引氣作用對(duì)浮石輕骨料混凝土抗凍耐久性能影響的試驗(yàn)研究

董云峰，劉鎮(zhèn)瑋，崔亞平

(吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118)

引氣作用對(duì)浮石輕骨料混凝土抗凍耐久性能影響的試驗(yàn)研究

董云峰，劉鎮(zhèn)瑋，崔亞平

(吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118)

針對(duì)長(zhǎng)白山天然浮石輕骨料混凝土，對(duì)強(qiáng)度等級(jí)在LC30以上的不同引氣劑摻量的混凝土試件進(jìn)行系列凍融循環(huán)試驗(yàn)，主要考察和研究該浮石混凝土在凍融循環(huán)后混凝土的質(zhì)量和強(qiáng)度損失率的變化。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比和理論分析研究了該浮石輕骨料混凝土在引氣作用下的抗凍耐久性能。

浮石輕骨料混凝土;引氣劑;抗凍性;質(zhì)量損失率;強(qiáng)度損失率

0 引言

輕骨料混凝土有著輕質(zhì)高強(qiáng)、耐火性好、抗震性能好的特點(diǎn)[1-2]，在我國(guó)北方尤其東北地區(qū)提高輕骨料混凝土的抗凍耐久性已經(jīng)越來(lái)越重要。由于摻入引氣劑提高了引氣含量，從而可以提高輕骨料混凝土的抗凍性、耐久性[3-4]，但又要考慮到混凝土本身的力學(xué)性能設(shè)計(jì)要求，因此，我們十分有必要在保證浮石輕骨料混凝土強(qiáng)度要求的前提下，尋找抗凍耐久性能最優(yōu)的引氣輕骨料混凝土組分。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

粗骨料采用的浮石來(lái)源于長(zhǎng)白山，其主要物理性能指標(biāo)見(jiàn)表1。砂選自伊通河，其物理性能見(jiàn)表2。水采用長(zhǎng)春市市政管網(wǎng)生活用自來(lái)水。外加劑為UFN-5型高效混凝土減水劑，以β-萘酸鈉甲醛高縮聚物為主要成分的非引氣型高效混凝土減水劑。引氣劑選用RSD-5型新型混凝土引氣劑，以非離子型樹(shù)脂表面活性劑為主要成分。水泥采用長(zhǎng)春亞泰水泥廠生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，其性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表1 浮石主要物理性能指標(biāo)

表2 混凝土用河砂指標(biāo)

表3 普通硅酸鹽水泥性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容

本實(shí)驗(yàn)配合比見(jiàn)表4，在此配合比的基礎(chǔ)上，引氣劑摻量分別為0%、0.04%、0.08%、0.12%。并分別記4組混凝土為A、B、C、D。本次試驗(yàn)中浮石輕骨料混凝土凍融循環(huán)所用的儀器為吉林建筑大學(xué)材料實(shí)驗(yàn)室的40FDS-500型凍融試驗(yàn)機(jī)，所有試驗(yàn)用的凍融循環(huán)的混凝土試件要先進(jìn)行28 d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，然后用水浸泡至少4 d后，才可以置入凍融試驗(yàn)機(jī)里，凍融時(shí)間分別為3～4 h，溫度分別為-20 ℃和+20 ℃，每4 h循環(huán)1次。用作凍融循環(huán)試驗(yàn)的混凝土試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，分為16組，按照每組不同引氣劑摻量分別凍融循環(huán)25次、50次、100次、125次、150次、175次、200次、225次、250、275次、300次。

表4 浮石輕骨料混凝土試驗(yàn)配合比 單位：kg·m-3

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 質(zhì)量損失率

表5為該浮石輕骨料混凝土試件凍融循環(huán)各階段的質(zhì)量損失情況，表中正數(shù)為質(zhì)量減少，負(fù)數(shù)為質(zhì)量增加。

該浮石輕骨料混凝土的質(zhì)量損失率在各凍融循環(huán)階段的變化情況如圖1所示。

圖1 質(zhì)量損失率在凍融循環(huán)階段變化圖

從圖1可以看出，隨著試驗(yàn)凍融循環(huán)次數(shù)的增加，無(wú)論是非引氣還是引氣的混凝土試件，質(zhì)量損失率大致上均在增大；其中非引氣混凝土A組試件質(zhì)量損失的速率最快，并在250次時(shí)出現(xiàn)了斷裂現(xiàn)象，可見(jiàn)試件已經(jīng)被破壞；其次是B組試件，而D組試件質(zhì)量損失的速率最為平緩?；旧峡梢钥闯觯瑥馁|(zhì)量損失率的角度出發(fā)，浮石輕骨料混凝土的引氣含量越大，抗凍性能越好。試驗(yàn)說(shuō)明引氣作用確實(shí)改善了混凝土的抗凍耐久性。

表5 浮石輕骨料混凝土在各凍融循環(huán)階段的質(zhì)量損失率 單位：%

另一方面，該4組混凝土試件在凍融循環(huán)過(guò)程中質(zhì)量并不是一直在減少，偶爾也會(huì)有增加的現(xiàn)象。比如在凍融循環(huán)25次、50次、75次的時(shí)候，A、B、C組試件的質(zhì)量損失率出現(xiàn)了負(fù)值，這代表質(zhì)量并沒(méi)有減少，而是有所增加，這是因?yàn)樵诨炷羶鋈诔跗冢炷猎嚰谋砻嬷皇浅霈F(xiàn)了裂紋，但水泥漿體并沒(méi)有開(kāi)始剝落，水分隨著裂開(kāi)的縫隙進(jìn)入混凝土試件當(dāng)中，從而引起質(zhì)量的增加。本實(shí)驗(yàn)采用的是浮石輕骨料，吸水率比較大，因此，凍融前期對(duì)其質(zhì)量的影響會(huì)更明顯。

2.2 強(qiáng)度損失率

各組試件的抗壓強(qiáng)度損失率與凍融次數(shù)的關(guān)系如圖2。從圖2可以看出，試件A在凍融循環(huán)200次的時(shí)候強(qiáng)度損失率已達(dá)到了29.0%；B組試件在凍融循環(huán)250次的時(shí)候達(dá)到了26.8%；C組試件凍融循環(huán)到300次時(shí)強(qiáng)度損失率為27.1%；以上強(qiáng)度損失率均在凍融循環(huán)300次之前就已超過(guò)了25%，表現(xiàn)出了強(qiáng)度的破壞；只有引氣劑摻量最大的D組試件才能經(jīng)受300次凍融循環(huán)，強(qiáng)度損失率也沒(méi)有超過(guò)25%，所以該組試件還可以經(jīng)受更多次的凍融循環(huán)，抗凍表現(xiàn)明顯優(yōu)于其他組試件。這說(shuō)明該浮石混凝土試件的引氣劑摻量越大，雖然抗壓強(qiáng)度有所降低，但在相同的凍融次數(shù)下，其強(qiáng)度損失率卻一直在減小。

圖2 強(qiáng)度損失率在不同凍融循環(huán)階段變化圖

另一方面，我們?cè)诳疾煸摳∈p骨料混凝土的抗凍耐久性的同時(shí)，更要兼顧混凝土在受凍時(shí)強(qiáng)度值的變化。保證其強(qiáng)度仍在LC30以上，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。雖然引氣劑摻量比較大的D組試件表現(xiàn)了優(yōu)越的抗凍性以及較低的強(qiáng)度損失率，但在凍融循環(huán)達(dá)到225次時(shí)，該組試件受凍后的抗壓強(qiáng)度降29.9 MPa，低于設(shè)計(jì)要求的LC30。而C組試件在凍融循環(huán)275次時(shí)，既可以保證強(qiáng)度損失率在25%以內(nèi)，而且受凍后抗壓強(qiáng)度值為32.0 MPa，符合設(shè)計(jì)要求。因此綜合來(lái)看，引氣劑摻量為0.08%組的浮石輕骨料混凝土是既能保證良好的抗凍性又能滿足強(qiáng)度要求的最優(yōu)選擇。

3 結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)結(jié)果表明，同一組混凝土試件隨著凍融次數(shù)的增加受凍破壞現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重；在相同凍融次數(shù)下，引氣劑摻量越大的混凝土試件其抗凍性表現(xiàn)越好；該浮石混凝土的質(zhì)量和強(qiáng)度損失率都會(huì)隨著引氣劑摻量的增大而有所降低。因此,引氣劑摻量較高的試件表現(xiàn)出了較好的抗凍性。同時(shí)，凍融循環(huán)的進(jìn)行也會(huì)隨著混凝土本身強(qiáng)度值而減小。經(jīng)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，只有引氣劑摻量為0.08%的浮石輕骨料混凝土試件既有良好的抗凍耐久性，又能滿足本文的強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。

[1] 劉國(guó)光，董志成.輕骨料混凝土綜述[J].房材與應(yīng)用，2006，34(2)：11-13.

[2] 王金晶，劉志奇，李彥軍.新型輕骨料混凝土特性及發(fā)展[J].混凝土，2006(12)：65-66.

[3] 李書(shū)英，周文華.引氣劑在混凝土中的應(yīng)用[J].河北水利水電技術(shù)，2003(2)：31-32.

[4] 呂文彪.外加劑對(duì)混凝土性能的影響分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016(16)：3249.

The Experimental Research on Influence of Frost Resistance Durability Performance by Pumice Lightweight Aggregate Concrete

DONG Yun-feng，et al.

(SchoolofCivilEngineering，JilinJianzhuUniversity，Changchun130118，China)

As to the natural pumice lightweight aggregate concrete in Changbai mountains in China，the strength grade above LC30 concrete specimens of different dosage of air-entraining admixtures have been carried series of freeze-thaw cycling tests to mainly investigate and research on the concrete quality and the strength loss rate changes of pumice concrete after freeze-thaw cycle tests.Through the contrast tests and theoretical analysis，the antifreeze durable performance of this pumice lightweight aggregate concrete under the action of air-entraining has been studied.

pumice lightweight aggregate concrete；air-entraining admixtures；frost resistance；mass loss ratio；strength loss ratio

2017-05-10

吉林省科技廳科研項(xiàng)目(20140203008sf)

董云峰(1963-)，女(漢)，長(zhǎng)春，教授 主要研究結(jié)構(gòu)彈塑性分析。

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.02.003

TU5

A

1009-8984(2017)02-0011-03