自密实混凝土抗冻性能研究.pdf

第 4 2 卷第 5 期 2 0 1 1 年 5月 Vo 1 42 No 5 Ma V 201 1 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 4 4 3 自密实混凝土抗冻性能研究 陈春珍 ，张金喜- ，徐金 良2 ，王小兵z ( 1 北京工业大学道路与铁道工程学科， 1 0 0 1 2 4 ， 北京；2 厦I中平公路勘察设计院有限公司， 3 6 1 0 0 8 ， 福建厦门； 3 厦 门中平工程监理咨询有限公 司， 3 6 1 0 0 8 ， 福建厦f - 3 ) 摘要 ：通过宏观和微观两方面研究C 6 0 自密实混凝土抗冻性 。宏观 研究表 明C 6 0 自密实混凝土不能经受 3 0 0 次快速冻融循环， 需掺入引气剂以保证其抗冻耐久性 ， 自密实混凝土抗冻性能与高强混凝土类似， 冻融破坏 的主要因素是在冻融过程中温度变化而产生的疲劳应力所造成。微观研究表明C 6 0 自密实混凝土的相对耐久性 指数与混凝土含气量 、 气泡间隔 系数及微观孔径分布存在一定关系 。 关键词 ： 自密实混凝 土 ； 抗冻性 ； 宏观研究 ； 微观研究 中图分类号 ： T U 7 5 5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 O 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 4 4 3 0 3 S TUDY oN FRoSTRES I STANCE oF S ELFCoMPACTI NG CoNCRETE CHEN Ch un - z he n 。 ，ZHANG J i n - x i ，XU Ji n l ian g ，W ANG Xi ao b i n g ( 1 R o a d a n d R a i l w a y E n g i n e e r i n g ，B e i j i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，1 0 0 1 2 4 ，B e i j i n g ，C h i n a ； 2 Xi a me n Z h o n g p i n g Hi g h w a y S u r v e y and D e s i g n C o ， L t d ，3 6 1 0 0 8 ，X i a me n ，F u j i an，C h i n a ； 3 Xi a me n Z h o n g p i n g E n g i n e e r i n g S u p e r v i s i o n C o n s u l t i n g C o ，L t d ，3 6 1 0 0 8 ， Xi a me n， F u j i an，C h i n a ) Ab s t r a c t ： F r o s t _ r e s i s t a n c e o f s e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e o f C 6 0 h a s b e e n s t u d i e d f r o m b o t h o f ma c r o a n d mi c r o r e s p e c t s Th e ma c r o s t u d y r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e f r o s t - r e s i s t a n c e o f s e rf- c o mp a c t i n g c o n c r e t e o f C 6 0 d o e s n o t r e a c h 3 0 0 c y c l e s o f f r e e z i n g an d t h a wi n g ，i t c a n b e mi x e d wi t h a i r e n t r a i n i n g a g e n t t o e n s u r e i t s f r o s t - r e s i s t a n c e F r o s t r e s i s t a n c e o f s e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e i s s i mi l a r t o h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e wi t h f r e e z e- t h a w d a ma g e ，w h i c h a ma j o r f a c t o r i s t h e f a t i g u e s t r e s s o n t e mp e r a t u r e c h a n g e s d u ri n g f r e e z i n g a n d t h a w i n g Th e mi c r o- s t u d y r e s u l t s i n d i c a t e t h a t c o n c r e t e a i r c o n t e n t ，b u b b l e s p a c i n g f a c t o r ；mi c r o- p o r e s i z e d i s t rib u t i o n h a d a r e l a t i o n s h i p wi t h t h e d u r a b i l i t y i n d e x o f s e l f -c o mp a c t i n g c o n c r e t e o f C6 0 Ke y wo r ds ：s e l f -c o mp a c t i n g c o n c r e t e ；f r o s t r e s i s t an c e ；ma c r o -s t u d y ；mi c r o s t u d y 随着混凝土技术发展，高性能混凝土的研究与应 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 3 1 0 作 者 简 介 ：陈 春 珍( 1 9 8 2 一) ，女 ，福 建 漳 州 人 ， 硕 士 ， e m a i l ： 用日益受到人们重视，而高性能混凝土研究中更以混 凝土耐久性为核心内容。抗冻性是混凝土耐久性的重 要指标， 是影响混凝土使用寿命与性能的重要因素， 但 自密实混凝土的抗冻性能研究较为少见。本文主要从 致其空气含量较高， 故随矿渣粉掺量增加， 混凝土空气 含量随之增加； 新拌混凝土单位重量随之下降。 ( 2 )利用水淬高炉矿渣粉取代水泥所拌制的混凝 土于4 O 7 0 m i n H 泌水量最多， 而混凝土泌水总量随矿 渣粉掺量增加而增加。当 ： = 6 0 B v j ， 混凝土泌水总量为 =0 的2 倍以上 ， 甚至超过总拌合水量的7 O ， 而泌水 量不仅可使混凝土表面产生粉化 ；亦可增加其产生塑 性收缩裂缝与干燥收缩的概率 ，进而影响混凝土耐久 性， 故大量使用矿渣粉取代水泥时， 必须审I真考虑泌水 特 陛对混凝土性能的影响。 ( 3 )混凝土初 、 终凝时间随矿渣粉掺量增加而增 加 ， 当 为6 0 时 ， 混凝土初凝 时间较 = 0 延长 1 5 h ， 加上泌水影响， 当需做用于整体粉光结构物时， 须特别 注意； 其终凝时间亦延长6 h ， 对于早强或提早拆模工 程应审慎使用。 ( 4 )适当的矿渣粉掺量可有效抑制混凝土产生塑 性收缩裂缝， 但随矿渣粉掺量( ) 增加则塑性收缩裂缝 亦随之增加 。 参考文献 1 朱惕之 高性能混凝土材料组成特性及早期性质之研究 D 台 北 ： 台湾科技大学营建工程系 1 9 9 4 2 郑凯维 致密炉石水泥混凝土工程性质之研究 D 台北： 台湾科 技大学营建工程系， 2 0 0 2 3 C H AN G P K ，P E NG Y N，H WAN G C L A d e s i g n c o n s i d e r a t i o n f o r d u r a b i l i t y o f h i g h p e r f o r m a n c e c o n c r e t e J C e m e n t and C o n - c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 0 l ， 2 3 ( 4 ， 5 ) ： 3 7 5 - 3 8 0 4 N T B U I L D 4 3 3 ： C o n c r e t e ： c r a c k i n g t e n d e n c y e x p o s u r e t o d r y i n g d u ri n g t h e fi rs t 2 4 h o u rs S N o r d t e s t M e t h o d ， F i n l a n d ， 1 9 9 5 5 卢雪卿， 黄兆龙 浆量及水量对混凝土体积稳定性之影响 J _ 中 国土 木水利 工程学刊 ， 2 0 0 0 ，1 2 ( 3 ) ： 6 2 1 6 2 6 6 M E H T A P K C o n c r e t e s t r u c t u r e ，p r o p e r t i e s and m a t e r i a l s M En g l e wo od Cl iff s ，NJ： Pr e n t i c e Ha l l I n c ，1 9 8 6： 2 4 9 2 81 4 4 4 - 建筑技术 第 4 2 卷第 5 期 宏观 、微观两方面对C 6 0 自密实混凝土进行抗冻性能 研究。 1 试验设计 1 1 试验原材料 水泥采用P 0 4 2 5 普通硅酸盐水泥，密度为3 1 g c m ， 3 d 抗折强度与抗压强度分别为5 9 ， 2 8 4 M P a ， 2 8 d 抗折与抗压强度分别为9 6 ， 5 6 2 M P a ； 砂为河砂， 密 度为2 6 7 g e m ，堆积密度为1 4 9 5 g e m ，空隙率为 4 4 0 1 ， 按 普通混凝土 用砂 、 石质量及检 验方法标 准 ( J G J 5 2 2 0 0 6 )检测细度模数为2 6 ，含泥量为 2 7 ， 属 区中砂 ； 卵石密度为2 7 g c m ， 堆积密度为 1 5 7 7 g c m ， 空隙率为4 1 5 9 ， 检测粒径为5 1 6 m m 连 续级配卵石 ， 压碎指标为1 3 3 4 ， 含泥量为0 7 6 ； 粉 煤灰为 I 级粉煤灰， 密度为2 3 g c m ； 矿渣为$ 9 5 级矿 渣， 密度为2 8 g c m ； 硅灰密度为2 1 g c m ； 高效减水剂 含量4 0 ， 减水率3 0 以上； 水为普通自来水。 1 2 试验方法 自密实新拌混凝土工作性能测试采用： 坍落扩展 度、 T 5 0 和u 形箱三种方法。混凝土的冻融循环试验按 照 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 ( G B T5 0 0 8 2 2 0 0 9 )中抗冻性能试验的 “ 快冻法 ” 进 行。本试验采用“ MI C 一 8 4 0 0 1 型硬化混凝土孔隙结构 分析仪” 对自密实混凝土截面扫描， 得到混凝土的气泡 间隔系数、平均气泡直径等参数。采用美国生产的 A u t o P o r e 1 V9 5 1 0 型压汞仪测定混凝土 中砂浆的微观孔 隙分布。 1 3 试验配合比 自密实混凝土中掺入矿物掺合料种类较多，常见 的三种矿物掺合料为粉煤灰、 矿渣、 硅灰 1 。在配制自 密实混凝土时考虑各种因素， 配制了强度等级为C 6 0 、 矿物掺合* -4 4 # 法不同的C 6 0 自密实混凝土配合比来进 行抗冻性能研究( 表1 ) 。 表 1 C6 0自密实混凝土配合比 配合比编号 水胶比 砂率 矿物掺合料比例 S l - 1 O _ 3 2 o 4 8 3 5 粉煤 灰 $ 2 - 1 O - 3 2 O 5 0 3 5 粉煤灰 s 1 - 2 O _ 3 1 o 4 8 3 O 粉煤灰+ 5 硅灰 S 2 2 O 3 1 O 5 O 3 O 粉煤灰+ 5 硅灰 S 1 3 O - 3 l o 4 8 3 O 粉煤灰+ 1 O 矿渣+ 5 硅灰 $ 2 - 3 O _ 3 1 0 5 O 3 O 粉煤灰+ l O 矿渣+ 5 硅灰 1 4 新拌混凝土及的学性能 测定新拌混凝土性能和硬化混凝土的力学强度 ， 试验结果见表2 ， 自密实性评价是根据 比值来确定。 当 不小于0 9 0 ， 自密实性优良； Nf , f o 8 0 0 9 0 2 _ 间， 自密实性良好； Nf l f e J , 于0 8 0 ， 自密实性差_2 。 表 2 新拌混凝土性能的力学性能 配合比 新拌混凝土性能 抗压强度 M P a 编号 坍落扩展度 ， I =5 O U 形仪高 2 8 d 2 8 d 性 能 m m s 度 m m 振捣 比值 评价 S I - 1 6 8 5 9 5 3 2 5 7 1 2 7 4 2 0 9 6 优良 $ 2 - 1 6 9 0 6 9 3 4 0 7 0 7 7 2 7 0 9 7 优良 S 1 - 2 7 1 5 5 3 4 0 7 3 9 7 3 2 1 0 1 优 良 $ 2 - 2 7 0 o 6 3 4 0 7 6 8 6 8 0 5 0 9 5 优良 S 1 3 7 3 0 5 3 4 0 6 3 5 6 4 4 O 9 8 优良 $ 2 - 3 6 9 5 5 5 3 4 0 6 5 4 6 9 - 8 O 9 3 优良 6 4 自密实混凝土配合比都满足 自密实混凝土应 用技术规程) ( C E C S 2 0 3 ：2 0 0 6 ) 中规定的新拌混凝土的 各项陛能要求3 。混凝土力学性能测试结果， 该6 个配 合比2 8 d 强度均达到规定强度， 自密实性能优良。 2 试验结果及分析 2 1 混凝土抗冻性能宏观分析 对上述6 个配合比的混凝土试件养护到2 8 d 时做 冻融循环试验 ，当混凝土的动弹性模量小于相对动弹 性模量或质量变化率达5 时。 则表示混凝土冻坏。 从表3 可知该6 个配合比的自密实混凝土均无法经 受3 o o 2快速冻融循环试验， 需掺人引气剂以保证其抗 冻耐久性。从图 1 可知 自密实混凝土在冻融循环试验 中， 除个别情况在2 5 次冻融循环后质量有所下降， 其余 情况下混凝土的质量均略微增加。 表 3 冻融试验动弹性模量 配合比编号 O 2 5 5 0 7 5 l 0 o 1 2 5 1 5 0 1 7 5 S 1 1 23 7 8 23 5 0 23 4 0 23 3 0 22 9 4 21 3 5 1 8 0 2 $ 2 -1 24 0 9 23 7 6 23 7 1 23 71 23 4 4 22 5 8 1 92 6 1 7 4 0 S1 2 23 9 2 23 51 23 45 231 9 22 6 6 2l 3 3 1 75 4 S 2 _2 24 1 3 23 8 O 23 6 6 23 3 5 22 6 6 1 9 9 6 1 8 0 9 S1 -3 24 3 3 23 8 1 23 5 2 23 2 6 22 6 4 17 8 1 S 2 3 23 7 4 23 2 5 22 6 6 1 98 5 1 7 6 3 通过冻融循环的宏观性能分析可知 ， c 6 o N密实 混凝土的冻融破坏是突发性的， 试件在高低温度交替 中产生微裂缝并发展，正是这些微裂缝的存在使得多 次循环后试件吸入水分， 使试件在冻融过程中质量略 有增加， 而当混凝土强度不能抵御温度应力作用时， 裂 2 0 1 1 年 5 月 陈春珍， 等： 自密实混凝土抗冻性能研究 4 4 5 僻 蚓 龌 冻融循环 次数 图 1 冻融试验混凝土试件质量变化率 缝迅速扩展最终导致混凝土破坏 ， 这时的相对动弹性 模量也突然下降。C 6 0 自密实混凝土冻融破坏形态与 普通高强混凝土类似，在冻融过程中并不表现相对动 弹l生模量损失率或质量变化率的逐步增加，而是到某 一 冻融循环时混凝土相对动弹性模量突然下降 4 。 2 2 混凝土冻融亚微观和微观试验结果分析 对2 8 d 龄期的硬化混凝土进行气泡特 陛分析和压 汞试验 由冻融循环试验得到的数据计算混凝土的相 对耐久性指数， 自密实混凝土的各项试验结果见表4 。 表 4 混凝土冻融试验结果 含 气量 相对耐久性 平均气泡 气泡间隔 配合比 ， 指数 直径 m 系数 S 1 一l 25 2 8 7 1 o 6 7 7 4 9 5 9 3 $ 2 -1 2 8 3 0 4 1 0 9 6 3 5 21 6 8 S1 2 2O 2 6 9 9 9 O 9 5 8 4 7 2 $ 2 -2 1 9 2 23 1 0 2 8 7 61 0 6 3 S l 一3 l _7 1 7 1 1 4 5 2 4 8 21 7 5 $ 2 -3 1 8 1 8 4 l 2 4 _ 3 1 6 1 9 0l ( 1 )混凝土的气泡间隔系数试验大于3 0 0iJ , m1 ,- j - ， 混凝土的抗冻性较差。自密实混凝土气泡间隔系数在 4 9 0 8 3 0 m 之间， 其相对耐久性指数不高， 宏观试验 结果与亚微观试验的结果相互验证。 从表4 可知， 相同强度等级的混凝土含气量是影响 混凝土抗冻性的主要因素， 混凝土的含气量越高， 其抗 冻性能越好。混凝土中气泡间隔系数和平均气泡直径 的大小也是跟混凝土中含气量的大小有关。当含气量 一 定时， 气泡尺寸越小， 气泡数量越多， 则气泡间隔系 数越小。当气泡尺寸不变时， 则含气量越大， 气泡间隔 系数越小 抗冻性能越好。 ( 2 )按照布特等人对孔的分类， 将压汞仪测定结 果分为四类： 大孔( 大于1 0 0 0 ix m ) 、 毛细孔( 1 0 0 1 0 0 0 m) 、 过渡孔( 1 0 1 0 0 Ix m ) l：1凝胶孔( 小于1 0 Ix m) 。 其中 连通的毛细孔对混凝土抗冻性影响最大 ，混凝土中的 凝胶孔不受冻害 ，孔径较小的过渡孔 由于其中水冰点 极低 ， 一般也不受冻害 ， 而大于1 0 0 i x m以上的毛细孔则 受冻融作用影响。大的气孔中水结冰是混凝土受冻破 坏的最主要因素，因孔径大小决定了混凝土孔 中水的 冰点 ， 孔径越小 、 冰点越低 、 成冰率越低 ， 从而减小因结 冰引起的对混凝土的破坏， 提高了混凝土抗冻性5 。 彗 S I - 1 S 2 一l S l 一 2 S 2 2 S l 一 3 S 2 3 配合比编号 图 2 混凝土 2 8 d 微孔结构孔径分布 从图2 可知 该6 个 自密实混凝土微孔结构的孔径 分布存在差异 ，小于1 0 0 m 孔的孔隙量大小顺序与相 对耐久性指数大小一致 ， 微观试验结果得到了验证 。 3 结语 ( 1 )C 6 0 自密实混凝土并非高抗冻性混凝土， 其 抗冻性能不能满足3 0 0 次快速冻融循环的要求 ， 需掺入 引气剂以保证其抗冻耐久性。 ( 2 )自密实混凝土冻融破坏的形态与普通高强混 凝土类似 冻融破坏的主要因素均为冻融过程中温度 变化而产生的疲劳应力所造成。 ( 3 )从亚微观和微观结构的分析可知 ： 含气量高 、 气泡间隔系数小 、小于 1 0 0 m 孔且孔隙量大的C 6 0 密实混凝土其相对耐久性指数高。说明不同矿物掺合 料会对混凝土的含气量、 孔结构和强度产生影响， 进而 影响混凝土的抗冻性能 。 参考文献 1 谢再平不同掺料的免振捣混凝土配比及性能实验研究 D 阜新： 辽宁工程技术大学， 2 0 0 3 2 姚燕 ， 王玲 ， 田培 高性能混凝土 M 北京 ： 化学工业出版社， 2 0 0 6 3 C E C S 2 0 3 ： 2 0 0 6 ， 自密实混凝土应用技术规程 s 4 曹建国，李金玉，林莉， 等高强混凝土抗冻性的研究 J 建筑材料学 报 ， 1 9 9 9 ， 1 2 ： 2 9 2 2 9 7 5 张士萍， 邓敏，唐明述 混凝土冻融循环破坏研究进展 J 材料科学 与工程 学报 2 O O 8 ( 1 2 ) ： 9 9 0 9 9 4 嘶 舵 叭 O 0 O O O 0 0