水泥混凝土抗盐冻性能试验研究

曾文涛

（中铁十八局集团房地产开发有限公司， 天津市 300222）

1 引言

水泥和沥青是公路路面中两种主要材料， 但国内的水泥产量远远高于沥青产量。 并且， 相比于沥青混凝土路面， 水泥混凝土路面具有更高的强度以及稳定性， 有着较长的使用寿命， 故当前我国的高等级路面中越来越多的应用水泥混凝土路面。

2 配合比设计

2.1 原材料

（1） 水泥

使用P.O52.5 水泥， 试验确定其有8Mpa 抗折强度、 3000kg/m3密度。

（2） 粗集料

以碎石作为粗集料， 有0.3%含水率、 1.2%含泥量、 1410kg/m3堆积密度、 2723kg/m3表观密度， 粒径共有三挡， 分别是 4.75mm-9.5mm、9.5mm-20mm 以及 20mm-27mm， 各粒径以 4 ∶3 ∶3 的比例掺配。

图1 混凝土级配曲线

（3） 细集料

使用中砂作为细集料， 具体参数为： 2.8 的细度模量、 1710kg/m3的堆积密度、 2700kg/m3的表观密度， 包括含量为0.1%的云母， 1.3%的含泥量， 所含有机质占比合格。

（4） 引水剂

所用引水剂为风杨SJ 系列， 在基质混凝土中掺入0.01%， 不掺入到对比混凝土试件中。

（5） 减水剂

所用减水剂为福飞建筑材料公司生产， 共掺入1.5%。

（6） 矿物掺合料

以粉煤灰作为掺合料， 所用材质满足I 级质量要求， 以2100kg/m3作为其表观密度， 共掺入15%。

2.2 配合比

抗压和抗剪等强度指标都是评价混凝土强度的重要指标， 一般情况下， 混凝土的强度等级多以抗压强度作为评价标准， 控制指标多以弯拉强度作为评价标准， 且弯拉强度和抗压强度往往呈现正比例关系［1］。 当前， 抗压强度是评价混凝土强度的主要指标， 而从混凝土强度的角度进行考虑时， 其所使用的水灰比等均会对其产生一定的影响。 在固定的配合比之下， 水泥强度越高时，其混凝土强度则越大； 若所使用的水泥为同一种时， 越低的水灰比往往代表其强度越高。 当前混凝土的强度控制指标多以28d 弯拉强度来进行表示， 在设计混凝土时， 应以重交通等级的标准来设计其配合比， 即应确保其具有5MPa 以上的设计弯拉强度。

设计的高速公路需要满足抗盐冻要求， 其水灰比有着0.4 的最大值， 以160kg/m3作为水掺量的最大值［2］； 对于水泥的掺量而言， 当其没有添加粉煤灰时， 应使其大于320kg/m3， 当其添加粉煤灰时， 应使其大于 280kg/m3。 在本文中， 所采用的水泥为同一种， 因此在控制混凝土的强度时通过变化其水灰比的方式实现， 并以此对混凝土抗盐冻性能和混凝土强度之间的关系进行研究。 分别以0.4 和0.38 的水灰比进行试验， 砂率占比则为34%， 计算各立方米混凝土配合比可得 ： 360kg 水 泥 ， 140kg 水 ， 1250kg 粗 集 料 、640kg 细集料， 0.01%引气剂， 1.5%减水剂。 本文所用试验组各自的配合比如表1 所示。

表1 混凝土配合比设计

3 路用混凝土抗盐冻性能试验研究

对路用混凝土的抗盐冻性能造成影响的因素主要包括材料和环境因素两大类， 因此当前多从两方面入手对混凝土的抗盐冻性能进行研究， 特别是对材料因素的研究［3］。 但多数研究均基于某一种材料进行， 缺少各种材料的综合对比。 因此， 本文将基于相关规范要求， 确定材料类型和掺量， 并开展相关试验对其弯拉强度损失等进行检测， 从而对其所造成的影响进行分析。

以表1 中的混凝土类型， 分别制作三组试验组， 每组共包括 3 个试件， 即共 3×3×6 个试件。以弯拉强度试验测试各种混凝土类型的第一组试件的弯拉强度； 以冻融循环试验测试各种混凝土类型的第二组试件和第三组试件。 第二组试件在冻融循环一百次之后即测试其弯拉强度， 并计算其弯拉强度损失， 第三组试件在冻融循环三百次之后， 在检测其动弹模量和质量时以间隔25 次进行试验， 再对相对动弹模量以及质量的损失进行计算， 此外， 在完成循环之后还需对其弯拉强度进行测试， 并对其弯拉强度损失进行计算分析。

在盐冻条件下， 在含有3%Nacl 的溶液中对三组基质混凝土试件分别进行冻融循环试验、 弯拉强度试验， 对不同冻融循环次数下的相对动弹性模量进行测试。 所得结果如表2 所示。

表2 基质混凝土试验结果

冻融循环次数和混凝土相对动弹模量、 弯拉强度存在反比例关系［4］。 基质混凝土的相对动弹模量在冻融循环一百次和二百次时分别为86.2%以及76.2%， 并存在0.13%和0.28%的质量损失，11%和30%的弯拉强度损失。 从上述分析可知，基质混凝土在盐冻情况下有着较多的弯拉强度损失， 即其性能有着较为显著的降低。

3.1 水灰比的影响

对0.38 低水灰比的三组试件进行试验， 并以基质混凝土作为对照组。 从图2 可看出， 降低水灰比会使得混凝土相对动弹模量降低幅度相应减小。 即水灰比有延缓相对动弹模量下降的功能。此外， 在一百次和两百次的冻融循环之下， 水灰比降低时其质量损失分别为0.12%和0.25%， 相比于基质混凝土， 两者分别减小了6.8%和11.0%。

图2 混凝土水灰比对其弯拉强度的影响

此外， 从其弯拉强度进行考虑有： 水灰比的减小能够增加其弯拉强度。 对于0.38 水灰比的试验组， 在冻融循环之前有着6.8MPa 的弯拉强度， 相比于基质混凝土上升了6.8%； 而当冻融循环次数为100 次和200 次时， 其有着9.0%和21.5%的弯拉强度损失， 相比于基质混凝土分别有 19.0%和 25.0%的降低［5］。 综上可知， 混凝土的弯拉强度能够通过降低水灰比的方式来提高，以使其抗盐冻性能得到改善。

3.2 粉煤灰的影响

对添加粉煤灰的三组试件进行试验， 并以基质混凝土为对照组， 所得结果如图3 所示。

图3 粉煤灰对混凝土弯拉强度的影响

从图中可知： 对于混凝土的相对动弹模量而言， 因冻融循环而降低的幅度能够通过加入粉煤灰的方式使其有所降低。 混凝土的相对动弹性模量在粉煤灰加入之后， 相比于基质混凝土有着1.05 和1.03 倍的增加量。 在一百次和两百次的冻融循环之下， 其质量损失分别为0.11%和0.20%，与基质混凝土相比降低了7%和24%。 综上可知，对于混凝土的长期抗盐冻性能而言， 加入粉煤灰能使其得到较大的提升。

此外， 从混凝土的弯拉强度出发， 粉煤灰的加入能使混凝土的弯拉强度在冻融循环试验之前有5.3MPa 的值， 相比于基质混凝土有着11.%的减小； 当冻融循环次数为100 次和200 次时， 其有着9%和20%的弯拉强度损失， 相比于基质混凝土有着19%和25%的减少量。 即混凝土的弯拉强度在粉煤灰掺入后虽有所下降， 但其能够使混凝土的抗盐冻性能得到有效的改善。

3.3 引气剂的影响

对无添加引气剂的三组试件进行试验， 并以基质混凝土作为对照组， 所得结果如图4 所示。

图4 引气剂对弯拉强度的影响

在引气剂添加之前， 因冻融循环而使得混凝土的相对动弹降低速率较为显著［6］， 相比于基质混凝土， 其在一百次和两百次的冻融循环下的相对动弹性模量为75%和55%， 降低了约19%和25%。 相比于基质混凝土， 混凝土的质量损失在引气剂加入之前， 在一百次和两百次的冻融循环下分别为0.20%和0.50%， 增加量分别为53.2%和61.5%。 相比于基质混凝土， 在引气剂掺入之前， 以及开始冻融循环之前， 混凝土的弯拉强度为 6MPa， 减小量为 4.3%； 综上可知， 在混凝土中掺入引气剂能够使其弯拉强度得到提升， 并相应改善其抗盐冻性能。

4 结语

通过上述分析， 本文主要得出以下结论：

（1） 从弯拉强度的角度出发， 降低水灰比能够使其得到有效的提高， 并提高其抗盐冻性能。相比于基质混凝土， 在0.38 低水灰比的情况下，其有着6.2%的弯拉强度提升值； 比起基质混凝土， 在一百次和两百次的冻融循环次数下， 其分别有着1.06 倍和1.09 倍的相对动弹模量， 质量损失则降低了6.5%和11.3%， 弯拉强度损失降低了20%和25%。

（2） 从弯拉强度的角度出发， 当粉煤灰掺入时， 其相比于基质混凝土有着11%的减小值； 同样， 比起基质混凝土， 在一百次和两百次的冻融循环次数下， 其相对动弹模量为其1.03 和1.05倍， 质量损失则有着6.8%和25%的减小量， 弯拉强度则有着20%和25%的减小量。 即对于混凝土的弯拉强度而言， 随着粉煤灰的掺入使其有所减小， 但使其抗盐冻性能得到了较大的改善。

（3） 混凝土在掺入引气剂之前， 有着4.4%的弯拉强度降低值， 而在一百次和两百次的冻融循环次数下， 有着19.5%和24.3%的相对动弹模量降低值； 质量损失则有57%和62%的增加量，弯拉强度则有着20%和45%的增加量。 即对于混凝土的弯拉强度和抗盐冻性能而言， 引气剂的加入能使其两个指标均得到有效的提高。