探析低強度抗凍抗?jié)B混凝土配合比設計和其力學特性

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1、探析低強度抗凍抗?jié)B混凝土配合比設計和其力學特性　　摘要：通過對低強度混凝土配合比進行優(yōu)化設計，并開展混凝土的抗凍、抗?jié)B和力學等性能的試驗研究。分別研究了最優(yōu)水灰比、引氣劑摻量等因素對混凝土抗凍性能的影響，并在上述條件下研究了其對強度和抗?jié)B等性能的影響，以及飽和與自然養(yǎng)護條件下混凝土抗壓強度變化特點。關鍵詞：低強度；抗凍；抗?jié)B；混凝土；配合比設計；力學特性中圖分類號：TU37文獻標識碼：A西北寒冷地區(qū)，年平均冰凍期長，晝夜溫差大，為保證水利水電工程質(zhì)量，所用水工混凝土必須具備良好的抗凍性能。1985年原水電部組織的全國性水工混凝土病害調(diào)查結

2、果顯示，水利工程混凝土凍融破壞是我國北方地區(qū)水利工程建設的突出問題之一，而西北地區(qū)的混凝土凍融破壞問題尤其嚴重。青海省某裝機容量為3×500kW的水電站地處高原大陸氣候區(qū)，多年平均氣溫在零度以下，最低溫度-31.1℃。因為工程原設計和施工對混凝土抗凍抗?jié)B指標考慮不足，致使電站建成后運行不到29年，就因多部位混凝土發(fā)生嚴重凍融破壞而致使整個工程陷入癱瘓，給當?shù)卦斐删薮蠼?jīng)濟損失和社會負面影響。因此，在西北地區(qū)提高混凝土的抗凍性，對保證水利工程運行安全尤為重要。為了充分獲得和利用水資源，采用混凝土防滲渠道和各類灌溉輸水系統(tǒng)進行輸水以減少在長線輸

3、水過程中的滲漏損失來提高輸水效率。我國從20世紀50-60年代開始興建各類混凝土輸水防滲工程，其主要形式為混凝土防滲渠道，但在西北寒區(qū)這些混凝土防滲渠道存在著嚴重的凍脹破壞，不僅直接影響渠道的正常使用，而且增加了運行管理難度和工程修復費用，故在寒區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)技術的發(fā)展上，要想提高渠系水利用率，就必須正視渠道凍脹耐久性問題。自20世紀80年代以來，各地極為關注渠道防滲工程的凍脹問題，開展了多項試驗研究，取得了一系列的研究成果，但是要想從本質(zhì)上解決上述問題，必須從混凝土的配合比設計上著手，尋求適應當?shù)丨h(huán)境特點的抗凍抗?jié)B混凝土深入研究混凝土力學特

4、性。目前，對高抗凍抗?jié)B混凝土的研究大多是以高強混凝土(強度等級在C50或C60以上)9為基礎，通過對其進行改性來達到提高抗凍抗?jié)B性能的目的。一般來講，這種混凝土多采用較小水灰比(一般不大于0.30)，混凝土中不僅要摻入高效引氣劑和減水劑，還需加入超細硅粉或其他優(yōu)質(zhì)礦物質(zhì)摻料，而且對所用粉煤灰的質(zhì)量要求較高，必須達到Ⅰ級標準。也有人用低熱、高強度且孔隙率低的第二、三系列水泥，如鐵鋁水泥或貝利特低熱硅酸鹽水泥替代普通硅酸鹽水泥配制高抗凍抗?jié)B混凝土，但由于這種高抗凍混凝土造價較高，大多還處于試驗階段，導致其實際推廣應用受到限制。另外，西北地區(qū)常

5、年氣候偏干燥，經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū)占有的面積較大，且待建的水利設施大多屬中、小型水利工程，這部分混凝土結構往往受力較小，目的多為輸水建筑物，這類工程對混凝土強度等級的要求相對較低(根據(jù)業(yè)內(nèi)經(jīng)驗，通常將C30以下混凝土稱為低強度混凝土，C30～C40混凝土為中等強度混凝土，C50以上為高強度混凝土)，但卻對混凝土的抗凍抗?jié)B等級要求很高，因此如何獲得低標號、高抗凍抗?jié)B混凝土是一個重要課題。為此，本文結合引黃灌溉工程(主要為輸水襯砌和護坡結構，強度要求不高)通過配制不同水灰比(W/C，這里W和C分別代表拌制1m3混凝土所需水和水泥的質(zhì)量，單位：kg)

6、、外加劑(引氣劑)的低強度混凝土，并進行抗壓、抗拉強度、抗凍和抗?jié)B試驗，分析各種因素對混凝土抗凍抗?jié)B性能及其強度的影響，并對水灰比和外加劑進行優(yōu)化選擇，以期為高抗凍抗?jié)B混凝土的配制及相關工程的建設和安全運行提供參考。1原材料水泥為中水泥P.O42.5R級水泥。砂子細模2.2，含泥量2.0%，屬III區(qū)細沙。石子為清水河(1～2)+(2～4)9cm各50%碎石。引氣劑選用杭州中野天然植物科技有限公司研制的ZY－99或者ZY－100新型引氣劑。2試驗方法混凝土強度試件制作成15cm×15cm×15cm，空氣中養(yǎng)護1d后拆模，進入標準養(yǎng)護室中養(yǎng)

7、護至各個齡期，進行抗壓強度測試?；炷量箖鲂栽囼灠碨D105－82《水工混凝土試驗規(guī)程》進行，制作標準試件，試件標養(yǎng)28d，在到達齡期前4d將需凍融試件放入(20±3)℃的水中浸泡，對比試件仍在標準養(yǎng)護室養(yǎng)護。凍融試驗在上海砼瑞儀器設備有限公司生產(chǎn)的試驗箱中進行，混凝土中心的凍融溫度為(－20±2)～(20±2)℃，一個凍融循環(huán)時間為6h左右，1d凍融4次，連續(xù)不斷試驗。拌和混凝土含氣量測定采用氣壓法，硬化混凝土氣泡參數(shù)、大小和間距測定采用直線導線法。3混凝土配合比根據(jù)工程實際情況，混凝土設計強度為C15。依據(jù)混凝土抗凍設計相關要求，基準

8、混凝土配合比按有關規(guī)范由試驗確定，水泥用量280kg/m3，砂率35%，坍落度(60±10)mm；摻引氣劑混凝土，含氣量控制在4%～6%。引氣劑摻量0.15%，水泥用量280kg。水泥用量、引