冻融现象对塑性混凝土强度的影响

欧阳乐颖　佟大鹏

【摘要】目前，塑性混凝土在国内应用的时间较短，对于塑性混凝土的各项性能的研究不够完善。针对塑性混凝土的研究，大都基于实际工程进行的，不够完善和系统，因此对塑性混凝土的研究有一定困难。本项目主要通过塑性混凝土分别在不同冻融循环次数下对塑性混凝土质量损失、抗压强度指标的影响试验，观察并验证塑性混凝土在冻融环境的强度的变化。【关键词】塑性混凝土；冻融现象；强度试验塑性混凝土是由膨润土（或粘土）、水泥、水、砂、石等经过搅拌凝结而成的高性能混凝土。由于塑性混凝土作为柔性墙体材料，拌合物工作性好，抗渗性能好，水泥用量相对较少，工程费用较低，且其弹性模量较普通混凝土小得多，能够适应地基变形，从而减小墙体内的应力，有着较大的发展前景。我国严寒地区的大多数水运工程建筑物由于遭受不同程度的冻融而过早发生破坏，国家为使这些工程继续发挥出其应有的作用、带来应有的效益，每年都耗费巨大的金额于此，因此水工混凝土的抗冻问题仍旧是严寒地区迫不及待需要解决的一个重要问题。在国内塑性混凝土的力学性能研究方面，从李金玉、曹建国的实验结果表明，试件在冻融之后，即使其质量损失未出现显著损伤，其抗压强度依然会大幅度降低，甚至不足二十八天养护后强度的一半。可见，由于抗凍性是塑性混凝土耐久性的一个重要指标，影响着严寒地区塑性混凝土结构和构件的使用寿命，冻融循环之后，由于试件表面会产生孔洞、剥落，变得凹凸不平，试件单位面积承载力会不断减小，若抗压强度急剧下降，则塑性混凝土极有可能已发生冻融破坏，因此在本试验中，我们将用评价塑性混凝土的抗冻耐久性的标准之一即塑性混凝土的抗压强度来观察并验证塑性混凝土在冻融循环下的强度的变化。1、实验1.1 材料采用强度等级为32.5MPa袋装硅酸盐水泥，膨润土、粘土均来自汇丰新材料有限公司，砂子采用天然河砂，细度模数为2.6，粗骨料为5～25mm连续级配的碎石，拌合水为哈尔滨市自来水。根据已有相关文献研究及满足塑性混凝土配合比基本要求的前提下，将塑性混凝土采用HJW-60型混凝土搅拌机机械拌合，拌合料浇注在100*100*400mm的试模内并充分振捣，试件脱模后按照规范在标准养护室养护28天之后放入水中浸泡，90天之后进行冻融循环实验。1.2 试验内容塑性混凝土的冻融循环试验根据《水工混凝土试验规程》（SL352-2006）进行，本试验所采用的实验仪器为混凝土快速冻融试验机。实验前先将试件从水中取出，将表面擦净，称取初始质量，做相应外观描述并照相；将试件装入试件皮桶，注入清水至试件顶面以上5～8mm；将所有试件分为4组，每组分别做0，5，10，15次冻融循环，冻融试验出现以下三种情况之一（试件以达破坏）便立即停止：（1）冻融达到了预定的循环次数；（2）相对动弹性模量下降到初始值的百分之六十；（3）质量损失率达到了百分之五。2、结果与讨论2.1 质量变化质量损失率是评价塑性混凝土强度损伤的一个重要指标，随着冻融次数的增多，试件棱角及棱边逐渐变圆，粗骨料逐渐外露。本试验塑性混凝土的试验配合比为水泥：水：粘土：膨润土：砂：石子=1：1.73：1.21：0.26：3.75：3.75，试件质量平均重8.8kg，冻融循环5，10，15次后的质量损失分别为0.26，0.42，0.58kg。可以看出，随着冻融循环次数的增加，塑性混凝土的质量损失逐渐增大，且由于塑性混凝土强度比较低，所以质量损失在未达到5%之前就开始有试件外表缓缓剥落的现象发生。2.2 强度变化将达到冻融循环次数的塑性混凝土试件测得质量损失之后，放入压力机中测得试件90d单轴抗压强度平均值，0，5，10，15次分别为4.25，3.53，3.05，2.91MPa。3、结论本文对塑性混凝土进行了冻融循环试验研究，为塑性混凝土的配合比设计、抗压强度与应用提供了重要的参考资料。主要结论如下：通过0，5，10，15次冻融循环，随着冻融次数的增加，塑性混凝土的质量损失逐渐增加，抗压强度逐渐减少。试件在经受15次冻融循环后，其质量损失已经达到5%，再者，塑性混凝土试件经过冻融循环后其强度减小，这一规律在经历小于10次冻融循环时尤为明显，而在经历超过10次冻融循环之后，试件强度减小速率降低并趋于稳定。并且可以看出，塑性混凝土在质量损失不大的同时，抗压强度减少明显，可以见得在未来仍需要进一步试验强化塑性混凝土在抗冻性能方面的研究。参考文献：[1]李金玉，曹建国.混凝土冻融破坏机理的研究[J].水利学报，1999（1）：41-49.[2]高丹盈，严克兵，胡良明等.膨润土类型对塑性混凝土性能的影响[J].水力发电学报.2009，29（6）：112～116.[3]杜士斌.关于塑性混凝土防渗墙[J].人民黄河，1987，（6）：54～56.项目基金：黑龙江省省级大学生创新创业训练计划项目，项目编号：201710212038.