盐冻环境下双掺粉煤灰矿粉的聚合物改性混凝土性能研究

李仲玉 李奥然 马小雨

（河北建筑筑工程学院，河北 张家口 075000）

近年来，由于北方地区公路、桥涵、隧道中冬季除冰盐的大量使用，混凝土的抗盐冻性能受到了越来越多的关注。针对盐冻后混凝土的力学性能，已经有大量的研究成果，杨全兵[1]等研究了矿物掺合料混凝土，以及其28 天抗盐冻性能。沙学成、张士萍[2]等研究掺合料合料对混凝土的氯离子剥蚀破坏能力。而对于环氧树脂混凝土抗冻性，张影、申力涛[3]等也有相关的研究，研究表明掺有聚合物混凝土比一般掺有引气剂的混凝土抗冻性能更为优异。黄志强，张二芹[4]也研究了聚合物改性水泥混凝土的力学性能及耐久性，表明聚合物改性混凝土抗压、抗折、抗冻、抗碳化等性能也很优异。本文在前人研究基础上采用双掺粉煤灰矿粉掺入聚合物改性混凝土中进行试验。从盐冻作用后混凝土的剥落与质量损失规律出发，分析盐冻后双掺粉煤灰矿粉掺入聚合物改性混凝土的强度及电通量变化情况。

1 试验概况

1.1 试样制作

本试验采用高强度混凝土其中水泥为42.5 级的普通硅酸盐水泥；水为自来水；细骨料选用天然砂,中砂：细度模数为2.67；粗骨料为最大粒径不超过20mm 的碎石；减水剂为聚羧酸高效减水剂；矿粉：流动度比为102%；粉煤灰：平均粒径0.1 ～0.12mm；水性环氧树脂乳液，固含量为50%；固化剂，固含量为49%-51%；本试验所用混凝土配合比见表1。

表1 双掺粉煤灰矿粉聚合物改性混凝土配合比表(kg/m3)

1.2 试验内容、试验设备及方法

本次试验选用直径100mm×50mm 圆形试块进行抗压强度、电通量试验。盐冻采用3%氯化钠溶液进行，冻融循环温度区间为5℃到-18℃之间。

2 盐冻后混凝土表观特征

2.1 盐冻后试件的表观特征及表面完整度

混凝土试块在盐冻作用后会发生一系列表观变化，这些变化可从盐冻后混凝土试件表面完整度来体现。

表1 盐冻双掺粉煤灰矿粉的聚合物改性混凝土表观描述

2.2 盐冻后混凝土的质量变化

表2 不同盐冻次数下混凝土累计质量损失率

各阶段相对质量损失率如表2 所示，相对平均损失率如图1 所示。分析可得：

(1)最初25 次盐冻阶段，混凝土平均相对质量损失率最小，为0.10%；

(2)最后25 次盐冻阶段，混凝土平均相对质量损失率最大，为0.42%；

(3)随着冻融次数的不断增加，混凝土平均质量损失率也在增加。

图1 混凝土相对质量损失率变化图

3 盐冻后混凝土的力学性能及耐久性能分析

3.1 混凝土抗压强度

表3 双掺粉煤灰矿粉聚合物改性混凝土与普通混凝土不同盐冻次数下的抗压强度值及强度下降幅度

从上表可以看出，盐冻前100 次混凝土的抗压强度下降幅度很大，强度下降速度很快。普通混凝土在盐冻150 次之后强度已损失接近70%，而双掺粉煤灰矿粉的聚合物改性混凝土抗压强度在盐冻200 次之后仍有一定强度。通过强度对比也能说明双掺粉煤灰矿粉的聚合物改性混凝土的抗氯盐侵蚀及抗冻性能要优于普通C30 混凝土。

3.2 电通量变化

图2 为盐冻后混凝土电通量变化曲线图。

图2 盐冻后双掺粉煤灰矿粉的聚合物改性混凝土电通量变化图

从图中看出，电通量大小随冻融次数的增加其变化趋势为先上升后下降。这主要是因为聚合物在盐冻时起到了一定作用，由于聚合物依附在混凝土各种集料表面并未反应充分，在混凝土的表面形成一层保护膜，而且随着盐冻的前期的进行这种效果逐渐增强。后期由于冻融循环的作用使得内部出现孔隙甚至裂缝，这种效果才迅速降低。

4 盐冻后混凝土各项指标变化分析

就力学性能而言，盐冻前100 次混凝土的抗压强度下降幅度很大，下降速度也很快。氯离子侵蚀作用以及冻融循环作用的耦合使混凝土强度迅速下降，内部结构逐渐毛细化，这进一步加重了氯离子的侵蚀作用，使氯离子的侵蚀由扩散作用逐渐变成了毛细吸收作用，同时盐冻使得毛细孔隙朝着增多、增大、相互扩展的方向发展，混凝土结构逐渐失去了结构承载作用。

总体而言，双掺粉煤灰矿粉的聚合物改性混凝土抗压强度优于普通C30 混凝土原因是两种掺合料添加了矿物掺合料的混凝土内部孔隙率变小，密实度提高，进而抵抗了氯离子向混凝土内部的扩散，矿物掺合料可以和水泥水化产物反应生成水化硅酸钙凝胶，这些凝胶多生成于水泥水化的[3]C-S-H 凝胶孔隙之中，大大提高了结构密实度，而且也提高混凝土对氯离子的物理吸附和化学结合能力。

从电通量随着盐冻次数的增大后减小的角度也能得到氯离子侵蚀作用以及冻融循环作用的耦合作用机理。首先在盐冻初期，混凝土内部的冻融毛细孔隙很少或者发展不充分，无法为氯离子的侵蚀形成有效的通道，同时盐冻中使用的盐溶液与电通量实验中使用的盐溶液浓度相同，氯离子的扩散作用就不再增大，所以电通量会逐渐降低；随着冻融次数的逐渐增加，当到达某一次数后，内部冻融毛细孔隙已经得到充分的发展，为氯离子的侵蚀提供了通道。并且氯离子侵蚀以及冻融循环的耦合作用是相互促进的，使得后期电通量数值增长迅速。

(4)盐冻后混凝土的表观特征也能从侧面说明盐冻的侵蚀作用。盐冻刚开始时混凝土的质量损失很小，氯离子的侵蚀只是存在于表面，仅仅只是向内部扩散作用；当盐冻达到某一次数后，内部冻融毛细孔隙形成，氯离子的侵蚀由扩散变成毛细吸收，大大加重了对混凝土的侵蚀，使得混凝土的质量损失变大。

5 结语

(1)随着盐冻次数增加，双掺粉煤灰矿粉的聚合物改性混凝土抗压强度逐渐降低，弹性模量总体上逐渐减小且与盐冻次数呈线性分布；电通量的变化趋势为先减小后增加，没有明显线性关系。

(2)从盐冻次数、电通量、回弹模量及质量损失等角度来看，双掺粉煤灰矿粉的聚合物改性混凝土的各项性能都较为优异。

(3)聚合物改性混凝土电通量值随盐冻次数增加先减小后增大，普通混凝土电通量值随盐冻次数逐渐增加。