松脂酸钠引气剂对混凝土抗冻性能的影响研究.pdf

试验研究Experimental Research51总170期 2023.08 混凝土世界引言在水利工程、港口、桥梁以及公路等工程中，混凝土的抗冻性能尤其重要。掺加引气剂是提高混凝土抗冻性能的重要手段之一。松脂酸钠引气剂是一种重要的混凝土引气剂，其不但成本低，而且施工工艺简便易行。将适量松脂酸钠引气剂掺入混凝土中，不但能显著提高混凝土的抗冻性，还对混凝土的抗压性能、和易性有显著改善。王保林等1研究发现，添加引气剂可以有效提高混凝土的抗冻性，但没有提出引气剂的具体掺量。王家随等2研究表明，与松香酸钠引气剂掺量0.8%和2%相比，其掺量0.2%是最经济的。基于此，本文设置6组掺量分别为0.0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的松脂酸钠引气剂，将松脂酸钠引气剂配制于混凝土中，通过冻融试验与抗压试验研究不同掺量松脂酸钠对混凝土抗冻性能的影响，并根据试验结果，选出最佳的掺量。1 材料与方法1.1 试验材料水泥：中联PO 42.5硅酸盐水泥；粗骨科：粒径520mm连续级配的均匀碎石；细骨料：河砂，细度模数2.8；水：自来水。松脂酸钠引气剂对混凝土抗冻性能的影响研究谢学俭赵浩威俞尊玉南阳理工学院 土木工程学院 河南 南阳 473004摘 要：为了探究不同掺量松脂酸钠引气剂对混凝土抗冻性的影响，采用C40混凝土，设置不同掺量（0.0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）的松脂酸钠引气剂与硅酸盐水泥、砂、石子等材料制作混凝土试件，分批次制作并按标准养护法养护。通过快速冻融试验，对冻融过程中混凝土动弹性模量、抗压性能、质量损失率进行分析，结果发现：掺入松脂酸钠引气剂能够提高混凝土的抗冻性和抗压强度，当松脂酸钠引气剂掺量为0.3%时，混凝土的抗冻抗压性最佳。关键词：松脂酸钠；引气剂；抗冻性能；冻融试验Experimental Study on the Effect of Sodium Rosinate Air Entrainment Agent on the Frost Resistance of ConcreteAbstract:In order to explore the effect of sodium rosinate entrainment agent with different dosages on the frost resistance of concrete,C40 concrete was prepared,and sodium rosinate entrainment agent with different proportions(0.0%,0.1%,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%)was prepared together with Portland cement,sand,stone and other materials to make concrete specimens,which were made in batches and cured according to the standard curing method.Through rapid freeze-thaw test,the results of dynamic elastic modulus,compressive performance and mass loss of concrete during the freeze-thaw process show that the incorporation of sodium rosinate entrainment agent can improve the frost resistance and compressive resistance of concrete,and when the amount of sodium rosinate entrainment agent is 0.3%,the frost and compressive resistance of concrete is the best.Key words:Sodium rosinate;air entrainment agent;frost resistance;freeze-thaw test收稿日期：2023-4-12第一作者：谢学俭，1971年生，工程师，主要研究方向为土木工程材料，E-mail：项目信息：南阳理工学院2021年度大学生科研基金项目（NG2021DKJ-095）试验研究Experimental Research52CHINA CONCRETE 2023.08 NO.1701.2 配合比本试验采用C40混凝土，设置不同掺量（0.0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）的松脂酸钠引气剂，配合比见表1。其中，松脂酸钠引气剂掺量0.0%为对照组，检测混凝土试件的坍落度及不同龄期的质量损失率、动弹性模量及抗压强度。1.3 试验方法根据GB/T 500822009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准，制作100mm100mm 400mm的混凝土试块进行快速法抗冻试验，每组3个试块。试件24h后脱模，放入养护箱中进行养护。混凝土的制作和养护按照GB/T 500812019混凝土物理力学性能试验方法标准中的规定进行，养护24d时把做冻融试验的试块从养护箱中拿出，放入（202）水中浸泡4d，试件在龄期28d时做冻融试验。每隔25次冻融循环称量长方体混凝土试件质量，且在冻融循环50、100、200次时称量质量后测试其抗压强度，采用DT-20动弹性模量测定仪每隔25次冻融循环测量长方体混凝土试件相对动弹性模量3。混凝土抗压强度按照GB/T 500802016普通混凝土拌合物性能试验方法标准进行试验；混凝土动弹性模量按照GB/T 500822009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准进行试验。2 结果与分析2.1 混凝土质量损失率通过混凝土冻融循环试验，计算出混凝土的质量损失率。单个试件的质量损失率按式（1）计算4：（1）式中：n次冻融循环后第i个混凝土试件的质量 损失率，%，精确到0.01；冻融循环试验前第i个混凝土试件质 量，g；表 1 C40混凝土配合比组别松脂酸钠掺量/%松脂酸钠/（kg/m3）水泥/（kg/m3）水/（kg/m3）细砂/（kg/m3）碎石/（kg/m3）D00.00.00426.81755501350D10.10.42426.81755501350D20.20.84426.81755501350D30.31.26426.81755501350D40.41.68426.81755501350D50.52.10426.81755501350表 2 不同冻融循环次数下混凝土的质量损失率冻融循环次数/次质量损失率/%D0D1D2D3D4D500.000.000.000.000.000.00300.03 0.020.030.010.040.07600.13 0.080.110.050.140.34900.24 0.150.190.110.330.521200.42 0.180.270.130.420.671500.53 0.270.370.200.600.821800.78 0.360.490.280.851.08试验研究Experimental Research53总170期 2023.08 混凝土世界 n次冻融循环后第i个混凝土试件质 量，g。混凝土的质量损失率是评测松脂酸钠引气剂对混凝土抗冻性能影响的重要指标5-6。松脂酸钠引气剂混凝土经冻融循环后的质量损失率见表2、图1。由表2、图1可知，冻融循环过程中，混凝土试件的质量损失率随着松脂酸钠掺量的增加，整体呈现先减少后增加的趋势。松脂酸钠引气剂掺量为0.1%、0.2%、0.3%时，混凝土的质量损失率低于普通混凝土的质量损失率；松脂酸钠引气剂掺量为0.4%时，混凝土试件的质量损失率略高于普通混凝土的质量损失率；而松脂酸钠引气剂掺量为0.5%时，混凝土试件的质量损失率远高于普通混凝土的质量损失率；当松脂酸钠引气剂掺量为0.3%时，混凝土的质量损失率在任何冻融循环次数内都是最小的，其180d的质量损失率为0.28%，与基准组相比少损失64.1%。2.2 混凝土抗压强度混凝土立方体抗压强度fcu（MPa）的计算见式（2），由式（2）计算得出混凝土抗压强度，见表3、图2。fcu=Fmax/A（2）式中：Fmax 破坏极限荷载，N；A 试件受压面积，mm2。由表3、图2可知，D1、D2、D3、D4和D5组松脂酸钠引气剂混凝土各龄期的抗压强度均比对照组的高。混凝土试件的抗压强度随着松脂酸钠掺量的增加，整体呈现先增加后减少的趋势。结合表2可知，在松脂酸钠引气剂掺量在0.0%0.5%时，混凝土的抗压强度随着松脂酸钠引气剂的增加先平缓增大后急剧下降。在松脂酸钠引气剂掺入量为0.3%时，混凝土抗压强度最大，其28d抗压强度为65.2MPa，与基准组相比提高了43.9%。掺入适量的松脂酸钠引气剂可以改善混凝土的内部结构，使其有更高的承载能力；而过量松脂酸钠引气剂的掺入会降低混凝土的密实性，使其抗压能力大大降低7。2.3 混凝土动弹性模量使用DT-14型动弹仪测量混凝土在冻融过程中的动图 1 不同冻融循环次数下混凝土的质量损失率表 3 不同龄期混凝土的抗压强度组别松脂酸钠引气剂掺量/%抗压强度/MPa3d7d14d28dD00.025.327.336.345.3D10.132.742.846.553.4D20.233.845.550.454.5D30.331.650.353.865.2D40.430.942.643.954.9D50.528.435.638.750.3图 2 不同龄期下混凝土的抗压强度试验研究Experimental Research54CHINA CONCRETE 2023.08 NO.170弹性模量，结果见表4、图3。由表4、图3可知，冻融循环过程中，混凝土试件的动弹性模量随着松脂酸钠掺量的增加，呈现先增加后减少的趋势。松脂酸钠掺量为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%时，混凝土的动弹性模量高于普通混凝土的动弹性模量，而松脂酸钠掺量为0.5%时，其动弹性模量略高于普通混凝土的动弹性模量，其中掺量为0.3%时混凝土动弹性模量最高，150次冻融后动弹性模量为47.23GPa。故可以认定松脂酸钠的最佳掺量为0.3%。结论本文通过对不同掺量的松脂酸钠引气剂混凝土进行快速冻融试验，对冻融过程中混凝土动弹性模量、抗压强度、质量损失率的结果进行分析，得出以下结论：（1）适量的松脂酸钠引气剂掺入混凝土中，可以改善混凝土的孔结构，提高混凝土的变形能力，从而改善混凝土的抗冻性能，进而提高混凝土的耐久性。（2）当松脂酸钠引气剂掺量为0.3%时，混凝土的质量损失率在任何冻融循环次数内都是最小的，其180d的质量损失率为0.28%，与基准组相比少损失64.1%。（3）在拌制掺有松脂酸钠引气剂的混凝土时，松脂酸钠掺量为0.3%时混凝土抗压强度最大，其28d抗压强度为65.2MPa。（4）当松脂酸钠引气剂掺量为0.3%时，混凝土的动弹性模量在任何冻融循环次数内都是最大的，150次冻融后动弹性模量为47.23GPa。参考文献1 王保林.混凝土抗冻性能研究J.建材与装饰,2017(21):120-121.2 王家随.松香酸钠引气剂与混凝土性能的关系探究J.住宅与房地产,2019(30):78.3 王志航,白二雷,严平,等.磁铁矿骨料混凝土的微波除冰特性及耐久性J.复合材料学报,2023,40(7):4095-4106.4 中华人民共和国住房和城乡建设部.普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准:GB/T 500822009S.北京:中国建筑工业出版社,2009.5 汪少涵.活性氧化镁碳化混凝土性能研究D.合肥:安徽建筑大学,2020.6 刘鹏飞,邵玉,李春雪,等.气泡特征对混凝土耐久性能影响的研究J.混凝土世界,2022(2):56-59.7 许文英,张利俊,张瑞,等.含气量与气泡参数对混凝土性能的影响研究J.混凝土世界,2022(12):26-29.表 4 不同冻融循环次数下混凝土的动弹性模量冻融循环次数/次动弹性模量/GPaD0D1D2D3D4D5047.3648.3649.6551.7649.0247.332546.7947.8548.4350.8648.3246.905046.2647.0047.7648.8747.5646.327545.5447.7047.8948.6547.5346.0010045.6047.6147.3948.6247.1045.3212545.0346.1746.7747.5746.5245.6515044.8846.1545.9447.2446.1345.32图 3 不同冻融循环次数下混凝土的动弹性模量