新疆北部盐渍土地区混凝土抗冻性能研究

院 龙

（新疆应用职业技术学院，新疆 奎屯 833200）

0 引言

在我国新疆北部地区，普遍具有气压低、昼夜温差大等气候特点。这种恶劣的气候条件下，混凝土结构的建筑物容易受到冻融、干湿交替等多种因素的影响，较早地结束服役周期。混凝土的抗冻性问题，严重制约了我国新疆北部交通的发展。

经调查发现，新疆北部地区，准噶尔盆地周围广泛存在含硫酸盐为主的盐渍土，对工程地基影响较大，许多混凝土建筑都存在着由盐侵蚀和冻融引起的一系列病害。该地区混凝土盐侵蚀和冻结的原因较多，这些因素的结合逐渐导致混凝土因渗漏而损坏、破坏和崩解[1]。

目前，盐渍土地区的混凝土抗冻性能尚未得到足够的重视与研究。因此，对新疆北部盐渍土地区混凝土抗冻性能进行研究，具有重要的实际意义。本文以该地区的混凝土为对象，对其抗冻性能进行研究。

1 试验设计

1.1 试验材料

试验采用P·O42.5水泥、粒径在5～31.5mm范围的石子、压碎指标为7.04%的碎石、细度模数为1.2的砂子、含泥量2.8%的天然河砂、Ⅰ级粉煤灰、S95级粒化高炉矿渣粉；石灰石粉为骨料整形时的回收石粉；骨料为母料经整形加工所得，表观密度为2750kg/m3；拌合水使用自来水；外加剂采用聚羧酸高性能减水剂；引气剂为液体SJ-2型。混凝土试件配合比见表1所示。

表1 混凝土配合比

1.2 试件制备

按照表1的配制比例，将水泥、碎石、砂子等原材料搅拌均匀，制作成混凝土浆液，并倒入模具中。用模具将其压实，并震动去除内部气泡，制成100mm×100mm×100mm的棱柱体混凝土试件，24h后拆模并进行混凝土试件养护。将制作好的混凝土试件放置于加热的养护箱内，控制箱内的温度和湿度。通常将洁净的风吹进养护箱内，并将试件表面喷水，然后关闭箱门加热，使箱内温度保持在60～80℃，并保持湿度>95%。拆模后，继续养护至龄期28d。

1.3 试验方法

1.3.1 抗压强度试验

在规定的龄期内按照行业相关标准进行混凝土试件的抗压强度试验。试件为100mm×100mm×100mm 的棱柱体混凝土，根据相关养护条件进行28d养护，进行抗压强度试验。

1.3.2 冻融试验

将混凝土试件放置于恒温水中，并将水温降至-18℃左右，在-18℃以下恒温静置≥5h后，让试件曝露于自然空气中冻结。在这个过程中，每天恢复一次室温，以完成冻结-解冻的循环[2]。根据相关试验标准，本次试验采用快冻法（龄期28d）。

2 显著性评判准则

2.1 极差与方差

极差是指样本数据的最大值与最小值之间的差值，用R来表示。利用极差来表示样本数据的变异程度和范围大小。即：

方差是反映一组数据分散程度的统计量，衡量的是每个数据值与全体数据平均数之间的差值平方的平均数，即数据的偏离程度，其计算步骤如下：

（1）计算方差平方和

式中：

X1i、X2i、X3i——每列水平测试指标的平均值；

ki——同一级别出现的次数。

（2）各因素的方差F比

式中：

Fi——第i列方差之比；

Vi——第i列方差平方和；

Ve——误差列的方差平方和。

2.2 显著性检验评判标准

极差值过大，表示数据的离散程度越大；方差值过大，则表明数据的分布范围和偏离程度较大，可以通过F检验的统计方法进行检验[3]。

通过计算方差F与手动值的比值，可以得出结论：F值越大，系数越显著，对实验结果的影响也越显著。当F>Fα=0.01，表示该因素影响特别明显；Fα=0.01>F>Fα=0.05，表示该因素影响明显；Fα=0.05>F>Fα=0.1，表示该因素影响较为明显。

3 试验结果与讨论

根据试验计划对样品进行抗压强度和抗冻性试验，试验结果见图1和图2所示。分析混凝土正交试验结果的方差和极值，研究水胶比、引气剂、养护温度对各混凝土试验指标的影响，研究结果如表2和表3所示。

图1 抗压强度与水平因素关系

图2 抗冻性指标与水平因素关系

表2 混凝土极差分析

表3 混凝土方差分析

3.1 不同因素对混凝土抗压强度的影响

通过图1可以看出，当水胶比增加时，抗压强度下降，平均变化幅度为17.6%；当引气剂增加时，抗压强度下降，平均变化幅度为7.4%；当温度升高时，抗压强度也随之升高，平均幅度为12.1%。由此得知，水胶比对抗压强度变化的影响最大，其次是养护温度，影响最小的是引气剂。

通过表2得知，影响混凝土抗压强度的主要因素是水胶比，影响最小的是引气剂。通过表3得知，水胶比、引气剂及养护温度对混凝土抗压强度均有一定程度的影响，其中水胶比对抗压强度的影响最为明显，养护温度次之，引气剂的影响较为明显。

3.2 不同因素对混凝土抗冻性的影响

通过图2可知，当水胶比增加时，混凝土抗冻性的平均变化幅度为19%；当引气剂增加时，混凝土抗冻性的平均变化幅度为5.4%；当养护温度升高时，混凝土抗冻性的平均变化幅度为61.9%。由此得知，养护温度对抗冻性指标的变化幅度最大，其次是水胶比，最后是引气剂。

通过表2得知，影响混凝土抗冻性最主要的因素是养护温度，影响最小的是引气剂。通过表3得知，养护温度对混凝土抗冻性的影响最为明显，引气剂的影响次之，水胶比的影响较为明显。

通过以上分析可以看出，文章所述的三种因素对混凝土抗压强度及抗冻性的影响，水胶比对混凝土抗压强度的影响最大，养护温度对混凝土的抗冻性能影响最明显，引气剂对抗压强度及抗冻性的影响是最小的。在合理设计混凝土配合比、有效提升混凝土质量的过程中，混凝土的抗压强度与抗冻性之间具有一定的关联。在北疆盐渍土地区施工混凝土时，应优化混凝土配合比中水胶比，以保证混凝土质量。适量的引气剂可以有效地提高混凝土的性能。

4 线性预测模型

混凝土抗冻性能是评估混凝土耐久性的重要指标之一，对于在低温环境下使用的混凝土建筑而言尤为关键。线性预测模型的应用可以有效预测混凝土的抗冻性能，并在混凝土配合比设计中进行优化，达到提高混凝土抗冻性能、延长混凝土结构的使用寿命，从而降低维修和更换成本。通过对上述实验中的不同因素的影响进行分析，线性预测模型可以为混凝土配合比提供一定的理论指导，从而进一步提升混凝土结构的耐久性和安全性。

4.1 建立线性预测模型

根据混凝土抗冻性能的影响因素，将上文所述的三种因素设为自变量，抗压强度和抗冻性能Q设为因变量。假设本文的因变量与自变量x之间分别为线性关系，建立多元线性回归方程如下[4]：

Q=a1x1+a2x2+a3x3+a4

式中，a1、a2、a3、a4为待定回归系数。

4.2 预测模型检验

根据多元线性回归理论，依照各组试验数据可以计算出数据拟合值、回归值及残差[5]。通过计算得出抗压强度与抗冻性能与水胶比、引气剂具有明显的线性关系，表示该模型的可信度较高，因此本文建立的多远线性回归预测模型是合理的，可以在实际的施工中为混凝土抗压强度与抗冻性能提供参考。

5 结束语

本文研究结论如下：

（1）水胶比对混凝土的抗压性能影响最为明显，第二是养护温度，第三是引气剂；养护温度对混凝土的抗冻性能影响最为明显，第二是水胶比，第三是引气剂。在北疆盐渍土地区进行混凝土施工时，应该对混凝土配合比中的水胶比进行优化设计，适量掺入引气剂，为混凝土的性能提供保障。

（2）建立多元线性预测模型，在已知水胶比、养护温度及引气剂的前提下，通过模型对混凝土的抗压强度及抗冻性能进行预测，为混凝土的耐久性提供参考。

在未来的研究中需要对以下方面进行关注：探索盐渍土地区混凝土抗冻性能提高的新途径及新材料；深入研究混凝土抗裂性以及干缩与保水性能，以提高基础设施的稳定性和安全性；继续完善预测模型，并进行实际工程测试，验证模型的可靠性和适用性；研究盐渍土地区混凝土与结构材料的相互作用，以优化结构设计方案，提高耐久性及抗风险能力；综合分析不同地区、不同气候条件下混凝土的抗冻性及影响因素，为混凝土工程建设提供更加科学的依据。