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1、 建筑装饰材料课程论文 题目：钢筋混凝土构件的抗盐冻性能研究班级：建筑102班姓名：周瑜 学号：20105480223任课老师:柯国军南华大学钢筋混凝土构件的抗盐冻性能研究周瑜（南华大学设计与艺术学院，衡阳 421001）摘要：在质量浓度为3. 5%氯化钠溶液中, 采用快冻法研究普通混凝土( OPC)、引气混凝( APC )和高性能混凝土( HPC)试验梁和混凝土试件的抗盐冻性能。结果表明, 采用混凝土试件的抗盐冻实验结果并不能准确反映钢筋混凝土构件的性能特点。OPC 的盐冻破坏源于其表面剥蚀, 引气能够显著提高其抗盐冻破坏能力, 掺加40% FA将显著地降低APC的抗盐冻性能, 掺加10%硅
2、灰将使APC 试验梁在盐冻过程中出现表面宏观裂纹。综合分析指出, FA掺量为20%的C50粉煤灰引气HPC结构具有较理想的抗盐冻能力。关键词：高性能混凝土; 引气混凝土; 抗盐冻性能; 冻融循环; 相对动弹性模量 为了确保氯盐环境下混凝土结构的设计使用寿命, 采用高性能混凝土(HPC )技术是必然的选择, 但是, HPC结构的抗盐冻破坏能力仍然存在不足, 在除冰盐冻融环境条件下混凝土结构的服役寿命远达不到设计基准期100年的使用年限。因此, 为了解决抗盐冻的HPC 结构发展过程中存在的技术问题, 系统研究混凝土结构在氯化钠溶液和冻融等因素耦合作用下的耐久性、寿命设计问题势在必行。本课题的主要研
3、究任务是HPC 构件在盐冻条件下承载能力的退化规律, 主要通过对HPC 构件的盐冻实验, 测试混凝土试件的相对动弹性模量和质量变化以及混凝土试验梁的相对动弹性模量, 观察混凝土的表面破坏特征, 分析混凝土构件的盐冻破坏形式及原因, 为HPC 结构的承载能力退化规律建模和耐久性设计提供参考依据。1 实验1.1 原材料南京市江南小野田水泥厂生产的P. 52. 5硅酸盐水泥, 其基本物理力学性能和化学成分见表1和表2, 其熟料组成为: C3S= 55. 5%, C2S= 19. 9% , C3A= 6. 6%, CA4F=10. 2%。I级粉煤灰( Fly ash, FA )、微硅粉( S ilic
4、a Fume, SF)、砂、玄武岩碎石、JM2000c高效引气剂、JM B型萘系高效减水剂。1.2 配合比为了提高混凝土的抗冻性, 需要掺入适量的引气剂。同时, 考虑到提高混凝土抵抗氯离子的扩散渗透能力, 必须掺加不同的矿物掺合料本文实验设计了强度等级分别为C30、C40、C50、C60和C70的常用配合比混凝土, 具体配合比和基本性能见表3。其中, C30是非引气的普通混凝土( OPC) , A30是在C30 基础上的普通引气混凝土( APC ), 其余是掺加FA 或SF的引气HPC。1.3 混凝土试验梁与混凝土试件本文的混凝土试件规格采用40mm40 mm160mm。鉴于本课题的主要目的是
5、研究钢筋混凝土小梁在盐冻条件下的承载能力退化规律, 因此, 试验过程中, 采用100mm100mm400mm 的钢筋混凝土小梁构件, 其底部受力钢筋和构造钢筋均采用2根直径8 mm的级钢筋, 箍筋间距50 mm, 钢筋等级I级, 保直径6mm,护层厚度20mm。1.4 实验方法1.4.1 相对动弹性模量测试相对动弹性模量变化是衡量混凝土结构发生冻融破坏的重要指标之一。本文采用NM-4B 型非金属超声波仪测定混凝土试件的超声波速度。1.4.2 质量损失测试单位面积剥落量( ASTM C672方法)和质量损失( ASTM C666方法)都可以用来衡量混凝土发生除冰盐冻融破坏的表面剥蚀特征。葛勇采用
6、ASTM C666方法“快冻法” 研究混凝土试件( 40 mm40 mm160 mm) 在3. 5% 氯化钠溶液中的抗盐冻性能时, 借助ASTM C672方法, 提出采用剥落量作为评价指标之一, 即当试件的剥落量达到1. 0 kg /m2时, 评定混凝土发生盐冻破坏。本文同时采用平均单位面积剥落量和质量损失率作为混凝土抗盐冻性能的考核指标, 平均单位面积剥落量根据质量损失来计算。2 结果与分析2.1 引气剂对混凝土构件抗盐冻性能的影响图1是C30 OPC在盐冻过程中的相对动弹性模量与质量损失及剥落量。由图1可见, C30 OPC在90次冻融循环时, 试件的质量损失达到了5. 77% , 平均单
7、位面积剥落量1. 31 kg /m2, 相对动弹为71. 78% , 试验梁的相对动弹为90. 14%。可见, C30 OPC 的抗盐冻性能很差, 在盐冻过程中混凝土内部毛细水结冰的静水压和凝胶水迁移的渗透压导致试件表面严重剥蚀, 试件的质量损失速度明显快于相对动弹性模量的下降速度,这充分证明C30 OPC的盐冻破坏源于混凝土的表面剥蚀。混凝土试验梁由于钢筋的约束作用, 相对动弹性模量的下降速度明显低于混凝土试件。因此, 混凝土试件与钢筋混凝土试验梁的抗盐冻性能存在一定程度的差异, 采用混凝土试件的抗盐冻实验结果并不能准确反映钢筋混凝土构件的盐冻性能。 图2是A30普通APC在盐冻过程中的相对
8、动弹性模量与质量损失及剥落量。结果表明, A30普通APC即使经历300次冻融循环, 试件的相对动弹性模量高达96. 01% , 试验梁的相对动弹性模量为97. 05%。图2b所示, 试件质量无损失, 并略有增加, 这是由于在常温浸泡条件下, 仅有毛细管作用力和重力使溶液进入混凝土中; 在快速冻融循环条件下, 温度的急剧变化, 混凝土内部产生冷缩热胀作用或泵的抽压作用, 以及结冰压的作用, 使混凝土在冻融循环条件下的饱水度高于常温条件的饱水度。同时, 在冻融循环条件下, 介质为氯化钠溶液时, 混凝土内部吸入溶液量及其饱水度也明显高于清水溶液。OPC 引气以后, 降低了混凝土的致密性, 但引气气
9、孔对冻融过程中的静水压和渗透压具有很强的释放作用, 因而其抗盐冻性能比C30 OPC有了显著的提高。此外, 研究发现, 在混凝土内部没有产生冻融损伤时, 混凝土试验梁与混凝土试件的相对动弹性模量之间没有明显差异。2.2 粉煤灰引气HPC构件的抗盐冻性能图3是掺加40% FA的A 40FA40引气HPC在盐冻过程中的相对动弹性模量与质量损失及剥落量。结果表明, A40FA40试件经过90次冻融循环时, 其质量损失达到了6. 24%, 平均单位面积剥落量为1. 38 kg /m2, 相对动弹性模量下降到59. 64% , 而此时试验梁的相对动弹性模量为95. 87%。在200次冻融循环时, 混凝土
10、试件冻酥, 试验梁也发生了比较严重的表面剥落, 但是其相对动弹性模量仍然高达91. 10%。可见, 对于引气混凝土, 如果FA掺量达到40% , 混凝土试件的抗盐冻性能很差, 尽管混凝土试验梁因内部钢筋对于混凝土冻融破坏的约束作用, 依然保持很高的相对动弹性模量, 但是试验梁的表面剥蚀同样也影响了混凝土道面的使用功能。因此, A40FA40引气HPC不具备高的抗盐冻能力3 结论。 ( 1)在氯化钠盐冻条件下, 混凝土试件的盐冻实验并不能可靠地反映钢筋混凝土试验梁的抗盐冻性能;( 2) C30 OPC 的抗盐冻性能很差, 其盐冻破坏源于混凝土的表面剥蚀现象。混凝土试验梁由于钢筋的约束作用, 将延
11、缓其相对动弹性模量的下降速度。APC的抗盐冻破坏能力显著提高;( 3)虽然掺加FA 有利于提高APC 的抗氯离子扩散渗透能力, 但是过高的FA 掺量将显著地降低APC的抗盐冻性能;( 4)硅灰引气HPC 试件具有较高的抗盐冻性能, 但是其混凝土试验梁的抗盐冻性能因其内部自收缩微裂纹的宏观扩展, 出现较严重的劣化现象, 这种劣化并不因强度等级的提高而有明显的改善;( 5)系统研究表明, FA掺量为20% 的C50粉煤灰引气HPC及其试验梁, 具有比硅灰引气HPC更好的抗盐冻能力。参考文献1 张云清, 余红发, 王甲春. 盐冻条件下混凝土结构表面的损伤规律研究 J . 中国公路学报, 2009, 22( 4 ): 5763.2 慕 儒. 冻融循环与外部弯曲应力、盐溶液复合作用下混凝土的耐久性与寿命预测D . 南京: 东南大学博士学位论文, 20003 燕 坤. 多重因素作用下碳化混凝土的抗冻性 D . 南京: 南京航空航天大学硕士学位论文, 2007.4 余红发. 盐湖地区高性能混凝土的耐久性、机理与使用寿命预测方法 D . 南京: 东南大学博士学位论文, 2004.5 葛 勇, 杨文萃, 袁 杰. 混凝土在不同盐溶液中的冻融破坏 A . 超高层混凝土泵送与超高性能混凝土技术的研究与应用国际研讨会 C . 广州, 2008, 413418.