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1 2 低温建筑技术 2 0 1 2 年第 1 2 期( 总第 1 7 4 期) 掺合料对膨胀混凝土强度和抗冻性的影响 文婧， 朱卫中， 朱广祥 ( 黑龙江省寒地建筑科学研究院 哈尔滨1 5 0 0 8 0 ) 【 摘要】 以普通硅酸盐水泥、 硅灰、 粉煤灰、 U E A膨胀剂、 聚丙烯纤维等为主要原料 ， 用快冻法研究了双掺 硅灰与粉煤灰的非引气高性能混凝土的抗冻性 ， 探讨了聚丙烯纤维与掺合料对膨胀混凝土强度和抗冻性的影响 规律。结果表明： 双掺硅灰和粉煤灰能大幅提高混凝土的强度和抗冻耐久性， 聚丙烯纤维在膨胀混凝土中的最佳 掺量为0 9 k g m 。 【 关键词】 聚丙烯纤维； 硅灰； 粉煤灰； 抗冻性； 膨胀混凝土 【 中图分类号】 T U 5 2 8 5 7 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 1 2 0 0 1 2 0 3 膨胀剂能有效地解决工程中混凝土的渗漏和开 裂问题 ， 因而得到了广泛应用。地处寒冷地区的混凝 土路面与桥梁、 铁路桥涵以及市政工程结构中的混凝 土， 其破坏形式都表现为冻融破环。研究表 明 ： 膨 胀剂严重降低了未掺活性掺合料 的非引气高强混凝 土的抗冻性， 而高弹性模量的纤维则能提高其抗冻 性。聚丙烯纤维和膨胀剂复合能有效改善混凝土的 变形性能， 减少 由变形变化引起的混凝土原生缺陷， 改善混凝土内部结构， 提高混凝土耐久性 。 文中以普通硅酸盐水泥、 硅灰、 粉煤灰、 U E A膨胀 剂、 聚丙烯纤维等为主要原料， 用快冻法研究了双掺 硅灰与粉煤灰的非引气高性能混凝土的抗冻性， 探讨 了聚丙烯纤维与掺合料对膨胀混凝土强度和抗冻性 的影响规律。 1 原材料与试验方案设计 1 1 原材料 水泥为亚泰 P 0 4 2 5普 硅水 泥 ； 砂 为 中砂 ， 细 度 模数为2 7 4 ； 碎石粒径为 1 0 2 0 m m； 粉煤灰为哈三电 厂生产的 I I 级粉煤灰， 比表面积为0 4 m g ， 需水量比 为9 8 ； 硅灰由黑龙江科曼建筑材料有限公司生产， 比表面积为2 0 2 5 m g ， S i O 含量为9 0 0 2 ； 聚丙烯 纤维为 上海 同济 大学监 制 生产， 弹性 模 量 3 7 4 1 G P a ， 抗 拉强度 4 8 2 MP a ， 极 限延 伸率 3 2 ， 长度 1 9 m m； U E A膨胀剂为中国建材科学研究总院研制生 产， u一 5减水剂为黑龙江省低温建筑科学研究所中间 试验厂生产。 1 2 混凝土配合比方案设计 采用以上原材料 ， 按表 1 设计混凝土配合比方案， 测试混凝土强度及抗冻性能， 结果及分析分别列于 表 2 及 图 1 、 图 2 。 本试验根据 G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 普通混凝土长期 性能和 耐久性能试验 方法标准的有关规定， 采用 D D R一 2 7型电脑全自动混凝土快速冻融试验仪和 T D 一 1 0 W 动弹仪进行试验， 试件为 1 0 0 m m1 0 0 ra m X 4 0 0 m m的棱柱体试件， 在水 中浸泡 4 d后 ， 2 8 d龄期时 开始进行冻融试验。在冷冻和融化过程中， 试件中心 最低和最高温度分别控制在 一1 8 C 和 5 。 冰 融 靛 堡 辎 徽 需 靛 0 5 0 1 0 0 l 5 0 ： 0 2 5 0 3 o 0 冻融循环次数 图1 矿物掺合料掺量对膨胀混凝土抗冻性 的影响 冻融 循环 次数 图2 聚丙烯纤维掺量对膨胀混凝 抗冻性的影响 2 试验结果与讨论 2 1 混凝土工作性与强度试验结果与分析 按表 l 配合比方案进行试验的混凝土工作性与强 度试验结果列 于表 2 。 2 1 1 混凝土工作性分析 从表 2中可以看出， 纤维混凝土与普通混凝土相 比， 坍落度减小， 大约 3 左右， 表明掺加纤维会使混 凝土的流动性有所降低 ； 同时， 均匀分布在混凝土中 的大量纤维起到了一种“ 承托” 作用， 降低了混凝土的 表面析水和集料的沉降速率， 由此说明掺加纤维后， 混凝土的粘聚性有所提高。但纤维掺量过大， 混凝土 文 婧等： 掺合料对膨胀混凝土强度和抗冻性的影响 过粘， 工作性下降。 表 1 混凝土配合比方案设计 表 2 混凝土工作性与强度试验结果 2 1 2 混凝土强度发展规律分析 ( 1 ) 纤维掺加后， 混凝土的抗压强度大约下降 5 左右， 但抗折强度却大幅度提高， 最高提高值可 达 1 9 4 。 ( 2 ) 掺加粉煤灰后， 混凝土的 2 8 d抗压强度下 降约 3 4 ， 但粉煤灰和纤维的复掺会提高抗压强度， 提高幅度达 6 7 。 ( 3 ) 掺加硅灰后 ， 混凝土的抗压和抗折强度都 有所提高， 分别达 5 4 和 1 2 5 ， 说明硅灰微小颗粒 具有高度 的分散性 ， 可 以充分地填充在水泥颗粒之 间， 提高浆体硬化后的密实度 ； 复掺硅灰和纤维， 混凝 土的抗压强度和抗折强度继续提高 ， 分别达 7 5 和 2 0 8 。表明粉煤灰和硅灰复掺时， 硅灰的早期增强 特性与粉煤灰的长期增强特性起到互补作用。 ( 4 ) 在双掺硅灰与粉煤灰的同时， 再掺加纤维， 其抗压强度均高于普通混凝土， 当纤维掺量为 0 5 、 0 9 、 1 5 k g m 时， 其强度提高率分别达 5 6 、 8 8 和 5 2 ， 混凝土抗压强度的提高率并不呈线性增大， 说 明 纤 维 掺 量 并 非 越 高 越 好， 最 佳 掺 量 应 为 0 9 k g m 。 2 2混凝土抗冻性试验结果与分析 按表 1 所列方案的混凝土抗冻性试验结果示于图 1 、 图 2 。 2 2 1 掺合料对膨胀混凝土抗冻性的影响 从 图 1中可 以看 出： ( 1 ) 所有试件的相对动弹性模量测试值均达到 6 5 以上 ， 且聚丙烯纤维的掺入对混凝土的冻融破坏 有一定的抑制作用。将各种掺合料混凝土与基准混 凝土对 比后 可以看 出， 粉煤灰的掺入加速 了 F和 F P 试件的破坏 ， 也就是说， 粉煤灰在混凝土中早期的水 化效应较弱 ， 会造成水泥石整体的 CsH水化产物 数量不足， 基体内部出现多孑 L 状 ， 形成的网络结构强 度 比较薄弱 ， 水和其它离子容易通过 ， 这时产生的冰 冻膨胀应力超过水泥石的抗拉强度时， 内部结构就出 现损 伤。 ( 2 ) 当掺加硅灰后 ， 混凝土的相对动弹模量稍 有提高 ， 即硅灰由于其超细作用 ， 早期与水泥的反应 迅速， 加速了水泥的水化反应； 而双掺粉煤灰和硅灰 的试件 ， 相对动弹模量值较普通混凝土大幅提高， 是 由于粉煤灰和硅灰粒径分布、 粒子形貌不同， 与水泥 颗粒之间相互填充的密实度、 各种粒子分布的均匀程 度都不同； 它们对水的吸附特性、 反应活性大小等也 不同， 使掺合料对水泥水化的促进程度以及 自身的反 应程度均不同。它们之间相互配合和补充， 就会提高 混凝土的密实度 ， 优化水泥石基体的孔径分布、 孔 隙 率及孔形貌， 提高水泥石与集料界面的粘结强度 ， 进 而增强混凝 土耐久性 。 ( 3 ) 聚丙烯纤维的掺入使混凝土的相对动弹模 量都有了一定程度的提高， 说明大量微细纤维改善 了 混凝 土的内在品质 ， 降低 了原生裂隙尺度， 减少了内 部缺陷数量 ， 提高了混凝土的抗拉极限应变和断裂能 等抗拉性能 ， 使混凝土的抗冻融耐久性大幅提高。 2 2 2 聚丙烯纤维对膨胀混凝土抗冻性的影响 本部分试验是在掺加粉煤灰与硅灰的情况下 ， 纤 维掺量分别为 0 、 0 5 k g m 、 0 9 k g m 、 1 5 k g m ， 各试 件的冻融损失不大 ， 而相对动弹性模量值如图 2所示。 从图2可以看 出， 5 0次冻融循环后， 各试件的相 对动弹模量值都高于9 7 ， 说明冻融初期对混凝土的 损伤很小， 纤维对混凝土的抗冻性能改善作用不大； 2 0 0次冻融循环后， 各试件的相对动弹模量值拉开了 距离 ， 普通混凝土较初始值下降了 1 1 2 ， 纤维混凝 土的相对动弹模量值明显高于普通混凝土， 提高了 5 6 至 7 8 ； 3 0 0次冻融循环后 ， 普通混凝 土的相 对 动弹模量降为7 5 9 ， 而纤维混凝土的相对动弹模量 1 4 低温建筑技术 2 0 1 2年第 1 2 期( 总第 1 7 4 期) C S D憎水剂对混凝土抗渗抗冻性能的影响 郝聪林 ， 周运灿， 李治， 朱卫中， 朱广祥 ( 黑龙江省寒地建筑科学研究院 哈尔滨1 5 0 0 8 0) 【 摘要】 憎水剂作为一种新型抗渗防水技术逐渐为业界所重视， 其通过使混凝土内部毛细孑 L 壁获得憎水 性， 有效防止水分引入混凝土内部， 因此能够显著改善混凝土的抗渗性能， 进而起到提高混凝土抗冻性和耐久性 的作用。 【 关键词】 憎水剂； 抗渗性； 抗冻性 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 4 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 1 2 0 0 1 4 0 2 憎水型防水材料( 以下简称“ 憎水剂” ) 作为一种 新型防水材料， 逐渐为业界所重视。其作用原理是通 过附着于混凝土内毛细孔壁上， 使孑 L 壁具有憎水性， 有效阻碍水通过毛细孔渗入混凝土内部 。因此能 够显著改善混凝土的抗渗性能， 进而起到提高混凝土 抗冻性和耐久性的作用。 我院研究组对于憎水剂改善混凝土抗渗抗冻性 进行了系列研究， 通过各种试验 ， 检验其对提高混凝 土抗渗性、 抗冻性等指标 的效果， 为提高混凝土耐久 性开辟了一条新思路。 1 C S D憎水剂混凝土抗渗性能试验 通过憎水剂对混凝土的憎水率、 吸水率、 内部渗 水高度等指标来检验其对提高混凝土抗渗性的效果。 1 1 原材料 水泥采用哈尔滨亚泰 P 0 4 2 5水泥， 细骨料采用 值较普通混凝土提高了 1 6 至 2 0 9 ， 由此表明， 纤 维能提高混凝土的抗冻性。这是因为膨胀混凝土中 加入纤维后， 利用纤维的物理约束来减小温度和湿度 引起的变形 ， 并控制各种变形变化产生的应力。由于 聚丙烯纤维直径小， 单位质量的纤维数量庞大， 纤维 间距小， 增加了混凝土冻融损伤过程中的能量损耗， 有效地抑制 了混凝 土 的冻 胀开裂 ， 有益于混凝 土抗 冻 融耐久性的提高。但混凝土的相对动弹模量并不是 随着纤 维 掺 量 的增 大 一 直 增 大， 当纤 维 掺 量 为 1 5 k g m 时， S F P 3的相对动弹性模量反而下降， 比掺 量 0 9 k g m 的 S F P 2下降了3 9 5 ， 是由于纤维掺量 过大， 混凝土工作性不好 ， 导致其质量下降， 故动弹模 量随之下降。 3结语 ( 1 ) 聚丙烯纤维可以提高混凝土的粘聚性 ， 但 纤维掺量过大 ， 混凝土过粘， 工作性下降。 ( 2 ) 粉煤灰和硅灰复掺可以提高混凝土的抗压 强度， 掺加纤维后， 混凝土抗压强度的提高率并不呈 哈尔滨松花江产江砂 ， 细度模数 2 4 3 ， 粗骨料采用阿 城采石场产连续级配5 2 0 ra m碎石， 混凝土外加剂采 用黑龙江省低温建筑科学研究所中间试验厂生产的 C S D混凝土憎水剂， 水为哈尔滨市饮用水。 1 2 混凝土配合比 试验所采用混凝土配合比参数列于表 1 。 表 1 混凝土配合比试验参数 每立方米混凝土各种材料用量 k g 办 ： 胶 比 水泥 砂 石 水 C S D 1 3 试验方法 混凝土试件制作及养护按 G B 1 5 0 0 8 0进行。将 憎水剂按一定掺量加入混凝土中， 按要求成型后将试 线性增大。 ( 3 ) 在冻融循环作用下， 掺硅灰及纤维的混凝 土抗冻性比普通混凝土略好， 粉煤灰和硅灰双掺的纤 维膨胀混凝土抗冻效果最好， 掺粉煤灰及纤维的混凝 土抗冻性最 差。 ( 4 ) 聚丙烯纤维能提高膨胀混凝土的抗冻性 ， 但其掺量超过 1 5 k g m 时， 相对动弹模量反而降低 ， 聚丙烯纤维在膨胀混凝土 中的最佳掺量为 0 9 k g m 3 。 参考文献 1 余红发 盐湖地区高性能混凝土的耐久性、 机理与使用寿命 预测方法 D 南京： 东南大学， 2 0 0 4 2 邓宗才， 邓洪亮， 张红艺 ， 等合成纤维混凝土杭冻性与耐磨 性研究 J 。 南水北调与水利技术， 2 0 0 5 ， 3 ( 4 ) 收稿E l 期 2 0 1 2 0 7 0 7 作者简介 文婧( 1 9 8 1 一) ， 女， 哈： 滨人， 工程师， 工程硕 士， 从事建筑材料研究。