大孔隙混凝土性能研究

2019年第10期（4月 上）

大孔隙混凝土性能研究

刘志广

（邢台路桥建设总公司，河北 邢台 054001）

摘要：根据大孔隙混凝土的特性分析，并通过混凝土在饱水状态下的冻融破坏试验，研究大孔隙混凝土的抗冻融性系数、质量损失率、相对动弹模损失，通过真实的试验数据，证实了由于大孔隙混凝土的结构内部排水与普通混凝土不同，从而使得其抗冻融性能在一定程度上优于普通混凝土。关键词：大孔隙混凝土；抗冻融；性能；研究中图分类号：U414

文献标识码：B

0　引言

大孔隙混凝土耐久性受到破坏的主要原因之一就是冻融损坏，所以，水泥混凝土结构耐久性研究的方向正在倾向于大孔隙混凝土的抗冻融试验研究。本文主要对大孔隙混凝土的抗冻融性能进行研究和探讨。

移，水向气泡迁移的过程能够减小结冰区的压力。这样就使得大孔隙混凝土中的结冰区的压力得到缓解，从而提高了大孔隙混凝土的抗冻融性能。2.3 大孔隙混凝土饱水度低的特性

通常情况下，当水泥混凝土饱水度低至某一临界值时，水泥混凝土就不具备发生冻融破坏的条件。经科学试验检测，当水由液态转为固态时其体积会膨胀9%，从而可得出如下的结论：水泥混凝土发生冻融破坏的临界含水量大约为91%左右。所以，只要将水泥混凝土的含水量有效控制在临界含水量以下，水泥混凝土遭受冻融破坏的几率就会大幅度降低。而对于大孔隙混凝土来说，因为其具有较大空隙的特点，使得大孔隙混凝土具有饱水度低的特性，导致大孔隙混凝土的冻融破坏的临界含水量就更难达到，从而提高了大孔隙混凝土的抗冻融性能。2.4　大孔隙混凝土碎石的等粒径特性

大孔隙混凝土采用大粒径的等粒径碎石为原材，水泥混凝土中碎石间的契合能够有效减小水的扩散阻力，当水泥混凝土冻结时，大孔隙混凝土向外排水的通路较短，对混凝土产生的压力就较小，混凝土更不易造成破坏，从而提高了大孔隙混凝土的抗冻融性能。2.5　大孔隙混凝土水灰比低的特性

试验研究证明，水泥混凝土的水灰比与其抗冻融性能成反比。大孔隙混凝土的组成成分是水泥、等粒径碎石、改性胶、水，因为没有细料填充，从而导致大孔隙混凝土水灰比相较普通混凝土来说较低，导致其抗冻融性能较好。

1 原理

通常情况下，水泥混凝土的冻融破坏是一个很复杂的由表及里、先大孔后小孔的物理变化过程，它的破坏受很多因素的影响。水泥混凝土的破坏原理通常是由于残存在混凝土结构中的水结冰，导致自身体积膨胀，结果在混凝土内部形成内压力，当形成的内压力超过水泥混凝土所能承受的极限力后，混凝土的内部就会产生空隙和裂隙，产生的这些空隙和裂隙在时间的推移中不断由短变长，由小变大，从而相互贯通，形成不断扩展的裂纹，最终导致水泥混凝土的整体破坏。

2 大孔隙混凝土的结构特性对抗冻融性能的影响

2.1 大孔隙混凝土的多孔特性

大孔隙混凝土是由等粒径碎石、水泥、水和水泥改性胶组成。大孔隙混凝土利用了等粒径碎石之间结合面良好这一特性，大胆地将细集料从传统的水泥混凝土中去除。由于大孔隙混凝土中没有细集料的填充，所以，其空隙率相对密实型水泥混凝土来说大很多。大孔隙混凝土的残存水存在于混凝土的孔洞中，但由于大孔隙混凝土中没有细料的填充，孔之间互相连通，从而更容易使孔洞中的残存水蒸发和流失。大孔隙混凝土的多孔特性能够将水对混凝土的破坏程度降到最低，从而使大孔隙混凝土的抗冻融性能更加优越。

2.2 大孔隙混凝土的气泡特性

大孔隙混凝土中存在的气泡大部分是封闭的孔，通常情况下，封闭的孔中并不包含水。存于大孔隙混凝土空隙中的水结冰产生压力时，空隙中未冻结的水就会向气泡迁

3 大孔隙混凝土抗冻融性能试验研究

水泥混凝土冻融破坏评价指标参数较多，本次抗冻融性能试验评定主要参照的指标包括：①抗冻融性系数，混凝土的抗冻融性系数是评定混凝土抗冻融标号的常用指标。②质量损失率，混凝土在经过反复的冻融循环后，其表面会产生表皮脱落和外形破坏，可根据质量损失率和外观来评判其抗冻融性的优劣。③相对动弹模损失。混凝土

收稿日期：2018-11-27

作者简介：刘志广（1980—），男，工程师，研究生，研究方向为公路工程。

130交通世界TRANSPOWORLD的相对动弹性模数百分率与相对耐久性指数是美国材料试验学会（ASTM）评定混凝土抗冻融性所采取的指标。3.1　试验方法

根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》中的水泥混凝土抗冻性试验方法，试件在冻融循环中保持水面没过试件3～5mm，每次冻融循环在2～5h完成。其中，用于融化的时间小于整个冻融时间的1/4。在试验箱内，各个位置上的每个试件从3℃降至-16℃所用的时间，不得少于整个受冻时间的1/2，每个试件从-16℃升至3℃所用的时间也不得少于整个融化时间的1/2，试件内外温差不宜超过28℃。试件在28d龄期时进行冻融试验。通常每隔25次冻融循环对试件进行一次测试。测试时，小心将试件取出，冲洗干净，擦去表面水，进行必要的外观描述。试件在测试过程中应防止失水，所以，测试件必须用湿布覆盖。大孔隙混凝土的抗冻融性评价指标是抗冻融性系数k1：

（1）

式中：fc为未经冻融循环试件的弯拉强度（MPa）；fcr为冻融循环后试件的弯拉强度（MPa）。3.2　试验结果分析

根据表1和表2的试验结果，大孔隙混凝土在冻融循环作用下：①其抗拉强度随着冻融循环次数的不断增加而大幅度降低，而其抗冻融性系数kr却随着冻融循环次数的不断增加而增大；②质量损失随着冻融循环次数的不断增加而呈相对上升趋势；③相对动弹模损失随着冻融循环次数增加而逐渐降低。

试样123456

255075100125150

试样123456

冻融次数（次）

255075100125150

表1 冻融试验结果

fc（MPa）2.273.171.762.112.952.26

fcr（MPa）

0.951.360.770.951.481.36

kr（%）41.8542.9043.7545.0250.0060.12

表2 质量损失率、相对动弹模损失

冻融次数（次）

质量损失率（%）

0.040.030.060.050.060.06

相对动弹模损失（%）

99.8499.7199.2598.6898.6098.43

一定程度上优于普通混凝土，能将基层混凝土受冻融破坏的程度降低甚至消除。因此，对大孔隙混凝土的抗冻融研究能够降低成本，提高效益，应该更深入、更多角度地去了解大孔隙混凝土的冻融破坏机理，更好地提高大孔隙水泥混凝土的抗冻融性能。

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（编辑：赵艳）

4 结语

作为排水基层的混凝土极易遭受冻融破坏，所以，对于排水基层来说，如何将其冻融破坏降至最低成为一大难题。本文阐述的大孔隙混凝土，由于其多孔等特性使得结构内部排水与普通混凝土不同，从而使得其抗冻融性能在

（上接第129页）

环，其中涉及的因素较多，包括人为因素，要想达到预期的目标，必须在入冬前做好设备准备，除雪过程中做到调度配合、信息通畅及有序的设备利用。

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（编辑：赵艳）

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