影响混凝土抗冻性因素的试验研究.pdf
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1、l 8 低温建筑技术 2 0 1 5年第 l 2期 ( 总第 2 1 0期 ) D OI : 1 0 1 3 9 0 5 j c n k i d w j z 2 0 1 5 1 2 0 0 7 影 响混凝土抗冻性 因素的试验研 究 何松松 f 江门职业技术学院 , 广东江 门5 2 9 0 0 0 】 【 摘要】 水泥混凝土抗冻性是影响其耐久性的关键指标。本次通过水泥混凝土快速冻融试验研究了水灰 比、 循环次数、 含气量、 气泡特征参数、 掺合料种类等对抗冻性影响的主次因素规律及变化趋势。研究结果表明: 含气量、 循环次数、 掺合料的掺量是影响混凝土抗冻性的主要因素。水泥混凝土抗冻性随着水灰
2、比的升高而降 低 ; 随着冻融循环次数的增加而下降; 随着气泡间距系数的降低而提高; 随着含气量的增加而提高, 但当含气量低 于4 2 时, 混凝土前期抗冻性下降迅速, 引气混凝土含气量控制在 5 6 6 4 时具有良好的抗冻性。水泥混 凝土中添加一定量的粉煤灰或矿渣粉, 混凝土的抗冻性随着掺合 比例的增加而降低。但在相同掺量下, 改善混凝 土抗冻性的效果矿渣粉好于粉煤灰。 【 关键词】 水泥混凝土; 抗冻性 ; 含气量; 掺合料 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 1 2 0 0 1 8 0
3、3 0 引言 水泥混凝土 在饱 水 的条件 下经 过多 次冻 融循 环 作用易发生冻胀破坏, 因此寒冷地区混凝土的抗冻性 能是评价道路水泥混凝土路面耐久性的重要指标之 一 。由于混凝土结构冻害的复杂性, 对混凝土冻融 破坏机理的认识至今尚不完全一致, 公认程度高的就 是美国专家 T C P o w e r s 提出的膨胀压与渗透压理论, 相关研究表明水泥混凝土的抗冻性与其含气量与微 孔结构的分 布有 直接 联 系 。在混 凝土 中添 加 引气 剂、 改变水灰 比、 掺合一定 比例的掺合料等均可以改 善混凝土微观结构和改变含气量 。目前, 国内外对 于水泥混凝土材料抗冻性的测试方法有多种 , 按
4、照试 验速度可分为快速法与慢速发 ; 若按试验 中介质可分 为水冻法与盐冻法 , 其 中水冻 快速法 因具 有试 验周期 短、 重复性好等优点, 已成为国内外广泛采用评价混 凝土抗冻性 能的试验方 法 。因此 , 本 次针对 道路水 泥混凝土, 对影响其抗冻性的水灰比、 冻融循环次数、 含气量 、 气泡间距系数、 掺合料的种类等因素开展了 相关研究, 拟通过水泥混凝土冻融循环试验, 确定各 因素对水泥混凝土抗冻性影响主次 因素规律及变化 趋势。 1 材料及试验设计 1 1 试 验原材料 水泥: P 0 4 2 5 R普通硅酸盐水泥; 碎石: 用花岗 岩连续级配碎石 ; 砂 : 细度模数为 2
5、3天然河砂; 外加 剂: F D N一 1 型木质素磺酸盐类减水剂与 X H一1型松 香树脂类引气剂 , 减水率分别为2 0 与 8 ; 掺合料选 用黑龙江产 I级粉煤灰 与比表面积 为 4 5 2 m k g的 s 9 5级矿渣 粉。 1 2 试验配合比设计 试验针对寒区道路水泥混凝土, 配合 比设计主要 根据 J T G F 3 02 0 0 3 公路水泥混凝土路面施工技术 规范 , 试验基准配合比见表 1 。试验配合比是在基准 配合比基础上改变水灰比、 引气剂添加剂量和掺合料 的种类等, 试验配合比见表 2 。 表 1 试 验基 准配合比设计 表 2 试验配合 比 1 3 试验方法 本次
6、试 验采用 J T G E 3 02 0 0 5 公 路工程 水 泥及 水泥混凝土试验规程 中水泥混凝土抗冻性试验( 快 冻法) 来测定混凝土抗冻性能 。用相对动弹模量变 化和质量损失来评价水泥混凝土的抗 冻性 。 2 试验结果与分析 2 1 水灰比对混凝土抗冻性的影响 水泥混凝土在拌合过程中用水量的改变, 导致混 凝土硬化后孑 L 结构的改变。试验选取 A系列配合 比, 分别采用 0 3 8 、 0 4 0 、 0 4 2和 0 4 4四个档的水灰比进 行试验 , 测试结果见图所示 。从 图 1 、 2可发 现 : 水灰 比 的变化对 混凝 土抗 冻性 影 响很小 。随着冻 融循 环 的 何
7、松松: 影响混凝土抗冻性因素的试验研究 1 9 进行, 混凝土相对动弹模量 随着水灰 比的提升而下 降; 质量损失率随着水灰 比的提升而升高。说明混凝 土的抗冻性随着水灰比的下降而提高。 棚 最 裸 靛 誊 鑫 蠢 寒 O 9 07 0 5 0 3 6 5 4 3 2 1 O 2 5 7 5 1 2 5 1 7 5 2 2 5 2 7 5 冻融循环次数 +O 3 8 水灰比 O 4 0 水灰 比 +0 4 2 水灰 比 一 0 4 4 水灰 比 图 2 水灰 比与质量损失率的关系 2 2 含气量对混凝土抗冻性的影响 国 内外大量的试验研究 发现 , 含 气量是 影 响水泥 混凝土抗冻性的主要因
8、素, 原因是混凝土中掺入引气 剂, 使水泥混凝土中产生大量微小稳定的封闭气泡, 可以降低混凝土拌合水的表面张力和表面能, 且引入 的气泡切断了部分毛细孔通道 , 从而使混凝土结冰时 产生的膨胀力得到缓解 。选取 B系列配合比进行 试验 , 在 水 泥 混 凝 土 中添 加 0 、 0 1 、 0 1 5 、 0 2 、 0 2 5 剂量的引气剂 , 测得其含气量分别 为 3 5 、 4 2 、 4 8 、 5 6 、 6 4 。混凝土冻融循环 试验测试结果见 图。从 图 3、 4可 以发 现 : 含气量是 对 混凝土抗冻性影响的主要因素。经过 3 0 0次冻融循环 后 , 相对动弹模量随着含气
9、量的增加而提高, 混凝土 的质量损失率随着含气量 的增加而逐渐下降。随着 混凝土冻融循环次数 的增加 , 含气量小的混凝土相对 动弹模量下降较快, 其 中含气量 3 4 的混凝土在冻 融循环 1 5 0次后 , 相对动弹模量就下降到 6 0 以下, 而含气量为6 4 的混凝土经过 3 0 0次冻融循环后相 对动弹模量为9 6 。在 3 0 0次冻融循环后, 含气量为 6 4 混凝土相对动弹模量低于含气量为 5 6 混凝 土。试验说明: 水泥混凝土的抗冻性随着含气量的增 加而提高 , 混凝土具有较好 的抗冻性能, 其含气量易 控制在 5 6 一 6 4 。 通过试验发现 , 如图 5所示在前 2
10、 0 0次冻融循环 过程中, 添加 0 1 引气剂混凝土的质量损失率大于 未添加引气剂的混凝土。分析其原因可能是 : 比起添 加较少引气剂的混凝土, 未添加引气剂的混凝土相对 比较密实。由于引气剂添加量过少导致水泥混凝土 中的含气量过少, 混凝土 内部未能形成可靠的微观孔 结构, 而且破坏了混凝土 中原有相对密实的内部结 构。所以, 在前 2 0 0次循环 中少量的引气剂加速了混 凝土的冻融破坏。通过实验得知 : 如果混凝土中含气 量较小, 不但起不到改善抗冻性作用 , 而且会加速前 期的 混凝 土 破坏。引气 混凝 土 中含气 量 不 易小 于 4 2 。 1 0 霎 0 s 钾:0 6 褓
11、 蒌 o -4 2 5 7 5 l 2 5 1 7 5 2 2 5 2 7 5 冻融循环次数 - -舍气量3 5 +含气t4 2 +含气量4 8 一 含气量5 6 o 一含气量6 4 图 3 含气量与相对动弹模量 堡 4 褥 3 Im 2 棚 1 遐 0 2 5 7 5 1 2 5 1 7 5 2 2 5 2 7 5 冻融循环次数 +含气量3 5 一 含气量4 2 +含气量4 8 呐 含气量5 6 一含气t t 6 4 图4 含气量与质量损失百分率 冻融循环次数 +含气量3 5 一含气4 2 图 5 含气量与质量损失率 , 瓣 阻 棚峰 2 0 低温建筑技术 2 0 1 5年第 1 2期 (
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