關(guān)于公路工程構(gòu)造物水泥混凝土抗凍性能試驗(yàn)的探討

鄒秋香

摘 要：結(jié)合寒冷地區(qū)公路工程混凝土構(gòu)造物建設(shè)問題，本文進(jìn)行了公路工程構(gòu)造物水泥混凝土抗凍性能試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)使防凍劑添加量達(dá)到4.5%，纖維摻量達(dá)5‰，可以有效提高構(gòu)造物凍融后的強(qiáng)度，保證混凝土抗凍性能最優(yōu)。

關(guān)鍵詞：公路工程 水泥混凝土構(gòu)造物 抗凍性能

1.引言

在寒冷地區(qū)建設(shè)公路，工程在早期建設(shè)階段就容易出現(xiàn)水泥混凝土構(gòu)造物破裂、強(qiáng)度降低等問題，導(dǎo)致工程建設(shè)質(zhì)量遭到了降低。出現(xiàn)這種情況，主要是由于受凍融作用的影響，造成涵洞、安全防護(hù)設(shè)施等構(gòu)造物發(fā)生表面剝落、開裂等病害，將導(dǎo)致公路工程安全和使用壽命受到威脅。因此，為加強(qiáng)公路工程建設(shè)，還應(yīng)提出有效提高混凝土抗凍性能的工程設(shè)計(jì)與施工方法。

2.抗凍性能試驗(yàn)條件

2.1試驗(yàn)材料

在公路工程構(gòu)造物水泥混凝土抗凍性能試驗(yàn)中，采用試驗(yàn)材料包含P325普通硅酸鹽水泥（C）、細(xì)度模數(shù)為2.6的砂（S）、粒徑在5-20mm間的碎石（G）、II級粉煤灰、F型復(fù)合防凍劑、高效減水劑和長8mm的聚丙烯纖維。采用的碎石擁有較好的級配，水為飲用自來水。

2.2試驗(yàn)方法

在抗凍性試驗(yàn)中，需要嚴(yán)格按照《混凝土配合比設(shè)計(jì)手冊》進(jìn)行材料配合比選擇，完成強(qiáng)度等級為 C30的混凝土設(shè)計(jì)。在試驗(yàn)過程中，設(shè)計(jì)1組對照組，9組實(shí)驗(yàn)組，水泥、砂、碎石、粉煤灰的含量統(tǒng)一分別設(shè)定為310kg、580kg、1240kg、60%。對照組水含量為160kg，防凍劑和纖維含量均為0，減水劑含量為1%。實(shí)驗(yàn)組均不添加減水劑，A1-A3組水含量為160kg，防凍劑為3.5%，纖維含量分別為4‰、5‰、6‰，B1-B2組水含量分別為160kg、161kg、160kg，防凍劑為4.5%，纖維含量分別為4‰、5‰、6‰，C1- C2組水含量分別為160kg、160kg、161kg，防凍劑為5.5%，纖維含量分別為4‰、5‰、6‰。

在性能試驗(yàn)中，按照《公路工程水泥與水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》，按照各組配合比完成試件制備，每種配合試件達(dá)到3組，尺寸均為100mm×100mm×100mm。在人工拌合后，需要將混凝土導(dǎo)入鋼模中振搗成型。拆模后，需要放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)。在凍融試驗(yàn)中，采用慢凍方法，各組配合比試件達(dá)到3組，分別用作28d強(qiáng)度測定、對比試件和凍融循環(huán)試件。試驗(yàn)采用的設(shè)備包含1000kN電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)、 KDR-V9混凝土快速凍融試驗(yàn)機(jī)等。

3.抗凍性能試驗(yàn)結(jié)果與改善建議

3.1試驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）28d強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

從28d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果來看，如表1所示。對照組的試件在未添加防凍劑和纖維的情況下，抗壓強(qiáng)度平均33.5MPa。與A1和A2實(shí)驗(yàn)組試驗(yàn)結(jié)果相比較可知，添加纖維和防凍劑可以起到提高試件抗壓強(qiáng)度的作用。對A、B、C三阻試件抗壓強(qiáng)度平均值進(jìn)行橫向?qū)Ρ瓤梢园l(fā)現(xiàn)，在纖維摻量不變的情況下，增加防凍劑摻量，將導(dǎo)致水泥混凝土構(gòu)造物的抗壓強(qiáng)度降低。進(jìn)行各組的組內(nèi)對比，可以發(fā)現(xiàn)在防凍劑摻量相同的情況下，增加纖維摻量，水泥混凝土構(gòu)造物的抗壓強(qiáng)度即可能變大，也可能變小，存在最佳用量。結(jié)合各組數(shù)據(jù)可知，在防凍劑摻量分別為3.5%、4.5%、5.5%時(shí)，最佳的纖維摻量分別為5‰、4‰、6‰。因此為使混凝土構(gòu)造物抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大，還要在纖維摻量分別為4‰和6‰時(shí)，使防凍劑摻量達(dá)到4.5%；在纖維摻量為5‰時(shí)，使防凍劑摻量達(dá)到3.5%。

（2）凍融質(zhì)量損失試驗(yàn)結(jié)果

從凍融過程質(zhì)量損失情況來看，由于凍脹問題的發(fā)生，導(dǎo)致混凝土構(gòu)造物發(fā)生剝落和開裂問題，繼而導(dǎo)致構(gòu)造物產(chǎn)生質(zhì)量損失。在經(jīng)過15次循環(huán)凍融后，各組試件都發(fā)生了一定程度的質(zhì)量損失。對照組三組試件質(zhì)量損失率分別為1.3%、0.89%和0.69%。與A1、A2組相比較可以發(fā)現(xiàn)，A1組試件質(zhì)量損失率分別為0.93%、0.89%和0.32%，A2組試件質(zhì)量損失率分別為0.44%、0.32%和0.09%。由此可見，添加一定量的防凍劑和纖維，能夠使混凝土構(gòu)造物的凍融質(zhì)量損失得到降低。進(jìn)行組內(nèi)比較，A3組試件質(zhì)量損失率分別為0.86%、0.61%和0.19%，因此在防凍劑摻量相同的情況下，增加纖維摻量可以降低凍融質(zhì)量損失。實(shí)現(xiàn)各組橫向?qū)Ρ瓤梢园l(fā)現(xiàn)，B1組試件質(zhì)量損失率分別為0.65%、0.63%和0.29%，C1組試件質(zhì)量損失率分別為0.51%、0.52%和0.59%。由此可見，在纖維摻量相同的情下，增加防凍劑添加量，可以使凍融質(zhì)量損失得到降低。從總體上來看，在纖維添加量達(dá)5‰，防凍劑摻量達(dá)4.5%時(shí)，構(gòu)造物凍融質(zhì)量損失最小。

（3）凍融強(qiáng)度損失試驗(yàn)結(jié)果

在凍融的過程中，由于水泥混凝土構(gòu)造物孔隙中存在水分，所以在結(jié)冰后會(huì)出現(xiàn)凍脹，導(dǎo)致構(gòu)造物的強(qiáng)度受到影響。從凍融強(qiáng)度損失情況來看，對照組強(qiáng)度損失率為17.27%，為強(qiáng)度損失最多的一組，因此可見添加纖維和防凍劑可以起到提高混凝土構(gòu)造物抗凍性能的作用。而進(jìn)行組內(nèi)比較可以發(fā)現(xiàn)，A1、A2、A3組的強(qiáng)度損失分別為13.69%、13.09%、8.18%。由此可知，在防凍劑添加量一定的情況下，伴隨著纖維摻量的增加，混凝土抗凍性能隨之增強(qiáng)。進(jìn)行組間比較，B1、B2、B3組的強(qiáng)度損失分別為 13.19%、11.85%、6.67%，C1、C2、C3組的強(qiáng)度損失分別為11.91%、10.06%、6.42%。因此可知，在纖維摻量一定的情況下，隨著防凍劑摻量的增加，混凝土抗凍性能隨之增強(qiáng)。從總體上來看，在纖維摻量為3.5‰，防凍劑摻量為5.5%時(shí)，構(gòu)造物凍融質(zhì)量損失最小。

綜合考慮水泥混凝土構(gòu)造物的28d強(qiáng)度、凍融質(zhì)量損失和凍融強(qiáng)度損失的試驗(yàn)結(jié)果可知，為保證混凝土抗凍性能最優(yōu)，還應(yīng)使防凍劑添加量達(dá)到4.5%，纖維摻量達(dá)5‰，該條件下構(gòu)造物28d抗壓強(qiáng)度約達(dá)34MPa，15次循環(huán)凍融后質(zhì)量損失率在0.09%-0.51%之間，強(qiáng)度損失率為11.85%，凍融后強(qiáng)度達(dá)37.8MPa。

3.2改善抗凍性能的建議

從水泥混凝土構(gòu)造物抗凍性能試驗(yàn)結(jié)果可知，添加適量纖維添加劑和抗凍劑能夠使混凝土的抗凍性能得到提高。所以在公路工程建設(shè)過程中，還應(yīng)對抗凍混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化。按照《水泥混凝土路面施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定，可以將道路設(shè)計(jì)方案與特殊地理氣候等條件結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)混凝土構(gòu)造物配合比的合理設(shè)計(jì)，促使構(gòu)造物的抗凍性能得到提高。在工程施工建設(shè)階段，還應(yīng)加強(qiáng)攪拌機(jī)出料口含氣量測定，確保各等級道路普通水泥混凝土滿足最大水灰比、單位水泥用量等要求。針對新拌水泥混凝土，為使混凝土的工作性和抗凍融耐久性得到改善，還要添加引氣劑，提高混凝土抗鹽類腐蝕能力，減少或徹底消除混凝土的泌水問題。

4.結(jié)論

通過開展公路工程構(gòu)造物水泥混凝土抗凍性能試驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)在混凝土構(gòu)造物配合比設(shè)計(jì)上，通過使防凍劑添加量達(dá)到4.5%，纖維摻量達(dá)5‰，可以有效提高構(gòu)造物凍融后的強(qiáng)度，保證混凝土抗凍性能最優(yōu)。

參考文獻(xiàn)：

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