混凝土盐冻循环试验研究

【摘要】盐冻破坏是绝大多数混凝土构件破坏的原因，为研究水工混凝土的抗冻耐久性对于提高水工建筑物的使用寿命的影响因素，应用相关试验设备对混凝土构件盐冻循环试验耐久性进行相关研究。并得到以下结论：1）盐冻循环以后，湿筛混凝土出现了砂浆剥落的现象。并且随着盐冻循环次数的增加，表面剥落情况越明显。2）湿筛混凝土小试件在盐冻循环至100次表面就出现了微小的孔洞，并且出现骨料外露，且盐冻循环至200次时可以明显发现试件表面粗骨料已经全部暴露，且剥落较多，特别是边角处。

【关键词】盐冻；耐久性；冻融循环

1、引言

混凝土受盐冻破坏，是我国水工、海工混凝土结构，在运行过程中发生的主要耐久性病害。已有调查表明，严寒地区，绝大多数的水工混凝土结构由于常年处于水环境中，基本上都存在着不同程度的冻害问题。有的工程更是在竣工后不久就遭受了严重的冻害。除了“三北”地区以外，在气候比较温和，但冬天任然出现冰冻的华东、华中，如山东、安徽、江苏、湖北等地，也存在着冻融劣化破坏现象[1]。因此，研究水工混凝土的抗冻耐久性对于提高水工建筑物的使用寿命有着非常重要的意义。

2、试验设计

2.1试验设备

本文试验所用到的主要试验设备有：电子称、自落式混凝土搅拌机、数显回弹仪、振弦采集仪、混凝土快速冻融试验机、混凝土厚度测试仪、动弹性模量测试仪、微机控制电液伺服万能试验机、微机控制电液伺服压力试验机等等。

2.1.1混凝土厚度测试仪

本文采用CTG-1型混凝土厚度测试仪以及其自带的CRG-1T系统。该仪器主要由：带电缆的CTG-1主机、测试探头（包括传感器、螺线管冲击器，用于THIN模式测试）、用于THICK模式测试的外加小锤，如图所示。该仪器的主要原理是当坚硬的物体冲击混凝土表面时，形成一瞬间应力脉冲。该应力脉冲由压缩波、剪切波以及瑞利波组成。压缩波和剪切波沿着圆形波阵面传入试体，瑞利波沿着表面传播。当压缩波和剪切波在传播过程中遇到缺陷或者边界时，由于两种介质的声阻抗率不同，应力波在这些界面处将发生反射。这样，在表面与界面之间产生多重反射，结果形成类似谐振条件。当把传感器置于冲击点附近时，即可撤出该处由于多次反射波引起的表面位移响应。同时该仪器也可以在已知厚度的混凝土试件上测试其应力波在混凝土内部的传播速度，通过波速也可以有效的判定混凝土内部的损伤情况。

2.1.2动弹性模量测试仪

本文试验所制备的100mm*100mm*400mm的湿筛混凝土棱柱体在盐冻循环试验时每冻融循环25次均用该NEL-DTA型动弹性模量测试仪测试其共振频率，通过公式计算出混凝土的相对动弹性模量，该指标是用来检测湿筛混凝土试件在盐冻循环过程中内部的损伤程度。该设备主要由：动弹仪测试主台、混凝土振动台、传感器固定支架组成。

2.1.3混凝土快速冻融试验设备

本文中所使用的快速冻融试验箱是：TDRF-2型风冷式混凝土快速冻融试验装置，如图所示。该冻融试验箱是参照国家电力行业标准DL/T5150-2001《水工混凝土试验规程》[2]中的“混凝土抗冻性试验”、交通行业标准JTGE30-2005《公路工程水泥混凝土试验规程》中的“混凝土抗冻性试验（快冻法）”、国家标准GB/T50082 -2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》[3]中的“快冻法”的要求。因而也适用于执行上述标准的盐冻循环试验。该设备主要由以下几部分组成：电脑自动控制系统、冻融试验箱、制冷系统、加热及载冷剂循环系统和冷却系统（冷却系统至于室外）。试验进行时需要将混凝土试件放入不锈钢试件盒中，再在试件盒中注入盐水，最后将试件盒静置于冻融箱内进行盐冻循环试验。冻融箱内充满冻融液，该冻融液的冰点为-45℃左右，因此可以有效的充当冻融循环介质[4-5]。

2.2试验设计

本文采用3%的NaCl溶液作为冻融介质进行盐冻循环试验，按照现行的规范《水工混凝土试验规程》[6]中的混凝土抗冻性试验对湿筛混凝土试件（试件规格为100mm*100mm*400mm的棱柱体试件和试件规格为150mm*150mm*150mm立方体试件）进行了0、25、50、75、100、125、150、175、200、225、250、275、300次的盐冻循环试验。

3、试验现象分析

由于本次试验所制作的混凝土试件在拌制时添加了减水剂和引气剂，引气剂的存在大大提高了混凝土的抗冻性，因此本文中所制作的混凝土试件冻融循环后表面剥落情况没有普通混凝土严重。由试验现象可以看出，湿筛混凝土试件表面的剥落情况是下部较严重，上部较轻微，本文推测可能是由于盐冻过程中，盐溶液在静置时发生了沉淀，溶液浓度由上到下不均匀，且浓度由上到下逐渐增大，因此导致了混凝土试件盐冻不均匀的现象。

结语：

1）盐冻循环以后，湿筛混凝土出现了砂浆剥落的现象。并且随着盐冻循环次数的增加，表面剥落情况越明显。

2）湿筛混凝土小试件在盐冻循环至100次表面就出现了微小的孔洞，并且出现骨料外露，且盐冻循环至200次时可以明显发现试件表面粗骨料已经全部暴露，且剥落较多，特别是边角处。

由盐冻循环试验现象说明了较多混凝土构件表层问题，后期将进行更多试验对比从质量、温度、变形值来说明混凝土构件的耐久性问题。

参考文献：

[1]刘艳霞，陈改新，鲁一晖.大坝全级配混凝土抗冻性的试验研究.水力发电学报，2011，（1）：139-143.

[2]慕儒，缪昌文.硫酸钠溶液对混凝土抗冻性的影响.建筑材料学报，2001，4（4）：311-317.

[3]高建明.掺矿渣微粉混凝土的抗冻性试验研究.混凝土与水泥制品，2002，（5）：13-17.

[4]冀晓东.冻融后混凝土力学性能及钢筋混凝土粘结性能的研究，博士论文，大连理工大学，2007：64-69.

[5]杨兵，王伯求.冻融循环作用下不同混凝土的力学性能对比分析，中国科技信息，2009，（8）：54-59.

[6]中华人名共和国水利行业标准.水工混凝土试验规程（SL352-2006）.北京：中国水利水电出版社，2006.