混凝土凍融耐久性試驗(yàn)研究

耐久性決定了混凝土的使用壽命。近年來(lái)，混凝土耐久性已成為國(guó)內(nèi)外土木工程界的熱點(diǎn)。其中，關(guān)于混凝土耐久性的低密度研究是混凝土耐久性的重要內(nèi)容之一。1研究計(jì)劃1.1混凝土的制備本研究配制了C40和C60兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土,配合比見(jiàn)表1.1.2混凝土凍融性能測(cè)試本研究不僅進(jìn)行傳統(tǒng)的水中凍融試驗(yàn),而且同時(shí)以鹽溶液作為浸泡介質(zhì)進(jìn)行混凝土凍融耐久性研究.鹽溶液選擇NaCl溶液.根據(jù)文獻(xiàn)的研究,NaCl的濃度為4%時(shí)對(duì)混凝土的凍融剝蝕最嚴(yán)重,故本研究選擇這一濃度.凍融制度參照GBJ82-85《普通混凝土耐久性和長(zhǎng)期性能試驗(yàn)方法》中的慢凍法.每個(gè)配比的混凝土擬定凍融的循環(huán)次數(shù)為300次,每50次凍融作為一個(gè)試驗(yàn)階段對(duì)混凝土性能進(jìn)行測(cè)試;為避免試件的不均勻性及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的偶然性,每一配比混凝土的每個(gè)試驗(yàn)階段的試件數(shù)量均為6塊.凍融之前將試件浸泡于水中或鹽溶液中至恒重,凍融之后測(cè)試混凝土試件的質(zhì)量損失率、抗壓強(qiáng)度損失率、抗折強(qiáng)度損失率和動(dòng)彈性模量損失率四個(gè)指標(biāo),并比較這四個(gè)指標(biāo)對(duì)凍融破壞的敏感程度.凍融循環(huán)制度如下:在-15～-20℃下凍4h,然后在15～20℃的水中或鹽溶液中融化4h為凍融1次.2冷融耐久性評(píng)價(jià)指標(biāo)的比較各組混凝土分別在水中和鹽溶液中凍融300次,每50次測(cè)試一次試件質(zhì)量、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和動(dòng)彈性模量,之后計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的損失率.2.1不同凍融循環(huán)材料的混凝土的耐久性因篇幅所限,此處僅以水中凍融時(shí)抗壓強(qiáng)度損失率大小來(lái)比較混凝土凍融耐久性?xún)?yōu)劣.圖1顯示的是各組混凝土在水中凍融過(guò)程中抗壓強(qiáng)度損失率比較,可以看出,H-40和H-60的抗壓強(qiáng)度損失率分別明顯低于D-40和D-60,證明H-40和H-60分別比D-40和D-60具有更高的抗凍耐久性.普通混凝土D-40耐久性較差,但通過(guò)摻入高效外加劑及摻合料配制的H-40混凝土的耐久性大幅度提高,其凍融循環(huán)后期耐久性指標(biāo)甚至優(yōu)于高強(qiáng)混凝土D-60,所以可以肯定,普通強(qiáng)度等級(jí)的混凝土同樣可以實(shí)現(xiàn)高耐久性.隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加,H-40混凝土抗壓強(qiáng)度損失率值增幅明顯小于D-40混凝土,即隨著凍融次數(shù)的增加,H-40混凝土的耐久性劣化速度明顯小于D-40混凝土;而相比之下,H-60混凝土耐久性劣化速度與D-60混凝土相差較小.這是因?yàn)镈-40的水灰比較大,其細(xì)觀結(jié)構(gòu)的原始缺陷較多,摻入高效外加劑及摻合料后可有效彌補(bǔ)這些缺陷,故H-40混凝土的耐久性得以顯著提高;而D-60為高強(qiáng)混凝土,其水灰比已較低,客觀上其耐久性已較好,通過(guò)摻入高效外加劑和摻合料改善其耐久性的潛力小于普通混凝土.2.2混凝土破壞程度檢測(cè)混凝土凍融耐久性劣化各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)比較結(jié)果見(jiàn)圖2.本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明水中和鹽中的凍融劣化曲線(xiàn)發(fā)展規(guī)律基本相似,故本文只給出在水中凍融劣化指標(biāo)比較.圖2(a)中D-40的有些曲線(xiàn)凍融次數(shù)未到300次,是因?yàn)閷?duì)應(yīng)試件早已破壞嚴(yán)重而無(wú)法測(cè)得相應(yīng)循環(huán)次數(shù)的損失率值.混凝土遭受凍融的破壞機(jī)理有多方面的假說(shuō).事實(shí)上,混凝土受凍融破壞的原因可能是各種假說(shuō)中破壞應(yīng)力的共同作用所致.抗壓強(qiáng)度損失率、抗折強(qiáng)度損失率和動(dòng)彈性模量損失率都可以反映混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的劣化.但對(duì)于開(kāi)口或連通的裂縫發(fā)展,抗折強(qiáng)度損失率和動(dòng)彈模量損失率則比抗壓強(qiáng)度損失率更為敏感,這是因?yàn)榛炷猎嚰軌簳r(shí)其內(nèi)部的裂縫有一部分可能閉合,故這部分缺陷不能及時(shí)地被反映出來(lái),而混凝土受彎時(shí)其試件受拉區(qū)的裂縫將加速擴(kuò)展(故抗折強(qiáng)度損失率尤其對(duì)混凝土試件表層的貫通裂縫更為敏感),動(dòng)彈模量損失率則是在無(wú)損測(cè)試狀態(tài)下反映混凝土內(nèi)部的總體缺陷發(fā)展.質(zhì)量損失率反映的是混凝土在破壞過(guò)程中的剝落狀況,故混凝土破壞時(shí)如果未發(fā)生明顯的剝落現(xiàn)象,則質(zhì)量損失率將無(wú)法準(zhǔn)確反映混凝土的破壞程度.由圖2可見(jiàn),除了D-40之外的其他各組試件,其重量損失率均很小,尤其是H-40、H-60在凍融前期質(zhì)量損失率甚至為負(fù)值(即試件質(zhì)量還有所增加);只有普通混凝土D-40的質(zhì)量損失率較為明顯.從試件外觀來(lái)看,只有D-40在凍融到一定次數(shù)后出現(xiàn)了缺邊掉角和表面剝落現(xiàn)象,其他幾組混凝土則直到凍融結(jié)束時(shí)外觀也無(wú)明顯變化.所以,對(duì)于耐久性較好的混凝土(包括高強(qiáng)混凝土),質(zhì)量損失率不能反映凍融耐久性劣化過(guò)程;對(duì)于普通耐久性的混凝土,即使劣化過(guò)程中試件有剝落現(xiàn)象,質(zhì)量損失率對(duì)耐久性劣化也不敏感,故質(zhì)量損失率不能準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)混凝土凍融耐久性劣化過(guò)程.由圖2還可看出,除D-40之外的其他各組混凝土,在凍融過(guò)程中的抗折強(qiáng)度損失率均明顯大于抗壓強(qiáng)度損失率,也大于動(dòng)彈模量損失率.這是因?yàn)?H-40中摻入的礦物摻合料由于后期“二次水化”作用吸收了混凝土內(nèi)的部分剩余拌合水,使得混凝土中受凍水分減少;H-40中摻入的優(yōu)質(zhì)引氣劑引入了均勻分布的微細(xì)氣泡,與摻合料微細(xì)顆粒及“二次水化”產(chǎn)物共同阻斷了大量滲水通道,使得浸泡過(guò)程中外界水分的滲入量很有限,故H-40混凝土內(nèi)部的可凍水份較少.D-60混凝土則由于水灰比很低,抗?jié)B性較好,故其內(nèi)部可凍水份也很少.H-60混凝土則不僅水灰比很低且具有與H-40類(lèi)似的組分,故其可凍水份更少.所以?xún)鋈谶^(guò)程中H-40,D-60和H-60混凝土的破壞是從表層開(kāi)始、由表及里緩慢發(fā)展的.混凝土表層的破壞最敏感的反映便是抗折強(qiáng)度損失較快,而表層的破壞對(duì)抗壓強(qiáng)度和動(dòng)彈模量的影響則相對(duì)較小.也就是說(shuō),如果破壞只是剛剛出現(xiàn)在表層,則此時(shí)的破壞可以由抗折強(qiáng)度損失率反映出來(lái),但未必能被抗壓強(qiáng)度損失率和動(dòng)彈模量損失率體現(xiàn)出來(lái).所以,對(duì)于耐久性較好的混凝土,以抗折強(qiáng)度損失率來(lái)評(píng)價(jià)其凍融耐久性劣化更為準(zhǔn)確、及時(shí).由圖2可見(jiàn),對(duì)于普通耐久性的混凝土D-40,凍融過(guò)程中抗折強(qiáng)度損失率和動(dòng)彈模量損失率較為接近,且均明顯大于抗壓強(qiáng)度損失率.這說(shuō)明對(duì)于普通混凝土,抗折強(qiáng)度損失率和動(dòng)彈模量損失率都比抗壓強(qiáng)度損失率能更為敏感地反映混凝土受凍融破壞狀況.這是因?yàn)閷?duì)于普通混凝土,其水灰比較高,抗?jié)B性較差,在浸泡之后混凝土內(nèi)部存在較多的可凍水份,故凍融過(guò)程中混凝土破壞雖然也是從表層開(kāi)始,但同時(shí)混凝土內(nèi)部的可凍水使混凝土的內(nèi)部也已遭到較大程度的破壞,只不過(guò)內(nèi)部的破壞程度弱于表層而已.所以,在抗折強(qiáng)度損失率明顯表現(xiàn)出來(lái)的時(shí)候,反映混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)總體缺陷的動(dòng)彈模量損失率也已較明顯地體現(xiàn)出來(lái).抗壓強(qiáng)度損失率則由于混凝土受壓時(shí)裂縫部分閉合而較慢表現(xiàn)出來(lái).由圖2可見(jiàn),H-60的動(dòng)彈性模量損失率和抗壓強(qiáng)度損失率較為接近,