【摘要】混凝土抗冻指标是混凝土耐久性的一项重要指标，通过对不同试验条件下混凝土抗冻性进行试验研究，得出不同的混凝土抗冻参数，更深入的研究混凝土冻融破坏因素，探索标准试验条件和实际施工中混凝土抗冻性的差异，为验证工程实体耐久性、提高工程耐久性的方法提供了科学依据。 【关键词】不同试验条件；混凝土；抗冻性；研究 Effect of test pattern on the frost resistance of concrete Abstract： The concrete antifreeze index is the most important index of concrete durability，Based on different concrete freezing resistance testing， Obtained different concrete antifreeze parameters，Further studies of concrete freezing and thawing damage conditions，To explore the difference of concrete freezing resistance between standard test conditions and the actual construction，Provides scientific basis to verify the project entity durability. Key words： Test pattern concrete Frost resistance Test 引 言 混凝土耐久性不仅关系到混凝土建筑物的结构安全和使用寿命，还对减少能源消耗和环境保护有着深远的影响，混凝土抗冻性是混凝土耐久性的重要方面。对于大型水工混凝土建筑物来讲，由于工程使用寿命长，抗冻性指标要求高，开展不同试验条件混凝土抗冻指标试验，全面、深入的研究影响混凝土抗冻性的因素有着非常现实的意义。 通常情况下，影响混凝土抗冻性的因素不仅有水泥品种及强度等级、混凝土配合比、水胶比及骨料品种等因素，还与试件类型，振捣方式、试件尺寸等因素有关。本次试验条件采用不同的试件类型、尺寸及振捣方式，以探索不同试验条件对混凝土抗冻性的影响。 1试验所用原材料 1.1水泥 采用葛洲坝42.5中热硅酸盐水泥，经过检查，水泥试验结果满足GB200-2003要求，水泥主要指标试验结果列于表1。 1.2粉煤灰 采用安徽淮南平圩电厂Ⅰ级粉煤灰，粉煤灰品质试验结果满足DL/T5055-1996Ⅰ级粉煤灰要求，粉煤灰主要指标试验结果列于表2。 1.3骨料 试验用砂采用玄武岩破碎筛分人工砂，砂子洁净、细度模数2.62，各项指标满足GB/T14684标准要求。粗骨料采用由玄武岩破碎的人工碎石，骨料质地坚硬，表面洁净，粒形较好，各项指标均满足GB/T14685标准要求。 1.4外加剂 采用浙江龙游外加剂厂生产的ZB-1A高效减水剂和河北石家庄外加剂厂生产的DH9引气剂。 2试验条件、试验方法的确定 试验仪器为日本圆井株式会社（MARUICO.LTD）生产的MIT-681-1-32型混凝土快速冻融试验机和JIS A 1127混凝土相对动弹模量测定仪。仪器各项技术指标满足《水工混凝土试验规程》DL/T5150-2001技术要求。此外，为了大试件进行冻融试验，对混凝土快速冻融试验机做了适当改装，将试件格架尺寸按照试验要求进行加工，同时用塑料桶加工成放置大试件的的套桶。试验方法依据《水工混凝土试验规程》DL/T5150-2001进行。混凝土动弹模量测定仪见图1，混凝土试件频率测试结果见图2.。 图1混凝土动弹模量测定仪 图2混凝土动弹模量频率测定结果 为了反映标准试验条件和实际工程施工条件下混凝土抗冻性的差异，试验模拟不同施工方式进行，使试验条件更接近实际施工现场情况。从施工现场实际情况和试验条件等因素考虑，试验条件确定为： （1）不同振捣频率（高频振捣、低频振捣）； （2）不同的试件尺寸（10cm×10cm×40cm、Ф10cm×40cm、 15cm×15cm×40cm、Ф15cm×40cm、Ф20cm×40cm）； （3）不同成型条件（标准试件、芯样试件）。 对于大尺寸试件，在满足规范要求的前提下冻融循环时间适当延长，保证试件芯部温度能到达到规范规定的温度。试件尺寸、成型方式及冻融时间列于表3。 为了使试验结果具有可比性，试件成型采用同一混凝土配合比，拌合物出机坍落度控制为为50～70mm。试验用混凝土配合比参数列于表4。 3不同振捣频率对混凝土拌合物性能及抗冻性的影响 不同振捣方式时，混凝土抗冻性试验的试件尺寸均为10×10×40cm的标准试件，采用相同的混凝土拌合物同时成型。试件成型采用低频振动台和高频振捣棒方式。低频振动台频率为50Hz，高频振捣棒直径Ф50mm频率12000Hz。 按照配合比参数将拌制好的混凝土拌合物倒在钢板上翻扳均匀，先检测出机口含气量，再测定在不同振捣频率下振实20s后的含气量，计算混凝土拌合物经不同振捣频率振实后的含气量损失，同时试验拌合物的其它性能。混凝土拌合物性能及强度试验结果列于表5。 从表5中可以看出，出机口混凝土拌合物初始坍落度、含气量基本相同，采用高频振捣棒震实后，混凝土含气量损失大于低频方式振实的混凝土，含气量损失约40%左右。高频振捣方式成型的混凝土强度明显高于低频振捣方式混凝土强度，强度高出幅度约为22%～62.4%。 提高混凝土抗冻性的主要措施是在混凝土中掺入引气剂，在混凝土中引入直径为20μm～200μm相互隔断的气泡，以阻断水分在混凝土孔隙中的渗透，同时吸纳水分结冰时产生的应力。混凝土抗冻性试验结果表明，两种振捣方式的混凝土抗冻等级均达到F250以上，但采用高频振捣方式成型的混凝土相对动弹模数衰减速率明显大于低频振捣方式。说明，采用高频振捣方式将对混凝土抗冻性有不利影响，使混凝土拌合物中20μm～200μm气泡逸出，降低了混凝土的抗冻性。不同振捣频率混凝土抗冻性试验结果列于表6。 4试件尺寸对混凝土抗冻性的影响 混凝土试件尺寸不同，对混凝土抗冻性也有着明显的影响。一般来说，尺寸较小的试件在冻融过程中由于体积小，温度变化时能使试件内、外的温度差较小，试件内外温度在较短时间内容易达到平衡状态，因此，试件受到温度应力的影响较小，所以不会引起因温度应力及应力疲劳而导致的破坏；但是由于小试件相对冻、融面积较大，冻、融破坏比大试件严重。 试验结果表明，混凝土在冻、融破坏的同时，试件尺寸越大，混凝土的抗冻性越差，试件尺寸对混凝土抗冻性影响的原因分析如下：在降温过程中，试件内部温度相对较高，外部温度相对较低，混凝土外部体积收缩，而内部体积基本不变，此时，混凝土内部有抵抗外部收缩的作用力，在试件外部产生较大的拉应力；在升温过程中，试件外部温度升高，体积变大，而内部体积基本保持不变，在试件内部产生阻碍外部膨胀的应力，在两种力的交替作用下，混凝土产生微小的裂缝，导致水分进一步渗透并在冻融作用下加速破坏。不同尺寸试件的混凝土抗冻性试验结果列于表7。 5不同试件成型方式对混凝土抗冻性的影响 不同试件成型方式对混凝土抗冻性也有明显的影响，试件成型方式分为直接成型和从同种混凝土大试件中钻取芯样两种形式。两种试件所用的混凝土配合比完全相同，混凝土拌合物性能一致。 直接成型的混凝土抗冻试件表面光滑平整，水泥砂浆包裹完整，能有效阻断水分进入试件孔隙内部，减少了混凝土冻融破坏，相应提高混凝土的抗冻性。而钻取的芯样试件表面由于骨料裸露，水分很容易通过骨料和砂浆的界面进入混凝土内部孔隙，在冻融试验时，孔隙中的水分体积循环膨胀、渗透，加速了混凝土的破坏。不同试件成型方式混凝土抗冻试验结果8。 试验结果也表明，在相同的条件下，芯样试件的重量损失率和相对动弹模量均大于直接成型的混凝土试件，说明混凝土表面状态对混凝土抗冻性有很大影响。 结语 1、采用不同试验条件进行混凝土抗冻性试验，比较真实的模拟了现场混凝土施工工艺过程和混凝土的工作状态，能客观的反应实体混凝土的抗冻性能，为评价混凝土结构物的耐久性提供了科学的参考依据，同时对混凝土施工具有指导意义。 2、在水工混凝土配合比设计时，对于有较高抗冻指标要求的混凝土应考虑适当提高混凝土拌合物出机口含气量。施工过程中应严格控制振捣方式和振捣时间，避免因过振而影响混凝土的抗冻指标。混凝土表面的完整性也直接对混凝土的抗冻性有明显影响，因此，减少混凝土表面裂缝，提高混凝土的密实度对提高混凝土抗冻性也具有积极意义。 3、由于试验条件的限制，水工建筑物的工作环境、应力状态及内、温度差等研究是室内试验不能完全反映的，水工建筑物工程实体的实际抗冻指标及破坏机理还需更深入、细致的研究。 参考文献： [1]DL/T5150-2001，水工混凝土试验规程[S].北京：中国电力出版社，2002. [2]DL/T5144-2001，水工混凝土施工规范[S]. 北京：中国电力出版社，2002.
【摘要】混凝土抗冻指标是混凝土耐久性的一项重要指标，通过对不同试验条件下混凝土抗冻性进行试验研究，得出不同的混凝土抗冻参数，更深入的研究混凝土冻融破坏因素，探索标准试验条件和实际施工中混凝土抗冻性的差异，为验证工程实体耐久性、提高工程耐久性的方法提供了科学依据。 【关键词】不同试验条件；混凝土；抗冻性；研究 Effect of test pattern on the frost resistance of concrete Abstract： The concrete antifreeze index is the most important index of concrete durability，Based on different concrete freezing resistance testing， Obtained different concrete antifreeze parameters，Further studies of concrete freezing and thawing damage conditions，To explore the difference of concrete freezing resistance between standard test conditions and the actual construction，Provides scientific basis to verify the project entity durability. Key words： Test pattern concrete Frost resistance Test 引 言 混凝土耐久性不仅关系到混凝土建筑物的结构安全和使用寿命，还对减少能源消耗和环境保护有着深远的影响，混凝土抗冻性是混凝土耐久性的重要方面。对于大型水工混凝土建筑物来讲，由于工程使用寿命长，抗冻性指标要求高，开展不同试验条件混凝土抗冻指标试验，全面、深入的研究影响混凝土抗冻性的因素有着非常现实的意义。 通常情况下，影响混凝土抗冻性的因素不仅有水泥品种及强度等级、混凝土配合比、水胶比及骨料品种等因素，还与试件类型，振捣方式、试件尺寸等因素有关。本次试验条件采用不同的试件类型、尺寸及振捣方式，以探索不同试验条件对混凝土抗冻性的影响。 1试验所用原材料 1.1水泥 采用葛洲坝42.5中热硅酸盐水泥，经过检查，水泥试验结果满足GB200-2003要求，水泥主要指标试验结果列于表1。 1.2粉煤灰 采用安徽淮南平圩电厂Ⅰ级粉煤灰，粉煤灰品质试验结果满足DL/T5055-1996Ⅰ级粉煤灰要求，粉煤灰主要指标试验结果列于表2。 1.3骨料 试验用砂采用玄武岩破碎筛分人工砂，砂子洁净、细度模数2.62，各项指标满足GB/T14684标准要求。粗骨料采用由玄武岩破碎的人工碎石，骨料质地坚硬，表面洁净，粒形较好，各项指标均满足GB/T14685标准要求。 1.4外加剂 采用浙江龙游外加剂厂生产的ZB-1A高效减水剂和河北石家庄外加剂厂生产的DH9引气剂。 2试验条件、试验方法的确定 试验仪器为日本圆井株式会社（MARUICO.LTD）生产的MIT-681-1-32型混凝土快速冻融试验机和JIS A 1127混凝土相对动弹模量测定仪。仪器各项技术指标满足《水工混凝土试验规程》DL/T5150-2001技术要求。此外，为了大试件进行冻融试验，对混凝土快速冻融试验机做了适当改装，将试件格架尺寸按照试验要求进行加工，同时用塑料桶加工成放置大试件的的套桶。试验方法依据《水工混凝土试验规程》DL/T5150-2001进行。混凝土动弹模量测定仪见图1，混凝土试件频率测试结果见图2.。 图1混凝土动弹模量测定仪 图2混凝土动弹模量频率测定结果 为了反映标准试验条件和实际工程施工条件下混凝土抗冻性的差异，试验模拟不同施工方式进行，使试验条件更接近实际施工现场情况。从施工现场实际情况和试验条件等因素考虑，试验条件确定为： （1）不同振捣频率（高频振捣、低频振捣）； （2）不同的试件尺寸（10cm×10cm×40cm、Ф10cm×40cm、 15cm×15cm×40cm、Ф15cm×40cm、Ф20cm×40cm）； （3）不同成型条件（标准试件、芯样试件）。 对于大尺寸试件，在满足规范要求的前提下冻融循环时间适当延长，保证试件芯部温度能到达到规范规定的温度。试件尺寸、成型方式及冻融时间列于表3。 为了使试验结果具有可比性，试件成型采用同一混凝土配合比，拌合物出机坍落度控制为为50～70mm。试验用混凝土配合比参数列于表4。 3不同振捣频率对混凝土拌合物性能及抗冻性的影响 不同振捣方式时，混凝土抗冻性试验的试件尺寸均为10×10×40cm的标准试件，采用相同的混凝土拌合物同时成型。试件成型采用低频振动台和高频振捣棒方式。低频振动台频率为50Hz，高频振捣棒直径Ф50mm频率12000Hz。 按照配合比参数将拌制好的混凝土拌合物倒在钢板上翻扳均匀，先检测出机口含气量，再测定在不同振捣频率下振实20s后的含气量，计算混凝土拌合物经不同振捣频率振实后的含气量损失，同时试验拌合物的其它性能。混凝土拌合物性能及强度试验结果列于表5。 从表5中可以看出，出机口混凝土拌合物初始坍落度、含气量基本相同，采用高频振捣棒震实后，混凝土含气量损失大于低频方式振实的混凝土，含气量损失约40%左右。高频振捣方式成型的混凝土强度明显高于低频振捣方式混凝土强度，强度高出幅度约为22%～62.4%。 提高混凝土抗冻性的主要措施是在混凝土中掺入引气剂，在混凝土中引入直径为20μm～200μm相互隔断的气泡，以阻断水分在混凝土孔隙中的渗透，同时吸纳水分结冰时产生的应力。混凝土抗冻性试验结果表明，两种振捣方式的混凝土抗冻等级均达到F250以上，但采用高频振捣方式成型的混凝土相对动弹模数衰减速率明显大于低频振捣方式。说明，采用高频振捣方式将对混凝土抗冻性有不利影响，使混凝土拌合物中20μm～200μm气泡逸出，降低了混凝土的抗冻性。不同振捣频率混凝土抗冻性试验结果列于表6。 4试件尺寸对混凝土抗冻性的影响 混凝土试件尺寸不同，对混凝土抗冻性也有着明显的影响。一般来说，尺寸较小的试件在冻融过程中由于体积小，温度变化时能使试件内、外的温度差较小，试件内外温度在较短时间内容易达到平衡状态，因此，试件受到温度应力的影响较小，所以不会引起因温度应力及应力疲劳而导致的破坏；但是由于小试件相对冻、融面积较大，冻、融破坏比大试件严重。 试验结果表明，混凝土在冻、融破坏的同时，试件尺寸越大，混凝土的抗冻性越差，试件尺寸对混凝土抗冻性影响的原因分析如下：在降温过程中，试件内部温度相对较高，外部温度相对较低，混凝土外部体积收缩，而内部体积基本不变，此时，混凝土内部有抵抗外部收缩的作用力，在试件外部产生较大的拉应力；在升温过程中，试件外部温度升高，体积变大，而内部体积基本保持不变，在试件内部产生阻碍外部膨胀的应力，在两种力的交替作用下，混凝土产生微小的裂缝，导致水分进一步渗透并在冻融作用下加速破坏。不同尺寸试件的混凝土抗冻性试验结果列于表7。 5不同试件成型方式对混凝土抗冻性的影响 不同试件成型方式对混凝土抗冻性也有明显的影响，试件成型方式分为直接成型和从同种混凝土大试件中钻取芯样两种形式。两种试件所用的混凝土配合比完全相同，混凝土拌合物性能一致。 直接成型的混凝土抗冻试件表面光滑平整，水泥砂浆包裹完整，能有效阻断水分进入试件孔隙内部，减少了混凝土冻融破坏，相应提高混凝土的抗冻性。而钻取的芯样试件表面由于骨料裸露，水分很容易通过骨料和砂浆的界面进入混凝土内部孔隙，在冻融试验时，孔隙中的水分体积循环膨胀、渗透，加速了混凝土的破坏。不同试件成型方式混凝土抗冻试验结果8。 试验结果也表明，在相同的条件下，芯样试件的重量损失率和相对动弹模量均大于直接成型的混凝土试件，说明混凝土表面状态对混凝土抗冻性有很大影响。 结语 1、采用不同试验条件进行混凝土抗冻性试验，比较真实的模拟了现场混凝土施工工艺过程和混凝土的工作状态，能客观的反应实体混凝土的抗冻性能，为评价混凝土结构物的耐久性提供了科学的参考依据，同时对混凝土施工具有指导意义。 2、在水工混凝土配合比设计时，对于有较高抗冻指标要求的混凝土应考虑适当提高混凝土拌合物出机口含气量。施工过程中应严格控制振捣方式和振捣时间，避免因过振而影响混凝土的抗冻指标。混凝土表面的完整性也直接对混凝土的抗冻性有明显影响，因此，减少混凝土表面裂缝，提高混凝土的密实度对提高混凝土抗冻性也具有积极意义。 3、由于试验条件的限制，水工建筑物的工作环境、应力状态及内、温度差等研究是室内试验不能完全反映的，水工建筑物工程实体的实际抗冻指标及破坏机理还需更深入、细致的研究。 参考文献： [1]DL/T5150-2001，水工混凝土试验规程[S].北京：中国电力出版社，2002. [2]DL/T5144-2001，水工混凝土施工规范[S]. 北京：中国电力出版社，2002.