混凝土抗冻融性能试验研究.

混凝土抗冻融性能试验研究大连市建筑科学研究设计院股份有限公司DK一、研究背景和意义混凝土的抗冻融性能指混凝土抵抗冻融破坏的能力，是混凝土耐久性的一项重要指标。调查资料显示：在严寒地区，几乎100%的水工混凝土建筑物局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏，严重影响建筑物的长期使用和安全运行，每年都耗费巨额的维修费用。研究混凝土冻融破坏的机理、影响因素以及提高混凝土抗冻融性能的有效措施具有重大的社会意义和经济意义。大连市建筑科学研究设计院股份有限公司DK一、关于混凝土抗冻融的疑问？水结冰是造成混凝土抗冻融破坏的主要因素？骨料与胶凝体热胀系数不同造成抗冻融破坏？含气量对混凝土抗冻融性能的影响？是否可以通过提高混凝土的标号达到抗冻融的要求？大连市建筑科学研究设计院股份有限公司DK二、冻融破坏的机理假设1、“结冰压力”作用：水结冰时体积膨胀静水压力2、“温度应力”作用：骨料与胶凝体的热膨胀变形不同温度应力大连市建筑科学研究设计院股份有限公司DK1、试验设备：快速冻融试验机，动弹模量测试仪试件尺寸为100mm×100mm×400mm。冻融温度分别控制在-17±2℃和8±2℃。三、试验方法大连市建筑科学研究设计院股份有限公司DK三、试验方法3、测试指标：相对动弹性模量和质量损失率。相对动弹性模量下降至60%或质量损失率达到5%时，以相应的冻融循环次数作为抗冻等级。2、试验方法：《水工混凝土试验规程》《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》大连市建筑科学研究设计院股份有限公司DK三、试验方法220100%nnfPf相对动弹性模量0fnf为冻融n次后的频率为初始频率，00100%nnGGWG质量损失率0GnG为冻融n次后的质量为初始质量，大连市建筑科学研究设计院股份有限公司DK四、试验设计编号水泥kg/m3粉煤灰kg/m3砂kg/m3石子kg/m3水kg/m3DK-3kg/m3水胶比备注A140080720104018013.440.375注水A240080720104018013.440.375注防冻液1、验证是水冻胀破坏与温度应力破坏试验基本性能编号容重kg/m3含气量%R3/MPaR7/MPaR28/MPaA123912.1242.550.458.4A223912.3642.349.955.2大连市建筑科学研究设计院股份有限公司DK四、试验目的1、通过A1试件饱水冻融——验证结冰压力破坏2、通过A2试件置于防冻液中冻融——验证温度应力破坏3、通过A1试件验证普通C50混凝土的抗冻融性能大连市建筑科学研究设计院股份有限公司DK四、试验结果0.00%20.00%40.00%60.00%80.00%100.00%120.00%140.00%0255075100125150175200225250275300325350375400425450冻融次数相对动弹性模量A1,注水，结冰压力和温度应力，F75A2,注防冻液，温度应力“结冰压力”是导致混凝土冻融循环破坏的主要原因。“温度应力”单独作用不能导致混凝土冻融循环破坏。普通混凝土的抗冻融性能较差。大连市建筑科学研究设计院股份有限公司四、试验结果50次冻融循环（表面掉渣，麻面）75次冻融循环（掉渣增多）250次冻融循环（完全疏松）大连市建筑科学研究设计院股份有限公司DK五、引气剂种类和含气量影响试验编号容重kg/m3含气量%R28/MPaC123772.9253.9C223204.7651.6C322916.147.3编号容重kg/m3含气量%R28/MPaB123772.857.1B223135.2547.9B322138.834.3编号容重kg/m3含气量%R28/MPaD123723.163.5D223224.955.2D322577.446试验采用C50混凝土，选用BCDE四种不同引气剂，调整掺量，控制混凝土含气量在3%，5%，7%，对比含气量及引气剂的品种对混凝土抗冻融性能的影响。编号容重kg/m3含气量%R28/MPaE123862.860.2E223504.753.4E322787.046.3含气量及引气剂品种的影响大连市建筑科学研究设计院股份有限公司DK五、150次循环不同引气剂对抗冻融影响150次冻融循环（掉渣增多）150次冻融循环（掉渣少）150次冻融循环大连市建筑科学研究设计院股份有限公司150次冻融循环（掉渣少）五、150次冻融循环同种引气剂比较大连市建筑科学研究设计院股份有限公司DK五、250次循环破坏不掺引气剂和两种3%含气量引气剂的混凝土大连市建筑科学研究设计院股份有限公司DK0.00%20.00%40.00%60.00%80.00%100.00%120.00%140.00%0255075100125150175200225250275300325350375400425450冻融次数相对动弹性模量A1A2A3B1B2B3C1C2C3B1A1A2C1大连市建筑科学研究设计院股份有限公司五、冻融次数—动弹模量曲线DK冻融次数为75次冻融次数为200次大连市建筑科学研究设计院股份有限公司五、冻融次数—动弹模量曲线0.00%20.00%40.00%60.00%80.00%100.00%120.00%0255075100125150175200225250275300325350冻融次数相对动弹性模量D1D2D3E1E2E3BB30D30DKE1冻融次数为150次大连市建筑科学研究设计院股份有限公司0.00%1.00%2.00%3.00%4.00%5.00%6.00%0255075100125150175200225250275300325350375400425450冻融次数质量损失率A1A2A3B1B2B3C1C2C3五、冻融次数—质量损失曲线DK大连市建筑科学研究设计院股份有限公司五、冻融次数—质量损失曲线0.00%0.50%1.00%1.50%2.00%2.50%3.00%3.50%4.00%050100150200250300350冻融次数质量损失率D1D2D3E1E2E3BB30D30DK五、试验结果大连市建筑科学研究设计院股份有限公司DK1、掺引气剂能够显著提高混凝土的抗冻融能力，不同品种引气剂抗冻融能力相差较大。3、引气量在5%以上时，引气量大小对混凝土抗冻融循环性能影响较小，基本都能达到300次以上。4、引气量在低于3%时，部分品种引气剂混凝土抗冻融较差（仅在150-200次）。5、不掺引气剂混凝土抗冻融能力很差，强度等级对混凝土抗冻性能影响较小。七、强度等级影响等级编号容重kg/m3含气量%R28/MPaC50D223224.955.2C30D30-222954.835.3大连市建筑科学研究设计院股份有限公司DK选用D引气剂，控制含气量5%，对比C50和C30抗冻融性能五、强度等级影响250次冻融循环大连市建筑科学研究设计院股份有限公司C30C50六、小结大连市建筑科学研究设计院股份有限公司DK1、冻融破坏主要来源于结冰压力，温度应力影响较小。2、掺引气剂能够显著提高混凝土的抗冻融能力，不同品种引气剂对混凝土抗冻融性能影响相差较大。3、配制抗冻融混凝土时，应选用合适的引气剂。3、配制时必需测试含气量，过低抗冻融效果较差，过高严重降低混凝土强度。4、普通抗冻融混凝土引气量宜控制在3-5%时，特殊要求时通过试验确定。5、不掺引气剂混凝土抗冻融性能很差，强度等级对混凝土抗冻性能影响较小。6、配制抗冻融混凝土不能靠提高强度等级或水泥用量。容重—含气量y=-27.133x+2454.5R2=0.9938220022502300235024002450012345678910含气量%容重kg/m32454.527.133yx容重y和含气量x的关系：容重降低1.1%~1.2%，含气量约增加1%。抗压强度—含气量y=-3.0523x+55.413R2=0.9629y=-3.1695x+64.765R2=0.918101020304050607080012345678910含气量%抗压强度MPa水胶比0.37555.4133.0523yx7天强度y和含气量x的关系：64.7653.1695yx28天强度y和含气量x的关系：含气量为2%~6%时，含气量多1%，7天强度约降6.3%~7.8%。含气量为2%~6%时，含气量多1%，28天强度约降5.5%~6.6%。