水下不分散混凝土抗冻融性能试验研究

米胜东 ，李沛 ，2

（1.中交天津港湾工程研究院有限公司，天津 300222；2.河北工业大学，天津 300401）

0 引言

自20世纪70年代水下不分散混凝土作为一项新的水下混凝土施工技术被研制开发以来，已经广泛应用于电站、隧洞、桥梁、煤矿和市政建设等实际工程中，并取得了很好的效果[1-8]。

水下混凝土不仅要满足水下混凝土结构的力学性能要求，还应具有良好的耐久性能。目前，我国国内水下混凝土研究大多侧重于水下不分散剂开发和配合比设计[9-10]，而有关水下不分散混凝土力学及耐久性等方面的研究则鲜有报道[11]。

本文依据优选原材料及外加剂匹配试验，设计9种配合比，在配合比满足强度考核要求前提下，进一步开展不同介质水中水下不分散混凝土冻融试验，研究不同配比条件下，遭受冻融循环作用的水下不分散混凝土抗冻融性。为水下不分散混凝土在水位变动区及有抗冻要求环境中的抗冻融破坏技术措施提供有效参考，使水下混凝土具有较高的抗环境侵蚀能力和较长的安全使用寿命。

1 试验概况

1.1 配合比设计

经优选原材料及外加剂匹配试验[15]，确定水下不分散混凝土配合比（表1）。

表1 水下不分散混凝土配合比

其中，水泥采用天津水泥厂骆驼牌P.O42.5R普通硅酸盐水泥；粉煤灰采用天津军粮城电厂Ⅱ级粉煤灰；磨细矿粉采购于安徽朱家桥水泥有限公司；硅灰采购于挪威埃肯公司；砂为龙口海砂；碎石产自天津蓟县，最大粒径25mm；拌和用水采用天津饮用水；高效水下不分散剂为中山（纯）HYB（聚丙烯酰胺类）；高效减水剂为镇江特密斯厂生产氨基磺酸盐系高效减水剂CAN，减水率约25%。

1.2 力学性能试验

按优选的9个配合比（表1），依据DL/T 5117—2000《水下不分散混凝土试验规程》分别成型150mm×150mm×150mm的水上和水下标准试验试块，在标准养护室养护至试验龄期，依据JTJ 270—98《水运工程混凝土试验规程》进行试验试块的抗压及抗拉强度试验。其中，共成型抗压强度试验试块54组，分别测试7 d、28 d、90 d龄期水上和水下成型试块强度；共成型抗拉强度试验试块36组，分别测试28 d、90 d龄期水上和水下成型试块强度。

1.3 抗冻融性能试验

在优选的9个配合比的水下不分散混凝土的水上、水下强度比满足考核目标（7 d龄期大于65%，28 d龄期大于75%）的前提下。按优选的9个配合比（表1）、3种介质（淡水介质、海水介质和硫酸盐腐蚀介质），依据DL/T 5117—2000《水下不分散混凝土试验规程》共设计成型27组尺寸为100mm×100mm×400mm的标准抗冻融试验试块。在标准条件下养护至28 d龄期，依据JTJ270—98《水运工程混凝土试验规程》进行快速冻融试验，冻融循环次数达250次时试验终止。

2 力学试验结果

依据DL/T 5117—2000《水下不分散混凝土试验规程》要求，对达到试验龄期的试验试块进行力学性能试验，如图1所示。显然，所优选9个配合比的水下不分散混凝土的水上与水下强度比7 d龄期大于65%，28 d龄期大于75%，均满足水下不分散混凝土的强度考核目标。

图1 力学性能试验结果

3 抗冻融试验结果及分析

3.1 抗冻融试验结果

试验结果表明：在不同介质水中，所优选配合比的水下不分散混凝土抗冻等级均达F250，且相应质量损失率均小于5%；在不同介质水中，掺入优质活性掺和料可改善水下混凝土的抗冻性，特别是双掺矿粉和硅灰的水下混凝土抗冻性显著提高。

限于篇幅，文中仅给出实测9个配合比水下成型试块在腐蚀性盐介质（SO42-含量1500mg/L）中质量损失率、相对动弹性模量随冻融循环次数的变化（注：A0为基准配比，在图2、图3中将试验数据点用折线连接，以区别与其他试验配比）。

图2 试验试块质量损失率试验结果

图3 试验试块相对动弹性模量试验结果

3.2 腐蚀介质对混凝土抗冻融性能的影响

依据上述试验结果，分析得不同配合比水下成型试块在淡水介质（DS）、海水介质（HS）及腐蚀性盐介质（LS：SO42-含量1500mg/L）中质量损失率、相对动弹性模量随冻融循环次数的变化规律（限于篇幅，文中仅给出典型试验结果），见图4、图5。不难得到如下结论：

图4 质量损失率

图5 相对动弹性模量

1）水下混凝土在海水介质和淡水介质中的抗冻性能差异不大，即海水介质和淡水介质中的水下不分散混凝土抗冻融性能差异不大；

2）在本次试验研究中，采用了SO42-含量为1500mg/L的强硫酸盐腐蚀性介质，在300次的冻融循环次数内，硫酸盐对水下混凝土侵蚀作用尚不明显，同时由于盐溶液降低冰点的作用，反而可提高混凝土的抗冻性能，因此在较少的冻融循环次数内硫酸盐的腐蚀作用尚未充分发挥；

3）综上所述，在300次冻融循环内，各介质水中水下不分散混凝土抗冻融破坏性能差异不大。

4 结语

1）所优选配合比的水下不分散混凝土的水上、水下强度比7 d龄期均大于65%，28 d龄期均大于75%，满足水下不分散混凝土的强度考核目标；

2）在不同介质水中，所优选配合比的水下不分散混凝土试块抗冻等级均达F250，且相应质量损失率均小于5%；

3）掺加优质掺和料后，水下混凝土抗冻性明显优于基准混凝土，特别是双掺矿粉和硅灰的水下混凝土抗冻性显著提高；

4）在300次的冻融循环次数内，本文各腐蚀介质对按优选配合比成型的水下不分散混凝土的抗冻融破坏性能影响不大，即本文采用配合比不仅满足水下不分散混凝土的力学性能要求，还具有良好的抗冻融性能。

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[4] SOGOS.Properties of underwater Concrete Containing Segregation Controlling Admixture[C]//MARINECONCRETE’86，1986.

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[6] 唐立，周文军.混凝土-钢套箱组合围堰在承台施工中的应用[J].湖南交通科技，2005，31（1）：63-64.

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