水灰比和摻合料對混凝土抗凍性能的影響
2006-06-14 00:00
摘 要： 研究了水灰比、摻合料、引氣劑對混凝土抗凍性能的影響。在試驗(yàn)中采用DR-2 型全自動快速凍融機(jī)和DT-10W動彈儀來測定混凝土的抗凍性能。研究結(jié)果表明，水灰比越低，抗凍性能越好，低水灰比的高強(qiáng)混凝土即使不摻引氣劑，抗凍性能也非常優(yōu)良，對中高水灰比的混凝土，欲徹底改善其抗凍性，摻引氣劑是十分必要的。摻入硅灰抗凍性能有所改善，但摻入粉煤灰使其抗凍性能有所降低。
關(guān)鍵詞： 抗凍性； 水灰比； 摻合料； 引氣劑
混凝土的凍融破壞問題是影響其耐久性的重要因素之一。20 世紀(jì)90 年代水電部混凝土耐久性調(diào)查總結(jié)報(bào)告表明：水工混凝土的凍融破壞在三北地區(qū)即東北、西北、華北的工程中占100 % ，這些大型混凝土的工程一般運(yùn)行也就30 年左右，有的甚至不到20 年，如云峰重力壩，運(yùn)行19 年后下游面受凍破損顯著，表面剝蝕露出骨料，總面積約8 500 m2 ，而豐滿重力壩運(yùn)行后就年年維修，運(yùn)行33 年后，上下游面及尾水閘墩破損明顯，表面露出鋼筋，凍害嚴(yán)重，致使壩頂抬高十余厘米[1 ，2 ] 。港口碼頭工程受凍融破壞也很嚴(yán)重，如天津新港的防波堤采用普通混凝土的部分，經(jīng)十幾年左右的運(yùn)行，就被凍融破壞以致不能發(fā)揮作用。北方的某些混凝土路面受凍融破壞現(xiàn)象也較為嚴(yán)重。為更正確合理地使用混凝土材料，提高混凝土在凍融環(huán)境中的耐久性，對強(qiáng)度等級、摻合料、引氣劑對混凝土抗凍性能影響進(jìn)行了研究。
1 原材料及抗凍性能測試
為觀察w/ c、摻合料、引氣劑的影響，共成型8 組混凝土，配合比及強(qiáng)度測試結(jié)果見表1 。水泥為四川雙馬集團(tuán)425 級普通硅酸鹽水泥，粉煤灰來自江油電廠，粉磨至細(xì)度612 m2/ kg ，硅灰來自貴州鐵合金廠，粗集料為破碎的鵝卵石，最大粒徑25 mm ，細(xì)集料為河砂，細(xì)度模數(shù)2. 6 。為獲得適宜的流動性，摻入適量的萘系高效減水劑將混凝土的坍落度調(diào)至150 mm 左右。
混凝土攪拌后，制成100 mm ×100 mm ×400 mm 抗凍試件，試件經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d 后進(jìn)行抗凍試驗(yàn)?？箖鰧?shí)驗(yàn)按照國標(biāo)GBJ 82 —85《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》中的“快凍法”進(jìn)行[3 ] 。試驗(yàn)設(shè)備采用DR22 型全自動快速凍融機(jī)和DT-10 W 動彈儀，每隔25 次凍融循環(huán)后測定一次動彈模量。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
未摻引氣劑的不同w/ c 的純水泥混凝土的抗凍實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1 。w/ c 為0. 27 的高強(qiáng)混凝土經(jīng)300 個(gè)凍融循環(huán)后，動彈模量仍有96. 1 % ，抗凍性能很好；w/ c 為0. 40 的中等強(qiáng)度的混凝土經(jīng)150 次循環(huán)后，動彈模量即降至60 %以下(51. 2 %) ，200 次循環(huán)后，動彈模量只有25. 5 % ，此時(shí)的混凝土基本上已經(jīng)破壞；而w/ c為0. 55 的混凝土經(jīng)25 次循環(huán)后，動彈模量即降至60 %以下(52. 7 %) ，75 次時(shí)，即降為20 %。可見混凝土w/ c 越低，抗凍性越好，對w/ c 為0. 27 以下的高強(qiáng)混凝土，即使不摻引氣劑，仍具有非常優(yōu)良的抗凍性。
低w/ c 混凝土微觀結(jié)構(gòu)密實(shí)，大量的孔隙以凝膠孔形式存在，毛細(xì)孔含量少[4 ] ，因此毛細(xì)孔中可參與凍融破壞的自由水量就少。此外，低w/ c 混凝土中的自由水由水泥水化很快消耗完，內(nèi)部產(chǎn)生自我干燥，而且該混凝土非常密實(shí)，一旦硬化后，外部的水分也很難進(jìn)入，內(nèi)部一直保持比較干燥狀態(tài)[5 ] ，參與凍融破壞的水量就少，這意味著有可能凍融過程不足以破壞混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)。上述2 個(gè)因素是低w/ c 的高強(qiáng)混凝土抗凍性能優(yōu)良的主要原因。
表2 給出了摻與未摻引氣劑混凝土抗凍性變化情況。對w/ c 為0. 27 的高強(qiáng)混凝土，摻與不摻引氣劑對其抗凍性能無影響。對w/ c 為0. 40 和0. 55 的中等強(qiáng)度和普通強(qiáng)度的混凝土，摻入引氣劑后，抗凍性能極大地改善，基本上接近了高強(qiáng)混凝土。因此對中高水灰比的混凝土，為從根本上改善其抗凍性，摻入引氣劑是十分必要的。
摻合料對混凝土抗凍性影響見圖2 。對w/ c 為0. 4 的混凝土來說，摻入10 %的硅灰使其抗凍性能有明顯的改善；摻入20 %粉煤灰后，抗凍性能略有降低。
硅灰對混凝土抗凍性有所改善的主要機(jī)理與低w/ c 混凝土相似，即硅灰的火山灰作用和微填充作用細(xì)化了混凝土的微觀結(jié)構(gòu)[6 ] ，即毛細(xì)孔數(shù)量和尺寸大幅度減少，因而致使可參與凍融循環(huán)破壞的自由水量減少。
3 結(jié) 論
a. w/ c 越低，混凝土抗凍性越好，對w/ c 為0. 27 以下的高強(qiáng)混凝土，即使不摻引氣劑，仍具有非常優(yōu)良的抗凍性。
b. 對w/ c 為0. 40 和0. 55 的中高水灰比的混凝土，摻入引氣劑后，抗凍性能極大地改善，基本上接近了高強(qiáng)混凝土。
c. 摻入10 %的硅灰使其抗凍性能有明顯的改善；摻入20 %粉煤灰后，抗凍性能略有降低。編輯：
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