柴光宇，周子涵，于忠誠

（1.遼寧省建設(shè)事業(yè)指導(dǎo)服務(wù)中心，遼寧 沈陽 110031；2.遼寧省建筑設(shè)計研究院項(xiàng)目管理咨詢公司，遼寧 沈陽 110000；3.沈陽建筑大學(xué)后勤服務(wù)集團(tuán)，遼寧 沈陽 110168）

混凝土的抗凍性作為混凝土耐久性的一個重要內(nèi)容，是北方寒冷地區(qū)的實(shí)際工程中急待解決的問題。全國水工建筑物耐久性調(diào)查資料顯示，在32座大型混凝土壩工程、40余座中小型工程中，22%的大壩和21%的中小型水工建筑物存在凍融破壞問題，東北嚴(yán)寒地區(qū)，興建的水工混凝土建筑物，幾乎100%工程局部或大面積地遭受不同程度的凍融破壞。除三北地區(qū)發(fā)現(xiàn)混凝土的凍融破壞現(xiàn)象外，地處比較溫和的華東地區(qū)混凝土建筑物也發(fā)現(xiàn)有凍融破壞現(xiàn)象［1］。由于外部環(huán)境無法改變，因此要改善實(shí)際工程中混凝土的凍融破壞情況必須從減少混凝土的內(nèi)部缺陷和其組成材料著手。本文采用在混凝土基體中添加纖維的方法提高混凝土的抗凍能力。本文采用正交化試驗(yàn)設(shè)計［63］，通過單摻和混摻、長玄武巖纖維B和杜拉纖維C，采用更為接近實(shí)際溫度變化情況的慢凍法，進(jìn)行不同循環(huán)次數(shù)下的凍融循環(huán)試驗(yàn)，通過極差分析和方差分析，量化各摻料對混凝土凍融后的質(zhì)量損失、抗壓強(qiáng)度的影響程度，尋求可提高混凝土抗凍性能的纖維種類及最佳摻量，以提高混凝土凍融后的耐久性。

1試驗(yàn)設(shè)計與原材料

試驗(yàn)選用華日牌42.5普通硅酸鹽水泥，密度為3000kg/m3；中砂：密度為2630kg/m3，細(xì)度模數(shù)為2.5；碎石：密度為2930kg/m3，粒徑為5～12mm；香港恒律格雷斯（GRACE）公司提供的杜拉纖維，四川航天拓鑫玄武巖實(shí)業(yè)有限公司提供的玄武巖纖維，其中玄武巖纖維抗拉強(qiáng)度1050MPa，彈性模量34GPa，短玄武巖纖維A長度20mm，長玄武巖纖維B長度30mm；杜拉纖維C抗拉強(qiáng)度76MPa，彈性模量3.793GPa，長度19mm。采用0.5的水灰比，0.002%摻用量的引氣劑。國家水泥混凝土制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢測報告表明，玄武巖纖維摻量為1.0～3.0kg/m3時，混凝土的抗?jié)B性和抗凍性提高約50%［66］。本文取0、1.5和 2.5kg/m3。采用杜拉纖維常用摻量［67］：0.9kg/m3。正交化配比方案見表1，其中，SP-0為素混凝土，SP-1～SP-9采L9（33）正交設(shè)計。

試驗(yàn)試件尺寸為邊長150mm標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，每組3個，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d。采用慢凍法凍結(jié)溫度為-18.6℃。凍融循環(huán)次數(shù)分別為0、25、50、75、100、125次，一個循環(huán)的時間為8h，凍、融各半。在達(dá)到齡期前4d將凍融試件投入20℃的水中浸泡，對比試件仍在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)。到達(dá)齡期，待試件干透，進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，通過試驗(yàn)測量抗壓強(qiáng)度損失與質(zhì)量損失研究其抗凍性。

表1 纖維混凝土凍融試驗(yàn)配比表（m3）

2試驗(yàn)結(jié)果

10組試件在不同凍融循環(huán)次數(shù)下抗壓強(qiáng)度及損失率分別如表2、圖1所示。

表2 試件不同凍融循環(huán)次數(shù)下抗壓強(qiáng)度

圖1 試件凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度損失率

質(zhì)量損失是慢凍法評價凍融程度的另一個重要指標(biāo)。凍融過程中根據(jù)不同抗凍標(biāo)號進(jìn)行數(shù)次失重率檢測。10組試件不同凍融循環(huán)次數(shù)下質(zhì)量損失率見表3。

表3 試件不同凍融循環(huán)次數(shù)下質(zhì)量損失率（%）

3試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1平均凍融損失率分析

分別以一次凍融循環(huán)下的混凝土的凍融損失率為指標(biāo)，即對各組試件取抗壓強(qiáng)度損失率平均值與質(zhì)量損失率平均值，其結(jié)果見圖2、圖3。

圖2 試件凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度損失率平均值

圖3 試件凍融循環(huán)后質(zhì)量損失率平均值

由圖中可看出，素混凝土試件SP-0凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度損失率平均值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他試件。SP-8（混摻2.5kg/m3的短玄武巖纖維A和1.5kg/m3的長玄武巖纖維B）的混凝土試件凍融循環(huán)后的抗壓強(qiáng)度損失率均值較小，為0.427%?？箟簭?qiáng)度損失率平均值從大到小排序?yàn)椋篠P-4＞SP-6＞SP-5＞SP-2＞SP-7＞SP-9＞SP-1＞SP-3＞SP-8。質(zhì)量損失率平均值從大到小排序?yàn)椋篠P-2＞SP-1＞SP-3＞SP-8＞SP-4＞SP-9＞SP-5＞SP-6＞SP-7。SP-2 （單摻1.5kg/m3長玄武巖纖維B）每次凍融后的質(zhì)量損失率達(dá)到0.155%，高于試件SP-1（只摻引氣劑）的平均值，但其他摻加纖維的試件均優(yōu)于只摻引氣劑的試件SP-1。

3.2極差分析

極差分析是正交試驗(yàn)的一種直觀的分析方法，極差R的大小反映相應(yīng)因素作用的大小。極差越大，表示該列因素的數(shù)值在試驗(yàn)范圍內(nèi)的變化，會導(dǎo)致試驗(yàn)指標(biāo)在數(shù)值上有更大的變化。分別對抗壓強(qiáng)度損失率與質(zhì)量損失率進(jìn)行極差分析，見表4、表5，結(jié)果顯示：

（1）25次、50次和75次凍融循環(huán)后，三因素對混凝土的抗壓強(qiáng)度損失率影響由大到小排序均為B＞A＞C，較優(yōu)組合也為A0B1C2（1.5kg/m3的長玄武巖纖維B和0.9kg/m3的杜拉纖維C）；100次和125次凍融循環(huán)后，三因素對混凝土的抗壓強(qiáng)度損失率影響由大到小排序不同，但較優(yōu)組合均為A2B0C0（2.5kg/m3的短玄武巖纖維A）；

（2）25次凍融循環(huán)后，B因素（長玄武巖纖維）對混凝土的質(zhì)量損失率影響優(yōu)于C因素（杜拉纖維）和A因素（短玄武巖纖維）；50次凍融循環(huán)后，對混凝土的質(zhì)量損失率影響由大到小排序均為A＞B＞C，較優(yōu)組合為A1B2C0（1.5kg/m3的短玄武巖纖維A和2.5g/m3的長玄武巖纖維B）；75次、100次和125次凍融循環(huán)后，對混凝土的質(zhì)量損失率影響由大到小排序?yàn)锳＞C＞B，較優(yōu)組合均為A2B2C2（混摻2.5kg/m3的短玄武巖纖維A，2.5kg/m3的長玄武巖纖維B和0.9kg/m3的杜拉纖維C）。

（3）除了25次凍融循環(huán)外，玄武巖纖維A和B對混凝土的抗壓強(qiáng)度損失率的影響都優(yōu)于杜拉纖維C，可見玄武巖纖維對混凝土的抗凍性有提高作用。25次和50次凍融循環(huán)后，玄武巖纖維A和B對混凝土的質(zhì)量損失率的影響都優(yōu)于杜拉纖維C；75次、100次和125次凍融循環(huán)后，短玄武巖纖維A的影響作用優(yōu)于杜拉纖維C和長玄武巖纖維B，可見玄武巖纖維對混凝土的抗凍性有提高作用。

表4 纖維混凝土凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度損失率極差分析

3.3方差分析

利用SPSS13.0對混凝土凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度損失率和質(zhì)量損失率進(jìn)行單因變量多因素方差分析，數(shù)據(jù)見表6、表7，結(jié)果顯示：

（1）三因素對混凝土凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度損失率的影響作用很小，各種纖維的影響力均達(dá)不到高度顯著的程度；A因素對混凝土50次、75次和100次凍融循環(huán)后質(zhì)量損失率影響作用都很顯著，而B因素和C因素的影響作用不夠顯著。

（2）除25次凍融循環(huán)后，短玄武巖纖維A對混凝土質(zhì)量損失率的影響都是最顯著的。25次和50次循環(huán)后，短玄武巖纖維A和長玄武巖纖維B有不同表現(xiàn)，但二者都優(yōu)于杜拉纖維C。75次、100次和125次凍融循環(huán)后，較優(yōu)組合均為A2B2C2（混摻2.5kg/m3的短玄武巖纖維A，2.5kg/m3的長玄武巖纖維B和0.9kg/m3的杜拉纖維C）。

表6 纖維混凝土凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度損失率方差分析

表7 纖維混凝土凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度損失率方差分析

4結(jié)語

（1）引氣劑的摻入使混凝土的抗壓強(qiáng)度有所下降，纖維的添加對其抗壓強(qiáng)度沒有明顯提高作用，甚至有下降的組別。分析其原因，纖維的摻入使混凝土試塊內(nèi)的含氣量增大，纖維較長及摻量較大的組別，纖維的表面積較大，使抗壓強(qiáng)度下降較多。

（2）凍融125次后，纖維混凝土試塊SP-2（1.5kg/m3的長玄武巖纖維B）和SP-5（1.5kg/m3短玄武巖纖維A和1.5kg/m3長玄武巖纖維B和2.5kg/m3杜拉纖維C）抗壓強(qiáng)度損失達(dá)到26.10%、27.70%，超過規(guī)范的25%。基準(zhǔn)試件50次凍融后即破壞，其他7組試件的抗凍性均比基準(zhǔn)試件好，纖維的摻入提高了混凝土抗凍性能。

（3）凍融125次后，纖維混凝土試塊SP-1（只摻加引氣劑），質(zhì)量損失超過5%，達(dá)到破壞。其他摻加了纖維的混凝土試塊質(zhì)量損失均未達(dá)到破壞程度。短玄武巖纖維A對混凝土質(zhì)量損失率的影響顯著?？箖鲂暂^優(yōu)組合為A2B0C0（單摻2.5kg/m3的短玄武巖纖維A），較差組合是A0B0C0（只摻引氣劑）。