引气混凝土在冻融环境下耐久性试验研究.pdf

文章 编号 ：1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 4 ) 0 5 0 0 4 4 0 3 生态建精 引气混凝土在冻融环境下耐久性试验研究 E x p e ri me n t a l S t u d y o f D u r a b i l i t y o f C o n c r e t e Mi x e d w i t h A i r - E n t r a i n i n g A g e n t u n d e r C o n d i t i o n o f F r e e z e t h a w E n v i r o n m e n t 陆文攀，赵铁军，郭傲 ，管庭 ，马志鸣 ( 青岛理工大学 土木工程学院，山东青岛 2 6 6 0 3 3 ) 摘要： 制备相 同水灰 比的普通混凝土试件和引气混凝土试件 ，通过冻融循环试验、毛细吸水试验和氯离子侵 蚀试 验 研究不 同冻融损 伤下 两种混凝 土试件 耐久性 能，再通 过数据对 比得 出引气剂掺 入对混凝 土耐 久性 的 提 高。试验结果表明：引气混凝土可以有效提 高混凝土抗冻性能。当冻融循环次数为0 时，引气剂的掺入 降低 了混凝土的抗渗透性，总毛细吸水量和毛细吸收 系数均较普通混凝土提高；但是随着冻融循环次数的 增加，普通混凝土抗渗透性能劣化严重，而引气混凝土抗渗透性能变化幅度较小。 关键 词 ： 混凝 土 ；引气剂 ；冻融损 伤 ；耐 久性 中图分类号 ：T U5 2 8 2 文献标志码 ：A 0 前 言 混凝土作为应用最为广泛的建筑材料，已广泛用于建 筑行业中，但是在外界环境和侵蚀介子的作用下，常常由 于其耐久性不足提前发生破坏 1 - 3 。对混凝土耐久性影响 最主要两个因素分别为冻融损伤和氯离子侵蚀。从而有 效提高混凝土抗冻性和抗氯离子侵蚀性能，是提高混凝土 耐久性的主要途径。大量试验研究表明 4 - 6 】 ，向混凝土中 掺入引气剂，制备引气混凝土， 在不改变混凝土力学性能 的掺入量内，可以有效提高混凝土的抗冻性，从而延长其 耐久性能。 根据国内外有关引气混凝土的研究试验 7 - 8 ，均是基 于在未受损伤时的力学性能和耐久性能，而对已发生耐久 性劣化的混凝土耐久性研究涉及较少。基于上述原因，本 文研究引气混凝土经过冻融损伤后的耐久性能，通过抗冻 性试验，毛细吸水试验和氯离子侵蚀试验，定量测定引气 混凝土在劣化环境下耐久性，从而为实际工程中引气混凝 土的应用提供理论依据。 1 原材料和配合比 研究引气混凝土在冻融环境下耐久性能，为使冻融试 青岛市基础研究 联合基金计划项 目 ( 1 3 - 1 - 4 一 l l 5 -j c h ) 国家9 7 3 项目研究课题2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 3 c0AL AsH 5 2 01 4 验结果明显， 本试验选用较高水灰比混凝土试件 ( W C = 0 6 ) 进行抗冻融循环试验。制备普通混凝土试件 c和引气混凝 土试件 C A，引气剂掺量按实际工程中引气剂一般掺量确 定，经优化后本试验具体混凝土配合比如表 1 所示。 表 1 混凝土配合比 k g m 混凝土 水灰比 水泥 砂 碎石 水 引气剂 2 试验内容及试验方法 2 1 冻融循环试验 将普通混凝土试块和引气混凝土试件在养护龄期为 2 4 d时从养护室取出，按规范要求将需要冻融的试块放入 水中饱水，饱水 4 d 后即可取出，开始冻融循环试验。冻 融循环试验按照 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混凝土长期性 能和耐久性试验方法中快冻法试验步骤进行，当冻融 循环次数分别为0次、1 0次、5 0次和1 0 0次时将试件取 出， 进行毛细吸水试验和毛细吸盐试验 ( 氯离子侵蚀试验)。 2 2 混凝土毛细吸收试验 对经过不同冻融循环次数的普通混凝土试件和引气混 凝土试件进行毛细吸水试验，试验装置如图1 所示；从水 溶液与试块底部接触时刻开始计时， 分别在吸水时间为0 h 、 0 5 h 、1 h 、2 h 、4 h 、8 h 、1 2 h 、2 4 h时取出试块，将其 表面液态水用湿布擦拭干净，用电子天平称取质量，再立 即放回容器中，计算试件毛细吸水量，同时绘制毛细吸水 量随时间变化曲线；按照同样试验装置，进行毛细细盐试 验 ( 将水换成 3 N a C 1 溶液，氯离子侵蚀龄期为 1 0 0 d)， 对达到试验规定氯离子侵蚀龄期试件取出，按照氯离子测 定方法测定混凝土试件中氯离子含量，同时绘制不同试件 中氯离子含量随深度变化曲线。 图 1 混凝土毛细吸收试验示意图 3 试验结果与分析 水 3 1 混凝土相对动弹模量试验结果与分析 如图 2所示为普通混凝土和引气混凝土在不同冻融 循环次数下的相对动弹模量变化曲线。由图2 中曲线发展趋 势而知，不同混凝土试件的相对动弹模量均随着冻融循环 次数增加而降低。这是由于冻融损伤的存在， 在混凝土内 部冻融膨胀压力作用下，内部裂缝增多且贯通，从而导致 试件整体性降低，相对动弹模量下降。设定初试相对动弹 模量值为 1 0 0 ，经过 1 0 0次冻融循环后，普通混凝土试件 的相对动弹模量降为 2 0 ，下降幅度 8 0 ；而引气混凝 土试件的相对动弹模量降为 9 5 2 ，下降幅度为 4 8 ， 由上述数据可知，引气混凝土较普通混凝土具有较好的抗 冻性能。分析其原因有，由于引气剂的引入，在混凝土内 部引入微小而独立的气泡，改变了混凝土内部的孔隙结构， 冻融循环次数脓 图 2 混凝土经不同冻融循环后相对动弹模量变化曲线 在冻融环境下减缓了混凝土内部膨胀压力作用下造成的冻 融损伤，故具有更好的抗冻性能。 3 2 不同冻融循环下混凝土毛细吸水试验结果与分析 如图3 、图4 所示，分别为普通混凝土和引气混凝土 试件经不同冻融循环后毛细吸水量随时间变化曲线。不同 试件毛细吸水量随着混凝土试件与水接触时间和冻融循环 次数增加而增加。 由图3 毛细吸收曲线可知，普通试件毛细吸收曲线随 着冻融循环次数增加变化幅度较大，经过0 、1 0 、5 0 、1 0 0 次冻融循环后2 4 h 毛细吸水总量为 1 2 7 8 g m 2 、2 1 3 5 g m 2 、 3 1 6 9 g m 和 4 0 6 9 g m z ；其相对应的毛细吸收系数为 6 0 7 6 2 g ( m h 。 )、1 01 3 1 g (m h )、1 2 4 8 8 g ( m h 。 ) 和 1 7 1 3 g ( m h 。 )，经过 l 0 、5 0 、1 0 0次冻 融循环后普通混凝土的毛细吸收系数为未受冻融损伤试件 的 1 7 、2 1 、2 8 倍。 5 O 0 o 4O 0 o 自 3 0 0 0 2 00 0 1 0 0 0 0 0 】 2 3 4 5 时间 h O 5 图 3 普通混凝土毛细吸水曲线 由图 4 引气混凝土毛细吸收曲线可知，冻融循环次数 的增加对其毛细吸收作用的影响较小，经 0 、1 0 、5 0 、1 0 0 次冻融循环后 2 4 h 毛细吸水总量为 1 5 2 0 g m 、1 5 7 0 g m 、 1 7 0 7 g m 2 和 1 7 6 5 g m 2 。根据毛细吸收理论对前 2 h吸水 数据进行线性拟合， 得到毛细吸水系数分别6 6 5 9 3 ( m 2 h 0 j )、 6 4 3 1 9 g ( m h )、7 5 8 7 g ( m h 0 ) 和 8 6 6 5 8 g ( m h )， 经过 1 0 0次冻融循环后，其毛细吸收系数仅为未冻融损伤 时的 1 1 4 倍。分析其原因有，由于引气剂的掺入，在混凝 土内部形成均匀分布、各自 独立的球形微小气泡，一方面 由于弓 I 气剂的作用使混凝土内部引入较多气泡，对比未受 冻融损伤f 当N = 0 时) 的普通混凝土试件和引气混凝土试件毛 细吸收数据可知，引气混凝土试件总毛细吸水量和毛细吸 水系数均较普通试件有所提高；另一方面这些气泡的存在 大大缩短了渗透压的流程，在冻融环境下减缓了混凝土内 部冻胀压力对混凝土的损伤，从而提高了混凝土的抗冻性 能，同时由于引气混凝土抗冻性能的提高，在冻融环境下 受冻融损伤程度较小，混凝土内部孔隙结构变化不大，从 5 2 0 1 4 粉煤灰 4 5 而导致其在毛细吸收作用下毛细吸收曲线变化幅度不大。 尤其当冻融循环次数较高时，引气混凝土试件比普通混凝 土试件具有更好的抗渗透性能。 2 5 0 o 2 o 0 O l 5 0 0 1 0 0 0 * 5 0 0 0 0 图 4 l 2 3 4 5 时间 h o 5 引气混凝土毛细吸水 曲线 3 3 不同冻融循环下混凝土氯离子侵蚀试验结果与分析 如图 5 、图6 所示，分别为普通混凝土和引气混凝土 在不同冻融循环次数下氯离子含量随深度变化曲线 ( 氯离 子侵蚀龄期为 1 O 0 d )。由图 5 、图 6中氯离子变化曲线 可知，随着深度增加氯离子含量曲线总体呈下降趋势变化， 同一深度下的氯离子含量随着冻融循环次数增加而增加。 对于普通混凝土试件，冻融循环次数对试件氯离子含量影 响较大，当冻融循环次数分别为 0次、1 0次、5 0次和 1 0 0次时， 最高氯离子浓度分别为 0 3 5 、0 3 7 、0 5 1 和 O 6 6 ；而对于引气混凝土试件，氯离子含量随冻融循 环次数的增加变化幅度较小 ，当冻融循环次数为 0次 、 1 0次、5 0次和 1 0 0次时，最高氯离子浓度约为 0 3 5 、 0 3 7 5 、0 3 8 和 O 4 1 。分析其原因有，引气混凝土试 件具有较高的抗冻性，随着冻融循环次数增加， 试件内部 孔隙结构变化不大。由于氯离子侵入混凝土内部的传输方 式主要以混凝土内部孔隙为通道，故其试件内部氯离子含 量随冻融循环次数增加变化较小。 5 】 0 】 5 渗透深度 m m 图 5 普通混凝土经不同冻融循环后氯离子含量曲线 ( 氯离子侵蚀龄期l O O d) 4 6 CoAL ASH 5 2 01 4 0 4 5 0 3 6 0 2 7 o 1 8 蠖 。 0 0 9 0 0 0 0 5 1 O 1 5 2 O 渗透深度 h a m 图 6 引气混凝土经不同冻融循环后氯离子含量曲线 ( 氯离子侵蚀龄期l O O d) 4 结 论 ( 1 ) 在冻融环境下，引气混凝土试件较普通混凝土试 件具有更好的抗冻性，经过 1 0 0次冻融循环后，引气混凝 土试件相对动弹模量仅下降4 8 ，而普通混凝土试件已经 发生冻融损伤破坏。 ( 2 ) 对不同冻融循环下，不同试件进行毛细吸水试 验。对于未受冻融损伤的混凝土试件，引气混凝土试件毛 细吸收量和毛细吸收系数均比普通混凝土试件高；而随着 冻融循环次数增加，普通混凝土试件毛细吸收作用变化幅 度大，而引气混凝土试件毛细吸收作用变化较小 ( 3 ) 对不同冻融循环下、不同试件进行氯离子侵蚀 试验 ( 毛细吸盐试验 )，在毛细吸收和 自由扩散作用的共 同影响下，氯离子含量随着冻融循环次数的增加而增加 。 普通混凝土试件氯离子含量随冻融循环次数的增加变化较 大，而引气混凝土试件氯离子含量变化幅度小。因此在冻 融环境下，引气混凝土试件具有更好的抗冻性、抗渗透 性 ，从而具有更好的耐久性能。 参考文献 【 1 马志鸣，赵铁军，王鹏刚 海边暴露环境下混凝土抗氯离子渗透性 试验研究 J 粉煤灰， 2 0 1 3 ( 6 ) ： 3 6 3 9 2 余红发，孙伟， 麻海燕， 等 冻融和腐蚀因素作用下混凝土的损伤 劣化参数分析 J 】 建筑科学与工程学报， 2 0 I 1 ( 4 ) ：1 8 3 】 马志鸣，赵铁军，赵彦迪，等静水压力下混凝士中氯离子传输特 征试验研究 J 】 l 公路，2 0 1 2 ( 1 2 ) ： 1 6 8 1 7 1 【 4 王阵地， 姚燕，王玲 冻融循环- 氯盐侵蚀- 荷载耦合作用下混凝土_f 】 钢筋的 锈蚀行为 J 硅酸盐学报， 2 0 1 1 ( 6 ) ： 1 0 2 2 1 0 2 7 5 】马志鸣， 赵铁军，朱方之，等掺硅烷乳液制备整体防水混凝士的 抗冻性试验研究 J 】 _ 新型建筑材， 2 0 1 2 ( 7 ) ： 5 3 5 5 6 】宋玉普 ，商怀帅，张众 ，等 冻融循环后 f 气混凝土双轴破坏准则 研究 J 】 l 工程力学， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 1 3 4 1 4 1 7 】赵利军， 翁军良， 冯忠绪 引气及搅拌作用对混凝士性能的影响( J 建筑科学与工程学报 2 0 1 3 ( 1 ) ： 3 2 3 7 f 8 】杨钱荣， 黄士元 引气混凝土的特性研究 混凝土， 2 0 0 8 ( 5 ) ： 3 7 ， 收稿日期： 2 0 1 4年 2月 2 4日 吣 叫 蛏_ l 。