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摘要：凍融環(huán)境下的混凝土很容易受到抗凍融破壞和壓潰破壞，因此加強(qiáng)對(duì)寒冷地區(qū)混凝土耐久性能的研究，對(duì)于提高北方寒冷地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。目前常用的解決方法是在混凝土中添加摻合料和引氣劑。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)凍融環(huán)境下?lián)胶狭吓c引氣劑對(duì)混凝土的影響進(jìn)行了研究，進(jìn)行了快速凍融實(shí)驗(yàn)和抗壓強(qiáng)度測(cè)試實(shí)驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，大顆粒摻合料的添加能夠提高抗壓強(qiáng)度和抗凍融性能，但是小顆粒的摻合料會(huì)惡化混凝土抗壓強(qiáng)度和抗凍融性能；引氣劑的添加能夠提高混凝土抗壓強(qiáng)度和抗凍融性能。

關(guān)鍵詞：摻合料；引氣劑；凍融環(huán)境；抗凍融性能；抗壓強(qiáng)度

我國(guó)正處于大規(guī)模基礎(chǔ)建設(shè)的階段，一些較為重要的工程，對(duì)混凝土的質(zhì)量提出了較高的要求。尤其在一些北方地區(qū)，由于常年寒冷造成混凝土壽命降低，因此解決寒冷地區(qū)的建造物的抗凍融破壞和壓潰破壞的問(wèn)題對(duì)實(shí)際工程有指導(dǎo)意義[1]。根據(jù)前人研究得出，對(duì)混凝土的抗凍融性能和抗壓強(qiáng)度影響最大的是摻合料、引氣劑的種類和比例[2]。在凍融環(huán)境下，抗凍融性能和抗壓性能是混凝土最主要的性能[3]。為了能夠得到混凝土在凍融環(huán)境下的破壞機(jī)理和解決方案，本文將對(duì)凍融環(huán)境下?lián)胶狭吓c引氣劑對(duì)混凝土的影響進(jìn)行研究。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)材料主要是水泥、摻雜料、集料、減水劑、引氣劑以及拌合水[4]。水泥：由大同水泥廠生產(chǎn)的白鵝牌普通硅酸鹽水泥(P.O42.5R)，水泥具體的參數(shù)如表1所示。引氣劑：采用SJ-2皂素類非離子型表面活性劑引氣劑，要求能夠使氣泡均勻形成。拌合水：為了更加貼合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，本次試驗(yàn)直接采用自來(lái)水。

1.2實(shí)驗(yàn)裝置

（1）凍融裝置本文采用是DR-I凍融試驗(yàn)機(jī)，如圖1所示。采用凍融主機(jī)對(duì)混凝土試件進(jìn)行凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)，要求變換溫度時(shí)間短。（2）彈性模量測(cè)試儀測(cè)量混凝土試樣的相對(duì)動(dòng)彈性模量。靜彈性模（3）壓力試驗(yàn)機(jī)本實(shí)驗(yàn)采用是HL-2000壓力試驗(yàn)機(jī)。采用壓力試驗(yàn)機(jī)對(duì)混凝土試件進(jìn)行抗壓性能測(cè)試，要求對(duì)試件施壓均勻[5]。（4）熱電偶采用熱電偶對(duì)凍融機(jī)中心溫度進(jìn)行測(cè)定。試驗(yàn)所用熱電偶必須保證能在-20~20℃內(nèi)短時(shí)間測(cè)定試件中心溫度，測(cè)量精度不低于±0.5℃[6]。（5）案秤稱取物料，精確到g。

2實(shí)驗(yàn)方法

2.1混凝土配比研究

有關(guān)學(xué)者[7]對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的混凝土的抗凍融性能數(shù)據(jù)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行訓(xùn)練，預(yù)測(cè)出了影響再生混凝土的影響因素，其中沙率，水灰比以及替代率等因素軍會(huì)影響混凝土的抗凍融性能，因此為了最大限度的降低這些因素的干擾，本文按照優(yōu)化后的參數(shù)對(duì)混凝土的配比進(jìn)行計(jì)算。實(shí)驗(yàn)選擇混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C30，C40以及C50，為了探究摻和料和引氣劑對(duì)混凝土的影響，采用控制變量的方法將摻合料（粉煤灰、礦渣粉、超細(xì)偏高嶺土、硅灰）和引氣劑（2%3911#，4%3911#，5%3911#）加入到混凝土中，做成對(duì)比實(shí)驗(yàn)組。如表5所示。

2.2快速凍融實(shí)驗(yàn)

將表5配比的三種強(qiáng)度等級(jí)混凝土澆筑成10cm×10cm×40cm的混凝土試塊，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)24d時(shí)將其浸沒(méi)入(20±2)℃水中，浸泡4d，試件在齡期為28d時(shí)進(jìn)行抗凍融試驗(yàn)[8]。

2.3抗壓性能實(shí)驗(yàn)

將表5配比的三種強(qiáng)度等級(jí)混凝土澆筑成100mm×100mm×100mm的立方體抗壓強(qiáng)度試件，并對(duì)試件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)操作，取出試件，在壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1摻合料的添加對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

將添加摻合料試塊和純水泥試塊進(jìn)行抗壓性能的對(duì)比試驗(yàn)，得到養(yǎng)護(hù)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系曲線，經(jīng)過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)三個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的曲線走勢(shì)相似，本文將著重以C30強(qiáng)度等級(jí)的混凝土進(jìn)行分析，如圖3所示。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度均有上升趨勢(shì)，最終添加摻合料的混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度均超過(guò)純水泥試塊，說(shuō)明摻合料能夠提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間較短時(shí)，抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)速率幾乎相同，沒(méi)有明顯的差別，但是由于摻合料的骨架和穩(wěn)定體積的作用，使得抗壓強(qiáng)度發(fā)生改變。造成這種情況的原因主要是由于摻合料的粒度造成的，顆粒過(guò)大的摻合料會(huì)增加混凝土的透氣率，造成內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，抗壓性能下降；顆粒較小的摻合料能夠填充在砂石縫隙之間，降低混凝土的透氣率，內(nèi)部結(jié)構(gòu)充實(shí)，增大其抗壓強(qiáng)度；隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的不斷增加，混凝土試塊內(nèi)部的結(jié)構(gòu)逐漸緊實(shí)，使得抗壓強(qiáng)度增加。

3.2摻雜料對(duì)抗凍融性能的影響

將添加摻合料試塊和純水泥試塊進(jìn)行抗凍融性能的對(duì)比試驗(yàn)，得到相對(duì)彈性模量變化和凍融循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系曲線，如圖4所示。由圖4可知，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的不斷增加，相對(duì)動(dòng)彈性模量逐漸下降，質(zhì)量損失率不斷增加，這是由于摻合料改變了混凝土的氣孔率，進(jìn)而引發(fā)的凍融破壞，因此在質(zhì)量損失率方面來(lái)講，在進(jìn)行混凝土的配比時(shí)，應(yīng)該減少摻合料的使用，但是根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，摻合料的添加會(huì)提高混凝土的穩(wěn)定性以及抗荷載變形能力，提高其承載能力，因此在工程應(yīng)用方面，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的骨料以及其替代比例。

3.3引氣劑對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

將添加引氣劑試塊和純水泥試塊進(jìn)行抗壓性能的對(duì)比試驗(yàn)，將SJ-2皂素類作為引氣劑，分別向混凝土中加入2%，4%以及5%作為對(duì)照組，得到相對(duì)彈性模量變化和凍融循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系曲線，如圖5所示。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，抗壓強(qiáng)度不斷增加，說(shuō)明增加養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)于提高混凝土的綜合能力是有利的。隨著混凝土引氣劑含量不斷，造成混凝土內(nèi)部含氣量增大，氣孔率增加，混凝土的緊實(shí)程度降低，強(qiáng)度不斷下降。但是當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間超過(guò)70d時(shí)，4%含量引氣劑的混凝土抗壓強(qiáng)度超過(guò)了2%的實(shí)驗(yàn)組，因此可說(shuō)明引氣劑存在一個(gè)最佳添加量。造成這種現(xiàn)象的原因主要有兩方面：一是引氣劑的加入使得混凝土內(nèi)部形成較小的氣孔，改善拌合物的離析、泌水現(xiàn)象，提高其和易性；二是氣泡的細(xì)化作用能夠提高水泥石和集料之間的界面結(jié)構(gòu)，提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度性能。

3.4引氣劑對(duì)抗凍融性能的影響

由圖6可以看出，當(dāng)試塊含氣量較小時(shí)，混凝土強(qiáng)度對(duì)其抗凍性能有決定性影響，隨混凝土強(qiáng)度提高，抗凍性能增大。而且隨著引氣劑的增加，其抗凍融性能明顯提高，能夠承受的凍融循環(huán)次數(shù)增加，這是由于引氣劑含量的增加，會(huì)使得十塊的含氣量增加，混凝土內(nèi)部形成微小的氣泡，改善拌合物的離析、泌水現(xiàn)象，使得在凍融循環(huán)過(guò)程中，冷凍破壞作用較小，提高了混凝土的耐久性；但是隨著循環(huán)次數(shù)增加，凍融破壞速率不斷增加。

4結(jié)論

通過(guò)對(duì)凍融環(huán)境下?lián)胶狭吓c引氣劑對(duì)混凝土的綜合性能的影響研究，得出了以下結(jié)論：（1）添加不同種類的摻合料對(duì)混凝土的抗凍融性能和抗壓強(qiáng)度的影響不同，其中顆粒較小的摻合料能夠增強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗凍融性能，顆粒較大的摻合料能夠降低混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗凍融性能。如果混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間足夠充分，任何種類的摻合料均可以提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。（2）添加引氣劑能夠提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，并且研究發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)最佳添加量值，可以使混凝土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高；添加引氣劑是提高混凝土抗凍融性能最好的方法，能夠大幅度降低凍融破壞，提高混凝土的壽命。

參考文獻(xiàn)：

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［8］侯曉晶,周斌,陳若曦.凍融環(huán)境下?lián)胶狭吓c引氣劑對(duì)混凝土的影響研究[J].當(dāng)代化工,2018,47(07):1398-1401.

作者：周斌 侯曉晶 單位：西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院