水胶比和含气量对蒸养混凝土抗冻性的影响

祁金瑞，王建国

水胶比和含气量对蒸养混凝土抗冻性的影响

祁金瑞1，王建国2

（1.中交天津港湾工程研究院有限公司，天津300222；2.天津港航工程有限公司，天津300457）

为研究水胶比和含气量对蒸养混凝土抗冻性的影响，采用快冻法分别测试了不同水胶比和含气量的蒸养混凝土经350次冻融循环后的质量损失率和相对动弹模量，分析了质量损失率与外观变化的关系。研究结果表明，水胶比对蒸养混凝土的抗冻性影响较大，水胶比越大，抗冻性越差，质量损失率越大，冻融前后的外观变化越明显；在低水胶比下，即使不掺加引气剂，蒸养混凝土也具有较好的抗冻性。掺入适量引气剂可以保证蒸养混凝土抗冻性良好，含气量在3%~5%范围内时，含气量的变化对蒸养混凝土的抗冻性影响不大。

水胶比；含气量；蒸养混凝土；抗冻性

0 引言

混凝土抗冻性是海工混凝土服役性能的重要技术指标，抗冻性不良轻则会导致构件表皮脱落，重则会引起结构失效，增加经济成本，因此混凝土抗冻性是我国北方寒冷地区混凝土耐久性能设计的首要技术难点[1-4]。蒸养工艺可快速提升混凝土早期强度，缩短生产周期，提高生产效率，但同时会对混凝土的抗冻性具有负面影响[5-6]。目前大量研究表明，水胶比和含气量对普通混凝土的抗冻性都具有较明显的影响，但蒸养混凝土方面的学术报道多为掺合料对其抗冻性的影响研究[7-8]。基于上述现状，本文通过改变混凝土的水胶比和含气量，对蒸养后的混凝土进行抗冻性试验，分别研究水胶比和含气量对其抗冻性的影响。

1 原材料

水泥：P.O 42.5水泥；掺合料：II级粉煤灰、S95矿渣粉、硅灰；细集料：河砂，中砂；粗集料：碎石，粒径为5~25 mm，连续级配；减水剂：聚羧酸高性能减水剂，引气剂为松香引气剂；拌合水：饮用水。

2 试验

2.1 配合比

水胶比对蒸养混凝土抗冻性影响的试验配合比如表1所示，水胶比分别为0.29、0.31、0.33和0.35。含气量对蒸养混凝土抗冻性影响的试验配合比如表2所示。

表1 不同水胶比的蒸养混凝土配合比Table 1Mixture ratio of different water-binder ratio steaming curing concrete

表2 不同含气量的蒸养混凝土配合比Table 2Mixture ratio of different air content steaming curing concrete

2.2 蒸养制度

本试验所采用的混凝土蒸养制度如表3所示。

表3 混凝土蒸养制度Table 3Steam curing system of concrete

2.3 试验方法

参照JTJ 270—1998《水运工程混凝土试验规程》进行混凝土拌合成型，然后按表3中的制度蒸养并进行抗冻性试验，每经历50次冻融循环后，对试件分别进行重量检查和动弹模量检查，并进行外观评级，评级标准如表4所示。经过350次冻融循环或抗冻性出现不合格时试验结束，判定抗冻等级是否满足F350。

表4 抗冻混凝土外观评级标准Table 4Rating standard of frost resistance concrete appearance

3 结果与讨论

3.1 水胶比对蒸养混凝土抗冻性的影响

表5为不同水胶比的蒸养混凝土在经过350次冻融循环后的抗冻试验结果。从表5的结果中可看出，水胶比为0.29和0.31时，混凝土质量损失率满足不大于5%的标准要求，相对动弹模量满足不小于75%的标准要求，即抗冻等级满足F350；水胶比为0.33和0.35时，抗冻等级不满足F350。此外，随着水胶比增大，经过350次冻融循环试验后混凝土试件的外观变化逐渐增大。这是因为水胶比越大，水泥浆数量越多，抗冻性不良导致水泥浆剥落的几率越大。

表5 不同水胶比的蒸养混凝土抗冻性结果Table 5Antifreeze result of different water-binder ratio steaming curing concrete

图1为水胶比与蒸养混凝土抗冻性的关系。

图1 水胶比与蒸养混凝土抗冻性的关系Fig.1The relationship of water-binder ratio and frost resistance of steaming curing concrete

由图1可看出，水胶比对蒸养混凝土的抗冻性影响较大，随着水胶比降低，蒸养混凝土在经历350次冻融循环后的质量损失率逐渐降低，相对动弹模量逐渐增大。即便不掺加引气剂，水胶比在不大于0.31时，抗冻等级也能满足F350，即在低水胶比的情况下，能保证蒸养混凝土具有良好的抗冻性。

3.2 含气量对蒸养混凝土抗冻性的影响

表6为不同含气量的蒸养混凝土在经过350次冻融循环后的抗冻试验结果。从表6的结果中可看出，含气量分别为3.2%、4.0%和5.2%时，抗冻等级均满足F350。此外，随着含气量增大，经过350次冻融循环试验后混凝土试件的外观变化相差不大。

表6 不同含气量的蒸养混凝土抗冻性试验结果Table 6Antifreeze test result of different air content steaming curing concrete

图2为含气量与蒸养混凝土抗冻性的关系。由图2可以看出，掺入一定量的引气剂可保证蒸养混凝土的抗冻性良好，但随着含气量的变化，蒸养混凝土在经历350次冻融循环后的质量损失率和相对动弹模量均变化不大。说明在3%~5%范围内，含气量变化对蒸养混凝土的抗冻性影响不明显。

图2 含气量与蒸养混凝土抗冻性的关系Fig.2The relationship of air content and frost resistance of steaming curing concrete

4 结语

1）水胶比对蒸养混凝土抗冻性的影响较大，随着水胶比的增大，混凝土抗冻性逐渐变差，即质量损失率逐渐增大，相对动弹模量逐渐减小。在水胶比较低的情况下，即便不掺引气剂，蒸养混凝土也能具备较好的抗冻性能。

2）含气量在3%~5%的范围内时，蒸养混凝土的抗冻性较好，即掺入适量引气剂可以保证蒸养混凝土的抗冻性。随着含气量的增大，蒸养混凝土的质量损失率和相对动弹模量变化幅度较小，说明在该范围内，含气量变化对蒸养混凝土抗冻性影响不明显。

3）蒸养混凝土在经历冻融循环前后的外观变化与其质量损失率有显著对应关系，质量损失率越大，冻融前后的外观变化越大。

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Effects of water-binder ratio and air content on the frost resistance of steaming curing concrete

QI Jin-rui1,WANG Jian-guo2
（1.CCCC Tianjin Port Engineering Institute Co.,Ltd.,Tianjin 300222,China; 2.Tianjin Port&Channel Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300457,China）

To study the effects of water-binder ratio and air content on the frost resistance of steam curing concrete,we tested the loss rates of quality and the relative dynamic modulus of different water-binder ratio and air content steam curing concrete after 350 cycles of rapid freeze-thaw test,and analyzed the relationship of the loss rate of quality and appearance changing.The results show that the influence of water-binder ratio on the frost resistance of steam curing concrete is bigger than the one of air content.When the water-binder ratio is higher,the frost resistance is poorer,the loss rate of quality is larger and the appearance changing after freeze-thaw test is more obvious.Under the low water-binder ratio,the steam curing concrete has good frost resistance character even without adding air entraining agent.Adding certain amount of air entraining agent can ensure that the frost resistance of steam curing concrete on a better level.When the gas content is in the range of 3%to 5%,the effect of the air content on the frost resistance of steam curing concrete is little.

water-binder ratio;air content;steam curing concrete;frost resistance

U654.18；U657.3

A

2095-7874（2017）08-0057-03

10.7640/zggwjs201708013

2017-04-17

2017-06-01

祁金瑞（1962—），男，天津市人，工程师，土木工程专业。E-mail：qijinrui916@163.com