公路工程構(gòu)造物水泥混凝土抗凍性能試驗(yàn)研究

郭小玲

（甘肅省定西公路管理局漳縣公路管理段,甘肅 漳縣 744200）

公路工程構(gòu)造物水泥混凝土抗凍性能試驗(yàn)研究

郭小玲

（甘肅省定西公路管理局漳縣公路管理段,甘肅 漳縣 744200）

針對(duì)高海拔寒冷氣候條件下公路構(gòu)造物凍融破壞病害，同時(shí)考慮普通水凝混凝土、添加防凍劑水泥混凝土和添加纖維水凝混凝土，通過(guò)混凝土配合比設(shè)計(jì)、凍融前后質(zhì)量變化、強(qiáng)度損失等試驗(yàn)研究，得出了針對(duì)寒冷地區(qū)抗凍混凝土設(shè)計(jì)方法、凍融過(guò)程質(zhì)量及強(qiáng)度損失規(guī)律，以及提高混凝土抗凍性的措施，研究成果對(duì)提高公路構(gòu)造物水泥混凝土抗凍性具有重要的工程意義和實(shí)用價(jià)值。

公路工程；構(gòu)造物；水泥混凝土；抗凍性能

0 引言

高寒地區(qū)海拔高，晝夜溫差大，冰凍期持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，給公路工程建設(shè)帶來(lái)了許多問(wèn)題。公路沿線的橋梁、涵洞、安全防護(hù)設(shè)施等混凝土構(gòu)造物在該氣候條件下受強(qiáng)烈凍融作用，出現(xiàn)開(kāi)裂、凍脹、表面剝落等病害，其質(zhì)量、強(qiáng)度顯著下降，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)使用安全并縮短使用壽命。因此，進(jìn)行構(gòu)造物水泥混凝土抗凍性能研究意義重大，任務(wù)緊迫，已成為公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

1 試驗(yàn)材料及方案

1.1 原材料選擇

試驗(yàn)采用如下原材料：

（1）水泥(C)：P325普通硅酸鹽水泥。

（2）砂（S）：細(xì)度模數(shù)2.6。

（3）碎石(G)：粒徑5～20mm，級(jí)配良好。

（4）防凍劑：F型復(fù)合防凍劑。

（5）高效減水劑。

（6）纖維：聚丙烯纖維，長(zhǎng)度為8mm。

（7）粉煤灰：Ⅱ級(jí)粉煤灰。

1.2 試驗(yàn)方案

根據(jù)《混凝土配合比設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取原材料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，試驗(yàn)選定混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30，各組配合比見(jiàn)表1。

表1 混凝土試件配比表

混凝土試件纖維摻量分別按3‰、4‰、5‰遞增，防凍劑摻量分別按2.5%、3.5%、4.5%遞增。根據(jù)以上配合比制備混凝土試件，試件尺寸為100mm× 100mm×100mm，每種配合比3組試件，每組3個(gè)試件，共30組試件。

采用人工拌和，將拌和后的混凝土倒入鋼模,振搗成型，拆模后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。凍融試驗(yàn)采用慢凍法，每組配合比所需試件組數(shù)為3組，一組用于28d強(qiáng)度測(cè)定，一組用于凍融循環(huán)，一組作為凍融試件的對(duì)比試件。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 試件28d強(qiáng)度

分別進(jìn)行各組混凝土28d抗壓強(qiáng)度測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表2。未摻纖維和防凍劑(S)混凝土抗壓強(qiáng)度為32.4MPa,較纖維摻量為3‰(A1)、4‰(A2)強(qiáng)度低，纖維具有增強(qiáng)效果。

表2 試件28d基準(zhǔn)強(qiáng)度試驗(yàn)表

混凝土28d基準(zhǔn)強(qiáng)度隨著纖維摻量不同而變化，保持防凍劑摻量不變，纖維摻量有其最佳用量。防凍劑摻量為2.5%時(shí)，最佳纖維添加量為4‰；防凍劑摻量為3.5%時(shí)，最佳纖維添加量為3‰；防凍劑摻量為4.5%時(shí)，最佳纖維添加量為5‰。如纖維摻量過(guò)大，混凝土攪拌成型時(shí)，越易結(jié)團(tuán)而分散不均，導(dǎo)致集料與水泥漿體的黏結(jié)不充分而造成混凝土強(qiáng)度降低。

隨著防凍劑的增加，混凝土28d抗壓強(qiáng)度降低。纖維摻量分別為3‰和5‰，防凍劑摻量為3.5%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度最高；纖維摻量為4‰，混凝土抗壓強(qiáng)度在防凍劑摻量為2.5%時(shí)最大。

2.2 試件凍融過(guò)程質(zhì)量損失

混凝土因受凍融作用，產(chǎn)生凍脹而開(kāi)裂、剝落，導(dǎo)致質(zhì)量損失,本試驗(yàn)進(jìn)行15次循環(huán)凍融，試件凍融前后質(zhì)量變化規(guī)律見(jiàn)表3。

由表3可知，對(duì)同一防凍劑添加量，纖維的增加有效降低了混凝土的凍融質(zhì)量損失，4‰纖維添加量的質(zhì)量損失最小。對(duì)同一纖維添加量，質(zhì)量損失隨防凍劑添加量增加而降低，防凍劑在3.5%時(shí)，凍融質(zhì)量損失最小。

2.3 試件凍融過(guò)程強(qiáng)度損失

凍融過(guò)程中，因混凝土空隙水分結(jié)冰，產(chǎn)生凍脹，對(duì)混凝土強(qiáng)度造成顯著影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可知，試件經(jīng)15次循環(huán)凍融后，強(qiáng)度損失明顯。纖維摻量一定時(shí)，混凝土強(qiáng)度損失率隨防凍劑摻量的增加呈現(xiàn)大幅度下降的趨勢(shì)。對(duì)于不同的纖維摻量，防凍劑摻量為2.5%時(shí)強(qiáng)度損失最大，3.5%時(shí)強(qiáng)度損失稍低，4.5%時(shí)強(qiáng)度損失最小。對(duì)同一防凍劑摻量，隨著纖維摻量增加，混凝土強(qiáng)度損失減小，說(shuō)明纖維對(duì)提高混凝土防凍具有顯著作用。

表3 凍融試件質(zhì)量損失表

3 結(jié)語(yǔ)

（1）考慮不同纖維摻量、不同防凍劑摻量，進(jìn)行了30個(gè)混凝土試件15次循環(huán)凍融試驗(yàn)，得到了凍融后質(zhì)量及強(qiáng)度損失規(guī)律。

（2）試驗(yàn)研究結(jié)果表明，為提高構(gòu)造物混凝土抗凍融能力，纖維和防凍劑都有其最佳添加量，纖維最佳添加量為4‰，防凍劑最佳添加量為3.5%。添加纖維及抗凍劑后，可顯著提高水泥混凝土的抗凍能力，有效降低高寒地區(qū)構(gòu)造物混凝土早期病害，具有重要的工程意義。

表4 凍融試件強(qiáng)度損失表

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：1009-7716（2017）02-0140-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.02.043

2016-12-12

郭小玲（1983-），女，甘肅漳縣人，工程師，主要從事公路管理、建設(shè)及養(yǎng)護(hù)工作。