水灰比和掺合料对混凝土抗冻性能的影响

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摘　要： 研究了水灰比、掺合料、引气剂对混凝土抗冻性能的影响。在试验中采用DR-2 型全自动快速冻融机和DT-10W动弹仪来测定混凝土的抗冻性能。研究结果表明，水灰比越低，抗冻性能越好，低水灰比的高强混凝土即使不掺引气剂，抗冻性能也非常优良，对中高水灰比的混凝土，欲彻底改善其抗冻性，掺引气剂是十分必要的。掺入硅灰抗冻性能有所改善，但掺入粉煤灰使其抗冻性能有所降低。
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8 500 m2 ，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w/ c、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612 m2/ kg ，硅灰来自贵州铁合金厂，粗集料为破碎的鹅卵石，最大粒径25 mm ，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150 mm 左右。

混凝土搅拌后，制成100 mm ×100 mm ×400 mm 抗冻试件，试件经标准养护28 d 后进行抗冻试验。抗冻实验按照国标GBJ 82 —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-10 W 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w/ c 的纯水泥混凝土的抗冻实验结果见图1 。w/ c 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；w/ c 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w/ c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w/ c 越低，抗冻性越好，对w/ c 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w/ c 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w/ c 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w/ c 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w/ c 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w/ c 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w/ c 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w/ c 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. w/ c 越低，混凝土抗冻性越好，对w/ c 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w/ c 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。

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