混凝土抗冻性的研究

混凝土的耐久性是混凝土抵抗气候变化、化学侵蚀、磨损或任何其它破坏过程的能力, 当在暴露的环境中, 能耐久的混凝土应保持其形态质量和使用功能。混凝土的耐久性研究内容包括:钢筋锈蚀、化学腐蚀、冻融破坏、碱集料破坏。混凝土的抗冻性作为混凝土耐久性的一个重要内容, 在北方寒冷地区工程中是急待解决的重要问题之一。

抗冻性的定义是:混凝土试件成型后经过标准养护或同条件养护后, 在规定的冻融循环制度下保持强度和外观完整性的能力。影响混凝土抗冻性能的因素主要有:水灰比、外加剂、骨料的品质等。

拌制混凝土时为了得到必要的和易性, 加入的拌和水总要多干水泥的水化水, 这部分多余的水滞留于混凝土中形成连通的毛细孔, 这种毛细孔中的自由水就是导致混凝土遭受冻害的主要内在因素。在正常情况下, 毛细孔中的水结冰并不致于使混凝土内部结构遭到破坏。因为混凝土中除毛细孔外还有一部分水泥水化后形成的胶凝孔和其他原因形成的非毛细孔, 这些孔隙中常混有空气。当毛细孔中的水结冰膨胀时, 这些气孔能起缓冲调节作用。当混凝土处于饱水状态时.毛细孔中的水结冰时。胶凝孔中的水处于过冷状态。胶凝孔中处于过冷状态的水分因为其蒸汽压高于同温度下冰的蒸汽压而向毛细孔中冰的界面处渗透。渗透的结果必然使毛细孔中的冰体积进一步膨胀。由此可见, 处于饱水状态的混凝土受冻时, 其毛细孔壁同时承受膨胀压力及渗透压力两种压力。当这两种压力超过混凝土的抗拉强度时, 混凝土就会开裂。经过一定的冻融循环后, 混凝土中的裂缝会相互贯通, 其强度也逐渐降低, 最后甚至完全丧失, 使混凝土结构由表及里遭受破坏。

混凝土建筑物在大然条件下经常遭受干湿、冷热、冻融交替等破坏作用。影响建筑物的使用, 降低建筑物的寿命。根据全国水工建筑物耐久性调查资料, 在32座大型混凝土坝工程、40余座中小型工程中, 22%的大坝和21%的中小型水工建筑物存在冻融破坏问题。大坝混凝土的冻融破坏主要集中在东北、华北、西北地区。尤其在东北严寒地区, 兴建的水工混凝土建筑物, 几乎100%工程局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏。除三北地区普遍发现混凝土的冻融破坏现象外, 地处较为温和的华东地区的混凝土建筑物也发现有冻融破坏现象。

因此, 混凝土的冻融破坏是我国建筑物老化病害的主要问题之一, 严重影响了建筑物的长期使用和安全运行。为使这些工程继续发挥作用和效益, 各部门每年都耗费巨额的维修费用, 而这些维修费用为建设费用的l~3倍。美国投入混凝土基建工程的总造价为16万亿美元, 据估计今后每年用于混凝土工程维修和重建的费用估计达3000亿美元。

1实验材料

本试验采用沈阳市北方建筑外加剂厂生产的BFN-1混凝土高效减水剂 (原BFN-1非引气型高效减水剂) , 水泥是本溪工源牌普通硅酸盐水泥, 砂子是浑河沙场的河砂, 石子选用普通卵石。

本试验选择了不同水灰比和不同减水剂用量对比来分析提高混凝土抗冻性的可能性, 试验8组用料如表1。

表一中的序号1, 2为做干湿砂实验;3利用外加剂对1做对比实验;3, 4, 5, 6利用同样比例的外加剂, 不同水灰比对比实验;5, 7, 8同样水灰比, 外加剂用量比不同对比实验。以上表格的砂石数据是采用骨料分级及配合比例推荐表的数据。

2试验步骤

(1) 抗冻试件以边长为150毫米的立方体作为标准试件。试件成型、养护按“混凝土试件的成型与养护方法”进行。

(2) 在设计没有特殊龄期要求时, 试验龄期为28天。到达试验龄期的前四天, 将冻融试件放入的水中浸泡, 水深应没过试件顶面2厘米以上。检验试件继续在标准养护室中养护。

(3) 将浸水完毕的冻融试件装入底部垫有橡皮板 (厚2~3mm) 的试件盒中, 注入清水, 使试件下部浸水2cm~3cm, 然后将其放入冷冻设备中。试件的排放间距, 水平方向不小于5厘米, 垂直方向不小于25cm, 在-17~-20的气温中冻结4小时 (气温未达

图表说明:以上坍落度均为 (30mm~50mm) 到此温度前的时间不计在内) 。试件冻结完毕后, 将试件连同试件盒一起放入温度为的水中融化4小时 (水面应高于试件顶面2cm, 试件间距不小于2cm) 。至此, 为一次冻融循环。其后, 如此反复进行。

(4) 达到规定的循环次数时, 取出冻融试件和在养护室中养护的检验试件各一组, 按“混凝土立方体抗压强度试验”方法同时进行抗压强度试验。

3结语

(1) 不掺外加剂的混凝土试件的抗冻性是很差的。即使它的水灰比很小, 经过少数的冻融循环就破坏的非常严重, 所以, 不能采用单纯减少水灰比的措施来提高水工混凝土的抗冻性, 那样, 既浪费水泥, 又达不到预期效果。

(2) 外加剂的掺量也影响到混凝土的抗冻性, 并不是掺量越多越好, 要适量, 否则可能造成重大的事故。

(3) 水灰比对混凝土抗冻性的影响是显著的。试验结果表明, 有抗冻要求的水工混凝土, 水灰比以0.45为宜, 最大不宜超过0.55。有特殊要求的, 如三峡等重要工程, 水灰比甚至达到0.27。

(4) 混凝土的抗冻性与砂石骨料的吸水率有关, 吸水率大的骨料对抗冻性不利。

(5) 混凝土的抗冻性与搅拌时间及振捣时间有关, 时间过长和过短都不利于混凝土的抗冻性。

摘要：本试验通过一定量的混凝土抗冻性能试验, 研究了不同的水灰比、外加剂 (主要是减水剂) 的添加、骨料级配等因素对混凝土抗冻性能的影响, 并得到了几点结论。

关键词：抗冻性能,外加剂,强度

参考文献

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[2] 游宝坤, 李乃珍.膨胀剂及其补偿收缩混凝土[M].中国建材工业出版社, 2005.

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