混凝土抗冻性试验方法浅析论文_邹驰

混凝土抗冻性试验方法浅析论文_邹驰

中国水利水电第三工程局有限公司 陕西西安 710032

摘要:近几年,随着我国建筑行业的发展,混凝土的运用非常多。因此,对混凝土的抗冻性进行研究,对于增强建筑的质量,实现良好的经济效益和社会效益具有非常重要的影响。需要在结合实际情况的基础上,从冻结速度、冻融介质、冻融介质与试件的接触情况以及抗冻性评价指标等方面,分析每种因素下的相同点和不同点,对混凝土的抗冻性进行详细分析,在不同工程施工中采取具有针对性的研究方法。

关键词:混凝土;抗冻性;试验方法

引言

纬度或海拔较高的水库大坝等建筑物,由于常年处于寒冷冰冻环境,其混凝土性能会严重劣化,导致建筑强度受到不利影响。因此对混凝土抗冻性的研究成为混凝土性能研究中十分重要的部分。以混凝土、砂浆为主的多孔材料,经历数次冷冻—融化循环后,混凝土内部萌生出细微裂缝并扩展直至最终破坏的过程称为冻融破坏。除此之外,混凝土还会遭受“盐冻”破坏,指除冰盐导致的混凝土破坏,会引起严重的表面剥落,主要发生在使用除冰盐对冰冻混凝土进行除冰时。在冬季海港和海水建筑物的水位变动区往往也会发生类似破坏。国内外有许多专家学者研究了冻融破坏的机理,其中以静水压理论和结晶压理论较受重视,但仍然不完全清晰,杨全兵教授深入研究了盐冻破坏机理。混凝土抗冻性与许多因素有关,如冻结速度、水灰比和饱水程度等。确定主要影响因素并模拟真实环境,研究更贴近真实情况的冻融循环试验方法,可以节省大量工程建设和维护成本,对于许多水利工程都有重大意义。

1试验方法概述

当前,循环时间、循环温度、溶液接触方式、溶液类型和评价指标为冻融循环试验方法的主要参数,溶液一般为清水或盐溶液是溶液的主要组成部分,在不同的服役环境下,对混凝土的抗冻性进行考量。评价指标有抗压强度、表面剥落量、残余应变、重量损失和相对动弹性模量等评价时的几个重要指标,因此,在试验的过程中,需要在循环的基础上,对循环次数的指标该变量进行确定,同时对最大循环次数进行相应的改变,提高试验的精确性。在评价内部损伤的时候,主要指标为相对动弹性模量,可以采用超声声时法和超声声速法,通过比较直观的数据,使混凝土试件内部的破坏程度准确地体现出来。需要注意的是,在冻融和盐溶液侵蚀的共同作用下,会出现表面剥落量和重量损失的现象,对最终的测验结果造成一定的干扰和影响。

2我国混凝土抗冻性试验方法

目前我国针对普通混凝土抗冻性试验主要依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GB/T50082-2009)中的快冻法、慢冻法和单面冻融法(或称盐冻法)进行。其中,快冻法采用100mm×100mm×400mm的棱柱体试件,将试件先标准养护24d,然后放在温度为(20±2)℃的水中浸泡4d后开始进行冻融试验。浸泡完毕后,称量混凝土的初始质量并测定横向基频初始值,然后将试件放入试件盒泡水状态下进行冻融循环试验。每冻融循环25次测定混凝土的质量和横向基频,每次冻融循环在2h~4h内完成。采用质量损失率和相对动弹性模量作为混凝土抗冻性的评价指标,混凝土的抗冻等级以质量损失率不超过5%并且相对动弹性模量不小于60%时的最大冻融循环次数确定。慢冻法采用多组(包括用于鉴定28d强度的试件组、冻融试件组和对比试件组)尺寸为100mm×100mm×100mm的立方体试件,将冻融试件组先标准养护24d,然后放在温度为(20±2)℃的水中浸泡4d后开始进行冻融试验。浸泡完毕后,称量混凝土的初始质量。然后试件采用气冻水融进行冻融循环,其中,冷冻和融化时间均为4h,每冻融循环25次可称量一次试件质量。采用质量损失率和抗压强度损失率作为混凝土抗冻性的评价指标,混凝土的抗冻标号以质量损失率不超过5%并且抗压强度损失率不超过25%时的最大冻融循环次数确定。单面冻融法采用由150mm×150mm×150mm的立方体切割成尺寸为150mm×110mm×70mm的试块,每组试件的数量不少于5个。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆待达到养护龄期后将试件侧面用密封材料进行密封并对试件的测试面进行吸水处理,然后采用3%质量浓度的NaCl溶液按照规定的冻融循环制度进行单面冻融试验。以单位面积剥落物总质量或超声波相对动弹性模量指标来表示混凝土的抗冻性能。此外,我国针对水运工程混凝土的抗冻性试验依据《水运工程混凝土试验规程》(JTJ270-1998)进行。该试验方法与快冻法的主要区别是将冻融介质由淡水变为海水,由于海水中盐含量较高,所以相当于是一种全浸泡的盐冻试验,冻融制度与快冻法基本相同,并且同样采用质量损失率和相对动弹性模量作为混凝土抗冻性的评价指标。

3各种试验参数的对比分析

3.1冻结速度

快冻法和慢冻法是冻融试验方法的两种主要方法,主要按照冻结速度的不同进行划分。慢冻法以较慢的速度对试块进行冻结,在工程施工的过程中,与实际情况较符合,具有良好的适应性,反映情况的准确性相对较好。但是这种方法在试验的过程中,需要耗费较长的时间,在较大的工作量下,不能重复进行试验,如果操作失误或者其他因素的影响,会产生较大的误差,削弱试验结果的准确性。

3.2冻融介质

冻融试验方法按照冻融介质的不同可分为气冻水融法、水冻法和盐冻法。气冻水融法是将混凝土试件在空气中冻结在水中融化进行冻融循环试验,此种试验方法优点是更适合真实的反映实际工程中处于空气中的混凝土结构冻融情况,如冬季寒冷地区暴露于外部环境的混凝土墙体,但缺点是试验周期长、试验过程繁琐;水冻法优点是更适合真实的反映实际工程中浸没于水中的混凝土结构冻融情况,如冬季寒冷地区的水工混凝土,但缺点是试验周期较长、试验过程较繁琐。盐冻法更适合反映冬季寒冷地区海工混凝土的受冻情况且试验周期短、工作量少。

3.3抗冻性评价指标

采用质量损失率作为混凝土抗冻性评价指标,优点是试验操作简单,缺点是试件在冻融循环过程中存在吸水现象,计算所得的试件损失的质量不准确,它包含了试件因吸水而质量增加的因素。采用相对动弹性模量作为混凝土抗冻性评价指标,优点是能够较准确的反映混凝土试件内部的冻融损伤情况并且工作量不大、可重复性强,缺点是对于试件表面的剥落情况相对动弹性模量指标反应不敏感。采用表面单位面积剥蚀量作为评价指标,优点是能够很好地反应试件表面的剥落损伤情况,但缺点是收集试件的剥落物较困难并且需要将剥落物先烘干再称量,过程繁琐且存在误差,不能较好的反映试件内部的损伤情况。采用抗压强度损失率作评价指标能够在一定程度上反映试件的宏观性能,但与其他评价指标相比较粗糙,试验需要的试件组数较多,并且针对短周期抗冻试验表现不敏感。

3.4冻融介质与试件的接触情况

按照冻融介质与试件的接触情况,全溶液浸泡冻融法和单面冻融法是两种主要方式。单面冻融法指的是在冻融介质中仅仅浸入试件的一个面,这种方法与实际工程的施工情况具有良好的适应性。全溶液浸泡冻融法指的是在海水中将试件的两个面都完全浸泡,可以对混凝土实际冻融损伤情况进行相应反映,但是与实际的工程情况存在一定的误差,结果存在局限性。

结语

冻融与盐冻两大破坏是目前混凝土工程中的难题,而混凝土冻融破坏的机理还有待继续研究,这对试验的设计有极为重要的理论推进作用。现有的冻融循环试验需要进一步完善模拟冻融单因素条件下的破坏,在此基础上再进行不同溶液侵蚀、复杂应力状态下的多因素耦合试验。多因素耦合作用的破坏机理比单因素破坏复杂很多,因此还需要更多的试验和研究才能得到更贴合实际的结果,为实际工程服务。

参考文献

[1]王燕茹,张鹏,代征征,等.混凝土冻融试验中加载方法的试验研究[J].混凝土,2017(7).

[2]王敏,张一.粉煤灰对混凝土抗冻性能的试验研究[J].湖南理工学院学报(自然科学版),2018,(01).

论文作者:邹驰

论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期

论文发表时间:2019/3/6

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