气泡特征对混凝土耐久性能影响的研究.docx

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1、引言寒冷地区特别是除冰盐或含盐环境引起的盐冻剥蚀破坏和钢筋锈蚀破坏是混凝土结构破坏或失效的最主要原因，研究抗盐冻高耐久混凝土具有很高的实用价值111O混凝土的含气量对混凝土抗冻性能有显著影响，大量微小均匀的气泡可以改善混凝土的孔结构，提高混凝土结构物的变形能力，从而改善混凝土的抗冻性能,进而提高混凝土的耐久性能出也研究表明，混凝土毛细管中水结冰产生的静水压力与气泡间距的平方成正比，即气泡间距越大，静水压力越大，混凝土发生冻融破坏的作用力也越大，这说明含气量及气泡结构参数是决定混凝土抗冻性能的关键指标，同时，混凝土中孔径的数量、大小以及密闭性能也对混凝土的抗冻性有很大影响本文对不同含气量的混凝土

2、强度和耐久性能，以及硬化混凝土的气泡参数进行试验，研究不同含气量和气孔结构的混凝土在冻融循环作用下的抗冻性能、抗盐冻剥蚀能力以及抗渗性能规律，得出了气泡参数对混凝土耐久性能的影响规律，提出使混凝土具有高耐久性能的最佳含气量和气泡参数指标。1、配合比设计及试验方案1.1 原材料水泥为山水集团生产的山水P-O42.5水泥，其水泥基本性质见表1；粉煤灰为无棣山海商贸的类粉煤灰，根据规范GBT1596-2017用于水泥和混凝土中的粉煤灰，对粉煤灰关键参数进行检测，其基本性质见表2；砂为细度模数2.8的河砂；粗集料为唐山琳丰石场提供的石灰岩碎石；外加剂为淄博亮正建材科技有限公司提供的聚拨酸高效减水剂；引

3、气剂为西卡公司提供。表1山水P-O42.5水泥的基本性质密度/(kgm3)抗折强度/MPa抗压强度/MPa比表面积3d28d3d28d/(m2kg)30105.48.122.945.5345表2粉煤灰的基本性质细度/%需水量比/%烧失量/%26.01071.5依据JGJ55-2011普通混凝土配合比设计规程，混凝土配合比见表3。U3湿凝I：配合比编号强度等级水股比水泥粉煤灰砂小石5-10(mm)C10-20(mm)大石16-31.5(E)水It水剖含气C40-AC40038350807002205403301634.093.0C40-BC400.38350SO7220540330134.094

4、.5C40-CC400.38350807002205403301634.096.0由表3中混凝土配合比可知，本试验设计配合比完全相同的三组C40混凝土，利用不同引气剂掺量，分别控制新拌混凝土含量为3.0%、4.5%和6.0%o1.2 试验方法根据GB/T500812019混凝土物理力学性能试验方法标准，成型养护试件，并进行抗压强度试验。根据GB/T50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法，进行快速冻融试验和单面盐冻试验，依据其中电通量法和清华大学提出的NE1方法，评价硬化混凝土的抗氯离子渗透性能（测试所用仪器见图）。(a)电通量法(b)NE1法硬化混凝土抗氯离子渗透性能测试本试

5、验采用北京耐尔得公司生产的气泡间距系数分析仪(见图)，切取100mm100mm20mm混凝土试样，经过研磨、抛光、超声波清洗、烘干，用非碳素墨水涂黑试样表面，然后用硫酸钢粉末填充气泡，制作好的试件样品表面如图所示。试验取扫描长度和宽度均为80mm,得到气泡间距系数及气泡特征参数。2、试验结果与分析2. 1抗压强度不同含气量混凝土在一定龄期下的强度变化如图1所示。由图1可知，随着龄期的增加，混凝土强度逐渐增大，含气量3.0%的C40混凝土前期强度比含气量4.5%的混凝土强度高，但是随着龄期的增加，28、60d时，两种含气量混凝土的强度相差不大，说明4.5%含气量对混凝土后期强度影响不大，比较而言

6、含气量为6.0%的混凝土强度较低，且后期强度上升也不理想。试验结果说明适当提高混凝土的含气量，对强度影响不大，但是含气量高达6.0%时，会对抗压强度造成定影响。C40-AC40-BOoooooooo87654321BdIAI制醺图城图1混凝土不同龄期的抗压强度2. 2抗冻和抗盐冻性能图2为混凝土试件相对动弹性模量及质量损失随冻融循环次数变化趋势。由图2可知，随着冻融次数的增加，混凝土相对动弹性模量逐渐下降，质量损失逐渐增大，C50混凝土相对动弹性模量及质量损失较C40混凝土变化较少，相同配比下，不同含气量的C40混凝土抗冻融性能不同。在300次冻融循环后，C50混凝土的相对动弹性模量是98.9

7、%,变化相对不大，不同含气量的3组C40混凝土中，相对动弹性模量下降量为：40-C40-A40-B,质量根失量同样也是40Y40-A40-B,含气量4.5%的混凝土抗冻性能最好，综合反映出适当提高含气量可提高混凝土的抗冻性能，但当含气量高达6%时，导致混凝土内部空隙率太大，耐冻性能反而有所下降。-C40-B(H=4.5)%、跚邺封泄后次要图2混凝土试件相对动弹性模量及质量损失随冻融循环次数变化趋势图3为混凝土试件单位面积剥落量随单面冻融循环次数变化趋势。由图3可知，随着单面盐冻次数的增加，混凝土单位面积累计剥落量增力口,其中含气量为3.0%的C40混凝土剥落量，远大于含气量为4.5%的混凝土，

8、含气量4.5%的混凝土耐盐剥蚀性能最好。(eE)-混凝土试件单位面积剥28次单面盐冻循环完成后，含气量分别为3.0%、4.5%的混凝土表面损伤情况如图4所示。含气量为3.0%的表面剥蚀明显，浆体大面积剥落，含气量为4.5%的混凝土表面损伤多为点蚀，损伤较轻，由此试验直观说明，适当提高混凝土的含气量，可以提高混凝土的抗盐冻剥蚀性能。(a)3.0%含气量的C40混凝土试件(b)4.5%含气量的C40混凝土试件图428次单面盐冻循环后混凝土表面损伤情况2.3 抗渗性能含气量对电通量的影响如图5所示；含气量对氯离子扩散系数的影响如图6所示。由图5、图6可知，随着养护龄期的增加，电通量和氯离子扩散系数减

9、小，说明混凝土抗氯离子渗透性逐渐增强，随着混凝土含气量的增加，电通量和氯离子扩散系数增大。其中56d龄期时，40-B较40-A混凝土试件的电通量增加5.9%,氯离子扩散系数增大2.9%,而40-C较40-B的电通量的增大20.7%,氯离子扩散系数增大30%,说明含气量在3.0%4.5%时，对混凝土抗渗性能影响不大，但是在含气量达到6.0%时，混凝土的抗渗性能会因为含气量的增加而明显降低，说明此时混凝土内孔结构发生较大变化，大孔或有害孔明显增加，导致混凝土抗渗透性能降低。10O40-AO40-B40-C8200-1J2856龄期/d图5含气量对电通量的影响1000II40-A口40-B40-C8

10、000-12856龄期/d图6含气量对氯离子扩散系数的影响2.4 混凝土气泡间距系数和平均弦长不同含气量对配合比相同的硬化混凝土气泡间距系数及平均弦长的影响如图7所示。由图7可知，随着含气量的增加，硬化混凝土的气泡间距系数逐渐减少，含气量为6.0%的混凝土气泡间距系数为297Hn1,与含气量为4.5%的307Hn1相差不大，但是含气量6.0%的混凝土气泡平均弦长显著大于含气量为4.5%和3.0%的；气泡平均弦长反应的是混凝土内部气泡的大小，说明当含气量过高时，拌合物中的气泡数量过多，引起小气泡聚集成大气泡。结合混凝土其他性能数据，说明混凝土的气泡平均弦长对混凝土的抗冻性能、抗渗性能以及强度产生

11、很大影响。23.04.5EA超转计OOo)0Oooo)0363432328262422250504n313r21806.0含气量/%图7对气泡间距系数及平均弦长影响结论（I）适当提高混凝土的含气量对混凝土强度影响不大，且可以提高混凝土的耐久性能，含气量为4.5%混凝土抗冻和抗盐冻剥蚀性能较好，但含气量高达6.0时会显著降低混凝土强度和耐久性能。（2）混凝土含气量与气泡平均弦长的变化趋势并不一定成线性关系，当新拌混凝土的含气量富达6%时，会引起硬化混凝土中的气泡变大，从而影响混凝土的密实性和强度，进而影响混凝土的耐久性能。（3）气泡间距系数300Pm,且气泡平均弦长200Um的硬化混凝土表现出较好的抗冻和抗盐冻性能。