公路边沟盖板水泥混凝土抗冻性能试验研究

苑兆迪 张永选

（1.烟台大学，山东烟台 264005；2.山东荣潍高速公路有限公司，山东烟台 264000）

0 引言

在寒冷北方区域公路建设过程中，不仅要考虑公路边沟盖板的强度标准，还需要考虑其抗冻性能，冬季雨雪天气造成的道路结冰、湿滑现象，通常采用铺撒融雪剂来解决，边沟盖板是清理积雪与融雪剂的集中区域，更易发生冻融及侵蚀破坏。目前，大量的实验结果表明掺加粉煤灰水泥混凝土能节约水泥，改善水泥混凝土的力学性能，为进一步探索粉煤灰水泥混凝土广泛应用的可能性，对其在抗冻性能方面进行研究。

1 试验方案

混凝土抗冻性能研究的前提是混凝土孔结构含水量达到饱和状态，再经过多次冻融循环作用仍保持表观形态而不产生疲劳破坏的能力。水泥混凝土的抗冻性能评价需要通过冻融循环试验来确定。试验选用C30 强度的水泥混凝土，取 4 种不同的配合比进行试验，编号及相应粉煤灰掺量见表 1所示。

表1 水泥混凝土配合比表

1# 320 760 0.39 41 25 1.95 320 760 0.39 41 25 1.95 320 760 0.39 41 25 2.22 320 760 0.39 41 25 2.22 320 760 0.39 41 20 1.95 320 760 0.39 41 20 1.95 320 760 0.39 41 23 1.95 320 760 0.39 41 23 1.95 每m3用量（Kg）2# 3# 4# 5# 6# 7# 8#

按照表 1中配合比成型试件，在养护28d 龄期后开始进行慢冻方式的冻融试验，通过对试件质量和波速进行检测来评价掺加粉煤灰水泥混凝土的抗冻性能。

2 试验结果分析

冻融循环试验过程中对粉煤灰水泥混凝土试件的表观形态变化、质量和模量进行观察与数据采集，并进行结果分析。

2.1 冻融循环试验试件表观形态及质量损失

图1 试件冻融循环前后形态变化

根据上图观察冻融前及300 次冻融循环后的表观形态变化，并对冻融循环前和每次冻

融循环后的试件质量进行称量，计算得各试件质量损失率见表 2 所示。

表2 N次冻融循环后试件质量损失率

从表 2 中数据可知，原始状态混凝土试件的质量经历50 次、100 次、150 次……冻融循环后，总体呈现下降的趋势。从 1#、2#和3#、4#试件对比发现，在粉煤灰掺量相同的情况下，随着外加剂掺量的提高，混凝土质量损失率减小，水泥混凝土的抗冻性能增强，从表观形态也可以看出3#和4#试件出现局部砂浆剥落现象，而1#和2#试件砂浆普遍剥落，局部露石，也能说明外加剂可以提高粉煤灰水泥混凝土的抗冻性能。

对比1#、2#、5#、6#、7#、8#试件，看出粉煤灰掺量20%的试件表观砂浆普遍剥落，普遍露石，质量损失率 0.258%；粉煤灰掺量23%的试件表观砂浆普遍剥落，质量损失率 0.371%；粉煤灰掺量25%的试件表观砂浆剥落，局部露石，质量损失率 0.262%，表明粉煤灰对水泥混凝土抗冻性能具有一定的改善作用，但掺加量需要控制，利用粉煤灰代替一部分水泥可有效节约成本，并提高混凝土的抗冻性能。

2.2 冻融循环试验试件模量变化

对冻融循环试件进行波速测量试验，采用探头进行采集和测试的方法进行，检测仪显示屏可读取测试数据并计算分析，试验前需对试件接触位置涂抹耦合剂技术处理。波速实测数据见表 3。

表3 N次冻融循环试验试件实测波速表

经过计算得到试件相对波速，并绘制混凝土相对波速分析图（图2）。

图2 混凝土相对波速分析图

根据图2 可知，从定量角度进行分析，以各试件经历0 次冻融循环时的波速为标准，当试件经历N次冻融循环（N=50，100……300）后，1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#试件的相对波速值由100%分别降低至45.98、26.85、62.83、79.29、77.17、96.23、75.99、68.67。随着冻融循环次数的增加，试件的相对波速总体呈现降低的趋势，并均在试件经历100 次冻融循环时呈现相对较大的动弹模量值转折点，并继续呈现下降趋势。

粉煤灰提高水泥混凝土抗冻性主要有以下原因：（1）粉煤灰的活性效应，对氢氧化钙进行了消耗，导致混凝土不易因冰冻产生裂隙；（2）粉煤灰提升了混凝土的密实度，降低了混凝土内部的孔隙数量和孔径大小，从而提升了混凝土的抗冻性能。

3 结语

通过以上试验与分析，结果表明：粉煤灰对水泥混凝土抗冻性能具有一定的改善作用，但掺加量需要控制，利用粉煤灰代替一部分水泥可有效节约成本，并提高混凝土的抗冻性能。在粉煤灰掺量相同的情况下，随着外加剂掺量的提高，混凝土质量损失率减小，水泥混凝土的抗冻性能增强，说明外加剂可以提高粉煤灰水泥混凝土的抗冻性能。但随着冻融循环次数的增加，粉煤灰水泥混凝土抗冻性能呈现下降趋势，在经历100 次冻融循环后，水泥混凝土的抗冻性能明显下降。