抗冻试验

抗冻试验（通用8篇）

抗冻试验 篇1

1 不同标准的试验方法对保温砂浆抗冻性能检测结果的影响

关于材料的抗冻性试验, 我国现行的建筑节能相关标准一般采用JGJ70《建筑砂浆基本性能试验方法》。但无论JGJ70-1990中的第九章, 还是修订后的JGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》第十一章抗冻性能试验的第一条均明确规定, 该方法适用于或可用于检验强度等级大于M2.5的砂浆。故完全参照JGJ70抗冻性能试验方法检测抗压强度一般小于2.5MPa的保温砂浆值得分析研究。

1.1 JGJ/T70-1990试验方法对保温砂浆冻融循环后质量损失率检

测结果的影响

根据GB/T20473-2006《建筑保温砂浆》中6.7要求, 保温砂浆的抗冻性能测定根据JGJ70-1990中第九章的规定进行, 先按该标准的规定, 制备70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体试件6块, 冻融循环次数为15次。冻融循环结束后, 保温砂浆试件的质量损失率应≤5%。质量损失率按式 (1) 计算:

式中:Δmm为冻融循环后的质量损失率, 以6块试件的平均值计算, %;

mo为冻融循环试验前试件质量 (饱水时的质量) , kg;

mN为冻融循环试验后试件质量 (烘干时的质量) , kg。

显然该方法对保温砂浆不合适。一方面是将材料所含的水作为冻融试验的质量损失;另一方面, 将吸水饱和时的质量作为基数, 不能真正反映材料的质量损失率。例如:假定某保温砂浆泡水2d的质量吸水率为6%, 且实际冻融未产生质量损失, 保温砂浆的干体积密度300kg/m3, 试件体积为V, 则有:

上述计算结果表明, 只要材料的质量吸水率大于6%, 即使实际材料的冻融质量损失为零, 按式 (1) 计算所得的这一指标也不合格。而绝大部分的保温砂浆质量吸水率一般均大于6%, 这将导致保温砂浆这一指标均不合格的结论。实际上, 上述计算方法中将试件中的吸水量在烘干过程中作为质量损失计入, 从而导致了结果的不合理性。

1.2 JGJ/T70-2009试验方法对保温砂浆抗冻性能检测结果的影响

2009年6月1日实施的JGJ70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》第十一章在JGJ70-1990的基础上, 对砂浆的抗冻性能试验方法进行了较大的修订, 特别是针对砂浆试件冻融后的质量损失率计算方法。首先, 砂浆抗冻试件虽仍采用0.7mm×70.7mm×70.7mm立方体试件, 试件数量为6块, 但将其分为2组, 每组3块, 分别作为抗冻与抗冻试件同龄期的对比抗压强度检验试件。其次, 冻融试验结束后, 将冻融试件从水槽取出, 并用拧干的湿毛巾轻轻擦去表面水分, 然后称其质量, 冻融后试件的质量为饱水时的质量, 而不再是JGJ70-1990规定的在 (105±5) ℃条件下烘干后的质量。然后, 砂浆试件冻融后的质量损失率按式 (2) 计算:

式中:Δmm冻融循环后试件的质量损失率, 以3块试件的算术平均值计算, %, 精确至1%;

mo为冻融循环试验前试件质量 (饱水时的质量) , kg;

mn为冻融循环试验后试件质量 (饱水时的质量) , kg。

由式 (2) 可见, JGJ/T70-2009冻融循环后试件的质量损失率按冻融前后试件饱水时的质量进行计算, 较JGJ70-1990可比性强, 也更为合理, 但又出现了新的问题。

针对干密度往往小于500kg/m3、抗压强度一般低于2.5MPa的保温砂浆, 按JGJ/T70-2009测定时会出现冻融循环试验后, 试件饱水质量大于冻融循环试验前试件饱水质量的情况, 即冻融循环试验后试件饱水质量不仅未损失, 反而增加, 进一步按JGJ/T70-2009进行强度损失率的测定, 发现冻融后试件抗压强度均出现不同程度的降低。对于抗压强度为1.73MPa的1号样品, 冻融循环15次后的抗压强度损失率为10%左右, 而质量较未冻融前增加4.6%;抗压强度为0.71MPa的2号样品, 抗压强度损失率为6%时, 质量较未冻融前增加10.5%;抗压强度为0.56MPa的3号样品, 抗压强度损失率为43%时, 质量较未冻融前增加1.8%。显然, 出现这样的测试结果与实际情况并不相符, 也是不合理的。

工程建设标准DB33/T1054-2008《无机轻集料保温砂浆及系统技术规程》附录B.4.5条对抗冻性试验方法作了适当的修正, 规定如下:

(1) 试件在28d龄期时进行冻融试验。试验前两天应把冻融试件和对比试件从养护室取出, 进行外观检查并记录其原始状况;先把试件放入事先已升温到 (80±3) ℃环境下烘干24h, 然后编号, 称其质量;随后放入15~20℃的水中浸泡, 浸泡的水面应至少高出试件顶面20mm, 两组试件浸泡24h后取出, 并用拧干的湿毛巾轻轻擦去表面水分。将冻融试件进行冻融试验, 对比试件则放入标准养护室中进行包裹养护。

(2) 冷冻箱 (室) 内的温度均应以其中心温度为标准。应将试件冻结温度控制在-20~-15℃。当冷冻箱 (室) 内温度低于-15℃时, 试件方可放入。如试件放入之后, 温度高于-15℃时, 则应以温度重新降至-15℃时计算试件的冻结时间。装完试件至温度重新降至-15℃的时间不应超过2h。

(3) 每次冻结时间为4h, 冻后即可取出并应立即放入能使水温保持在15~20℃的水槽中。此时, 槽中水面应至少高出试件表面20mm, 试件在水中浸泡的时间应为4h。浸水4h后即为该次冻融循环结束。取出试件, 送入冷冻箱 (室) 进行下一次循环试验, 以此连续进行直至15次循环。

(4) 每5次循环, 应进行1次外观检查, 并记录试件的破坏情况;试验期间如需中断试验, 试样应置于-20~-15℃环境下存放。

(5) 冻融试验结束后, 冻融试件与对比试件应同时放入 (80±3) ℃的条件下烘干24h, 然后进行称量、试压。

(6) 保温砂浆抗冻性能结果计算按如下规定进行:

(1) 砂浆试件冻融后的强度损失率按式 (3) 计算:

式中:Δfm为15次冻融循环后的砂浆强度损失率, %;

fm1为冻融循环试验前的试件抗压强度, MPa, 以6块试件中4个中间值的平均值计算;

fm2为15次冻融循环后的试件抗压强度, MPa, 以6块试件中4个中间值的平均值计算。

(2) 砂浆试件冻融后的质量损失率按式 (4) 计算:

式中:Δmm为15次冻融循环后的质量损失率, %;

mo为冻融循环试验前的试件质量 (烘干后的质量) , kg, 以6块试件中4个中间值的平均值计算;

mn为15次冻融循环后的试件质量 (烘干后的质量) , kg, 以6块试件中4个中间值的平均值计算。根据上述工程建设标准, 采用同一批次的材料制作试样进行了比对试验。显然, 这一试验结果能比较客观地反映材料经冻融破坏后的实际情况。

2 结束语

综上所述, 由于无机轻集料保温砂浆的特殊性, 引用JGJ70-1990《建筑砂浆基本性能试验方法》及修订后的JGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》中抗冻性能试验方法来评价其抗冻性, 特别是质量损失率, 存在较大的不合理性, 对其他轻质无机保温浆料可能也存在同样的问题, 在引用时一定要先进行适用性试验验证。

摘要：无机轻集料保温砂浆是以无机轻集料 (憎水型膨胀珍珠岩、玻化微珠、闭孔膨胀珍珠岩等) 为保温骨料、以水泥等无机胶凝材料为主要胶结料, 并掺加高分子聚合物及其他功能性添加剂而制成的建筑保温干粉砂浆。该保温砂浆采用现代轻集料制备技术和胶凝材料改性技术, 在很大程度上改进了传统无机保温砂浆吸水率高、强度低、收缩大、易开裂且施工性能差等缺陷, 具有优异的防火阻燃性、相对较高的强度、良好的耐候性及保温隔热性能, 施工方便, 不会产生二次污染, 是一种综合性能较好绿色环保的新型建筑保温材料。

关键词：建筑材料,保温砂浆,性能试验

大棚不加温 蔬菜也抗冻 篇2

配制热性土 采用鸡粪、热性有机肥料、牛粪等透气性肥料配制成热性土使用，当其腐熟后各取20%，拌干细土60%，这样的营养土吸热和生热性能好，使蔬菜幼苗生长环境好，根系生长数目多而长，吸收功能强，生长的蔬菜健壮，自然抗寒力强。

营养钵育苗 采用黑色塑料营养钵育苗，白天吸热保温护根，当外界气温在0℃以下时，棚内厢面温度在5℃左右时，而营养钵内温度可达8℃～10℃，蔬菜幼苗能缓慢生长，不受冻害。

控施氮肥 苗期适当减少氮肥用量，切不可偏施化学氮肥，以免蔬菜抗寒力差。追肥宜早，以促使蔬菜菜苗老健。低温之前不能施用速效氮肥，宜追施一次磷钾肥，以增强抗寒能力。冬季光照弱，蔬菜吸肥能力差，叶面喷施光合微肥，可防治因根系吸收营养不足造成的缺素症，同时应少用或不用生长类激素，以防生长柔嫩而降低抗寒性。

浅中耕保温 菜地表面板结，白天热气进入耕作层受到限制，贮热就会减少，加之裂缝大而深，土壤团粒结构差，前半夜易散热，后半夜室温低，易造成冷害。如果对棚土进行浅中耕，可起到破板结、补裂缝的作用，既可控制地下水蒸腾带走热量，又可保墒保温，防寒保苗。

生根素灌根 过冬的棚室蔬菜，使用生根素后根系可增加60%左右，根深增加25%左右。根系发达吸收能力强，就不会因缺水、缺素导致菜苗因抗寒性差而冻伤。

灌足水防冻 冬季蔬菜冻害多因缺水所致。水比空气的比热高、散热慢，若土壤含水量适中、耕作层孔隙裂缝细密、根系不悬空，土壤保温性就能提高，根系不会受到冻害。因此，棚菜冬前灌足水，防冻效果好。

补充碳素 棚室中栽培的蔬菜，在太阳出来后1小时就可将夜晚植株呼吸和土壤微生物分解所产生的二氧化碳吸收，而后则处于碳饥饿状态。因此，遇到晴天气温高时可将棚膜打开，放进外界的二氧化碳，以提高蔬菜的抗寒性和产量；气温低时则闭棚，冬季人为地补充二氧化碳，可提高抗寒力，增加产量。

掺尾矿粉混凝土抗冻性能试验研究 篇3

关键词：尾矿粉,抗冻性,混凝土

尾矿粉是选矿剩余废料, 产量甚大, 生产单位每年对排出尾矿粉进行处理, 需要花费大量资金和劳动力, 而尾矿粉有不失为一种优良的建筑材料。很多试验表明矿粉性能与粉煤灰相近可取代部分水泥, 能减少水化热, 延缓凝结时间, 改善混凝土的工作性能, 提高抗渗性。采用矿粉可以利用工业废料, 保护环境, 符合国家可持续发展的战略要求。混凝土冻融破坏是北方地区混凝土耐久性破坏最主要的病害, 北方各地的小型水工建筑物都存在不同程度的冻害。抗冻性是混凝土耐久性非常重要的方面, 被冻坏是混凝土耐久性劣化形式的典型代表, 而且, 抗冻性与混凝土耐久性的其他方面密切相关, 但有关尾矿粉对混凝土抗冻性能影响的研究并不多。对掺尾矿粉混凝土抗冻性能进行试验研究将会对实际工程中掺尾矿粉混凝土的配合比设计及施工有重要的指导意义。

1仪器与方法

1.1 主要试验仪器

HJW-60型单卧轴强制式混凝土搅拌机, ST-160B型水泥净浆搅拌机, JJ-5型水泥胶砂搅拌机, SKDR-28S型混凝土自动快速冻融试验设备等。

1.2 试验操作

参考《水工混凝土试验规程》的有关规定, 取100mm×100mm×400mm的棱柱体试块, 试验以3个试件为一组, 养护28天, 在到达龄期的前4天, 将试件在20℃左右的水中浸泡4天, 将已浸水的试件擦去表面水后, 称初始质量, 并测量初始自振频率, 作为评定抗冻性的起始值。将试件装入试件盒中, 注入自来水, 睡眠浸没试件顶面20mm。

每隔50次冻融循环对试件做一次检测, 测试时将试件取出后冲洗干净, 擦去表面水, 称量和测定自振频率, 每次测完后将试件掉头重装如试件盒中, 注入水后继续试验。当试验中相对动弹模量下降至初始值的60%或质量损失率达5%或冻融达到预定的200次循环次数时即可停止试验。

1.3 计算方法

1.3.1 相对动弹性模量公式

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式中Pn——n次冻融循环后试件相对动弹模量, %;

f0——试件冻融循环前的自振频率, Hz;

fn——试件冻融n次循环后的自振频率, Hz。

1.3.2 质量损失公式

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式中Wn——n次冻融循环后试件质量损失率, %;

G0——冻融前的试件质量, g;

Gn——n次冻融循环后的试件质量, g。

2试验结果

塑性混凝土试块养护28天放入冻融循环机测试, 抗冻结果见下表1。

3结论

桥梁混凝土抗冻融性能的试验研究 篇4

混凝土的冻融破坏是指混凝土在饱水的状态下由于冻融循环而产生的破坏, 混凝土处于饱水状态和冻融循环交替作用是发生混凝土冻融破坏的必要条件, 因此, 混凝土的冻融破坏一般发生于寒冷地区经常与水接触的混凝土结构物。混凝土的盐冻破坏一般是指在冻融循环条件下, 由盐引起的混凝土表面剥蚀破坏, 多发生于寒冷地区海工环境和除冰盐环境中混凝土结构, 混凝土盐冻破坏的主要特征是表面剥蚀[1]。

盐冻条件下, 由于盐的存在, 一方面, 降低了混凝土中可冻水的冰点, 这是对减小混凝土冻融破坏有利的因素, 另一方面, 盐的存在又对混凝土的冻融破坏产生了很多不利影响, 如提高了混凝土中的饱水度, 在孔隙中产生更大的渗透压和静水压, 在孔隙中产生额外的结晶压等[2,3]。

混凝土在冻融与盐冻条件下的破坏情况具体有何差异, 相关研究不多。文献[4,5,6]研究了引气混凝土在水中和盐溶液中的抗冻性能, 结果表明, 盐溶液中的冻融比水中的冻融对混凝土的破坏作用更加剧烈。

本文按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》 (GBJ 82-85) [7]中的快冻法对普通混凝土和高强混凝土试件分别进行了冻融和盐冻试验, 研究了在不引气的条件下, 普通混凝土和高强混凝土的抗冻融和抗盐冻性能, 并对普通混凝土和高强混凝土的抗冻融与抗盐冻性能进行了对比分析。

2 试验概况

2.1 试验材料及混凝土配合比

水泥为黑龙江省宾州水泥有限公司生产的虎鼎牌P.O42.5普通硅酸盐水泥, 掺和料采用哈尔滨三电建材原料有限责任公司生产的Ⅰ级粉煤灰, 细集料为细度模数2.62的河砂, 粗集料为5~31.5mm的碎石, 外加剂采用JFL-5型高效减水剂。

试验共采用了4种混凝土配合比, 其中C60为高强混凝土, 其他为普通混凝土, 混凝土配合比见表1。

注:F表示在水中的冻融循环次数, SF表示在盐溶液中的冻融循环次数。

2.2 试验方法

(1) 试件设计与制作

每种配比混凝土制作6个尺寸为100mm×100mm×400mm的试件, 其中3个用于冻融试验中对重量损失和动弹性模量的测试, 另外3个用于盐冻试验中对重量损失和动弹性模量的测试;同时每种配比混凝土制作120个尺寸为100mm×100mm×100mm的强度试件, 其中60个用于冻融试验中对抗压强度的测试, 另外60个用于盐冻试验中对抗压强度的测试。试件成型24h后拆模放入标准养护室养护28d, 然后置于自然环境中养护至180d。

(2) 冻融与盐冻试验

将养护至龄期的冻融和盐冻试件分别放入水中和3.5%的Na Cl溶液中浸泡4d, 取出试件用湿布擦除表面水分, 测试试件质量、动弹性模量及抗压强度的初始值, 然后将冻融和盐冻的试件分别放入装有水和3.5%的Na Cl溶液的试件盒中, 盒中液面高度始终高出试件顶面5mm左右, 最后将试件盒放入冻融箱中进行冻融和盐冻试验。每次冻融循环的时间为2~4h, 其中用于融化的时间不小于整个冻融时间的1/4, 在冻结和融化终了时, 试件中心温度分别为-17±2℃和8±2℃。

试验初期分别在5、10、15、20、50次冻融循环时测试试件质量、动弹性模量及抗压强度, 随后每25次循环测试一次试件质量、动弹性模量及抗压强度。冻融和盐冻试验均以试件的相对动弹性模量下降到60%或重量损失率达到5%作为破坏标准。

(3) 质量测试与重量损失率计算

质量测试采用量程为15kg, 精度为1g的电子天平, 通过式 (1) 可将质量转换为重量损失率,

式中:Wn—N次冻融循环后试件的重量损失率, 以3个试件的平均值计算 (%) ;

Go—冻融循环前试件的重量 (kg) ;

Gn—N次冻融循环后试件的重量 (kg) 。

(4) 动弹性模量测试与相对动弹性模量计算

动弹性模量测试采用天津路达建筑仪器有限公司生产的DT-12W型动弹性模量测定仪, 通过式 (2) 可将测试的动弹性模量转换为相对动弹性模量,

式中:P—N次冻融循环后试件的相对动弹性模量, 以3个试件的平均值计算 (%) ;

fn—N次冻融循环后试件的横向基频 (Hz) ;

fo—冻融循环试验前测得的试件横向基频初始值 (Hz) 。

3 试验结果分析

3.1 试件外观变化描述

在冻融条件下, 试件F1、F2、F3表面的水泥浆和砂浆逐渐地剥落, 冻融循环达到15次时, 试件F1表面部分粗骨料外露, 试件F2和F3表面水泥浆大部分剥落, 冻融循环达到50次时, 试件F1表面大量粗骨料外凸, 试件F2和F3表面部分粗骨料外露, 冻融循环达到75次时, 试件F2和F3中均有一个试件断裂, 冻融循环达到100次时, 试件F2和F3中的另外两个试件也均断裂;试件F4在冻融循环达到125次时, 除了在靠近端部的浇筑面上有少量砂浆剥落外, 其他面基本无剥落现象。

在盐冻条件下, 试件SF1、SF2、SF3表面的水泥浆和砂浆逐渐地剥落, 其中试件SF1和SF2表面剥蚀速度较快, 盐冻循环达到5次时, 试件SF1浇筑面上的大量粗骨料外露, 盐冻循环达到15次时, 试件SF1表面大量粗骨料外凸, 试件SF2浇筑面上的大量粗骨料外露, 试件SF3表面呈现分布密集的点状剥蚀, 盐冻循环达到25次时, 试件SF2表面大量粗骨料出现外凸现象, 试件SF3表面水泥浆大部分剥落, 盐冻循环达到50次时, 试件SF3表面大量粗骨料外露, 少量粗骨料外凸;试件SF4在盐冻循环达到50次时, 浇筑面上少量水泥浆剥落, 浇筑面端部少量砂浆剥落, 盐冻循环达到100次时, 浇筑面上水泥浆大部分剥落, 盐冻循环达到175次时, 部分粗骨料外凸。

3.2 重量损失率变化规律

重量损失率主要表征的是混凝土表面的剥蚀程度, 从图1、图2可以看出, 冻融或盐冻循环次数相同时, 试件重量损失率随混凝土强度等级的提高而降低;冻融循环次数相同时, 盐冻条件下试件的重量损失率高于冻融条件下的重量损失率, 这说明相比于冻融循环, 盐冻循环加剧了混凝土表面的剥落。

从图1可以看出, 在冻融条件下, 随着冻融循环次数的增加, 试件F1和F2的重量损失率呈不断增长的趋势, 冻融循环达到50次时, 试件F1重量损失率达到6.54%;试件F3的重量损失率呈先增长后降低的趋势;试件F4的重量损失率一直呈下降的趋势, 重量损失率呈下降趋势的原因在于随着冻融次数的增加, 试件内部裂缝数量增加, 试件的吸水量随之增加, 当试件吸水量的增加值高于剥落量的增加值时, 试件的重量损失率就会下降。

从图2可以看出, 在盐冻条件下, 随着盐冻循环次数的增加, 试件SF1和SF2的重量损失率呈迅速增长的趋势, 冻融循环达到15次时, 试件SF1重量损失率达到5.64%, 冻融循环达到25次时, 试件SF2重量损失率达到5.01%;试件SF4的重量损失率在试验前期变化并不明显, 在试验后期增长迅速。

3.3 相对动弹性模量变化规律

相对动弹性模量主要表征的是混凝土内部的损伤程度, 从图3、图4可以看出, 在冻融和盐冻条件下, 随着冻融循环次数的增加, 试件的相对动弹性模量均呈下降的趋势;冻融或盐冻循环次数相同时, 试件的相对动弹性模量随着混凝土强度等级的提高而增大;试件SF1、SF2、SF3在盐冻条件下相对动弹性模量的下降速度明显高于试件F1、F2、F3在冻融条件下相对动弹性模量的下降速度, 说明相比于冻融循环, 盐冻循环加快了混凝土内部的损伤速度。

从图3可以看出, 试件F1、F2的相对动弹性模量前期下降较快, 后期下降较慢, 冻融循环达到50次时, 试件F1的相对动弹性模量降至57.49%;试件F3、F4的相对动弹性模量前期下降较慢, 后期下降较快, 冻融循环达到125次时, 试件F4的相对动弹性模量降至58.89%。

从图4可以看出, 试件SF1、SF2和SF3的相对动弹性模量下降较快, 盐冻循环达到50次时, 试件SF3的相对动弹性模量降至55.87%;试件SF4的相对动弹性模量前期下降缓慢, 后期下降较快, 盐冻循环达到175次时, 试件SF3的相对动弹性模量降至43.38%。

3.4 抗压强度变化规律

抗压强度是表征混凝土质量好坏的一个综合指标, 也是人们最为关心的一个指标。从图5、图6可以看出, 在冻融和盐冻条件下, 随着冻融次数的增加, 试件的抗压强度总体上呈下降的趋势, 局部有所波动。试件SF1、SF2、SF3在盐冻条件下抗压强度的下降速度明显高于试件F1、F2、F3在冻融条件下抗压强度的下降速度。

冻融条件下, 冻融循环达到50次时, 试件F1的抗压强度降至初始值的20.85%, 冻融循环达到75次时, 试件F2和F3的抗压强度分别降至初始值的46.88%和37.92%, 冻融循环达到125次时, 试件F4的抗压强度降至初始值的60.90%;盐冻条件下, 盐冻循环达到15次时, 试件SF1的抗压强度降至初始值的22.60%, 盐冻循环达到25次时, 试件SF2的抗压强度降至初始值的29.71%, 盐冻循环达到50次时, 试件SF3的抗压强度降至初始值的28.66%, 盐冻循环达到175次时, 试件SF4的抗压强度降至初始值的34.61%。

3.5 抗冻融和抗盐冻循环次数

冻融条件下, 试件F1由于重量损失率达到破坏标准而破坏, 试件F2和F3由于试件的断裂而破坏, 试件F4由于相对动弹性模量达到破坏标准而破坏;盐冻条件下, 试件SF1和SF2由于重量损失率达到破坏标准而破坏, 试件SF3和SF4由于相对动弹性模量达到破坏标准而破坏。从图5、图6可以看出, 试件临近破坏时, 大部分试件的抗压强度均低于初始强度的50%, 说明仅以重量损失率和相对动弹性模量作为混凝土冻融或盐冻破坏的判断标准不够全面, 还应考虑强度的损失率。

通过分析, 各配比混凝土试件抗冻融和盐冻循环次数均未达到300次, 说明在不引气的条件下, 普通混凝土和高强混凝土的抗冻融和盐冻性能均很差;混凝土试件抗冻融和盐冻循环次数随着混凝土强度等级的提高而增加;普通混凝土试件抗冻融循环次数高于抗盐冻循环次数, 高强混凝土试件抗冻融循环次数低于抗盐冻循环次数。

4 结论

采用快冻法对普通混凝土和高强混凝土的抗冻融与抗盐冻性能进行对比分析, 得出如下结论:

(1) 在不引气的条件下, 普通混凝土和高强混凝土的抗冻融和盐冻性能均很差。

(2) 混凝土试件抗冻融和盐冻循环次数随着混凝土强度等级的提高而增加。

(3) 普通混凝土试件抗冻融循环次数高于抗盐冻循环次数, 高强混凝土试件抗冻融循环次数低于抗盐冻循环次数。

(4) 仅以重量损失率和相对动弹性模量作为混凝土冻融或盐冻破坏的判断标准不够全面, 还应考虑强度的损失率。

摘要：混凝土的冻融破坏是寒冷地区经常与水接触混凝土结构物的常见破坏形式。本文采用快速冻融方法, 对普通混凝土和高强混凝土的抗冻融性能进行了试验研究, 测试了试件的质量、动弹性模量和抗压强度, 通过试验研究了普通混凝土和高强混凝土的抗冻融和抗盐冻性能, 并分析了普通混凝土和高强混凝土抗冻融性能与抗盐冻性能之间的差异。结果表明, 在不引气的条件下, 普通混凝土和高强混凝土的抗冻融和盐冻性能均很差;混凝土试件抗冻融和盐冻循环次数随着混凝土强度等级的提高而增加;普通混凝土试件抗冻融循环次数高于抗盐冻循环次数, 高强混凝土试件抗冻融循环次数低于抗盐冻循环次数;仅以重量损失率和相对动弹性模量作为混凝土冻融或盐冻破坏的判断标准不够全面, 还应考虑强度的损失率。

关键词：普通混凝土,高强混凝土,冻融,盐冻,试验

参考文献

[1]张誉, 等.混凝土结构耐久性概论[M].上海科学技术出版社, 2003.

[2]杨全兵, 黄士元.受冻地区混凝土的盐冻破坏[J].黑龙江交通科技, 2000 (增刊) :7-9.

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[4]赵霄龙, 等.高性能混凝土在盐溶液中的抗冻性[J].建筑材料学报, 2004 (4) :85-88.

[5]缪昌文, 等.混凝土抗除冰盐的剥落性能与机理研究[J].公路, 2001 (2) ::88-92.

[6]陈少峰, 等.混凝土盐冻破坏的试验研究[J].公路, 2006 (7) ::216-219.

高寒地区混凝土抗冻性的试验研究 篇5

本文主要研究对象为混凝土抗冻耐久性, 采用快冻法进行试验, 主要内容为:

(1) 对不同配比混凝土进行冻融循环实验, 测试其有关性能 (质量损失率、相对动态弹性模量等) 。

(2) 对不同掺合料掺加量混凝土进行冻融循环试验, 测试其有关性能 (质量损失率、相对动态弹性模量等) 。

1 试验原材料及试验方法

1.1 试验方案及配合比设计

本次试验选择配制了不同水灰 (胶) 比的混凝土, 掺加不同量掺和料 (混合材) 、掺入化学外加剂 (引气剂或减水剂) 的混凝土, 进行冻融试验, 分析其与抗冻性之间的关系。

1.1.1 试验方案

配合比设计, 注意两个指标, 一是新拌混凝土的坍落度控制在80mm±10mm, 这是为了接近于施工现场;二是含气量控制在6%±1%。

冻融试验:采用GBJ82-85中的快冻法试件, 将成型尺寸为100mm×100mm×400mm的标准混凝土试件预养到一定龄期后进行冻融循环试验。

1.1.2 配合比设计

(1) 设计水胶比分别为0.4、0.5的混凝土, 其单位体积材料用量及配比见表1。

(2) 设计粉煤灰掺量分别为15%、30%的混凝土, 其单位体积材料用量及配比见表2。

(3) 设计高岭土掺量分别为15%、30%的混凝土, 其单位体积材料用量及配比见表3。

1.2 试验原材料

(1) 水泥。采用华新堡垒P·O42.5普通硅酸盐水泥, 化学成分见表4。

(2) 砂石 (细骨料, 粗骨料) 。依据《建筑用砂》 (GB/T14684-2001) 和《建筑用卵石、碎石》 (GB14685-2001) 。

(3) 掺合料。粉煤灰采用I级粉煤灰, 性能指标及化学成分见表5。

(4) 化学外加剂。所掺化学外加剂为聚羧酸系高效减水剂。以GB8076-1997为检测依据, 聚羧酸系高效减水剂的技术指标见表6。

2 试验内容及数据分析处理

2.1 冻融试验前期准备工作

2.1.1 试件制备

国家标准《水工混凝土试验规程》 (DL/T5150-2001) 、《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》 (GBJ82-85) 中的混凝土快速冻融循环试验要求的试件均为100mm×100mm×400mm的棱柱体。制备的6组混凝土试件, 包括不同水胶比、不同配比及不同粉煤灰掺量等, 成型的实际配合比见表7。根据国家规定快冻法的规范要求, 混凝土试件成型1d后脱模, 然后放进标准养护室, 养护至28d后, 将试件浸泡于水中4d, 然后开始准备冻融试验。

2.1.2 冻融试验

() 冻融设备

本试验采用的冻融设备是TDRF-2型风冷式混凝土快速冻融装置。

(2) 冻融制度

本试验是研究混凝土试件在水中经受冻融循环后的物理力学性能, 实行“快冻法”制度, 水冻水融, 温度范围-17~8℃, 每个循环周期时间2.5~4h, 其中1.5~2.5h用于冰冻作用, 温度下降速率均衡, 试件中心达到最低温后开始解冻, 融化时间大约1~1.5h。初步确定每运行25个循环后, 测试混凝土试件的动态弹性模量和质量。

2.2 混凝土冻融试验结果与分析

2.2.1 质量损失分析

冻融过程中混凝土试件的质量损失由两方面组成:一方面是试件表面浆体乃至粗细集料的脱落引起, 这部分是质量损失;而另一方面, 随着冻融次数增加, 混凝土试件内部微裂纹的数量和体积逐渐增大, 这些裂缝吸水就会导致混凝土试件质量增加。在实际冻融试验过程中, 多数时候前者的质量损失要大于后者的质量增加, 总体表现为质量损失;只有冻融试验初期 (如50次循环之前) 才会出现试件质量增加的情况。

表8给出了六组混凝土试件在不同冻融循环次数后的质量损失。可以看到, A、B两组试件质量损失始终为正, 且不断增大;C、D两组基本呈现负的质量损失, 这表明其在冻融阶段质量在增加;而在50次冻融循环后, E、F两组的质量基本没有变化, 只在75次冻融循环后出现较明显变化, 且小于其他四组。分析如下:

A、B两组试件的表面浆体和粗细集料脱落导致的质量损失超过了混凝土吸水 (由混凝土内部裂纹的增加和膨胀等导致) 引起的质量增加, 导致其质量损失不断增加;A、B两组外观破损较为严重;C、D两组的表面脱落较少, 由于吸收水分反而使得试件质量增加;E、F两组试件在前期冻融过程中, 质量损失与质量增加基本相互抵消, 故这两组试件质量没有出现太大变化。

图1显示了混凝土在冻融循环后的质量损失率变化曲线。可以看到, A组试件在25次冻融循环后有明显质量损失, 之后趋势减缓, 但大大高于其他组;B组试件的质量损失也从25次冻融循环后一直呈逐渐上升趋势, 比较稳定, 低于A组试件;C组试件在25次冻融循环后质量几乎没有变化, 而在50次冻融循环后其质量损失为负, 且在75次冻融循环后质量仍在增长;D组试件变化趋势与C组相似, 但其质量增加更为明显, 在25次冻融循环后质量损失, 在50次 (以及75次) 冻融循环后质量损失明显下降;E组和F组在50次冻融循环前质量都基本不变, 在75次冻融循环后, E组出现质量增长, 而F组为质量损失, 但变化量都很小。

A组与C、D组对比:A组为普通混凝土, 而C、D组为粉煤灰混凝土, 其中C组粉煤灰掺量为15%, D组粉煤灰掺量为30%;A组试件在冻融后出现了较大质量损失, 而C、D组试件在冻融后均出现质量增长;从外观看, A组试件表面剥落较多, 而C、D两组试件剥落较少。由此来看, 掺加粉煤灰有利于改善混凝土抗冻性。

A、B两组与E、F两组对比:四组试件均为普通混凝土, 其中A、B两组试件的砂率为0.23, 而E、F两组试件的砂率为0.40;A、B两组试件在冻融后出现了较大质量损失, E、F两组试件在冻融循环后质量损失很小;A、B两组试件在冻融后受到的破坏比E、F两组试件更为严重。低砂率意味着粗骨料的含量很高, 会导致单位体积内砂浆量不足, 粗骨料无法被充分包覆, 混凝土的黏聚力较差, 在受到冻融作用时比较容易受到破坏, 即过低的砂率会导致混凝土的抗冻性不足。

2.2.2 动态弹性模量变化分析

混凝土的冻融劣化是一个由致密到疏松的物理过程, 动态弹性模量的下降是这种疏松过程的外在反映。混凝土内部存在的一些原始微裂缝或缺陷, 冻融过程中这些微裂缝逐渐扩展, 并有新微裂缝或缺陷不断产生, 导致动态弹性模量下降。本试验采用TD-14型动弹仪测得混凝土试件的动态弹性模量, 然后将该值与混凝土试件未进行冻融的初始动态弹性模量的比值作为相对动态弹性模量Pn。

表9为六组混凝土试件在不同次数冻融循环后相对动态弹性模量的变化情况。在25次冻融循环后, A、B、E、F四组的相对动态弹性模量下降均超过5%, 其中F组达12.13%, 而C、D两组下降不足5%;在50次冻融循环后, A、B、E、F四组的相对动态弹性模量下降均超过10%, 其中E、F两组超过15%, 而C、D两组下降不到10%;在75次冻融循环后, 各组试件均下降超过20%, 其中A、B两组分别下降35.29%和39.09%。

图2为不同冻融循环次数后试件的相对动态弹性模量变化曲线。图中显示了六组试件的相对动态弹性模量随冻融循环次数增加表现出的变化趋势。

C、D两组的相对动态弹性模量下降趋势较其他几组缓慢, 且D组下降速度略慢于C组。这是由于粉煤灰的火山灰效应与浆体中的氢氧化钙反应形成水化硅酸钙, 并填充于水泥水化产物孔隙中, 改善了混凝土的宏观性能, 使混凝土更密实、含水率下降, 微观方面减小了混凝土的平均孔径, 使混凝土的抗冻性增强;且粉煤灰的掺入可以有效控制水泥水化的早期放热, 减少水化热对混凝土结构的损坏, 从而改善混凝土的抗冻性。

A、B两组试件在前50次冻融循环表现稳定, 但在75次冻融循环后出现大幅下降, 幅度比E、F组大。A、B砂率为0.23, 而E、F砂率为0.40, 导致A、B组试件内部裂纹在冻融过程中生长和扩展较E、F组更快, 因此, 选择合理的砂率对混凝土抗冻性也很重要。

3 结语

(1) 水胶比越大, 冻融作用造成的破坏越大, 宏观表现为在相同的冻融循环次数后, 混凝土的质量损失和相对动态弹性模量等性能指标下降更快。

(2) 粉煤灰的掺入有利于提高混凝土的抗冻性。在冻融循环后, 粉煤灰混凝土的质量损失、相对动态弹性模量等性能指标表现比普通混凝土更优异, 但粉煤灰的掺入量并非越大越好, 试验结果表明, 粉煤灰掺量为30%时, 抗冻性能已经下降。

抗冻试验 篇6

1 路面材料及其路用性能

原路面采用辽河90号基质沥青, 集料采用石灰岩, AC-16Ⅰ型矿料级配。为了增强再生沥青的低温路用性能, 增加沥青的耐久性能, 选用SBS改性剂来改性再生沥青。

按照规范JTJ 052-2000公路工程沥青与沥青混合料试验规程中规定的方法, 测定旧沥青混合料中的沥青含量, 并测定沥青混合料中的矿料级配, 测定结果见表1。

由表1可以看出旧沥青混合料中集料细化严重。

利用阿布森法从沥青抽提液中回收旧沥青。再生沥青时, 再生剂采用ZGSB型再生剂, 针入度以辽河90号基质沥青为目标, 通过再生剂掺配率与再生沥青针入度的关系, 确定旧沥青混合料的再生剂最佳掺量为旧沥青含量的6.8%。新沥青采用SBS改性沥青, 改性剂采用SBS改性剂。

2 再生沥青混合料配合比设计

本次试验研究采用20%新沥青+80%旧沥青、再生、改性沥青, 再生沥青混合料的级配仍采用AC-16Ⅰ型矿料级配, 矿料级配见表2。根据规范JTJ 052-2000公路工程沥青与沥青混合料试验规程中规定的方法制作试件并进行试验检测, 得不同沥青用量下沥青混合料的各项物理—力学指标见表3。根据规范JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范中提供的方法, 确定热再生沥青混合料的最佳沥青用量为5.1%。

3 热再生沥青混合料配合比设计检验

按照规范规定的方法, 以沥青用量5.1%制作试件, 对再生沥青混合料的路用性能 (高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性能) 进行检验, 检验结果见表4。

由表4可知, 再生沥青混合料的各项路用性能均满足规范要求。

4 再生沥青混合料冻融循环劈裂试验

4.1 试件成型

试验按照JTJ 052-2000公路工程沥青与沥青混合料试验规程中规定的方法将沥青混合料制作成直径101.6 mm、高 (63.5±1.3) mm圆柱体试件。

4.2 试验仪器

试验仪器有:材料试验机、低温试验箱、恒温水槽、游标卡尺等。

4.3 试验方法

将试件放入空的真空干燥器中, 关闭进水胶管, 开动真空泵, 使干燥器的真空度达到98.3 kPa, 维持15 min, 然后打开进水胶管, 靠负压进入冷水使试件全部浸入水中, 浸水60 min以后关闭真空泵, 恢复常压, 维持30 min后取出试件, 此为对试件真空饱水。

将试件放入装有10 mL水的塑料袋中, 放入-18 ℃的低温试验箱中12 h, 从低温试验箱中取出样品放入25 ℃的恒温水浴中12 h后, 将所需循环试验样品再次放入-18 ℃的低温试验箱中12 h, 并根据试验需要分别进行0次, 5次, 10次, 15次循环 (0次试样不进行真空饱水) 。

把将要进行劈裂试验的试件从低温试验箱中取出后, 放入25 ℃水浴中2 h以上, 取出试件放在材料试验机上, 以5 cm/min的加载速率加载至破坏, 得到试验的最大荷载。利用下式求得试件的劈裂抗拉强度:RT=0.006 287PT/h。其中, RT为试件的劈裂抗拉强度, MPa;PT为试件的试验荷载最大值, N;h为试件的高度, mm。

4.4 试验结果与分析

试件随冻融循环次数变化的劈裂抗拉强度值和劈裂强度比见表5。其中劈裂强度比表示经过冻融循环试件的劈裂抗拉强度占未经冻融循环试件劈裂抗拉强度的百分比。

由表5试验数据可以得出试件的劈裂抗拉强度随冻融循环次数的变化曲线见图1。由图1可以看到沥青混合料的劈裂抗拉强度随着冻融循环次数的增加明显减小并逐渐趋于稳定;再生沥青混合料的劈裂强度小于新沥青混合料的劈裂强度, 旧沥青混合料的劈裂抗拉强度高于新沥青混合料。

由图2可以看出劈裂强度比随冻融循环次数的变化趋势, 且再生沥青混合料与新沥青混合料劈裂强度比都随冻融循环次数的增加逐渐趋于定值, 且再生沥青混合料较新沥青混合料劈裂强度比小, 但差距不大, 此次试验15 次冻融循环时为3.52%。

5 结语

1) 旧沥青混合料路面通过再生可以达到规范规定的路用性能要求。 2) 再生沥青混合料的劈裂抗拉强度较新沥青混合料低。3) 再生沥青混合料与新沥青混合料一样, 随着冻融循环次数的增加劈裂抗拉强度逐渐下降, 并逐渐趋于稳定, 再生沥青混合料劈裂强度比稍低于新沥青混合料。

摘要：依托实际工程就地热再生项目, 研究了热再生沥青混合料劈裂抗拉强度随冻融循环次数的变化情况, 结果表明:经过合理设计再生沥青混合料, 抗冻融循环性能与新沥青混合料的劈裂抗拉强度都随着冻融循环次数的增加而明显减小, 并逐渐趋于稳定。

关键词：再生沥青混合料,冻融循环,劈裂强度,劈裂强度比

参考文献

[1]JTG F40-2004, 公路沥青路面施工技术规范[S].

[2]JTJ 052-2000, 公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].

[3]包秀宁.沥青混合料水损害方法的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2000.

[4]潘宝峰, 王哲人, 陈静云.沥青混合料抗冻融循环性能的试验研究[J].中国公路学报, 2003, 16 (2) :31-33.

[5]李东庆.沥青混合料抗冻融循环性能的试验研究[J].公路, 2007 (12) :145-147.

[6]刘金铃.沥青及沥青混合料就地热再生工艺研究[D].大连:大连理工大学, 2009.

纤维素纤维混凝土抗冻性试验研究 篇7

冻融破坏是指水工建筑物在浸水饱和或潮湿状况下,由于温度正负交替变化,使混凝土内部孔隙水形成静水压、渗透压及水中盐类的结晶压等,产生疲劳应力,造成混凝土由表及里逐渐剥落的一种破坏现象[1]。渠道衬砌一般为素混凝土薄板结构,在我国北方地区极易产生裂缝,从而引发冻胀破坏。渠道混凝土一旦发生冻害,表面将会产生大面积剥落,严重影响混凝土的耐久性能和正常使用性能。有关报道表明,国内许多输水渠道已经明显出现不同程度的冻融破坏现象[2,3]。因此,开展此类混凝土抗冻性研究,减少冻害,提高使用寿命,已成为迫切需要解决的问题。

吴中伟认为,复合化是水泥基材料高性能化的主要途径,纤维增强则是核心[4]。纤维素纤维是新一代高性能纤维,它具有分散性好、弹性模量较高、施工方便、成本低廉等优点。目前,关于合成纤维、钢纤维混凝土抗冻性能的研究较多,但关于纤维素纤维混凝土抗冻的研究较少。因此,研究如何提高纤维素纤维混凝土的抗冻性,对这种材料在寒冷地区的应用推广很有实用价值。

本文采用快冻法对纤维素纤维、聚丙烯纤维混凝土的抗冻性能进行研究,分析了纤维掺量对混凝土抗冻性能的影响规律,探讨了纤维素纤维改善混凝土抗冻性能的机理,以便为纤维素纤维在工程中应用提供参考。

1 试验研究

1.1 试验用原材料

水泥为P·O 42.5级普通硅酸盐水泥;粉煤灰为Ⅱ级灰,烧失量4.6%,需水量比99%;砂为中砂,细度模数2.3;石子为粒径5~25mm连续级配碎石;减水剂为聚羧酸类高效减水剂;水为普通自来水;纤维素纤维采用上海某公司产片状纤维,纤维素纤维及聚丙烯纤维的规格和性能见表1。

1.2 混凝土配合比

混凝土配合比见表2。

1.3 试件制作与试验方法

本试验主要按照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》中的快冻法进行。抗冻试验试件尺寸为100mm×100mm×400mm,每种纤维掺量浇筑3个试件。试件浇注24 h后脱模,在(20±3)℃的水中养护,水面高度高出试件表面10cm,28d龄期时取出水中浸泡的试件直接用于试验。试验采用KDR-V型冻融试验机和DT-W18型动弹模测定仪。主要试验步骤为:(1)将已浸水的试件擦去表面水分后,称初始质量。(2)测量试件的初始自振频率,作为评定抗冻性的起始值,同时做必要的外观描述或照相。(3)将试件装入试件盒中,按冻融介质要求,注入淡水,水面应浸没试件顶面10mm。(4)每冻融循环25次对试件检测一次,测试时,将试件从盒中取出,冲洗干净,擦去表面水分,测定自振频率和质量,做必要的外观描述或照相,每次测试完毕后将试件掉头,重新装入试件盒,注入淡水,继续试验。在测试过程中,为防止试件失水,待测试件用湿布覆盖。(5)冻融至预定的循环次数,停止试验。

2 试验结果及分析

试验时混凝土拌和物满足坍落度和和易性要求,保水性、流动性和粘结力较好,并且纤维素纤维混凝土的立方体抗压强度和劈裂抗拉强度与素混凝土相比有明显提升。

2.1 质量损失率

质量损失率可反映混凝土冻融循环后抵抗剥落的能力,是评价混凝土抗冻性能的一项重要指标。图1为不同纤维掺量混凝土试件质量损失率随冻融循环次数变化的规律曲线,由图1可见:

(1)混凝土质量损失率随冻融循环次数的增加而增大,175次循环前,纤维混凝土和素混凝土的质量损失率差别不大,即在冻融循环初期,纤维对改善混凝土抗冻性能的作用不大,这是因为早期混凝土的初始缺陷对其抗冻性能的影响比纤维要明显。

(2)175次循环后,素混凝土和聚丙烯纤维混凝土质量损失率曲线的斜率增大,说明素混凝土和聚丙烯纤维混凝土的质量损失加速发展,而纤维素纤维混凝土的质量损失率曲线比较平稳,甚至比其前期的变化速度要小,说明175次循环后纤维素纤维对混凝土抗冻性能的正面作用开始显现。

(3)素混凝土与纤维素纤维混凝土质量损失率的差值随纤维素纤维掺量的增加而逐渐增大,且冻融次数越多差值越大,即随冻融循环次数的增加,纤维对混凝土质量损失率的改善作用越明显,掺量越大,改善效果越好。并且纤维素纤维对混凝土质量损失率的改善作用明显优于聚丙烯纤维混凝土。300次循环后,素混凝土的质量损失率为5.12%,U-1、U-2、U-3和PP-2试件的质量损失率分别为3.05%、3.08%、2.39%和4.20%,素混凝土的质量损失率是纤维素纤维混凝土的1.66~2.14倍,是聚丙烯纤维混凝土的1.22倍。400次循环时,素混凝土的质量损失率已达8.87%,聚丙烯纤维混凝土的质量损失率为7.00%,而纤维素纤维混凝土质量损失率均小于4%。可见,纤维素纤维的掺入,明显降低了混凝土在冻融过程中的质量损失。

2.2 相对动性弹模量

有些时候质量损失不能很好地反映混凝土的剥落情况,因为随着冻融循环次数的增加,试件的饱和程度逐渐提高,而且试件内部也不断出现微裂缝,这些裂缝吸水饱和,抵消了一部分试件表面剥落引起的质量损失;试件表面剥落较少时,还有可能使冻融循环后的质量增加,导致测得的质量损失存在误差[5]。

相对动弹性模量是用动弹性模量测定仪根据超声波检测原理测定共振频率,再由公式(1)计算而得到的。该检测方法不损伤试件,测试之后可以继续试验,大大减少了试件数量和试验时间,因此被众多规范采用,作为一种反映混凝土冻融破坏的指标[5]。相对动弹性模量降低,表明混凝土中微裂基体内储存的变形能释放,裂缝尖端应力集中开始向附近的水泥基体伸展[6]。混凝土的冻融劣化是一个由致密到疏松的过程,相对动弹模正好反映了该变化过程。为研究纤维掺量对混凝土相对动弹模的影响规律,绘制了不同纤维掺量混凝土的相对动弹模随冻融循环次数变化的规律曲线,见图2。

式中,Pn为经N次冻融循环后一组试件的平均相对动弹性模量,%;fn为经N次冻融循环后一组试件的平均横向基频,Hz;f0为冻融循环试验前一组试件的平均横向基频初始值,Hz;Wn为经N次冻融循环后一组试件的平均质量,g;W0为冻融循环试验前一组试件的平均质量,g。

分析图2可知,混凝土的相对动弹性模量随冻融循环次数的增加而减小。175次冻融循环前,五组混凝土的相对动弹性模量无明显差别,且相对动弹性模量的下降速度相对缓慢,可见,纤维素纤维对早期相对动弹性模量的影响不明显。175次冻融循环后,素混凝土与聚丙烯纤维混凝土的相对动弹性模量下降速度很快,而纤维素纤维混凝土在200次循环之后下降速度才稍有增加。随冻融次数的增加,纤维素纤维混凝土与素混凝土相对动弹性模量的差值越来越大;当达到300次循环时,C-0试件的相对动弹性模量降为58.35%,PP-2降为65.92%,而纤维素纤维混凝土的相对动弹模均大于70%。400次循环后,纤维素纤维混凝土的相对动弹性模量均大于60%,说明纤维素纤维混凝土具有较强的抗冻性能。三组纤维素纤维混凝土试件的相对动弹性模量基本保持一致,说明纤维素纤维掺量在0.9~1.3kg/m3之间时,纤维掺量的变化对相对动弹模的影响不明显。

2.3 抗冻耐久性系数

耐久性系数DF可反映肉眼无法鉴别的混凝土冻融劣化程度。国内外通常用其评价混凝土的抗冻性,其计算方法见式2。

式中,DF为经N次冻融循环后一组试件的抗冻耐久性系数,%;N为冻融循环达到以下3种情况之一时的试验次数:(1)达到规定的冻融循环次数;(2)试件的相对动弹性模量下降到60%以下;(3)试件的质量损失率达5%;P为经N次冻融循环后一组试件的相对动弹性模量,%。

达到400次冻融循环后混凝土的抗冻耐久性系数见图3。分析可知,素混凝土的抗冻耐久性系数较低,仅58.10%;聚丙烯纤维的耐久性系数比素混凝土有所提高,为素混凝土的1.11倍;纤维素纤维混凝土的耐久性能明显改善,纤维素纤维掺量为0.9kg/m3、1.1kg/m3、1.3kg/m3的混凝土抗冻耐久性系数分别是素混凝土的1.50、1.49和1.53倍;当纤维素纤维掺量在0.9~1.3kg/m3之间时,抗冻耐久性系数的差别不大,说明纤维掺量在0.9~1.3kg/m3之间时掺量的变化对混凝土耐久性能的影响不明显。

2.4 抗冻等级

实际工程中,混凝土的抗冻性一般用抗冻等级表示,以相对动弹性模量下降至初始值的60%或者质量损失率达5%时的最大冻融循环次数作为混凝土抗冻等级,用符号F表示。抗冻等级≥F50的混凝土称为抗冻混凝土。试验测得素混凝土的抗冻等级为F275,聚丙烯纤维混凝土的抗冻等级为F325,纤维素纤维混凝土的抗冻等级均大于F400。

3 作用机理分析

目前,解释混凝土发生冻害的机理主要有以下两个方面:其一是静水压力,由于结冰时的体积膨胀使得未结冰的孔中溶液受压,从而向混凝土体内迁移。孔中溶液在水泥浆体中移动时必须克服粘滞阻力,形成水的压力梯度,因而产生静水压,对混凝土产生破坏[7];其二是渗透压力,在负温条件下,大孔及毛细孔中的溶液首先有部分冻结成冰,溶液中的水从中冻结出来,使溶液的浓度变大,毛细孔与凝胶孔内溶液之间存在着浓度差,从而引起从凝胶孔向毛细孔的扩散作用,形成渗透压[8,9]。

纤维素纤维可改善混凝土的抗冻性能,首先是纤维素纤维即使在掺量很小的情况下纤维数量也非常多(15.9亿根/kg)[10],数目众多的纤维在水泥基材内部乱向分布形成空间三维网络结构,桥连了混凝土基体,优化了孔结构,改善了水泥基材的内在品质,有效地抑制了混凝土早期微裂缝的产生,并能推迟混凝土初始裂缝的扩展,从而提高了混凝土的抗渗性能,使混凝土内不会产生很大的渗透压力;其次,纤维减小了水泥基材内部原有的孔隙,阻断了连通的孔道,使其失水面积有所减小,水分迁移困难,从而有效降低了低温过程中的静水压力;第三,纤维素纤维的弹性模量高于基体凝结初期的弹性模量,增加了初期混凝土的抗拉强度,使其内部自生微裂缝减少;另外,纤维素纤维在混凝土中有较好的分散性及较小的间距,从而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。最后需要指出的是,纤维素纤维具有天然的亲水性和独特的空腔设计,在混凝土受冻过程中,未结冰的孔溶液和自由水受压迁移时,一部分可以进入纤维内,从而缩短了其流程长度,减小了静水压力,减弱了对混凝土的破坏[11]。

聚丙烯纤维混凝土的抗冻性能逊于纤维素纤维混凝土的主要原因主要有三个方面:首先,纤维素纤维在掺量为1.0kg/m3时其纤维平均中心间距为0.69mm,而相同掺量的聚丙烯纤维为2.08mm,由此可知,单位体积混凝土内纤维素纤维的数量远大于聚丙烯纤维,因此,纤维素纤维可以形成更为有效的三维网络结构,有效阻止裂缝的产生和发展;其次,聚丙烯纤维的分散性较差,易结团,且与混凝土之间的粘结作用较差,混凝土冻融损伤过程中消耗的能量小于纤维素纤维混凝土,同时纤维分散不开的部位会形成混凝土内部的薄弱环节,降低其抗冻性能;第三,纤维素纤维独特的空腔结构和巨大的比表面积及较好的亲水性,可减小混凝土内部的静水压力,增加了混凝土密实度,使其与混凝土之间形成更有效的粘结,从而提高混凝土的抗裂性。

4 结论

(1)纤维素纤维可显著改善混凝土的抗冻性能,且随着冻融次数的增加,效果更明显。当纤维掺量在0.9~1.3kg/m3之间时,相对动弹性模量、抗冻耐久性系数的变化随纤维掺量的增加变化不明显,即三种纤维掺量混凝土的抗冻性能相差不大,因此,建议经济掺量为0.9kg/m3。

(2)纤维素纤维对混凝土抗冻性能的作用主要表现在后期,175次循环后纤维素纤维的作用开始明显,且随着纤维掺量的增加,作用愈加明显。

(3)纤维素纤维对混凝土抗冻性能的改善作用优于聚丙烯纤维。

(4)纤维素纤维混凝土的耐久性和长期使用性能明显优于素混凝土。素混凝土的抗冻等级为F275,而纤维素纤维混凝土所有试件的抗冻等级均大于F400;400次冻融循环后,纤维素纤维掺量为0.9kg/m3、1.1kg/m3、1.3kg/m3混凝土的抗冻耐久性系数分别是素混凝土的1.50、1.49、1.53倍。

(5)纤维素纤维的掺入改善了混凝土的内在品质和孔结构,进而改善了混凝土的抗裂性能,从而降低了渗透压力;纤维阻断了连通毛细管的孔道,使水分迁移困难,因而降低了静水压力;纤维素纤维的天然亲水性和独特的空腔结构,缩短了混凝土内部孔溶液和自由水的流程,减小了静水压力,因此,纤维素纤维可改善混凝土的抗冻性能。

参考文献

[1]邓宗才,张鹏飞,刘爱军,等.高强度纤维素纤维混凝土抗冻融性能试验研究[J].公路,2009(7):304-307.

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[9]杨绍明,周双喜.混凝土抗冻性试验方法及其评价参数的探讨[J].混凝土,2008(4):27-41.

抗冻试验 篇8

在港工工程中, 混凝土及其结构的耐久性已越来越受重视, 特别是混凝土的抗冻性问题。大量的研究和实践表明, 加入引气剂是提高混凝土抗冻性的主要手段, 从而解决混凝土的抗冻融耐久性问题。结合望海珍珠湾综合开发建设项目码头工程, 我们对此工程施工过程中的现象进行分析, 总结了混凝土原材料要求、配合比设计方法及施工过程中注意的事项。

2 混凝土冻融破坏的机理

混凝土在冻结温度下, 内部可冻水变成冰时, 体积膨胀9%左右, 冰在毛细孔中受到约束力而产生巨大压力, 另一方面过冷的水发生迁移, 冰水、蒸汽压造成渗透力, 这两种压力共同作用时, 当超过混凝土抗拉强度时则产生局部裂缝, 或使混凝土内部微细裂缝扩展, 当冻融循环左右时, 这种破坏作用反复进行, 使裂缝不断扩展, 相互贯通, 最后造成混凝土破坏。

3 引气剂影响抗冻性的原理

引气剂是具有憎水性的表面活性物质, 它可以明显降低拌合水的表面张力, 使混凝土内部产生大量微小、稳定、分布均匀而不连通的气泡, 当混凝土冻结产生膨胀压力时, 这些气泡可以起缓解作用, 从而减轻冻结破坏作用。另外, 这些气泡可以切断混凝土毛细管通道, 使外界水分不易侵入, 减少水饱和程度、相应也减轻冻结破坏作用。

4 抗冻性混凝土的原材料选择、配合比设计

4.1 配合比设计原则。

满足设计、施工要求的情况下, 尽量减少混凝土的单位水泥用量;采用高效减水剂和引气剂;

4.2 原材料的选择。原材料根据工程实际情况和《水运工程混凝土施工规范》进行选择。

4.2.1 水泥。

抗冻性混凝土所用水泥宜采用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥, 另外, 结构混凝土所用水泥的标号, 不得低于425号, 我们选用营口当地的天瑞P.O42.5的普通硅酸盐水泥。

4.2.2 集料。

集料本身的抗冻性能会影响混凝土的整体抗冻性能, 集料的抗冻性能主要取决于自身的抗压强度、集料级配和含泥量等, 另外, 集料的种类对混凝土的抗冻性能也有较大影响。

(1) 粗骨料。根据结构最小断面尺寸和泵送管道内径选择合理的最大粒径, 尽可能选用较大的粒径。实践证明同质量的大粒径可比小粒径的碎石或卵石减少用水量, 降低水泥用量。方块混凝土的粗骨料采用的是20mm~40mm和5mm~25mm的石子二级配的组合, 同时, 抗冻性混凝土应严格控制粗骨料的含泥量。我们采用水洗过后的碎石。

(2) 细骨料。细集料以采用级配良好的中粗砂为宜。实践证明细度模数大的中砂比采用细度模数小的中砂可减少用水量, 从降低水泥用量, 以便在保证混凝土强度及流动度条件下, 尽量节省水泥、降低成本。同时, 由于是抗冻性混凝土, 砂的含泥量和泥块含量有严格的要求。

4.2.3 外加剂

(1) 引气剂。引气剂对提高混凝土的抗冻性具有重要作用。选用青岛科力型号为PC-2Y的引气剂。

(2) 减水剂。减水剂能减少混凝土中必要的单位用水量, 并能满足规定的稠度要求, 提高混凝土的和易性。因此可大量减低拌合用水量, 所以可降低水灰比, 使硬化后的混凝土毛细孔隙结构的分散情况得到改善, 孔径和孔隙率显著减少, 提高了混凝土的密实性和抗冻性。选用大连大华型号为TH-2的高效减水剂,

4.3 试验用配合比。

水灰比的选择同时满足混凝土强度和耐久性, 同时海水环境混凝土按耐久性要求的水灰比有最大允许值和最低水泥用量。根据方块混凝土 (C30F300) 配合比设计要求, 经过对各种原材料的选择, 坍落值控制在140mm~160mm, 含气量控制在3.0%~6.0%, 以及大量的试配工作, 确定方块混凝土 (C30F300) 的施工配合比。

5 混凝土的试验检测结果

5.1 混凝土的强度。

所拌混凝土的和易性良好、无离析泌水现象, 其物理技术性能检测结果, 混凝土坍落度、含气量符合配合比要求, 抗压强度符合设计要求。

5.2 混凝土的抗冻性。

在强度满足要求的同时, 耐久性是决定混凝土是否满足设计要求的关键。试验检测用CDR-2型混凝土快速冻融仪和DT-10动弹仪, 每经历50次冻融循环后, 对试件分别进行重量和动弹模量检查, 试验结果评定是以重量损失率达5%或相对动弹模量下降至75%时, 认为试件已达破坏, 并以相对的冻融循环次数作为该混凝土的抗冻融等级, 如相对重量损失率或相对动弹模量下降均为达到上述指标, 但冻融循环次数已满足设计要求, 亦可停止试验。所以从试验检测结果可知, 掺如引气剂后, 混凝土的强度和耐久性满足设计要求C30F300。

6 混凝土施工过程应注意的事项

(1) 施工时确保按配合比设计要求配制混凝土, 搅拌时的进料顺序是砂石水泥, 水和配置好是引气剂溶液后加入, 以减少混凝土含气量的减少, 也就是引气剂掺量。

(2) 引气剂混凝土的搅拌时间要比普通混凝土的搅拌时间长0.5min~1.0min, 以保证引气剂和水泥、减水剂拌和均匀, 提高其匀质性。

(3) 由于方块时大体积混凝土, 所以在浇筑时采用分层浇筑, 每层厚度为50cm。

(4) 在方块拆模后养护时, 在马腿中灌入水, 在方块表面覆盖两层土工布和一层塑料布。

(5) 另外, 由于混凝土的含气量受集料的影响, 而含气量是影响混凝土抗冻性的主要因素, 所以要根据实际情况调节引气剂的掺量, 以保证混凝土的含气量在3%~6%。

结语

使用此配合比, 混凝土的强度评定验收和抗冻性评定验收, 都满足《水运工程混凝土施工规范》规定的合格条件。证明此工程的混凝土配合比设计, 施工措施经实践论证是可行的。

参考文献

[1]徐晓巍, 等.不同环境下普通混凝土抗冻试验研究及机理分析[J].混凝土, 20 (02) .