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高性能混凝土的抗冻性研究及其工程应用

前言

高性能混凝土（HPC），应该具备优良的施工性、体积稳定性、抗渗性、耐久性以及足够高的力学强度，这是对高性能混凝土的共识[1]，其中抗冻融性是混凝土耐久性的一个重要指标。对高性能混凝土的抗冻融性研究前人已经做了很多的工作，但从实验结果来看，有些存在较大的分歧。如对于低水灰比的混凝土的抗冻性，有人认为即使在不引气时也能抵抗冻融破坏，也有人认为，水灰比很低时，混凝土也并非总是抗冻。

[2][3][4][5][6]因此有必要在这方面继续做进一步的研究，本研究从宏观和微观结构两

个方面探讨了高性能混凝土的抗冻性及其冻融的破坏规律，并以实验结果作为依据，在实际工程中进行了推广应用。

1、实验用原材料、实验方法及实验配合比

1.1实验原材料

水泥：兴发525普通硅酸盐水泥。

碎石：朝白河碎石，5-25mm连续级配，含泥量0.6%，泥块含量0.2%，针、

片状含量4.6%。

砂：龙风山砂，筛分析细度模数2.4，级配区Ⅱ区，含泥量1.2%，泥块含量0.6%，

按JGJ-92标准,Ⅱ区中砂。

矿渣细掺料：两种细度，一种普通细度，该种细度为球磨+振动磨工艺路线正常生产细度，一种为超细矿渣。两种矿渣粒度分布见下表。

矿渣粒度分布 表1

矿渣D10(微米)D50(微米)D90(微米)D97(微米)体积比表面（cm2/cm3）普通细度1.6110.8724.8527.8214245

超细0.775.0519.0723.1418233

注：表中数据采用四川省轻工业研究设计院研制JL-1155型激光粒度分布测试仪测得

Ⅰ级粉煤灰：元宝山发电厂生产，烧失量1.7%，45微米筛余9.2%，需水量比87%，根据GB1596-91标准，达到Ⅰ级粉煤灰指标要求。

外加剂：UNF-5A，非引气型高效减水剂，天津生产，粉剂推荐掺量为胶凝材料用量的0.5-1.0%。FY73-7和FY73-8是市建材院课题组自行研制的高效引气型混凝土减水剂，属于聚羧酸系高效减水剂。它突出的特点是集减水、引气及坍落度控制等性能于一身。

实验方法

混凝土抗冻性能采用快冻实验方法，成型100*100*400mm的棱柱体试件，实验至相对动弹性模量下降至60%以下或重量损失率达5%或达到300次循环时停止。该实验在北京市水利科学研究所完成。

实验配合比

试样混凝土单方配合比 表2

编号W/Cszlig;S单方混凝土材料用量kg含气量%冻前28d抗压强度(MPa)冻后抗压强度(MPa)*

WCSGFaSL外加剂

A0.5440%19525274211173672木钙1.240.946.9

B0.3635%170282632117347.5142.5UNF-5A1.066.256.5

C0.332%1653305601190110110UNF-5A0.870.775

D0.46440%157330800120000FY73-72.240.743.5

E0.49740%164330800120000FY73-84.52520.6

2、实验结果及分析

实验结果

混凝土抗冻实验结果 表3

编号项目冻融次数SD105-82标准

255075100150200250300

A相对动弹性模量%73.950.2D25合格

失重率%00.6

B相对动弹性模量%95.356D25合格

失重率%00

C相对动弹性模量%98.483.331.8D50合格

失重率%000

D相对动弹性模量%94.680.546.1D50合格

失重率%0.030.030.03

E相对动弹性模量%98.197.8596.795.592.287.775.472.2D300合格

失重率%0.100.160.280.370.631.552.754.37

结果分析

对高性能混凝土，水胶比在0.54-0.3范围，如果不掺加引气剂或采用引气型高效减水剂（编号A，B，C），则混凝土抗冻均不会超过100次冻融循环，由此同时，混凝土在动弹模量降至原来的60%以下时，混凝土重量无损失，抗压强度不仅不降低，甚至还在增长（B试样除外，冻后抗压强度为将冻融后的试件切开后的试压值）。而如果采用引气剂或引气型高效减水剂（编号D，E），只要保证混凝土含气量在4-5%，则无论是否掺加细掺料，混凝土的抗冻性均可达到300次以上。

3、微观结构分析样品