试验，在试验过程中，当试样抗压强度大于30MPa，其加荷速度取每秒钟0.5-0.8MPa。加载过程中记录下相关的值。

3.2 混凝土表面孔隙试验

为了揭示混凝土在细观中的损伤演化机理及其与混凝土宏观性能的关系。本试验通过对混凝土进行细观测试，从细观角度对混凝土孔结构进行分析。

3.2.1孔结构分析法

制样时，从混凝土破碎样块中选取样本，制成尺寸大小约为10mm×10mm×10mm的立方体试样，后将其浸泡在酒精中使之停止水化，在晾干后放入干燥的小瓶，以供观测孔隙的试验中使用。

4 实验结果与结论

4.1 抗压强度

对经过冻融的循环后，混凝土的试样进行抗压强度测定。试验结果见下表。

表1 不同的冻融次数N后掺合料混凝土的抗压强度

由上表可知：随冻融循环次数的增大，混凝土抗压强度的下降速率由大到小依次为：C3-3＞C3-0＞C3-1＞C3-2；掺入 50%粉煤灰的C3-3试样在整个冻融循环过程中，混凝土相对抗压强度比普通混凝土的下降速率快，说明混凝土的抗冻性能较差；并且掺35%粉煤灰的掺合料混凝土试样的抗冻性能最强。

4.2 相对弹性模量

对经过冻融循环后，混凝土试样进行抗压强度测定。试验结果见下表。

表2 不同的冻融次数N时掺合料混凝土的相对动弹性模量

由上表可知：当冻融的循环次数为30、60和90次时，相对动弹性模量由小到大的排序依次为：C3-3＜C3-5＜C3-7＜C3-0，C3-3＜C3-0＜C3-5＜C3-7，C3-3＜C3-0＜C3-5＜C3-7。说明掺入50%粉煤灰的试样抗冻性能最差，随着冻融次数的增加，掺入矿粉的抗冻性能较无掺合料混凝土有所提高，并且其中复合掺合料对混凝土抗冻性的提高影响最大。

[1]李雁，海洋腐蚀与冻融环境下掺合料混凝土物理力学性能及损伤机理研究，徐州，中国矿业大学，2015.

[2]翟松峰，荷载与冻融共同作用下混凝土结构可靠度分析及剩余寿命预测，北京北京交通大学，2008.

[3]宁作君，冻融作用下混凝土的损伤与断裂研究，哈尔滨，哈尔滨工业大学，2009.

[4]杨忠伟，冻融循环作用下混凝土单轴受压性能试验研究，扬州，扬州大学，2010.