引气作用对浮石轻骨料混凝土抗冻耐久性能影响的试验研究

董云峰，刘镇玮，崔亚平

(吉林建筑大学土木工程学院，长春 130118)

引气作用对浮石轻骨料混凝土抗冻耐久性能影响的试验研究

董云峰，刘镇玮，崔亚平

(吉林建筑大学土木工程学院，长春 130118)

针对长白山天然浮石轻骨料混凝土，对强度等级在LC30以上的不同引气剂掺量的混凝土试件进行系列冻融循环试验，主要考察和研究该浮石混凝土在冻融循环后混凝土的质量和强度损失率的变化。通过试验对比和理论分析研究了该浮石轻骨料混凝土在引气作用下的抗冻耐久性能。

浮石轻骨料混凝土;引气剂;抗冻性;质量损失率;强度损失率

0 引言

轻骨料混凝土有着轻质高强、耐火性好、抗震性能好的特点[1-2]，在我国北方尤其东北地区提高轻骨料混凝土的抗冻耐久性已经越来越重要。由于掺入引气剂提高了引气含量，从而可以提高轻骨料混凝土的抗冻性、耐久性[3-4]，但又要考虑到混凝土本身的力学性能设计要求，因此，我们十分有必要在保证浮石轻骨料混凝土强度要求的前提下，寻找抗冻耐久性能最优的引气轻骨料混凝土组分。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

粗骨料采用的浮石来源于长白山，其主要物理性能指标见表1。砂选自伊通河，其物理性能见表2。水采用长春市市政管网生活用自来水。外加剂为UFN-5型高效混凝土减水剂，以β-萘酸钠甲醛高缩聚物为主要成分的非引气型高效混凝土减水剂。引气剂选用RSD-5型新型混凝土引气剂，以非离子型树脂表面活性剂为主要成分。水泥采用长春亚泰水泥厂生产的普通硅酸盐水泥，其性能检测结果见表3。

表1 浮石主要物理性能指标

表2 混凝土用河砂指标

表3 普通硅酸盐水泥性能指标

1.2 试验内容

本实验配合比见表4，在此配合比的基础上，引气剂掺量分别为0%、0.04%、0.08%、0.12%。并分别记4组混凝土为A、B、C、D。本次试验中浮石轻骨料混凝土冻融循环所用的仪器为吉林建筑大学材料实验室的40FDS-500型冻融试验机，所有试验用的冻融循环的混凝土试件要先进行28 d标准养护，然后用水浸泡至少4 d后，才可以置入冻融试验机里，冻融时间分别为3～4 h，温度分别为-20 ℃和+20 ℃，每4 h循环1次。用作冻融循环试验的混凝土试件尺寸为100 mm×100 mm×100 mm，分为16组，按照每组不同引气剂掺量分别冻融循环25次、50次、100次、125次、150次、175次、200次、225次、250、275次、300次。

表4 浮石轻骨料混凝土试验配合比 单位：kg·m-3

2 试验结果及分析

2.1 质量损失率

表5为该浮石轻骨料混凝土试件冻融循环各阶段的质量损失情况，表中正数为质量减少，负数为质量增加。

该浮石轻骨料混凝土的质量损失率在各冻融循环阶段的变化情况如图1所示。

图1 质量损失率在冻融循环阶段变化图

从图1可以看出，随着试验冻融循环次数的增加，无论是非引气还是引气的混凝土试件，质量损失率大致上均在增大；其中非引气混凝土A组试件质量损失的速率最快，并在250次时出现了断裂现象，可见试件已经被破坏；其次是B组试件，而D组试件质量损失的速率最为平缓。基本上可以看出，从质量损失率的角度出发，浮石轻骨料混凝土的引气含量越大，抗冻性能越好。试验说明引气作用确实改善了混凝土的抗冻耐久性。

表5 浮石轻骨料混凝土在各冻融循环阶段的质量损失率 单位：%

另一方面，该4组混凝土试件在冻融循环过程中质量并不是一直在减少，偶尔也会有增加的现象。比如在冻融循环25次、50次、75次的时候，A、B、C组试件的质量损失率出现了负值，这代表质量并没有减少，而是有所增加，这是因为在混凝土冻融初期，混凝土试件的表面只是出现了裂纹，但水泥浆体并没有开始剥落，水分随着裂开的缝隙进入混凝土试件当中，从而引起质量的增加。本实验采用的是浮石轻骨料，吸水率比较大，因此，冻融前期对其质量的影响会更明显。

2.2 强度损失率

各组试件的抗压强度损失率与冻融次数的关系如图2。从图2可以看出，试件A在冻融循环200次的时候强度损失率已达到了29.0%；B组试件在冻融循环250次的时候达到了26.8%；C组试件冻融循环到300次时强度损失率为27.1%；以上强度损失率均在冻融循环300次之前就已超过了25%，表现出了强度的破坏；只有引气剂掺量最大的D组试件才能经受300次冻融循环，强度损失率也没有超过25%，所以该组试件还可以经受更多次的冻融循环，抗冻表现明显优于其他组试件。这说明该浮石混凝土试件的引气剂掺量越大，虽然抗压强度有所降低，但在相同的冻融次数下，其强度损失率却一直在减小。

图2 强度损失率在不同冻融循环阶段变化图

另一方面，我们在考察该浮石轻骨料混凝土的抗冻耐久性的同时，更要兼顾混凝土在受冻时强度值的变化。保证其强度仍在LC30以上，以达到设计要求。虽然引气剂掺量比较大的D组试件表现了优越的抗冻性以及较低的强度损失率，但在冻融循环达到225次时，该组试件受冻后的抗压强度降29.9 MPa，低于设计要求的LC30。而C组试件在冻融循环275次时，既可以保证强度损失率在25%以内，而且受冻后抗压强度值为32.0 MPa，符合设计要求。因此综合来看，引气剂掺量为0.08%组的浮石轻骨料混凝土是既能保证良好的抗冻性又能满足强度要求的最优选择。

3 结语

试验结果表明，同一组混凝土试件随着冻融次数的增加受冻破坏现象愈发严重；在相同冻融次数下，引气剂掺量越大的混凝土试件其抗冻性表现越好；该浮石混凝土的质量和强度损失率都会随着引气剂掺量的增大而有所降低。因此,引气剂掺量较高的试件表现出了较好的抗冻性。同时，冻融循环的进行也会随着混凝土本身强度值而减小。经试验研究发现，只有引气剂掺量为0.08%的浮石轻骨料混凝土试件既有良好的抗冻耐久性，又能满足本文的强度设计要求。

[1] 刘国光，董志成.轻骨料混凝土综述[J].房材与应用，2006，34(2)：11-13.

[2] 王金晶，刘志奇，李彦军.新型轻骨料混凝土特性及发展[J].混凝土，2006(12)：65-66.

[3] 李书英，周文华.引气剂在混凝土中的应用[J].河北水利水电技术，2003(2)：31-32.

[4] 吕文彪.外加剂对混凝土性能的影响分析[J].建筑工程技术与设计，2016(16)：3249.

The Experimental Research on Influence of Frost Resistance Durability Performance by Pumice Lightweight Aggregate Concrete

DONG Yun-feng，et al.

(SchoolofCivilEngineering，JilinJianzhuUniversity，Changchun130118，China)

As to the natural pumice lightweight aggregate concrete in Changbai mountains in China，the strength grade above LC30 concrete specimens of different dosage of air-entraining admixtures have been carried series of freeze-thaw cycling tests to mainly investigate and research on the concrete quality and the strength loss rate changes of pumice concrete after freeze-thaw cycle tests.Through the contrast tests and theoretical analysis，the antifreeze durable performance of this pumice lightweight aggregate concrete under the action of air-entraining has been studied.

pumice lightweight aggregate concrete；air-entraining admixtures；frost resistance；mass loss ratio；strength loss ratio

2017-05-10

吉林省科技厅科研项目(20140203008sf)

董云峰(1963-)，女(汉)，长春，教授 主要研究结构弹塑性分析。

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.02.003

TU5

A

1009-8984(2017)02-0011-03