轻骨料混凝土抗冻性的试验研究

刘 贤，于周平，刘超，宋念文，童谦豪

（绍兴文理学院元培学院，浙江 绍兴312000）

与普通混凝土相比，轻骨料混凝土具有较低的密度和较高的隔热能力。使用轻骨料混凝土建造房屋可以在冬季将供暖能耗降低30%以上［1-2］。耐久性对混凝土结构具有至关重要的意义。混凝土的抗冻性是耐久性能的重要指标之一，尤其是寒冷地区的结构。暴露于温度循环的混凝土会因反复的冷冻和解冻循环迅速使混凝土劣化。国内外学者对轻骨料混凝土耐久性展开了大量的研究，Youm等［3］研究结果表明硅灰对轻骨料混凝土抗冻性有较好的改善作用。李博［4］研究了粉煤灰陶粒混凝土抗冻性。黄静等［5］对纤维陶粒混凝土的耐久性展开了研究。肖圣哲等［6］研究不同温度的冻融条件下，陶粒混凝土抗压强度变化规律。Polat等［7］对浮石骨料和膨胀珍珠岩骨料的组合轻骨料混凝土的冻融性能展开了试验试验。本文选择陶粒混凝土、浮石混凝土两种轻骨料混凝土，分析混凝土的抗冻循环作用下质量、强度等指标的变化规律。

1 试验概况

试验采用P.O 42.5的普通硅酸盐水泥；细度模数为2.5的天然河砂；粒径为0～16 mm的天然碎石；轻质浮石和页岩陶粒的粒径为0～16 mm。试验设计陶粒等质量全部替代天然碎石，浮石以10%、20%和30%等体积替代天然碎石，配合比见表1。本试验制作边长100 mm×100 mm×100 mm的混凝土标准立方体试块进行抗冻性试验［8］。对混凝土试块进行25次、50次和100次冻融循环后分析质量和强度的变化研究抗冻性。

表1 混凝土的配合比

2 试验结果与分析

2.1 浮石混凝土的抗冻性

本文利用轻质浮石以0、10%、20%、30%等体积替代天然碎石制作浮石混凝土，测试其在冻融循环作用下的质量和强度的损失与吸水性能的变化情况，以此来研究浮石混凝土的抗冻性。使用轻质浮石取代天然碎石在冻融循环过程中会导致混凝土试件的干质量降低。由图1可知，对于浮石取代率为10%、20%和30%的轻质混凝土在冻融100次循环之后干质量分别降低了4%、8%和13%。由图2可知，抗压强度随着密度的降低而降低。在冻融循环100次之后，轻骨料混凝土强度随着浮石取代率的增加而呈现为先增后减的变化趋势，在浮石取代率为10%时达到强度最大值，比对照组高4%。这主要是浮石中的孔隙率较大，当冻结发生时，它们为多余的水提供了空的逸出空间。因此对于混凝土抗冻性而言，10%是浮石的最佳取代率。轻骨料混凝土在冻融循环100次之后，混凝土的吸水率随着浮石取代率的增加而增加。浮石取代率为10%、20%和30%的轻质混凝土在100次冻融循环后的吸水率分别增加了16%、19%、7.6%，见图3。

图1 浮石混凝土的质量损失

图2 浮石混凝土的强度损失

图3 浮石混凝土的吸水率变化

2.2 陶粒混凝土的抗冻性

由图4、图5可知，随着冻融次数的增加，混凝土质量和强度损失增加。从损失程度上来看，强度损失比质量损失大，普通混凝土的强度和质量的损失比陶粒混凝土更大。经过了100次冻融循环后，普通混凝土和陶粒混凝土的质量损失分别为1.3%、0.96%；强度损失分别为6.36%、5.11%。相对于规范中的质量损失值5%和强度损失值25%而言要小得多。陶粒混凝土的抗冻性优于普通混凝土。从图6来看，混凝土的吸水率随着冻融次数的增加而增加，且在冻融初期，陶粒混凝土的吸水率明显高于普通混凝土，而当冻融次数达到100次时，普通混凝土的吸水率超越陶粒混凝土。这主要是在冻融初期，由于陶粒轻质多孔的特性而导致陶粒混凝土的吸水率较大，并高于普通混凝土。随着冻融次数的增加，由于冻胀混凝土内部出现损伤而导致吸水率进一步增大，损伤越大，吸水率越高，进而进一步证明了陶粒混凝土的抗冻性能优于普通混凝土。

图4 陶粒混凝土的质量损失

图5 陶粒混凝土的强度损失

图6 陶粒混凝土的吸水率变化

3 结 语

本文对以浮石和陶粒两种轻骨料替代天然碎石制备的陶粒混凝土的抗冻性进行了试验研究，得出结论如下：

1）由于浮石和陶粒多孔的特性，轻骨料混凝土的抗冻性优于普通混凝土。

2）混凝土的质量损失、强度损失随着冻融次数的增加而增大。

3）在冻融初期，轻骨料混凝土吸水率高于普通混凝土，而当冻融次数100次后，普通混凝土的吸水率显著增大且高于轻骨料混凝土。

4）随着浮石替代率的增加，吸水率增大，质量和强度降低。浮石混凝土在替代率为10%时，冻融循环后的强度增加。