基于混凝土抗冻融特性的影响试验研究

李肖肖

中铁建电气化局集团南方工程有限公司，湖北 武汉 430017

摘要：在我国高海拔地区和北方寒冷地区，混凝土结构经常遭受冻融循环的损伤，部分钢筋混凝土结构出现了混凝土强度降低、混凝土表面开裂和钢筋保护层脱落等一系列病害，使得大量建筑物出现了不同程度的冻融损伤，导致承载力下降，达不到设计使用年限，需要通过结构加固才能够满足继续使用的要求，且用于混凝土结构加固的费用逐年增加，增加了建筑物维护及使用成本。

关键词：混凝土；抗冻融特性；影响试验

1抗冻抗渗混凝土原材料的选择

1.1水泥

首要，施工单位要操控水泥质量，结合实际情况选用优质抗冻抗渗混凝土，如硅酸盐水泥。留意确保混凝土强度，使其等级高于42.5级。

1.2粗骨料

级配对建筑施工非常重要。施工单位需要选择好的级配，以尽量削减骨料的空地率，使混凝土混合料的密实度更好。应留意进步混凝土的和易性，以更好地确保混凝土的性能。施工单位需依据实际情况操控胶凝材料用量，并依据基本要求操控粗骨料含泥量。

1.3细骨料

施工单位应尽量选用坚固、级配杰出、清洁的河砂作为细骨料，细度模数操控在2.4~2.8之间，石粉含量操控在6%~18%。

2原材料和实验

2.1原材料和合作比

水泥为福建莆田区域的P.O42.5R普通硅酸盐水泥。选用Ⅲ级粉煤灰，粉煤灰的物理和化学组成别离见表2和表3;粗骨料为5～31.5mm的接连级配碎石，含泥量为0.6%,压碎目标为10.2%;细骨料为天然中砂，细度模数为2.71,含泥量为0.43%,表观密度为2600kg/m3;搅拌水为自来水；化学添加剂为聚羧酸高效减水剂和三萜皂苷引气剂(粉剂)。

不同于以往将粉煤灰以等质量的办法代替水泥，本文的研究对象是将粉煤灰以等体积的办法代替部分细骨料的混凝土。

2.2试样制备

混凝土按照前述合作比进行制造，制成尺度为100mm×100mm×400mm的棱柱体试件用于冻融实验，制成尺度为150mm×150mm×150mm的立方体试件用于测定维护期间的抗压强度和高温效果后的剩余抗压强度。试件成型24h后拆模，然后将试块放置于维护室中维护。

2.3实验设计及分组

依据实验中所考虑的变量及水平：粉煤灰代替率(0,25%),温度(20℃,150℃,300℃,450℃,600℃)和不同的损害度(0,0.06,0.11,0.16,0.22)。将实验分为3个部分。

2.4实验办法

2.4.1抗压强度

抗压强度选用尺度为100mm×100mm×100mm的立方体试块进行实验，依据GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能实验办法规范》进行测定，每3块为一组，取其平均值。

2.4.2预制应力损害

由于混凝土是一种多相非均质复合材料，内部存在大量的固有缺点，在荷载的反复效果下内部结构的原始裂纹将不断萌发和扩展，本次实验选用的超声波无损检测可对混凝土内部损害劣化程度进行断定。

试件规范维护56d后，测得CFA0和CFA25的立方体抗压强度别离为36.1MPa和57MPa。再取CFA0和CFA25各组3个试块检测其轴心抗压强度。预制损害的试件在加载前，选用HU-U81类型的混凝土超声波检测仪测定混凝土的初始波速,在相对面取5个测点。每个测点采样3次，其平均值为该测点的波速，以5个测点的算术平均值作为该混凝土试件的初始超声波波速。荷载水平操控在其轴心抗压强度的30%～50%。先进行1次纵向加载后卸载，再对试件进行1次横向加载后卸载(1个加载进程)。每隔2～4个加载进程，卸载后静停60min,并依据式(2)计算混凝土试件的损害度。通过操控纵向和横向加载次数，计算出混凝土样品的不同损害程度，在实际加载中发现当损害程度>0.3时，会发生较显着的裂缝，为了尽可能地防止发生过多微裂缝，从而对实验差错发生影响，在加载后的样品中选取了损害度别离为0、0.10、0.06、0.11、0.16和0.22的6组样品，各组试件不≥3块，损害度的容许差错为±0.01。

2.2.3冻融实验

冻融实验参照GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能实验办法规范》中的“快冻法”进行。实验前4天将混凝土试件浸泡在(20±2)℃水中，使试件处于饱水状况，取出擦干外表水分并测定其湿润状况下的初始波速和质量。然后放入快速冻融实验机内进行冻融循环实验，每隔25次冻融循环后测验其超声波波速和质量。

2结果剖析

2.1混凝土抗压强度改变规律

与粉煤灰代替水泥混凝土不同，粉煤灰代替细骨料混凝土的强度在早期并没有下降，而是迅速添加。当龄期为3天时，粉煤灰细骨料混凝土达到33.3MPa。在维护期内，相同水灰比下粉煤灰细骨料混凝土的抗压强度远高于普通混凝土。这是由于当粉煤灰取代细骨料时，水泥用量不会削减，混合的粉煤灰部分起到胶凝材料的效果，填充孔隙，添加压实度。此外，粉煤灰还具有火山灰活性，使混凝土中的骨料颗粒愈加均匀。这是由于SiO2和Al2O3的存在。在水泥水化进程中，它与氢氧化钙反应生成额定的水化硅酸钙（CSH）和水化铝酸钙（CAH），有效地构成致密的基体，进步强度。

2.2初始应力损害对立冻性的影响

在冻融循环实验的早期阶段，各损害程度下的混凝土试件质量略有添加。关于普通混凝土和粉煤灰细骨料混凝土，受损混凝土试件的质量损失大于未受损试件的质量损失。损害程度越高，质量改变率越大。然而，粉煤灰细骨料混凝土与普通混凝土的质量改变率不同。普通混凝土的损失率显着快于粉煤灰细骨料混凝土，且随着损害程度的添加，粉煤灰细骨料混凝土与普通混凝土的质量改变率差异增大。当冻融循环次数达到150次时，当损害程度从0.16添加到0.22时，两者之间的差异从0.759%添加到1.115%。随着冻融循环次数的不断添加，普通混凝土和粉煤灰细骨料混凝土的相对动弹性模量不断下降。损害程度越大，相对动弹性模量越小。当损害程度为0.06时，两种混凝土的抗冻性略低于无损害组。当损害程度>0.06时，混凝土的抗冻性显着劣化。此外，粉煤灰细骨料混凝土的抗冻性优于普通混凝土。

2.3应力和高温耦合的影响

高温处理后，普通混凝土和损害度为0.16的粉煤灰细骨料混凝土的抗冻性明显下降。150次冻融循环后，300℃以上普通混凝土和粉煤灰细骨料混凝土试件的相对动弹性模量下降到60%以下，450℃以上普通混凝土试件的质量改变率也超越5%。其中，混凝土试件在600℃时的质量改变率接近8%，脱落严重。但粉煤灰细骨料混凝土的质量改变率不超越5%，由于粉煤灰的加入改变了混凝土的内部孔隙结构，进步了混凝土的全体密实度，进步了混凝土的抗冻性。此外，一般来说，普通混凝土的损害比粉煤灰细骨料混凝土更严重。两种混凝土在复合效果下的差异远大于单一效果下的差异。这表明，应力和高温的耦合效应大大下降了混凝土，尤其是普通混凝土的抗冻性。

结论

抗冻抗渗混凝土的实际使用触及很多内容。相关人员需要从各个层面做好项目的操控作业，以最大限度地发挥项目的推行效果，使混凝土达到抗冻、抗渗的要求。施工单位需要结合实际情况确认合作比，合理选择工程，并依据工程的各项目标和内容对工程进行调整。相关施工人员需要从各个层面优化项目推行内容，依据作业的具体要求选择相应的合作比，进步混凝土工程的实际使用质量。

参考文献：

[1]柴锐.抗冻抗渗混凝土配合比的设计与注意事项[J].农业科技与信息，2019(13):84–85,87.

[2]屈延军，赵燕.抗渗抗冻混凝土的配合比设计及应用研究[J].洛阳理工学院学报（自然科学版），2012,22(3):16–18.

[3]黄丽彬.低强度抗冻抗渗混凝土配合比设计及力学特性试验分析[J].西安文理学院学报（自然科学版），2015(4):94–96.