高区站掺加引气剂提高混凝土抗冻融能力的研究.docx

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高区站掺加引气剂提高混凝土抗冻融能力的研究

掺加引气剂提高混凝土抗冻融性能的研究

威海建设集团混凝土公司

掺加引气剂提高混凝土抗冻融性能的研究

陈永钧史丽华丁吉臣

【摘要】分析了混凝土冻融破坏机理，就混凝土抗冻性的影响作了论述。

通过试验确定混凝土配合比，结合具体工程施工情况，得出改善混凝土抗冻能力的方法。

【关键词】混凝土耐久性引气剂

一、引言

混凝土构筑物由于受环境干湿、冷热、冻融交替等因素的影响，会使其受到不同程度的损害，从而影响混凝土结构的耐久性。

提高混凝土结构的耐久性，对于延长混凝土结构的使用寿命具有重大意义。

冻融循环是造成混凝土结构物破坏的最主要因素。

本文主要对影响混凝土抗冻融能力因素的分析，探讨改善混凝土抗冻融能力的方法。

二、混凝土冻融破坏机理

混凝土内部存在着连通或不连通的孔隙，这些孔隙是渗水的途径。

当混凝土内部处于饱合水状态并遇到负温时，内部水分冻结，体积约膨胀9％。

冻结由表面开始，逐渐向内部发展。

表面部位水冻结后，由于结冰而膨胀，将内部未冻结的部分水封闭并沿毛细孔通道压向内部，使内部未冻水压力越来越高，当内部压力增高到超过混凝土的抗拉强度时，就会把毛细孔胀破，产生微裂纹。

随着冻融循环次数的增多，使细微裂缝逐渐扩展和连接起来，致使混凝土开裂疏松破坏。

混凝土冻结产生的膨胀压力，不仅使混凝土产生直接的组织破坏，还由于冻融时膨胀收缩部分的不同，如骨料部分和水泥浆部分的不同，表层部分和内层部分的不同等，也会引起混凝土发生破坏。

从外观上看，表面出现裂缝、表皮砂浆层剥落等现象。

三、混凝土耐久性能的解决方法和含气量的影响因素

3.1混凝土耐久性常用解决方法

解决混凝土耐久性常用的方法：

一种是增加水泥用量同时减小水灰比，提高混凝土密实度，增加强度；另一种是在混凝土拌和物内加入混凝土引气剂，混凝土硬化后，其内部会均匀分布微小气泡，这些气孔会缓解冻胀压力，从而增加混凝土的抗冻融能力。

3.2影响含气量的主要因素

1、引气剂掺量：

一般情况下，含气量随掺量的增加而增大，但当掺量达到某一数值后继续增加掺量，含气量则不再增大；

2、坍落度：

随着坍落度的增大，含气量也相应增大，但坍落度过大，含气量在运输浇筑过程中更容易损失，造成含气量的下降；

3、水灰比:

水灰比是影响气泡尺寸和间距的重要因素。

通过对不同水灰比引气混凝土气泡尺寸研究，发现混凝土气泡尺寸随水灰比降低而减小，随水灰比增大而增大（见图1）。

水灰比对气泡间距的影响也类似（见图2）。

在混凝土引气量相近的情况下，水灰比越大，气泡的间距越大，表现为混凝土抗冻性能越差。

因此，大水灰比混凝土要达到与小水灰比混凝土相近的抗冻能力，其引气量应相应增加。

图1不同水灰比引气混凝土气泡尺寸分布情况图图2水灰比对混凝土气泡间距的影响（平均含气量5%）

四、配合比确定

4.1原材料选择

（1）水泥

2006年在我公司与山东省建科院王志刚总工程师进行的混凝土性能研究试验中，对目前应用的水泥做了对比分析如下：

通过以上图表对比分析得出东源水泥需水量小，混凝土早期强度较高，为优选对象。

东源P.O42.5R水泥的性能指标如下表1所示。

东源P.O42.5R水泥的性能指标表1

标准稠度用水量%

安定性

抗折强度（MPa）

抗压强度（MPa）

3d

28d

3d

28d

27.4

合格

6.5

8.7

29.6

45.5

（2）粗骨料

威海羊亭永光建材厂Ⅰ类碎石，5-25mm连续级配，各项性能指标如表2所示。

威海羊亭永光建材厂碎石各项指标表2

含泥量%

泥块含量%

针片状颗粒含量%

压碎值指标%

堆积密度kg/m3

表观密度kg/m3

0.2

0.1

5

8

1450

2700

（3）细骨料

乳山砂场中砂，细度模数3.0，Ⅱ区连续级配，性能指标如表3。

乳山砂场中砂的性能指标表3

含泥量%

堆积密度kg/m3

表观密度kg/m3

2.1

1410

2610

（4）引气剂

青岛科力建材有限责任公司生产的PC-2Y型混凝土引气剂。

PC-2Y型混凝土引气剂各技术性能指标表4

泡沫度

消泡时间

起泡力

氯离子含量

抗压强度比（3d、7d、28d）

想对耐久性（冻融200次）

对钢筋的锈蚀

≥22%

≥120min

70-80ml

≤3%

80-90%

≥80%

无

（5）膨胀剂

山东寿光利飞生产的UEA-D（Ⅰ）型膨胀剂，掺量为8%。

（6）外加剂

山东省建筑科学研究院生产的NC牌系列混凝土外加剂，NC-4型混凝土超早强剂，掺量3.0%，性能如表5。

NC-4型混凝土超早强剂性能指标表5

固体含量%

细度%

水泥净浆流动度（mm）

减水率%

1h坍落度损失（mm）

34

1.6

246

21

16

（7）水

威海市管网自来水。

4.2配合比试验分析

根据国标《普通混凝土长期性能和耐久性能实验方法》（GBJ82—85），经试验确定抗冻标号F150混凝土配合比。

但是配合比周期快冻法为50～60d，慢冻法为l0O～1lOd，而一次达到设计指标较为困难，因此按照常规不能使其满足工程的需要。

混凝土的抗冻融能力与混凝土的含气量在一定范围内存在正变关系，因此通过控制混凝土中的含气量就可以使混凝士达到设计的抗冻融指标。

经与相关专业人士探讨，依据以往成熟的经验及相关规程，用控制拌和物含气量的方法确定抗冻融混凝土配合比。

这样既大大缩短了确定配合比所用时间，又解决了施工中进行现场检测和控制问题。

4.3配合比的确定

4.3.1引气剂PC-2Y掺量的确定

PC-2Y掺量分别为为水泥用量的0.01%、0.02%、0.03%。

配比如下表：

C30P6F150配合比

组别

水泥kg/m3

砂kg/m3

石子kg/m3

水kg/m3

UEA-Dkg/m3

NC-4kg/m3

PC-2Ykg/m3

1

400

748

1040

178

32

12

0.01%

2

400

748

1040

178

32

12

0.02%

3

400

748

1040

178

32

12

0.03%

4.3.2含气量检测

采用气压式含气量测定仪测定新拌混凝土含气量。

混凝土的含气量并不是愈高愈好，应当有一个最优含气量。

所谓最优含气量，一般是指耐久性的增加和强度的降低之间的一个平衡点,超过最优含气量，改善混凝土的冻融性非常有限，降低混凝土强度则比较多。

含气量为5%～6%时有很好的耐久性，超过6％时耐久性下降。

检测结果如下图所示（坍落度（mm）：

190）：

依据抗冻融混凝土生产实例参考，引气剂的掺量为0.02%时，理论上可以满足冻融试验要求。

留置试块测量其28d强度值和抗冻融试验，检测结果见效果检查实测图表。

检测项目

相关标准要求

实测值

28天强度值

≥1.15fcu,k

1.31fcu,k

强度损失率

≤25%

4.1%

重量损失率

≤5%

0.55%

五、工程实际应用

我公司于2007年12月～2008年5月承担为威海市初村污水处理厂供应抗冻融混凝土的任务，总量约计1000m3。

基础承台、池壁及底板采用强度等级C30P6F150的混凝土。

经过检测，混凝土抗冻融性能达到设计要求。

上图为池壁浇注C30P6F150的混凝土。

六结论

1、影响混凝土抗冻融性的最主要因素是混凝土适宜的含气量，含气量为5.6%时达到了很好的抗冻融效果。

2、引气剂的应用是改善和保证混凝土抗冻性的最有效技术手段。

引气剂掺入后，大大改善了混凝土的抗冻融性能。

3、通过本次工程对混凝土抗冻融性能的研究，使我们认识到在各种潮湿环境或有特殊要求的工程都可以使用引气剂，这可以改善混凝土的耐久性能，提高工程的使用寿命。

参考文献

[1]游宝坤，韩立林，赵炎龙．如何正确使用混凝土膨胀剂[J]、山西建筑，2002

（1）：

72—74．

[2]A．M．内维尔．混凝土的性能[M]．北京：

中国建筑工业出版社.

[3]WiUiaraLereh．美国大坝混凝土加气外加剂的应用[M].

[4]朱蓓蓉，吴学礼，黄士元．混凝土中气泡体系形成及其稳定性的影响因素[M].