| 水灰比和掺合料对混凝土抗冻性能的影响 | ||
|
摘 要：研究了水灰比、掺合料、引气剂对 关键词：抗冻性； 水灰比； 掺合料； 引气剂混凝土的冻融破坏问题是影响其耐久性的重要因素之一。20世纪90年代水电部混凝土耐久性调查总结报告表明：水工混凝土的冻融破坏在三北地区即东北、西北、华北的工程中占100%，这些大型混凝土的工程一般运行也就30年左右，有的甚至不到20年，如云峰重力坝，运行19年后下游面受冻破损显著，表面剥蚀露出骨料，总面积约8500m2，而丰满重力坝运行后就年年维修，运行33年后，上下游面及尾水闸墩破损明显，表面露出钢筋，冻害严重，致使坝顶抬高十余厘米[1，2]。港口码头工程受冻融破坏也很严重，如天津新港的防波堤采用普通混凝土的部分，经十几年左右的运行，就被冻融破坏以致不能发挥作用。北方的某些混凝土路面受冻融破坏现象也较为严重。为更正确合理地使用混凝土材料，提高混凝土在冻融环境中的耐久性，对强度等级、掺合料、引气剂对混凝土抗冻性能影响进行了研究。1原材料及抗冻性能测试 为观察wc、掺合料、引气剂的影响，共成型8组混凝土，配合比及强度测试结果见表1。水泥为四川双马集团425级普通硅酸盐水泥，粉煤灰来自江油电厂，粉磨至细度612m2kg，硅灰来自贵州铁合金厂，粗集料为破碎的鹅卵石，最大粒径25mm，细集料为河砂，细度模数2.6。为获得适宜的流动性，掺入适量的萘系高效减水剂将混凝土的坍落度调至150mm左右。 混凝土搅拌后，制成100mm×100mm×400mm抗冻试件，试件经标准养护28d后进行抗冻试验。抗冻实验按照国标GBJ82—85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》中的“快冻法”进行[3]。试验设备采用DR22型全自动快速冻融机和DT-10W动弹仪，每隔25次冻融循环后测定一次动弹模量。2实验结果与讨论未掺引气剂的不同wc的纯水泥混凝土的抗冻实验结果见图1。wc为0.27的高强混凝土经300个冻融循环后，动弹模量仍有96.1%，抗冻性能很好；wc为0.40的中等强度的混凝土经150次循环后，动弹模量即降至60%以下(51.2%)，200次循环后，动弹模量只有25.5%，此时的混凝土基本上已经破坏；而wc为0.55的混凝土经25次循环后，动弹模量即降至60%以下(52.7%)，75次时，即降为20%。可见混凝土wc越低，抗冻性越好，对wc为0.27以下的高强混凝土，即使不掺引气剂，仍具有非常优良的抗冻性。 低wc混凝土微观结构密实，大量的孔隙以凝胶孔形式存在，毛细孔含量少[4]，因此毛细孔中可参与冻融破坏的自由水量就少。此外，低wc混凝土中的自由水由水泥水化很快消耗完，内部产生自我干燥，而且该混凝土非常密实，一旦硬化后，外部的水分也很难进入，内部一直保持比较干燥状态[5]，参与冻融破坏的水量就少，这意味着有可能冻融过程不足以破坏混凝土内部结构。上述2个因素是低wc的高强混凝土抗冻性能优良的主要原因。表2给出了掺与未掺引气剂混凝土抗冻性变化情况。对wc为0.27的高强混凝土，掺与不掺引气剂对其抗冻性能无影响。对wc为0.40和0.55的中等强度和普通强度的混凝土，掺入引气剂后，抗冻性能极大地改善，基本上接近了高强混凝土。因此对中高水灰比的混凝土，为从根本上改善其抗冻性，掺入引气剂是十分必要的。掺合料对混凝土抗冻性影响见图2。对wc为0.4的混凝土来说，掺入10%的硅灰使其抗冻性能有明显的改善；掺入20%粉煤灰后，抗冻性能略有降低。硅灰对混凝土抗冻性有所改善的主要机理与低wc混凝土相似，即硅灰的火山灰作用和微填充作用细化了混凝土的微观结构[6]，即毛细孔数量和尺寸大幅度减少，因而致使可参与冻融循环破坏的自由水量减少。3 结 论a.wc越低，混凝土抗冻性越好，对wc为0.27以下的高强混凝土，即使不掺引气剂，仍具有非常优良的抗冻性。b.对wc为0.40和0.55的中高水灰比的混凝土，掺入引气剂后，抗冻性能极大地改善，基本上接近了高强混凝土。c.掺入10%的硅灰使其抗冻性能有明显的改善；掺入20%粉煤灰后，抗冻性能略有降低。 |