提高无机矿物聚合物混凝土抗冻性的试验研究

白军营 高 頔

(中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222)

0 引言

无机矿物聚合物混凝土作为一类新型硅酸盐胶凝材料，其反应机理、力学性能、耐高温性、耐化学腐蚀性等方面均取得较多科研成果，并应用于实际工程项目。但关于地聚合物混凝土抗冻性能的研究相对较少，大部分研究表明，其抗冻性较差，快速冻融循环很难达到100次。

本文以矿渣、偏高岭土、砂、石为固相原料，以水玻璃、水为液相原料按一定比例配制混凝土，掺加PVA纤维及高效引气剂，通过快速冻融试验，对比分析确定提高无机矿物聚合物混凝土抗冻性的最优方案，以便使其适用于北方寒冷地区。

1 试验原材料及配合比

1.1 试验原材料

1)偏高岭土：化学成分见表1。

表1 偏高岭土的主要化学组成 %

2)矿渣：化学成分见表2。

表2 矿渣的主要化学组成 %

3)碱性激发剂：模数1.2的水玻璃。

4)骨料：粗骨料为粒径5 mm～25 mm，连续级配碎石；细骨料河砂，细度模数2.6。

5)PVA纤维：长度6 mm，其性能指标见表3。

表3 PVA纤维的性能指标

6)引气剂：松香酸钠。

1.2 混凝土配合比

无机矿物聚合物混凝土配合比见表4。

PVA纤维按体积比0.00%,0.05%,0.10%,0.30%,0.50%,1.00%掺入，对应的具体掺量见表5。

引气剂松香酸钠的掺量为胶凝材料的0.000%,0.005%,0.010%和0.020%。

表4 无机矿物聚合物混凝土配合比 kg/m3

表5 PVA纤维体积百分比对应的质量

2 试验方法

以1.4的配合比为基准配制混凝土，用标准方法搅拌、成型，在标准养护条件下养护28 d，参考标准GB/T 50082—2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准进行快速冻融循环试验，以质量损失达到5%为混凝土抗冻性试验终止的依据。

试验分析PVA掺量及引气剂掺量对无机矿物聚合物混凝土抗冻性的影响，进而选取PVA和引气剂最佳组合，进行抗冻性试验，进而确定提高无机矿物聚合物混凝土抗冻性的最佳方法。

3 试验结果与分析

3.1 PVA纤维掺量对无机矿物聚合物混凝土抗冻性的影响

PVA纤维无机矿物聚合物混凝土抗冻性试验结果见表6。

表6 PVA纤维无机矿物聚合物混凝土抗冻性试验结果

由表6可知，PVA纤维可提高无机矿物聚合物混凝土抗冻性，且存在最优掺量，即为体积比0.30%，其快速冻融循环次数可到125次，比未掺加PVA纤维的混凝土抗冻性提高了75次。

PVA纤维无机矿物聚合物混凝土受冻时表面剥落，但并无宏观裂纹出现。纤维的加入有效的改善了混凝土内部的缺陷，降低了原生裂纹尺寸，且微细的PVA纤维在混凝土中乱向分布，互相搭接，可减少多次冻融循环引起的内部的集中拉应力，延缓内部微裂纹的发生和扩展。当纤维掺量较低时，阻裂作用有限，使得混凝土承受冻融循环能力减弱，但当纤维掺量过大，使混凝土与纤维之间的界面过多，而影响混凝土的整体性，降低混凝土的抗冻性，故存在最佳PVA纤维掺量。

3.2 引气剂对无机矿物聚合物混凝土抗冻性的影响

引气型无机矿物聚合物混凝土抗冻性试验结果见表7。

表7 引气型无机矿物聚合物混凝土抗冻性试验结果

由表7可知，引气剂可显著提高无机矿物聚合物混凝土抗冻性，且掺加量为胶凝材料的0.01%时，其冻融循环次数可到100次，比未掺加引气剂混凝土抗冻性提高了50次。

引气剂引入封闭均匀的微小气泡，可缓解混凝土受冻过程的冰压力，降低混凝土因受冻而产生的微裂纹，进而提高其抗冻性。但当引气剂掺入过多，易形成大气泡，其形成微小薄弱区，对混凝土抗冻性产生不利影响。故引气剂存在最佳掺量。

3.3 PVA纤维、引气剂双掺对无机矿物聚合物混凝土抗冻性的作用

根据3.1及3.2试验结果，选择PVA掺量3.84 kg/m3，引气剂掺量0.01%按表7配制无机矿物聚合物混凝土，并进行抗冻性试验。

试验结果表明，PVA纤维及引气剂最优掺量下无机矿物聚合物混凝土抗冻融循环次数可达到175次。

PVA纤维及引气剂双掺对提高无机矿物聚合物混凝土抗冻性有显著作用。

4 结语

1)PVA纤维可显著提高无机矿物聚合物混凝土抗冻性，其最优掺量为体积比0.3%。

2)松香酸钠引气剂可显著提高无机矿物聚合物混凝土抗冻性，其最优掺量为胶凝材料的0.010%。

3)PVA纤维与引气剂共同作用下可大幅度提高无机矿物聚合物混凝土抗冻性，冻融循环次数可达到175次，此混凝土除严寒地区均可应用。