水泥混凝土路面抗盐冻性能试验研究

张志强

(中铁十九局集团第三工程有限公司，辽宁 沈阳 110136)

0 引言

盐冻病害是水泥混凝土路面经常面临的问题。由于地理环境的特殊性，我国东北地区公路路面都会受到盐冻的危害，给道路交通安全带来较大影响。因此，有必要对水泥混凝土路面抗盐冻性能进行研究。

近年来，国内外学者对水泥混凝土受化学溶液腐蚀及冻融循环影响进行了大量研究，成果较为丰富。南雪丽等对氯盐侵蚀作用下聚合物快硬混凝土的抗冻性及耐腐蚀性进行了试验研究，对比分析了其与普通硅酸盐水泥的差异[1]。马好霞等为分析醋酸钙镁除冰液对混凝土建筑物的破坏影响，采用不同浓度的醋酸钙镁对标准混凝土试件进行试验研究[2]。刘芳等通过查阅大量国内外文献，总结分析了混凝土受外部环境及荷载作用下的破坏机理，提出了未来混凝土的研究方向[3]。淮建峰通过室内试验，对粉煤灰、陶粒影响混凝土的抗渗及抗冻性进行了研究，分析了二者提升混凝土抗渗性及抗冻性的作用机理[4]。吴鹏程等针对除冰盐影响水泥混凝土路面耐久性问题，对除冰盐溶液浸泡后的混凝土的物理性质进行了试验研究[5]。曹瑞实等同样对除冰盐影响水泥混凝土耐久性问题进行了研究，分析了不同种类、不同浓度的除冰盐对混凝土的作用机制[6]。侯海元等通过Image-Pro Plus图像处理方法，对冰冻影响下水泥混凝土的细观力学特性进行了研究，基于灰度分析法对水泥混凝土的细观参数变化规律进行了分析[7]。李伟等为提升季冻区水泥混凝土路面的抗冻性，在水泥混凝土中掺加不同种类的纤维，并对其进行弯拉强度和冻融循环试验[8]。覃潇等为提升混凝土路面的耐久性，对盐冻前后的混凝土进行了断裂试验、弯拉试验及疲劳试验研究，分析了高吸水聚合物(SAP)对混凝土路面抗盐冻性的作用机理[9]。谢宇晨等通过抗压试验和冻融试验，对刷抗冻材料的混凝土及素混凝土进行了对比分析，揭示了抗冻材料的作用机理[10]。

综上，国内外学者已经对水泥混凝土受化学溶液腐蚀及冻融循环影响方面进行了较为详细的研究，但对不同种类钠盐溶液的研究相对较少。鉴于此，笔者结合辽宁某在建公路项目，对不同种类钠盐溶液、不同冻融循环次数下混凝土的物理性质进行研究，为工程实际提供可靠的技术支持。

1 试验介绍

本文采用阜新鹰牌水泥厂生产的普通硅酸盐水泥，密度为2.874 g/cm3，标准稠度为0.65%，烧失量为2.7%，细度为5.2%，初凝时间为65 min，终凝时间为286 min，28 d抗压强度为45 MPa。细集料采用市面售卖的天然河砂，表观密度为1.512 g/cm3，压碎值为35.71%，粗集料采用石灰岩，表观密度为2.747 g/cm3，压碎值为12.34%，粒径范围为5～10 mm。减水剂采用市面售卖的普通混凝土减水剂。根据混凝土配合比设计规范，型号C52.5的混凝土配合比见表1。

表1 混凝土配合比

为分析不同种类盐对路面混凝土的影响，本文选取三种典型钠盐进行分析，分别为3%的NaCl溶液，3%的Na2CO3溶液和3%的Na2SO4溶液。按表中给出的配合比，制备尺寸为150 mm×150 mm×150 mm的标准立方体试件，室温养护28 d，之后将对应编号的试件放入三种钠盐溶液中完全浸泡7 d。同时，设置对照组，即将养护28 d的标准试件放入水中完全浸泡7 d。待达到浸泡时间后，擦干表面水分，检测对应编号混凝土试件的质量、相对动弹模量及弯拉强度。路面混凝土试件的冻融循环试验在快速冻融试验箱中进行，冻6 h、融6 h为一次完整冻融循环过程，冻结温度设置为-20 ℃，融化温度设置为20 ℃，每25次冻融循环检测相对动弹模量，并称重。每50次冻融循环测一次弯拉强度。

2 试验结果分析

2.1 质量分析

对不同钠盐浸泡下的混凝土试件进行冻融循环试验，检测不同冻融循环次数下试件的质量，结果见图1。

图1 质量损失率分布曲线

从图1(a)中可以看出，随着冻融循环次数的逐渐增大，不同盐溶液浸泡后的混凝土质量损失率逐渐递增，且质量损失率与冻融循环次数之间近似满足线性函数关系。以Na2SO4溶液为例，当冻融循环0次时，混凝土试件的质量损失率为0；当冻融循环100次时，混凝土试件的质量损失率为0.18%；当冻融循环200次时，混凝土试件的质量损失率为0.36%，验证了质量损失率与冻融循环次数之间近似呈线性函数关系。导致质量损失的原因是水泥混凝土中含有易溶于钠盐的矿物质，随着冻融循环次数的增加，试件内部微裂隙不断地收缩与膨胀，渗流通道逐渐加宽，试件内部矿物质进一步溶解，如此循环往复，致使质量损失率逐渐增大。

图1(b)为冻融循环150次不同钠盐溶液浸泡后混凝土试件质量损失率对比结果。由图可知，相同冻融循环次数下，不同钠盐溶液对混凝土质量损失率的影响具有显著差异。经过冻融循环150次后，混凝土试件在Na2SO4溶液中的质量损失率为0.25%，在NaCl溶液中的质量损失率为0.23%，在Na2CO3溶液中的质量损失率为0.21%，在水中的质量损失率为0.09%，可见，不同液体对混凝土的质量损失率的影响依次为：Na2SO4溶液>NaCl溶液>Na2CO3溶液>H2O。

2.2 动弹模量分析

对不同钠盐浸泡下的混凝土试件进行冻融循环试验，检测不同冻融循环次数下试件的相对动弹模量，结果见图2。

图2 相对动弹模量分布曲线

从图2(a)中可以看出，随着冻融循环次数的逐渐增大，不同盐溶液浸泡后的混凝土相对动弹模量逐渐递减，且相对动弹模量与冻融循环次数之间近似满足线性函数关系。以Na2CO3溶液为例，当冻融循环0次时，混凝土试件的相对动弹模量为100%；当冻融循环100次时，混凝土试件的相对动弹模量为83.93%；当冻融循环200次时，混凝土试件的相对动弹模量为71.29%，验证了相对动弹模量与冻融循环次数之间近似呈线性函数关系。原因是混凝土中的易溶物质溶解后，试件表面孔隙逐渐增大，且逐渐向内部延伸，冻融循环作用进一步加宽了裂隙通道，使得盐溶液不断深入试件内部，冻融循环还导致颗粒骨架疏松，承载能力下降，最终导致相对动弹模量降低。

图2(b)为冻融循环150次，不同钠盐溶液浸泡后混凝土试件相对动弹模量对比结果。由图可知，相同冻融循环次数下，不同钠盐溶液对混凝土相对动弹模量的影响具有显著差异。经过冻融循环150次后，混凝土试件在Na2SO4溶液中的相对动弹模量为62.81%，在NaCl溶液中的相对动弹模量为70.71%，在Na2CO3溶液中的相对动弹模量为78.75%，在水中的相对动弹模量为93.11%，可见，不同液体对混凝土的相对动弹模量的影响依次为：Na2SO4溶液>NaCl溶液>Na2CO3溶液>H2O。

2.3 弯拉强度

对不同钠盐浸泡下的混凝土试件进行冻融循环试验，检测不同冻融循环次数下试件的弯拉强度，结果见图3。

从图3(a)中可以看出，随着冻融循环次数的逐渐增大，不同盐溶液浸泡后的混凝土弯拉强度逐渐递减，且弯拉强度与冻融循环次数之间近似满足线性函数关系。以Na2SO4溶液为例，当冻融循环0次时，混凝土试件的弯拉强度为5.99 MPa；当冻融循环100次时，混凝土试件的弯拉强度为5.23 MPa；当冻融循环200次时，混凝土试件的弯拉强度为3.97 MPa，验证了弯拉强度与冻融循环次数之间近似呈线性函数关系。原因同前。

图3(b)为冻融循环150次，不同钠盐溶液浸泡后混凝土试件弯拉强度对比结果。由图可知，相同冻融循环次数下，不同钠盐溶液对混凝土弯拉强度的影响具有显著差异。经过冻融循环150次后，混凝土试件在Na2SO4溶液中的弯拉强度为4.49 MPa，在NaCl溶液中的弯拉强度为5.21 MPa，在Na2CO3溶液中的弯拉强度为6.26 MPa，在水中的弯拉强度为7.39 MPa，可见，不同液体对混凝土的相对动弹模量的影响依次为：Na2SO4溶液>NaCl溶液>Na2CO3溶液>H2O。

图3 弯拉强度分布曲线

3 结论

(1)随着冻融循环次数的逐渐增大，不同盐溶液浸泡后的混凝土质量损失率逐渐递增，且质量损失率与冻融循环次数之间近似满足线性函数关系。

(2)随着冻融循环次数的逐渐增大，不同盐溶液浸泡后的混凝土相对动弹模量逐渐递减，且相对动弹模量与冻融循环次数之间近似满足线性函数关系。

(3)随着冻融循环次数的逐渐增大，不同盐溶液浸泡后的混凝土弯拉强度逐渐递减，且弯拉强度与冻融循环次数之间近似满足线性函数关系。

(4)根据质量损失率、相对动弹模量及弯拉强度三项检测指标，不同液体对混凝土的影响强弱依次为Na2SO4溶液>NaCl溶液>Na2CO3溶液>H2O。