冻融循环对混凝土质量损失及相对动弹模量影响的试验研究.pdf

2 0 1 3年第 3期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i ne e r i ng 文 章编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 3 ) 0 3 。 0 1 2 5 0 3 冻融循环对混凝土质量损失及相对动弹 模量影 响的试验研究 曹秀丽 ， 曹志翔 。 ， 喻骁 ( 1 河海 大学 土木与交通学院 ， 江苏 南京2 1 0 0 9 8 ； 2 南 京工程学院 建筑工程学院 ， 江苏 南京2 1 1 1 6 7 ： 3 西藏农 牧学院 ， 西藏 林芝8 6 0 0 0 0 ) 摘要 ： 增 强 混凝 土 的抗 冻性 能指标是 提 高极 端环 境 下混 凝 土 耐久 性 的 关键 。本 文 通过 加 强 试件 制 作 过 程 中引气剂含量的精确控制及采用先进的混凝土 自动冻融试验机 实现试验方案的改进 ， 深入研究 1 0种 混凝土强度等级、 8种抗冻等级的试块的冻融循环次数与混凝土质量损失及相对动弹模量的定量关 系。 研 究结果表明： 混凝土的强度等级越 高其抗冻融循环的能力越强； 混凝土的抗 冻能力与引气剂的含量密 切相关 ； C 2 5及 以下强度等级混凝土经历 3 0 0次 冻融循环、 质量损失和相 对动 弹性模量损失可满足要 求 ， C 3 0及 以上 混凝 土 经历 3 5 0次冻 融循 环 可 满足要 求 。 关键 词 ： 全级 配混 凝 土 冻融循 环 引气剂 质 量损 失相 对 动 弹模 量 中图 分类 号 ： T U 5 2 8 0 4 2 4 文 献标 识码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 3 0 3 3 7 我国东北 、 西北 、 华北以及西藏等地区存在严重的 混凝土冻融破坏问题 ， 恶劣的环境 对混凝土 的耐久性 指标提出了很高要求 。增强混凝土的抗冻性能指标是 提高混凝土耐久性能 的关键。 目前 国内外的研究主要 集中在混凝土抗冻机理 的试验研究 ， 而对于混凝土冻 融后强度 的试验研究较少。本文通过 1 0种混凝土强 度等级、 8种抗冻等级的标准试件 ， 研究冻融循环次数 与混凝土质量损失及相对动弹性模量的定量关 系， 进 而为系统研究并建立冻融循环次数与抗压强度的关系 模型提供数据。 1试验设计 与实施 1 1 试 件 制作 试 验 方案 中 1 0种 强 度 等 级 的 混凝 土试 件 尺 寸 有 1 5 0 mm 1 5 0 mm 1 5 0 mm 和 1 5 0 mm 1 5 0 mil l 2 5 0 m m两种。试件采用钢模成型， 并用振动棒振捣密 实 ， 棱柱试件采用卧式成型 ， 在室温下静置不少于 3昼 夜后拆模 编号 ， 拆模后 的试件进行水 中养护。水泥采 用 3 2 5和 4 2 5两种型号的普通硅 酸盐水泥 ， 细骨料 采用全级配 中砂 ， 粗骨料采用 2 5 m m 的碎石 ， 引气剂 采用松香皂类引气剂。试配混凝 土的塌落度为 2 2 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 6 1 3 ； 修 回日期 ： 2 0 1 2 1 2 1 5 作者简 介： 曹秀丽( 1 9 8 0 一) ， 女 ， 山西襄 汾人 ， 讲师 ， 博士研究生。 7 0 mm， 最大水灰 比0 5 5 。混凝土试件的配合 比及 抗压强度见表 1 。 1 2 试 验设 备 冻融试验在 T D R型混凝 土 自动快速冻融试验机 上进行 ， 该设备包括控制 柜、 冻融箱及冷 却装置三部 分 ， 最低温度为 一2 1， 最高温度为2 2。冻融箱 内 注人防冻液并将试件放置于 2 8个标准尺寸的橡胶长 筒试件盒内进行试验 。冻融后混凝土单轴试验采用 的 主要设备包括直读式含气量测定仪和计算机控制电液 伺服压力试验机。 1 3 试 验方 法 设定冻融循环时间为 2 5 h ， 并控制用于融化的时 间不少于整个冻融循环时间的 3 0 ， 而控制融化与冻 结终 了时的试件中心温度分别为( 91 ) 和(一1 6 1 ) o C。每 5 0次冻融循环测量 1次动弹性模量及试件 质量。为保证试件均匀经受冻 融循环 ， 需要将试件上 下倒置且调换试件在冻融箱内的位置。共进行 了 3 5 0 次冻融循环。 2 试验结果及分析 2 1 混凝 土宏观 形 态及破 坏 机理 混凝土冻融试验过程经历 了表面层状破坏 、 表面 骨料与砂浆分离 、 粗骨料处部分砂浆 的脱落和细裂缝 的产生与发展 4个 明显的宏观破坏过程 ， 即： 试件经过 2 0 1 3年第 3期 曹秀 丽等 ： 冻融循环对混凝土质量 损失 及相对动弹模量影 响的试验研究 1 2 7 由表 2可得 出， 在经 历 3 0 0次冻融循 环后 ， 两组 C 1 5混凝土试件 的质量损失分别为 4 0 7 和 4 0 0 ， 两组 C 2 0混 凝土 试件 的质量 损失 分别 为 4 4 2 和 4 5 2 ， 两 组 C 2 5混 凝 土 试 件 的质 量 损 失 分 别 为 4 9 1 和 3 9 0 ， 均满足混凝土抗冻等级的质量损失 不大于 5 的要求 。表 明 C 1 5 、 C 2 0及 C 2 5均可承受 3 0 0次冻融循环。在经历 3 5 0次冻融循环后 ， 两组 C 3 0 混凝土试件的质量损失分别为 2 6 7 和 4 5 6 ， 两组 C 3 5混凝土试件 的质量损失分别为 2 8 7 和 2 4 6 ， 两组 C 4 0混 凝土 试件 的质量 损 失分 别 为 2 8 5 和 2 5 5 ， 两 组 C 4 5混 凝 土 试 件 的质 量 损 失 分 别 为 2 6 l 和 2 5 2 ， 两组 C 5 0混凝 土 试件 的质 量 损失 分 别为 3 4 0 和 4 4 1 ， 两组 C 5 5混凝土试件的质量损 失分别 为 2 4 0 和 2 O 1 ， 两组 C 6 0混凝土试件的质 量损失分别为 2 9 0 和 2 6 0 。 试验结果表明， 设计 的不 同强度等级混凝土均可 满足质量损失要求 ， 可达到相应的抗冻等级。 2 3相对 动弹 性模 量 损失 冻融混凝土相对动弹性模量平均值的试验结果如 表 3所示 。 表 3混凝土不同冻融循环次数后相对动弹 性模 量平均值 与初 始值之 比 由表 3可 知 ， C 1 5 、 C 2 0及 C 2 5引 气混 凝 土试 件 均 可承受 3 0 0次冻融循环 ， 在 3 0 0次冻 融循环后 ， 两组 C 1 5混凝土试件 的平 均相对动 弹性模 量分别下 降至 6 4 6 和 6 3 9 ， 两组 C 2 0混凝 土试 件 的平 均相 对 动 弹性模量分别下降至 6 5 2 和 6 4 7 ， 两组 C 2 5混凝 土试件的平均相对动弹性模量分别下 降至 6 2 7 和 6 2 9 ， 满足抗 冻 等级混 凝 土 的动 弹性模 量 不低 于 6 0 的要求。而在冻融循环 3 5 0次后 ， C 3 0， C 3 5 ， C 4 0 ， C 4 5 ， C 5 0， C 5 5以及 C 6 0混凝土试件 尚具备抵抗 更多 次冻 融循 环 的能 力 。 综上可见 ， 在含气量基本不变的前提下， 混凝土的 强度等级越高， 其 抗冻融破坏 能力越 强。C 6 0混凝土 第二组试件再经历 3 5 0次冻融循环后其平均相对动弹 性模量仍达 8 3 8 ， 但 C 5 0第一组混凝土试件的相对 动弹性模量下降较快 ， 经历 3 5 0次冻融循环后下降至 7 2 3 ， 其原因可能是混凝土试件制作过程 中搅拌或 振捣时间比较长以致含气量下降。 3 结论 1 ) 混凝土 的抗冻融能力与混凝土 的强 度等级 及 引气剂的含量密切相关 。 2 ) C 2 5及以下强度等级混凝土经历 3 0 0次冻融循 环质量损失可满足要求， C 3 0及以上强度等级混凝土经 历 3 5 0次甚至更多的冻融循环质量损失可满足要求。 3 ) C 2 5及以下强度等级混凝土经历 3 0 0次冻融循 环相对动弹性模量损失可满足要求 ， 而 C 3 0及 以上强 度等级混凝土经历 3 5 0次冻融循环相对动弹性模量损 失可满 足要求 。 参 考 文 献 1 亢 景富 ， 冯乃谦 水工混凝土耐久性 问题 与水工高性 能混凝 土 J 混凝 土与水 泥制品 ， 1 9 9 7 ， 8 ( 4 ) ： 4 1 0 2 B O U R N A Z E L J P， MO R A N V I L L E M D u r a b i l i t y o f c o n c r e t e ： t h e c r o s s r o a d b e t w e e n e h e m i s t a n d me c h a n i c s J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 1 O ) ： 1 5 4 3 1 5 5 2 3 施 士升 冻融循环对混凝 土力学 性能 的影 响 J 土木 工程 学报 ， 1 9 9 7 ， 3 0 ( 4 ) ： 3 5 4 2 4 MO HA ME D 0 A， R E N S K L F a c t o r s a f f e c t i n g r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e t o f r e e z i n g a n d t h a w i n g d a m a g e J A S C E J o u rna l o f Ma t e ri a l s i n C i v i l E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 2 ， 2 ( 4 ) ： 1 0 1 2 1 0 2 6 5 张静涛 青藏铁路耐久性混凝土的施工技术 J 铁道建筑 ， 2 0 0 7 ( 1 0)： 1 0 0 1 O 2 6 王嫒丽 ， 姚燕 重点工程混凝土耐久性 的研究与工程应用 M 北 京 ： 中国建材工业 出版社 ， 2 0 0 1 ( 责任审编李付军)