大掺量矿物掺合料混凝土的抗冻性研究

2022-03-30刘玲张志影

中国建筑金属结构 2022年2期

刘玲张志影

0 引言

在实际研究过程中，国内学者致力于对混凝土强度以及氯离子扩散系数、气体渗透性系数等混凝土渗透性相关指标进行研究。特别是随着矿物掺合料在混凝土中的广泛采用，大掺量矿物掺合料混凝土在各大工程中的应用程度不断提升。相对来说，我国对大掺量矿物掺合料混凝土的抗冻性、强度以及渗透性能相关方面的研究仍然较少，现有研究报告大多是采用单一的测试方法对混凝土的耐久性能进行评价。由于混凝土抗冻性试验需要消耗大量时间，试验过程中需要用到非常专业的设备，因此积极探索可以反应混凝土抗冻性的相关试验有着很强的实用价值。

1 大掺量矿物掺合料混凝土的特点

通常情况下，制备大掺量矿物掺合料混凝土时需要关注整体的配合比，大掺量矿物掺合料混凝土中胶凝材料用量较大，而水泥材料用量较少，这样就和传统的混凝土产生了结构和性能上的变化。起初强度发展较慢，到了后期强度也不高，但是大掺量矿物掺合料混凝土的干缩较大，存在水化温升值较低的特点。矿物掺合料水化反应受到温度影响，温度越高水化反应越彻底，在大掺量矿物掺合料混凝土水化反应中，掺入膨胀剂会使其反应加快、实际强度更高，加上在制备中通常会采用一部分工业废渣，减少了水泥的用量，整体上大掺量矿物掺合料混凝土在绿色生产、降低二氧化碳排放中都存在比较好的效益。

2 抗冻性大掺量矿物掺合料混凝土的制备试验内容

2.1 原材料

采用亚泰鼎鹿42.5 水泥，该水泥的标准稠度用水量为24.9%；采用汇丰新材料有限公司的Ⅰ级粉煤灰，需水量为93.0%，比表面积920cm/g；矿粉采用S95 级矿渣微粉，111%的流动度比，比表面积430m/kg。原材料的具体化学成分见下表1 所示。

表1 原材料化学成分

选用5～20mm 连续粒碎石，将细度模数为2.60 的河砂作为细集料，使用聚羧酸系减水剂PCA。

2.2 配合比

以单掺30%粉煤灰、单掺45%矿渣和复掺15%粉煤灰、45%矿渣体系作为研究对象。另外在复掺15%粉煤灰以及45%矿渣体系中对分别对0.30、0.35 以及0.40 三种水胶比条件下的性能进行研究，如下表2 所示，为混凝土实验室的配合比。

表2 混凝土实验室配合比（单位：kg·m3）

使用体积为110mm×110mm×400mm 的棱柱体试件开展试验，在试件脱模后放置于标养室进行标准养护24d 后取出，并将试件放置于温度在20℃的水中，随后将浸泡后的试件放入自动动融循环机中开启混凝土冻融试验。实验过程中，每间隔25 冻融循环次数需要将试件从设备内取出，使用动弹仪对试模的横向基频以及动弹模量进行测量，并对混凝土试件的外观进行检测，确保试件表面不存在损坏的现象。采用混凝土耐久性系数对试件抗冻性能进行表征，如下为混凝土抗冻性能的计算公式：

其中：Kn 代表混凝土的耐久性系数，n 代表混凝土试件的冻融系数；P 代表混凝土试件在经过n 此冻融循环后相对的动态性模量。

在对混凝土进行抗压强度试验的过程中，主要采用100mm×100mm×100mm 的立方体试件，24h 脱模之后放置于标养室标准养护24d 后取出，主要对试件的抗压强度进行测试。在养护一定期限后将混凝土试件切割成Φ100mm×500mm 的标准试件，在具体试验之前需要对混凝土试件进行24h 的真空饱水处理。将混凝土试件置于橡胶筒并使用两个环箍对试件进行固定，尤其是需要保证混凝土试件侧面的密封性，随后需要将装有混凝土试件的橡胶筒放置在试验槽中，在安装了阳极板后需要将300ml 的0.2mol/L 的KOH 溶液注入橡胶筒中，需要保证混凝土试件表面以及阳性板完全置于KOH 溶液中。操作完成以后，需要在试验槽中注入含有5%的NaCl 的KOH 溶液，直到溶液和试验槽中的橡胶筒平行可停止注入。随后接通30V直流电源，结合初始电流对通电时间进行控制。在成功通电以后需要取出试件，并将混凝土试件置于压力机上，使用压力机将混凝土试件劈成两个部分，并在劈开部位喷涂0.1mol/AgNQ3溶液，随后对氯离子在混凝土试件上的渗透深度进行测量，最终可以将氯离子的扩散系数准确计算出来。

参照ASTM C1202 开展电通实验，将测试电压控制在60V，通电时间控制在6h。先将养护一定时间的试件置于真空饱水24h 以后，轴向施加60V 电压，并在混凝土试件两侧的电解池分别放置浓度为3%的NaCl 溶液以及0.3mol/L 的NaOH 溶液。在正式进行试验的过程中，首先需要对初始电流进行记录，随后每隔5min 需要对通过混凝土试件的电流进行记录，试件维持在6h 左右，随后根据这6h 的通电时间的电流拜年话对总电量Q 进行计算。

参照ASTM C1585 开展毛细管吸附试验，将养护一定期限的混凝土试件放置到温度为50℃的烘箱中，并将混凝土试件进行烘干处理，随后对混凝土试件的重量进行测量，需要将测量精度控制在0.01g 以下，最后对试件浸水面的宽度以及直径进行测量，需要将测量精度控制在0.1mm 以下。保留混凝土试件两侧，使用石蜡对混凝土试件的其他侧进行密封处理，随后将处理好的混凝土试件放置于特定容器中，并使用塑料薄膜对试件背水面表面进行覆盖处理，并需要严格将试验温度控制在20℃左右，分别测定试件在0h、1h、2h、4h、6h、12h、24h 和56h 时段的毛细管吸水量，随后使用线性回归进行分析，对毛细管吸附量I 以及S时间进行相关性分析，最终将毛细管吸附率-mm/S计算出来。

3 抗冻性大掺量矿物掺合料混凝土施工技术应用的注意事项

在施工过程中，要保证钢筋混凝土筏板结构的整体完整性，并达到相适应的承载力，一般情况下会采用整体浇筑的形式，在浇筑完成之后，需要保证混凝土结构的内部温度升温情况处于正常范围，如果存在内部温升过高的情况，就可能因为温差过大导致混凝土出现裂缝。在混凝土水化硬化的时候会伴随体积收缩，这样一来，混凝土结构中存在各种约束条件都可能影响混凝土的质量。如果大掺量矿物掺合料混凝土整体体积收缩太大，就会出现混凝土开裂的问题，对于混凝土的承载力和耐久性都有较大的影响。如果要避免大掺量矿物掺合料混凝土开裂，就需要增加土地的耐久性，采用一定的矿物掺合料替代一定水泥，在制定混凝土混合比时，要适当加入掺合料，降低水化热升温，增加混凝土后期的强度。通过有效的掺料配比，能让整体混凝土的质量更出色。