公路工程构造物水泥混凝土抗冻性能试验研究

郭小玲

（甘肃省定西公路管理局漳县公路管理段,甘肃 漳县 744200）

公路工程构造物水泥混凝土抗冻性能试验研究

郭小玲

（甘肃省定西公路管理局漳县公路管理段,甘肃 漳县 744200）

针对高海拔寒冷气候条件下公路构造物冻融破坏病害，同时考虑普通水凝混凝土、添加防冻剂水泥混凝土和添加纤维水凝混凝土，通过混凝土配合比设计、冻融前后质量变化、强度损失等试验研究，得出了针对寒冷地区抗冻混凝土设计方法、冻融过程质量及强度损失规律，以及提高混凝土抗冻性的措施，研究成果对提高公路构造物水泥混凝土抗冻性具有重要的工程意义和实用价值。

公路工程；构造物；水泥混凝土；抗冻性能

0 引言

高寒地区海拔高，昼夜温差大，冰冻期持续时间长，给公路工程建设带来了许多问题。公路沿线的桥梁、涵洞、安全防护设施等混凝土构造物在该气候条件下受强烈冻融作用，出现开裂、冻胀、表面剥落等病害，其质量、强度显著下降，严重影响结构使用安全并缩短使用寿命。因此，进行构造物水泥混凝土抗冻性能研究意义重大，任务紧迫，已成为公路建设与养护中的一个关键问题。

1 试验材料及方案

1.1 原材料选择

试验采用如下原材料：

（1）水泥(C)：P325普通硅酸盐水泥。

（2）砂（S）：细度模数2.6。

（3）碎石(G)：粒径5～20mm，级配良好。

（4）防冻剂：F型复合防冻剂。

（5）高效减水剂。

（6）纤维：聚丙烯纤维，长度为8mm。

（7）粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰。

1.2 试验方案

根据《混凝土配合比设计手册》选取原材料进行配合比设计，试验选定混凝土设计强度等级为C30，各组配合比见表1。

表1 混凝土试件配比表

混凝土试件纤维掺量分别按3‰、4‰、5‰递增，防冻剂掺量分别按2.5%、3.5%、4.5%递增。根据以上配合比制备混凝土试件，试件尺寸为100mm× 100mm×100mm，每种配合比3组试件，每组3个试件，共30组试件。

采用人工拌和，将拌和后的混凝土倒入钢模,振捣成型，拆模后放入标准养护室进行养护。冻融试验采用慢冻法，每组配合比所需试件组数为3组，一组用于28d强度测定，一组用于冻融循环，一组作为冻融试件的对比试件。

2 试验结果分析

2.1 试件28d强度

分别进行各组混凝土28d抗压强度测定，结果见表2。未掺纤维和防冻剂(S)混凝土抗压强度为32.4MPa,较纤维掺量为3‰(A1)、4‰(A2)强度低，纤维具有增强效果。

表2 试件28d基准强度试验表

混凝土28d基准强度随着纤维掺量不同而变化，保持防冻剂掺量不变，纤维掺量有其最佳用量。防冻剂掺量为2.5%时，最佳纤维添加量为4‰；防冻剂掺量为3.5%时，最佳纤维添加量为3‰；防冻剂掺量为4.5%时，最佳纤维添加量为5‰。如纤维掺量过大，混凝土搅拌成型时，越易结团而分散不均，导致集料与水泥浆体的黏结不充分而造成混凝土强度降低。

随着防冻剂的增加，混凝土28d抗压强度降低。纤维掺量分别为3‰和5‰，防冻剂掺量为3.5%时，混凝土抗压强度最高；纤维掺量为4‰，混凝土抗压强度在防冻剂掺量为2.5%时最大。

2.2 试件冻融过程质量损失

混凝土因受冻融作用，产生冻胀而开裂、剥落，导致质量损失,本试验进行15次循环冻融，试件冻融前后质量变化规律见表3。

由表3可知，对同一防冻剂添加量，纤维的增加有效降低了混凝土的冻融质量损失，4‰纤维添加量的质量损失最小。对同一纤维添加量，质量损失随防冻剂添加量增加而降低，防冻剂在3.5%时，冻融质量损失最小。

2.3 试件冻融过程强度损失

冻融过程中，因混凝土空隙水分结冰，产生冻胀，对混凝土强度造成显著影响，试验结果见表4。

由表4可知，试件经15次循环冻融后，强度损失明显。纤维掺量一定时，混凝土强度损失率随防冻剂掺量的增加呈现大幅度下降的趋势。对于不同的纤维掺量，防冻剂掺量为2.5%时强度损失最大，3.5%时强度损失稍低，4.5%时强度损失最小。对同一防冻剂掺量，随着纤维掺量增加，混凝土强度损失减小，说明纤维对提高混凝土防冻具有显著作用。

表3 冻融试件质量损失表

3 结语

（1）考虑不同纤维掺量、不同防冻剂掺量，进行了30个混凝土试件15次循环冻融试验，得到了冻融后质量及强度损失规律。

（2）试验研究结果表明，为提高构造物混凝土抗冻融能力，纤维和防冻剂都有其最佳添加量，纤维最佳添加量为4‰，防冻剂最佳添加量为3.5%。添加纤维及抗冻剂后，可显著提高水泥混凝土的抗冻能力，有效降低高寒地区构造物混凝土早期病害，具有重要的工程意义。

表4 冻融试件强度损失表

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：1009-7716（2017）02-0140-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.02.043

2016-12-12

郭小玲（1983-），女，甘肃漳县人，工程师，主要从事公路管理、建设及养护工作。