高原干燥高寒地区混凝土构件抗冻融破坏技术研究.pdf

中国科技核心期刊 新 建蟓 高原干燥高寒地区混凝士构件 抗冻融破坏技术研究 张海霞， 王龙志， 崔鑫 ， 张会冰 ， 张雪 ( 山东建泽混凝土有限公司 ， 山东 济南2 5 0 1 0 1 ) 摘要 ： 为给西部大开发提供技术支持、 保护当地 自然资源及环境， 以青海省玉树援建项目为依托， 开展了高原干燥高寒地区混 凝土构件抗冻融破坏研究 。 根据混凝土抗冻性要求 ， 确定了混凝土原材料选择原则； 根据抗压强度 、 相对 动弹模量 、 渗水 高度等指标 确定 了抗冻混凝土 的配合 比； 根据相对动弹模量 、 质量损 失率 、 抗压强度等确定 了抗冻混凝土的最优含气量。 分 析以上研究得 出： 掺 加粉煤灰 、 膨胀剂有利于提高混凝土 的密实度 ， 进而提高混凝土 的抗冻性 ； 抗冻混凝土 的最佳含气量为 4 。 关键词 ： 高原干燥高寒； 混凝土； 抗冻融； 密实度： 最佳含气量 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 5 ) 0 8 0 0 1 4 0 3 圃 Re s e a r c h o n f r e e z e a n d t h a w r e s i s t a n c e d a ma g e o f c o n c r e te s t r u c t u r e s i n p l a t e a u d r y a n d c o l d a r e a s Z HANG Ha i x i a ， WANG L o n g z h i ， CU I Xi n， Z HANG Hu i b i n g， Z HANG Xu e ( S ha n d o n g J i a n z e Co n c r e t e Co L t d ， J i n a n 2 5 0 1 01 ， S h a n d o n g ， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： I n o r d e r t o p r o v i d e t e c h n i c a l s u p p o f o r t h e w e s t e r n d e v e l o p me n t a n d p r o t e c t l o c a l n a t u r a l r e s o u r c e s a n d e n v i r o n me n t ， b a s e d o n Y u s h u r e c o n s t r u c t i o n p mj e c t ， t h i s p a p e r c a r r i e d o u t r e s e a r c h i n g o n f r e e z e a n d t h a w r e s i s t a n c e d a m a g e o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s i n p l a t e a u d r y a n d c o l d a r e a s Ac c o r d i n g t o c o n c r e t e f r o s t r e s i s t a n c e r e q u i r e me n t s ， d e t e r mi n e t h e s e l e c t i o n p rin c i p l e o f c o n - c r e t e ma t e rials ： a c c o r di n g t o c o mp r e s s iv e s t r e n g t h， r e l a t i v e d y n am i c e l a s t i c mo d u l u s ， s e e page h e i g h t a n d o t h e r i n d i c a t o r s t o d e t e rm i n e t h e f r e e z e r e s i s t a n c e c o n c r e t e mi x ： a c c o rdi n g t o a r ala t i v e l y e l a s t i c mo d u l u s ， ma s s l o s s r a t e ， t h e c o mp r e s s i v e s t r e n gth a n d o t he r i n d i c a - t o t s t o d e t e r mi n e t h e o p t i ma l a i r c o n t e n t o f f r e e z e r e s i s t a n c e c o n c r e t e An aly s i s o f t h e a b o v e r e s e a r c h r e s u l t s ： fly ash a n d e x p a n s iv e a g e n t c a n h e l p t o i mp ro v e t h e d e n s i t y a nd f r o s t r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e Op t i mu m a i r c o n t e n t o f f r e e z e r e s i s t a n c e c o n c r e t e i s 4 Ke y wo r ds ： p l a t e a u d r y a n d c o l d ， c o n c r e t e ， f r e e z e a n d t h a w r e s i s t an c e ， d e n s i t y ， o p t i mu m a i r c o n t e n t 随着我国西部大开发的进行， 西部高原高海拔地区对混 凝土的需求量也逐年增加。 由于混凝土性能要求随着环境、 工 程机械、 气候、 运输条件等的变化而变化， 高原地区气候恶劣， 因而对混凝土的抗冻性等耐久性能要求很高。 青海玉树地区自 然条件严酷，平均海拔3 7 0 0 m以上， 高 寒缺氧， 太阳辐射异常强烈， 昼夜温差大， 冬季最低气温一 2 9 2 ， 月最大温差3 4 5 ， 日最大温差2 9 8 ， 年负温天数2 8 3 d ， 具有正负温交替的天数2 2 8 d ， 这种气候环境决定了混凝土 更易产生冻融破坏。采用美国相关方法， 通过详细计算分析， 得到玉树地区的年自 然冻融循环次数约为 1 6 8 次_1 1 。 收稿 日期： 2 0 1 4 1 1 - 1 9 ； 修订 日期 ： 2 0 1 5 0 3 2 4 作者简介： 张海霞， 女， 1 9 7 5 年生， 山东潍坊人， 高级工程师， 从事高 性能混凝土 工程应 用技术研 究。地址 ： 济南市 高新区舜华路 1 1 1 7号 科汇 大厦 B区 3 0 2室。 1 4 新型建筑材料 2 0 1 5 8 众所周知， 混凝土的冻融破坏、 钢筋锈蚀及碱骨料反应是 影响混凝土耐久性的三大问题。由于冻融造成混凝土开裂或 剥蚀更会加剧钢筋锈蚀，从而造成混凝土的使用寿命急速缩 短。本文以中建玉树援建项目为依托，通过混凝土的组成材 料、 混凝土配合比设计和性能试验进行研究， 分析影响混凝土 构件抗冻性能的因素， 并提出相应的解决措施， 旨在为今后同 类工程的施工建设提供借鉴和参考。 1 组成材料 1 I 水泥 对于青海玉树这种高原高寒地区，混凝土的耐久性要求 决定了水泥选择时应充分考虑早期强度及强度富裕系数， 因 此本试验选用西宁金牦牛P 0 4 2 5 水泥， 其早期强度高、 后期 强度增长快的特点符合高原地区对混凝土基本力学性能的要 求， 且与外加剂适应性好， 表 1 为金牦牛水泥的基本性能指标。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张海霞， 等： 高原干燥高寒地区混凝土构件抗冻融破坏技术研究 表 1 金牦牛 P 0 4 2 5水泥 的性能指标 1 2 集料 高原地区的集料品质相对较差，而且有很多都具有较高 的碱活性， 所以原材料的选择及检验分析非常重要。 本试验选 择当地砂场细集料， 粗集料采自当地采石场( 河卵石二次破碎 形成的5 3 1 5 m m连续粒径碎石) ， 要求碎石针片状含量不超 过8 ， 坚固性及碱活性满足相关标准要求， 表2 为集料的性 能指标。 表 2 混凝土用集料的性能指标 1 3 掺合料 由于青海玉树地区矿粉资源缺乏，因此掺合料选用粉煤 灰， 西宁大通兆顺 级灰圜 ， 细度2 0 0 ， 需水比1 0 3 ， 烧失量 6 2 ， 含水量0 7 。 1 4 外加剂 外加剂选用具有低温、 早强、 耐腐蚀、 减水率高、 引气效果 好的M l ( J 高效复合防冻泵送剂， 掺量为4 5 ； 内掺膨胀剂为 E A A I 型， 掺量为1 0 ， 均为西宁宣达建材有限公司生产。 2 试验结果与分析 针对玉树当地气候环境及项目 工程要求， 在配合比设计时 遵循低水胶比、 高密实度、 适当提高配制强度的原则。 按照设 计图纸，青海玉树地区房屋混凝土抗冻等级需满足F I O 0 要 求， 在此基础上进行深入试验， 依据抗冻等级F 2 0 0 进行试验。 由于青海玉树地区空气稀薄， 机械设备功率下降， 对混凝 土的生产及泵送造成不利影响。 胶凝材料为纯水泥时， 混凝土 和易性较差， 泵送性能降低， 且对外加剂吸附性较强。掺加粉 煤灰后， 因粉煤灰的微集料效应、 形态效应等影响， 混凝土的 和易性、 耐久性有了显著提高， 混凝土生产成本也适当降低。 依据前期的研究成果， 在混凝土中双掺粉煤灰和膨胀剂 后， 混凝土的强度、 密实度、 耐久性能有了进一步提高， 其性能 提高产生了超双叠加效应。 以C 3 5 F 2 0 0 P 8 抗冻抗渗泵送混凝土为例， 根据J G J 5 5 2 0 1 I 普通混凝土配合比设计规程 设计基础配合比， 在此基 础上， 根据施工环境条件、 耐久性要求等因素， 对混凝土配合 比进行调整。 经过大量试验， 确定了纯水泥、 单掺粉煤灰、 双掺粉煤灰 和膨胀剂 3 个试验配合比， C 3 5 F 2 0 0 P 8 抗冻抗渗泵送混凝土 试验具体配合比见表3 ， 混凝土的性能指标见表4 ， 不同冻融 循环后混凝土的相对动弹性模量见图1 。 表 3 混凝土试验 配合 比 叁 水 胶 比 兰 竺 图 1 冻融循环后混凝土的相对 动弹性模量 从表4 、 图1 可以看出， 双掺粉煤灰和膨胀剂的3 混凝土 经冻融循环后其后期抗压强度较高， 相对弹性模量下降最小， 恒压下水的渗透高度最小， 综合考虑， 确定C 3 5 F 2 0 0 P 8 抗冻抗 渗泵送混凝土的配合比为： m( 水泥) ： m( 粉煤灰) ： m( 砂) ： m( 石) ： m( 外加剂) ： m( 膨胀剂) ： m( 水) = 3 3 7 ： 5 9 ： 7 l 2 ： 1 0 6 8 ： 1 9 8 ： 4 4 ： 1 8 2 。 混凝土中水泥石内孔隙自由水的存在是混凝土产生冻害 的主要原因。 要提高混凝土的抗冻融能力， 首先必须使混凝土 内部尽可能密实，这就要求混凝土水胶比要尽可能的小。其 次， 加入适量的引气剂可改善混凝土内部气泡尺寸、 分布等微 观特征， 通过混凝土中的气泡缓冲冻融载荷， 这些微小封闭的 小气泡互不连通、 均匀地分布在混凝土中， 当孔隙内自由水冻 结时， 气泡被压缩， 大大减轻冰冻给混凝土带来的膨胀压力， 也可大幅提高混凝土的抗冻性能p _ 句 。 在确定好的配合比基础上对混凝土含气量进行微调， 通 过调整外加剂中的引气成分改变混凝土含气量，从而确定抗 冻混凝土中的最佳含气量。不同含气量的混凝土冻融循环后 N E W BUI L DI NG M AT ER I AL S 1 5 2 2 2 堪 8 8 8 醯醯鹋 m m m 2 2 2 0 O O 0 4 7 卯 钉 甜 O O O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m