变温养护下混凝土孔结构对抗冻性能及力学性能的影响研究

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发布时间：2021-09-06

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变温养护下混凝土孑L结构对抗冻性能及
力学性能的影响研究
董阳涛，孟磊，兰岚，张亚昆，张明强
(中铁二十一局集团路桥工程有限公司，陕西西安710000)
摘要：当养护条件为在一20～10，一10～10，0～10℃ 区间内温度每24 h按正弦曲线变化及标准养护时，
对混凝土的孔结构、抗冻性能及力学性能进行测试，探讨了混凝土孔结构与抗冻性能、力学性能之间的
关系。结果表明：随着变温养护下最低温度的增长，混凝土的气泡平均弦长、气孔间距系数、比表面积、
孔隙率及胶空比呈规律变化，混凝土的抗冻性能增强，混凝土的立方体抗压强度增加，但均小于标准养
护下混凝土的抗冻耐久性及抗压强度。
关键词：混凝土变温养护孔结构抗冻性能力学性能
中图分类号：TU528．1 文献标识码：A DOI：10．3969／i．issn．1003—1995．2016．03．37
在冬季，西北及东北大部分地区浇筑混凝土时温
度较低，且昼夜温差较大，容易导致混凝土的开裂及剥
落，大大缩短了混凝土的使用寿命，因此对混凝土开展
冻融破坏机理及抗冻耐久性的研究显得尤为重要。
赵宵龙等通过冻融循环试验，采用光学显微镜测孔
法和压汞法测试混凝土的孔结构，研究不同耐久性的
混凝土其抗冻性能与孔结构的关系，并研究了冻融过
程中混凝土性能劣化与其孔结构变化的关系；张粉芹
等通过压汞法、快速冻融法、美国电量法、干湿循环
腐蚀法等试验分析了不同类型C30混凝土孔结构与
性能的关系；李建新等从水泥砂浆人手，通过对不
同含气量水泥砂浆的孔结构试验与抗冻性能试验，得
到水泥砂浆孔结构与抗冻耐久性之间的变化规律；李
盛等利用弹性力学理论，基于热力学平衡原理，对
水饱和状态下封闭孔隙在结冰压力作用下的孔壁应力
进行了力学计算分析，结果表明，在相同结冰压力作用
下由于球形孔隙较圆柱形孔隙受力更为均匀，其孑L壁
拉应力明显小于圆柱形孔隙，有利于抗冻；段安等
以热力学和孔隙弹性力学为基础，在已有数值模型的
基础上，发展建立了一套混凝土冻融过程的控制方程，
并应用有限元软件Comsol Muhiphysics对4个模型进
行了模拟，预测出饱和砂浆试件受冻过程中的变形、孔
隙压力及温度分布，实现了混凝土冻融过程的数值模
拟；肖前慧等主要测定了粉煤灰引气混凝土在不同
收稿日期：2015．10．11；修回日期：2015—12-19
作者简介：董阳涛(1983一)，男，工程师，硕士。
冻融循环次数下的质量损失、动弹性模量和抗压强度，
研究了其在冻融循环后的性能，并对试验结果进行了
分析，为冻融环境下混凝土水胶比、粉煤灰掺量和引气
剂掺量的选择提出了合理建议。
以上研究主要针对恒温养护条件下混凝土的抗冻
性能及力学性能，几乎没有涉及变温养护条件下混凝
土的性能。本文通过对不同变温养护条件下混凝土的
孑L结构、抗冻性能及力学性能的研究，探讨了变温养护
条件下混凝土孔结构对抗冻性能及力学性能的影响
规律。
1 试验
1．1 原材料及配合比
混凝土由水、水泥、矿物掺合料、砂、石组成。水为
符合国家标准的饮用水；水泥为P．O42．5普通硅酸盐
低碱水泥，满足《通用硅酸盐水泥》(GB 175-2007)的
要求；细骨料为细度模数2．15、含泥量1．23％的砂；粗
骨料为颗粒级配5～31．5 mm的碎石，压碎指标5．21％；
矿物掺合料按m粉煤灰：m矿粉=1：1配合而成，粉煤灰烧失
量2．78％，需水量比81．8％，SO，质量分数1．28％，比表
面积483 m ／kg；矿粉烧失量0．179％，碱质量分数
0．329％，SO 质量分数1．95％，比表面积488 m ／kg，满
足《高强高性能混凝土用矿物外加剂》(GB／T l8736—
2002)的要求；减水剂为北京建筑工程研究院生产的
AN4000聚羧酸减水剂；引气剂为液体SJ一2型引气剂，
满足《混凝土外加剂应用技术规范》(GB 500119—
2003)的要求。混凝土配合比如表1所示。
158 铁道建筑 March，2016
混凝土水胶比为0．42，胶砂比为0．44，新拌}昆凝
土的坍落度>180 mm，扩展度>480 mm，含气量为
3．2％，流动性好。新拌混凝土黏聚力较好，没有分层
和离析现象，保水性也较好。
1．2 试验方法
1．2．1 测定含气量方法
含气量根据《普通混凝土拌合物性能试验方法》
(GB／T 50080-2002)要求的方法，采用SANYO直读
式精密混凝土测定仪测定含气量。
1．2．2 养护方法
养护条件为在一20～10，一10～10，0～10℃ 区间
内温度每24 h成正弦曲线变化及标准养护。新拌混
凝土配好后，一部分按上述变温养护条件放人大气模
拟箱内带模养护，5 d后脱模，脱模后再次放人大气模
拟箱进行变温养护；另一部分先放入20℃ 的标准养护
室，1 d后脱模再次放入标准养护室内养护。养护龄
期分别为7，14，28 d。
1．2．3 孔结构测试方法
将养护28 d