含气量对混凝土耐久性的影响.pdf

公路 交通技 术2 0 1 1 年 4月 第 2期T e c h n o l o g y o f Hi g h w a y a n d T r a n s p o rt A p r 2 0 1 1 N o 2 含气量对混凝 土耐久性 的影 响 龚成志 ， 黄维蓉 ， 周建廷 ( 1 重庆市公路工程( 集团) 股份有限公司， 重庆4 0 0 0 3 8 ； 2 重庆交通大学土木建筑学院， 重庆4 0 0 0 7 4 ) 摘要： 适宜含气量不但有利于提高混凝土的抗冻性能， 而且还有利于提 高混凝土的抗氯 离子渗透性能， 对二者的 影响规律也相似 。混凝 土抗 冻性试验和氯 离子渗透试验 结果表明 ： 随着混凝 土 中含 气量的 不断增加 ， 混凝 土抗 冻性 能与抗氯离子渗透性能先增加后减小。建议 C 3 0 、 C 4 0混凝土含气量控制在 3 5 5 ， C 5 0混凝土含气量控制在 5 一7 。 关键词 ： 混凝土 ； 含气量 ； 抗 冻性能 ； 抗 氯 离子渗透性能 文章编号 ： 1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 0 0 1 0 4 中图分类号 ： U 4 1 4 文献标识码 ： A l n f l u e n c e s O f Ai r Co n t e n t O n Du r a b i l it y o f Co n c r e t e GO NG C h e n g z h i ，HU ANG We i r o n g ，Z HOU J i a n t i n g Ab s t r ac t：Ap p r o p r i a t e a i r c o n t e n t i s be n e fic i a l n o t o n l y t o i mp r o v e f r e e z i n g r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e，b u t a l s o t o e n ha nc e pe n e t r a t i o n r e s i s t a n c e o f c hl o r i d e i o n s，a n d ha s s i mi l a r i n flu e n c i n g r u l e s f o r b o t hTh e r e s u l t s o f f r e e z i n g r e s i s t a n c e t e s t a n d c h l o r i de i o n s pe n e t r a t i o n t e s t for c o n c r e t e s h o w t ha t t h e f r e e z i ng r e s i s t a n c e a n d pe n e t r a t i o n r e s i s t a n c e o f c h l o rid e i o n s o f c o n c r e t e de c r e a s e fir s t a nd t h e n d e c r e a s e wi t h e s c a l a t i o n o f a i r c o n t e n t i n c o n c r e t eTh i s p a p e r r e c o mme nd s t h a t t h e a i r c o n t e n t i n C3 0 a n d C4 0 c o n c r e t e s i s c o n t r o l l e d wi t h i n 3 55a n d i n C5 0 c o nc r e t e wi t hi n 57 Ke y wo r ds：c o n c r e t e；a i r c o n t e n t ；f r e e z i n g r e s i s t a n c e；p e ne t r a t i o n r e s i s t a nc e o f c hl o r i de i o n s 在高寒地区 ， 为使混凝土具有 良好的抗冻性 能， 通常采用加入引气剂的方法 。混凝土在未加引气剂 时 ， 含气量约 2 ； 混凝 土 中掺入 引气 剂后 ， 大量 微 小封闭的气泡均匀分布在混凝土体 内， 隔断了混凝 土内部大量的连通孑 L 隙， 使得孔 隙 中的水分在冻结 过程 中产生过冷现象 ， 使其 冰点降低 ， 从而减轻混凝 土的受冻破坏 。本文主要通过在混凝土中添加 不同剂量 的引气剂来研究 含气量对 C 3 0 、 C 4 0、 C 5 0 混凝土抗冻性能与抗氯离子渗透性能的影响。 1 试 验 用原材 料 C 3 0 、 C 4 0混凝 土采用 P 0 4 2 5 R水泥 ， C 5 0混 凝土采用 P 0 5 2 5 R水 泥； 粗集料采用 昆仑 山碎石 厂生产的 52 0 m m连续级 配碎石 ， 通过 测定其振 实密度 ， 确定 51 0 m m 与 1 02 0 m m 的搭 配比例 为 3 0 ： 7 0 ； 细集料采用 昆仑山上细度模数为 3 6 的天然山砂 ； 减水剂采用减水率 为 2 5 4 的 L W 一 1 0 0高效减水剂 ； 引气剂采用十二醇硫酸钠 。 基 金项目 ： 西藏交通厅科技攻关项 目( 2 0 0 8 0 0 5 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 00 7 2 5 作者简介 ： 龚成 志( 1 9 7 5一) ， 男 ， 重庆市人 ， 本科 ， 工程师 2配合 比设计 2 1 基 准 混凝 土配 合 比设计 C 3 0 、 C 4 0 、 C 5 0混 凝土 配制 强度 分别 为 3 8 2 、 4 9 9 、 5 9 9 MP a ， 坍落度为 7 0 9 0 m m， 和易性 良好 。 混凝土配合 比设计参考 J rr J 5 5 -2 0 0 0 ( 普通混凝土 配合比设计规程 J 。按相关试验方法 对计算获 得的初步配合 比进行试拌调整 ， 获得 的基准配合 比 及性能见表 1 。 2 2引气混凝土配合比设计 所采用的设计方案为 ： 在基准混凝土基础上 ， 通 过改变引气剂掺量来改变混凝土 中的含气量。引气 剂掺量分别采用 0 0 2 、 0 0 2 5 、 0 0 3 。引气混 凝土配合 比及性能见表 2 。 3混凝 土冻 融试 验 结果分 析 冻融试验依据 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ( 普通混凝土 长期性能 和耐久性能试验 方法 快冻法 的规定 ， 实 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 公路交通技术 2 0 1 1年 表 2引气混凝土配合 比及性能 验室成型 1 0 0 m m1 0 0 M 1 T I x 4 0 0 m m 的棱柱体试 件 ， 养护 2 4 d并浸泡 4 d后进行冻融试验 ， 测试每 5 0次冻融循环测量试件 的动弹性模量与质量损失 率 7 3 。冻融循环达到以下 3种情况之一时即停止试 验 ： 1 )冻融循环次数达到 3 0 0次； 2 )试件 的相对动 弹性模量下降到6 0 以下； 3 )试件的质量损失率达 5 。表 2中 9组混凝土冻融试验后的质量损失率 均小于 5 ， 相对动弹模量差异较大。混凝土抗冻 耐久性系数按下式计算 ： Kn=P X N 3 0 0 。 式中， K n为 次冻融循环后混凝土试件的抗冻耐久 性系数 ， ； 为混凝土试件经受的冻融循环次数 ； P 为 次冻 融循 环后混 凝土试 件 的相对动 弹性 模 量 ， 。 C 3 0混凝土冻融次数与相对动弹性模量关系如 图 1 所示。由图 1可知 ， 对于 C 3 0混凝土 ， 当其含气 量在 3 5 5 范围内时， 相对动弹性模量有较大 提高 ； 当含气量超过 5 后 ， 相对动弹性模量反而降 低。此外 ， 当含气量为 3 6 时 ， 经 1 5 0次冻融循环 后， 其相对动弹模量 由 1 0 0 下降到 5 2 7 ， 耐久性 系数为 2 6 4 ； 当含气量为 4 9 时， 经 2 0 0次冻融 循环后 ， 其相对动弹模量 由 1 0 0 下降到 5 1 3 ， 其 混凝土耐久性系数为 3 4 2 ； 当含气量为 7 5 时， 经 1 0 0次冻融循 环后 ， 其相对 动弹模量 由 1 0 0 下 降到 5 6 1 ， 其混凝土耐久性系数为 1 8 7 。 C 4 0混凝土冻融次数与相对动弹性模量关 系如 删 霰 督 霞 0 0 9 0 8 0 7 0 6 O 5 0 4 0 军0 5 0 1 0 0 I 5 O 2 0 0 2 5 0 冻融循环次数 + 含气量4 9 一 含气量3 6 一 含气量7 5 * 一 含气量2 8 图 1 C 3 0混凝土冻融次数与相对动弹性模量关系 图 2所示。由图2可知 ， 对于 C 4 0混凝土 ， 当含气量 在 3 5 5 范围内时 ， 相对动弹性模量也有较大 幅度提高。当含气量为 3 8 时， 经 1 5 0次冻融循 环后 ， 其相对动弹模量 由 1 0 0 下降到 5 8 7 ， 混凝 土耐久性系数为 2 9 4 ； 当含气 量为 5 1 时， 经 2 5 0次冻融循环后 ， 其相对动弹模量 由 1 0 0 下降到 5 3 7 ， 混凝土耐久 性系数为 4 4 8 ； 当含气量为 7 3 时 ， 经 1 5 0次冻融循环后 ， 其相对动 弹模量 由 1 0 0 下降到 4 7 6 ， 混凝土耐久性系数为 2 3 8 。 慧 臀 霞 罂 O O 9 O 8 O 7 O 6 0 5 0 4 0 O 5O l o f ) l 5 0 2 00 2 50 冻融循环次数 一 含气量5 1 一 含气量3 8 - 一 含气量7 3 一 含气量2 7 图 2 C 4 0混凝 土冻融次数与相对动弹性模量关 系 C 5 0混凝土冻融次数与相对动弹性模量关系如 图 3所示 。由图 3可知， 对于 C 5 0混凝土 ， 当含气量 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1年第2期 龚成志， 等： 含 气量对混凝土耐久性的影响 3 捌 。藤 翠 O0 90 8 0 7 0 6 O 5 0 U U l U 0 l U Z O 0 2 5 0 3 I X ) 冻融循环 次数 一 含气量4 7 一 含气量3 6 一含气量6 8 一 含气量2 3 图 3 C 5 0混凝土冻融次数 与相 对动弹性模量关系 为 3 6 时 ， 经 2 0 0次冻融循环后 ， 其相对动弹模量 由 1 0 0 下 降 到 5 8 9 ， 混 凝 土 耐 久 性 系 数 为 3 9 3 ； 当含 气量 为 4 7 时 ， 经 3 0 0次 冻融循 环 后 ， 其相对动弹模量由 1 0 0 下降到 6 2 2 ， 混凝土 耐久性系数为 6 2 2 ； 当含气量为 6 8 时， 经 3 0 0 次冻融循 环 后 ， 其 相 对 动 弹模 量 由 1 0 0 下 降 到 6 4 7 ， 混凝土耐久性系数为 6 4 7 。 由上述分析可知 ， 含气量 对混凝 土抗冻 性能的 影响表现为 ： 随着含气量增加 ， 混凝土抗冻性能先增 加后降低 8 j ， 对于不同强度等级的混凝土含气量适 宜范围有所不 同， 建议 C 3 0 、 C 4 0混凝土含气量控制在 3 5 5 ， C 5 0混凝土含气量控制在 5 7 。 4混凝土抗氯离子渗透性能试验结果分析 混凝 土 抗 氯 离 子 渗 透 性 能 试 验 依 据 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能试验 方法 进行 ， 采用电通量法 ， 将养护至 2 8 d的试件制 作成直径 ( 1 0 01 ) m m、 高度 ( 5 02 ) m m的 圆柱体 试件。含气量对 C 3 0 、 C 4 0 、 C 5 0混 凝土 电通量 的影 响分别如图 4 、 图 5 、 图 6所示 。 咖 圈 捌 圈 0 ( ) ( ) 8 0 0 6 0 0 4 0 0 2 o 0 O o 0 2 含气量 图 4含气量对 C 3 0混凝土 电通量 的影 响 含气量 图 5含气量对 C 4 0混凝 土电通 量的影响 删 脚 含气量 图 6含气量对 C 5 0混凝土 电通量 的影响 从图 4 6中可 以看 出： 随着含气量不 断增加 ， 各强度等级混凝 土抗氯离 子渗透性 能先增加后 降 低。对于 C 3 0 、 C 4 0混凝土， 当含气量小于 5 时， 随 着含气量增加 ， 混凝土电通量不断减小 ， 说明混凝土 抗氯离子渗透性能有所增强 ， 基准混凝土在适 量引 气后抗氯离子渗透性能提高 2 5 1 6 1 。对 于 C 5 0混凝土 ， 当含气量小于 5 时 ， 随着含气量增加 ， 混凝土电通量减小幅度不如 C 3 0 、 C 4 0混凝土明显 ， 当超过 5 时有略微增加 。适量 引气有助于提高混 凝土的抗氯离子渗透性能 ， 这与含气量对混凝 土抗冻性能的影响规律相似。 5结论 1 )含气量对混凝土抗冻性能和抗氯离子渗透性 能的影响规律相似。随着混凝土中含气量不断增加， 混凝土抗冻性能与抗氯离子渗透陛能先增加后减小。 2 )根据含气量对混凝土抗冻性能和抗氯离子 渗透性能的影响规律 ， 建议对抗冻性有要求 的 C 3 0 、 C 4 0混凝土 ， 其含气量控制在 3 5 一 5 ， C 5 0混凝 土含气量控制在 5 一 7 ； 对抗冻性无要求 的混凝 土 ， 只要和易性满足要求 ， 含气量越小越好 。 参 考 文 献 1 吴中伟， 廉慧珍 高性能混凝土 M 北京 ： 中国铁道出 版社 ， 1 9 9 9 2 程泽元 混凝土抗冻及其应用 J 甘肃科技， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 1 7 01 7 1 3 李成勇， 高莉芬 浅谈提高混凝土抗冻性的主要措施 J 黑龙江水利科技， 2 0 0 3 ( 2 ) ： 1 2 7 4 范沈抚 掺引气剂混凝土性能的研究 J 混凝土与水 泥制品， 1 9 9 1 ( 1 ) ： 1 1 2 3 5 中国建筑科学研究 院 J T J 5 5 2 0 0 O普通混凝土配 合比设计规程 S 北京 ： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 0 6 交通部公路科学研究所 J T G E 3 0 -2 0 0 5 公路工程水 泥及水泥混凝土试验规程 S 北京 ： 人 民交通出版 社 ， 2 0 0 5 7 中华人 民共 和国城乡建 设环 境保 护部 G B T 5 0 o 8 2 一 ( 下转第 1 1页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第 2期 许有飞 ， 等 ： 复合式锚杆挡土墙在石忠高速公路上的应用 l l 1 0 c m的矩形 ， 锚杆置于混凝 土块 中心 ， 见 图 2 。锚 定板则采用 1 0 0 a m1 0 0 c m x 1 5 0 c m的 C 3 0混凝 土方墩 。 为增加路基碎石土 的整体性 ， 增加锚杆与碎石 土的粘结力 ， 在路基 中灌入 M3 0水泥砂浆。 单位 ：c m ( a )设计 图 f b )运 营效果图 图 2 复合锚杆挡土墙 5 结语 经过近 2年的运营 ， 特别是较多重车的碾压 ， 石 忠高速公路 K1 4+2 0 7 5K 1 4+2 5 9段复合式锚杆 挡土墙没有出现裂纹 ， 工程效果 良好。因此 ， 在一些 碎块石土覆盖层较厚地段 ， 开挖边坡坡率受 限时 ， 可 采用本复合式锚杆挡土墙进行收坡加 固， 既可避免 缓坡率引起的开挖量 和对周边建筑 的影响 ， 又可较 大地节省工程投资 ， 特别是对 于山区高速公路 中常 用的错幅式路基 ， 左 右幅之间采用 复合式锚杆挡土 墙具有较大优势。 参 考 文 献 李海光， 等 新型支挡结构设计与工程实例 M 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 4 卢肇钧 锚定板挡土结构 M 北京： 中国铁道出版社 ， 1 98 9 铁道部第一勘测设计院 T B 1 0 0 0 1 -2 0 0 5 铁路路基 设计规范 s 北京： 中国铁道出版社， 2 0 0 5 铁道部第二勘测设计院 T B 1 0 0 2 5 -2 0 0 6 铁路路基 支挡结构设计规范 s 北京： 中国铁道出版社， 2 0 0 6 中铁二局集团有限公司 T B 1 0 2 0 2 -2 0 0 2 铁路路基 施工规范 S 北京 ： 中国铁道出版社， 2 0 0 2 黄刚， 邓红梅 锚杆挡土墙施工技术在公路边坡防 护 中的应 用 J 四川 水 力发 电， 2 0 1 0 ， 2 9( 3 ) ： 1 1 1 1l 3 周恒 宇 锚 杆 挡 土墙 在 边 坡 防护 中力 学机 理 的研 究 M 成都 ： 西南交通大学， 2 0 1 0 吴顺川， 等 坡问路基挡土墙“ 双锚” 建设方案评价及 参数优化数值模拟 J 岩土工程学报， 2 0 0 6， 2 8 ( 3 ) ： 3 3 23 3 6 ) u- u- ) 。() ) ( ( 上 接 第 3页 ) 2 0 0 9 普 通 混 凝 土长 期 性 能 和 耐 久 性 能 试 验 方 法 学版 ， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 2 ) ： 3 1 23 1 5 s 北京： 人民交通出版社， 2 0 1 0 1 1 We e T H， Wo n g S F ， S a w P S ， e t a 1 A p r e d i c t i o n m e t h o d 8 周世华， 杨华全 ， 董维佳 ， 等 引气剂对混凝土性能的 f o r l o n gt e r r a c h l o ri d e c o n c e n t r a t i o n p r o fi l e s i n h a r d e n e d 影响研究 J 混凝土， 2 0 0 8 ( 1 1 ) ： 5 65 7 c e m e n t m a t r i x m a t e ri a l s J A C I Ma t e r i a l s J o u rna l ， 9 杨 钱荣 ， 黄土元 引气混凝 土 的特 性研 究 J 混凝 土 ， 1 9 9 7 ， 9 4 ( 6 ) ： 5 6 5 5 7 6 2 0 0 8 ( 5 ) ： 37 1 2 叶建雄， 李晓筝， 廖佳庆， 等 矿物掺合料对混凝土氯离 1 0 张巨松 ， 邓嫔， 鞠里红， 等 矿物掺合料混凝土早期氯 子渗透扩散性研究 J 重庆建筑大学学报， 2 0 0 5， 2 7 离子扩散系数的试验 J 沈阳建筑大学学报 ： 自然科 ( 3 ) ： 8 9 9 2 1 1 J J j J J 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m