□曾文學(xué)（河南水利建設(shè)投資有限公司）

□方 琳（華北水利水電學(xué)院研究生院）

水泥混凝土作為一種建筑材料自問世以來，迄今己有一百多年的歷史，它是現(xiàn)代最重要的工程結(jié)構(gòu)材料之一,隨著大規(guī)模的生產(chǎn),水泥消耗了大量的能源及石灰石、粘土等礦產(chǎn)資源，還排放了大量的污染物。而近年來大量研究表明，將工業(yè)廢渣（如鋼渣,粉煤灰等）作為水泥混凝土的礦物摻和料，不僅僅是在水泥混凝土生產(chǎn)中利用了工業(yè)廢渣，減少了廢渣引起的環(huán)境污染及土地占用，降低了混凝土的制造成本，減少了由于生產(chǎn)水泥造成的環(huán)境污染及能源、資源消耗，而且這些礦物摻和料能有效改善普通水泥混凝土的性能。

其中，抗凍性是水泥材料耐久性的最重要的指標(biāo)之一，我國地域遼闊，有相當(dāng)大的地區(qū)處于嚴(yán)寒地帶，不少建筑物出現(xiàn)了凍融破壞現(xiàn)象。寒冷地區(qū)的水工、港口、道路橋梁等工程中的水泥混凝土結(jié)構(gòu)物或構(gòu)筑物在凍融循環(huán)作用下的凍融破壞是運(yùn)行過程中的主要病害。本文研究礦物摻合料對(duì)水泥凍融性能的影響。

1.試驗(yàn)方法

1.1 試件的制作

1.1.1 按“水泥膠砂強(qiáng)度的試驗(yàn)方法”進(jìn)行砂漿拌和及成型、養(yǎng)護(hù)40mm×40mm×160mm的砂漿試件。試驗(yàn)以3個(gè)試件為一組。

1.1.2 到達(dá)試驗(yàn)齡期的前3d，將試件放入20℃±3℃的水中浸泡，水深應(yīng)沒過試件頂面2cm以上。

1.1.3 將浸水完畢的試件擦去表面水分，稱量，按“混凝土（砂漿）動(dòng)彈性模量試驗(yàn)”測(cè)定縱向自振頻率，并做必要的外觀描述，作為評(píng)定抗凍性的起始值。

1.1.4 隨即將試件裝入四周及底墊有橡皮板的試件盒中，加入清水，使其沒過試件頂面3～5mm。

1.1.5 將裝有試件的盒子固定在試驗(yàn)箱內(nèi)，按“混凝土抗凍性試驗(yàn)”進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)。

1.2 混凝土抗凍性試驗(yàn)

1.2.1 按“混凝土試件的成型與養(yǎng)護(hù)方法”成型和養(yǎng)護(hù)試件。試件以3個(gè)試件為一組。試驗(yàn)齡期如無特殊要求時(shí)一般為28d。到達(dá)試驗(yàn)齡期的前4d，將試件在20℃±3℃的水中浸泡4d（對(duì)于水中養(yǎng)護(hù)的試件，到達(dá)試驗(yàn)齡期時(shí)即可直接用于試驗(yàn)）。如果凍融介質(zhì)為海水，試件在養(yǎng)護(hù)到期后，應(yīng)風(fēng)干48h后再浸泡海水48h。

1.2.2 將已浸泡的試件擦去表面水后，稱初始質(zhì)量，并按“混凝土（砂漿）動(dòng)彈性模量試驗(yàn)”測(cè)量初始自振頻率，作為評(píng)定抗凍性的起始值。同時(shí)做必要的外觀描述和照相。

1.2.3 隨即將試件裝入試件盒中，按凍融介質(zhì)要求注入淡（海）水，水面應(yīng)浸沒試件頂面20mm。

1.2.4 通常每做25次凍融循環(huán)就對(duì)試件檢測(cè)一次，也可根據(jù)混凝土抗凍性的高低來確定檢測(cè)的時(shí)間和次數(shù)。檢測(cè)時(shí)，小心將試件從試件盒中取出，沖洗干凈，擦去表面水分，稱量和測(cè)定自振頻率，并做必要的外觀描述和照相。每次測(cè)試完畢后，應(yīng)將試件掉頭重新裝入試件盒，注入淡（海）水，繼續(xù)試驗(yàn)。在測(cè)試過程中，應(yīng)防止試件失水，待測(cè)試件需用濕布覆蓋。

表1 摻和料水泥膠砂冰融試驗(yàn)結(jié)果表

1.2.5 當(dāng)有試件中止試驗(yàn)取出后，應(yīng)另用試件填充空位，如無正式試件，可用廢試件填充。

1.2.6 試驗(yàn)因故中斷，應(yīng)將試件在受凍狀態(tài)下保存。

1.2.7 凍融試驗(yàn)出現(xiàn)以下3種情況者即可停止：

a.凍融至預(yù)訂循環(huán)次數(shù)；

b.相對(duì)動(dòng)彈性模量下降至初始值的60%；

c.質(zhì)量損失率達(dá)到5%。

其中相對(duì)動(dòng)彈性模量按式（1）計(jì)算；

式中：Pn—n次凍融循環(huán)試驗(yàn)后試件相對(duì)動(dòng)彈性模量，%；

f0—試件凍融循環(huán)前的自振頻率，Hz；

fn—試件凍融n次循環(huán)后的自振頻率，Hz。

以3個(gè)試件試驗(yàn)結(jié)果的平均值作為測(cè)定值。當(dāng)最大值或最小值之一，與中間值之差超過中間值的20%時(shí)，剔除此值，取其余兩值的平均值作為測(cè)定值；當(dāng)最大值和最小值均超過中間值的20%時(shí)，則取中間值作為測(cè)定值。

質(zhì)量損失率按式（2）計(jì)算；

式中：Wn—n次凍融循環(huán)后質(zhì)量損失率，%；

G0—凍融前的試件質(zhì)量，g；

Gn—n次凍融循環(huán)后的試件質(zhì)量，g。

以3個(gè)試件試驗(yàn)結(jié)果的平均值作為測(cè)定值。當(dāng)3個(gè)值中，最大值或最小值超過中間值1%時(shí)，剔除此值，取其余兩值的平均值作為測(cè)定值；當(dāng)最大值與最小值與中間值之差均超過1%時(shí)，取中間值為測(cè)定值。

相對(duì)動(dòng)彈性模量下降至初始值的60%或質(zhì)量損失率達(dá)5%時(shí)，即可認(rèn)為試件已達(dá)破壞，并以相應(yīng)的凍融循環(huán)次數(shù)作為該混凝土的抗凍等級(jí)。若凍融至預(yù)訂的循環(huán)次數(shù)，而相對(duì)動(dòng)彈性模量和質(zhì)量損失率均未達(dá)到上述指標(biāo)，可認(rèn)為試驗(yàn)的混凝土抗凍性已滿足設(shè)計(jì)要求。

2.凍融試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)以上的試驗(yàn)方法和配比，成型膠砂試件，得到不同摻和料水泥膠砂隨試驗(yàn)進(jìn)行而產(chǎn)生的質(zhì)量損失和動(dòng)彈模變化，并與純水泥膠砂的凍融數(shù)據(jù)（質(zhì)量損失和動(dòng)彈模變化）進(jìn)行對(duì)比，通過表1直觀的體現(xiàn)。

從表1可以看出：

2.1 凍融至50次時(shí)，大摻量鋼渣粉與粉煤灰，粉煤灰與硅灰的復(fù)合摻和料水泥膠砂質(zhì)量損失都＞5%。

2.2 鋼渣粉與硅灰復(fù)合、鋼渣粉與粉煤灰復(fù)合取代量為15%、20%時(shí)，摻和料水泥膠砂表現(xiàn)出的抗凍性能較好，抗凍融循環(huán)次數(shù)在150次以上。粉煤灰和硅灰復(fù)合，在取代量40%時(shí)的抗凍性能也比較好，抗凍融循環(huán)次數(shù)在150次以上。

2.3 在適當(dāng)?shù)呐浜媳壤腿〈康那闆r下，摻和料水泥膠砂抗凍融循環(huán)次數(shù)能達(dá)到150次以上，因?yàn)槌?xì)粉料能夠填充水泥顆?？障吨校纬山Y(jié)構(gòu)致密的漿體，具有較高的耐久性能。

3.結(jié)論

通過試驗(yàn)與結(jié)果分析，研究了硅酸鹽水泥在摻入鋼渣粉、粉煤灰與硅灰的各種配比組合下水泥膠砂的抗凍融耐久性。其研究成果客觀反映了硅酸鹽水泥中摻入鋼渣粉、粉煤灰與硅灰等活性摻和料后的相關(guān)性能，為開發(fā)“高強(qiáng)綠色混凝土”等課題的研究提供了參考。通過試驗(yàn)可知：（1）摻和料水泥膠砂試件的碳化深度都大于純水泥膠砂試件的碳化深度。并且，隨著復(fù)合摻和料取代量的增加，碳化深度越大；（2）雙摻復(fù)合摻和料水泥膠砂抗碳化性能，各種材料在最大取代量，28d碳化時(shí)間而言，其抗碳化能力是：鋼渣粉、硅灰復(fù)合＞粉煤灰、硅灰復(fù)合＞鋼渣粉、粉煤灰復(fù)合；（3）對(duì)于指定的28d碳化深度，如20mm，摻鋼渣粉、硅灰取代量可達(dá)40%；摻鋼渣粉、粉煤灰取代量可達(dá)20%；摻粉煤灰、硅灰取代量可達(dá)40%。

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