探析低强度抗冻抗渗混凝土配合比设计和其力学特性

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1、探析低强度抗冻抗渗混凝土配合比设计和其力学特性　　摘要：通过对低强度混凝土配合比进行优化设计，并开展混凝土的抗冻、抗渗和力学等性能的试验研究。分别研究了最优水灰比、引气剂掺量等因素对混凝土抗冻性能的影响，并在上述条件下研究了其对强度和抗渗等性能的影响，以及饱和与自然养护条件下混凝土抗压强度变化特点。关键词：低强度；抗冻；抗渗；混凝土；配合比设计；力学特性中图分类号：TU37文献标识码：A西北寒冷地区，年平均冰冻期长，昼夜温差大，为保证水利水电工程质量，所用水工混凝土必须具备良好的抗冻性能。1985年原水电部组织的全国性水工混凝土病害调查结

2、果显示，水利工程混凝土冻融破坏是我国北方地区水利工程建设的突出问题之一，而西北地区的混凝土冻融破坏问题尤其严重。青海省某装机容量为3×500kW的水电站地处高原大陆气候区，多年平均气温在零度以下，最低温度-31.1℃。因为工程原设计和施工对混凝土抗冻抗渗指标考虑不足，致使电站建成后运行不到29年，就因多部位混凝土发生严重冻融破坏而致使整个工程陷入瘫痪，给当地造成巨大经济损失和社会负面影响。因此，在西北地区提高混凝土的抗冻性，对保证水利工程运行安全尤为重要。为了充分获得和利用水资源，采用混凝土防渗渠道和各类灌溉输水系统进行输水以减少在长线输

3、水过程中的渗漏损失来提高输水效率。我国从20世纪50-60年代开始兴建各类混凝土输水防渗工程，其主要形式为混凝土防渗渠道，但在西北寒区这些混凝土防渗渠道存在着严重的冻胀破坏，不仅直接影响渠道的正常使用，而且增加了运行管理难度和工程修复费用，故在寒区节水农业技术的发展上，要想提高渠系水利用率，就必须正视渠道冻胀耐久性问题。自20世纪80年代以来，各地极为关注渠道防渗工程的冻胀问题，开展了多项试验研究，取得了一系列的研究成果，但是要想从本质上解决上述问题，必须从混凝土的配合比设计上着手，寻求适应当地环境特点的抗冻抗渗混凝土深入研究混凝土力学特

4、性。目前，对高抗冻抗渗混凝土的研究大多是以高强混凝土(强度等级在C50或C60以上)9为基础，通过对其进行改性来达到提高抗冻抗渗性能的目的。一般来讲，这种混凝土多采用较小水灰比(一般不大于0.30)，混凝土中不仅要掺入高效引气剂和减水剂，还需加入超细硅粉或其他优质矿物质掺料，而且对所用粉煤灰的质量要求较高，必须达到Ⅰ级标准。也有人用低热、高强度且孔隙率低的第二、三系列水泥，如铁铝水泥或贝利特低热硅酸盐水泥替代普通硅酸盐水泥配制高抗冻抗渗混凝土，但由于这种高抗冻混凝土造价较高，大多还处于试验阶段，导致其实际推广应用受到限制。另外，西北地区常

5、年气候偏干燥，经济不发达地区占有的面积较大，且待建的水利设施大多属中、小型水利工程，这部分混凝土结构往往受力较小，目的多为输水建筑物，这类工程对混凝土强度等级的要求相对较低(根据业内经验，通常将C30以下混凝土称为低强度混凝土，C30～C40混凝土为中等强度混凝土，C50以上为高强度混凝土)，但却对混凝土的抗冻抗渗等级要求很高，因此如何获得低标号、高抗冻抗渗混凝土是一个重要课题。为此，本文结合引黄灌溉工程(主要为输水衬砌和护坡结构，强度要求不高)通过配制不同水灰比(W/C，这里W和C分别代表拌制1m3混凝土所需水和水泥的质量，单位：kg)

6、、外加剂(引气剂)的低强度混凝土，并进行抗压、抗拉强度、抗冻和抗渗试验，分析各种因素对混凝土抗冻抗渗性能及其强度的影响，并对水灰比和外加剂进行优化选择，以期为高抗冻抗渗混凝土的配制及相关工程的建设和安全运行提供参考。1原材料水泥为中水泥P.O42.5R级水泥。砂子细模2.2，含泥量2.0%，属III区细沙。石子为清水河(1～2)+(2～4)9cm各50%碎石。引气剂选用杭州中野天然植物科技有限公司研制的ZY－99或者ZY－100新型引气剂。2试验方法混凝土强度试件制作成15cm×15cm×15cm，空气中养护1d后拆模，进入标准养护室中养

7、护至各个龄期，进行抗压强度测试。混凝土抗冻性试验按SD105－82《水工混凝土试验规程》进行，制作标准试件，试件标养28d，在到达龄期前4d将需冻融试件放入(20±3)℃的水中浸泡，对比试件仍在标准养护室养护。冻融试验在上海砼瑞仪器设备有限公司生产的试验箱中进行，混凝土中心的冻融温度为(－20±2)～(20±2)℃，一个冻融循环时间为6h左右，1d冻融4次，连续不断试验。拌和混凝土含气量测定采用气压法，硬化混凝土气泡参数、大小和间距测定采用直线导线法。3混凝土配合比根据工程实际情况，混凝土设计强度为C15。依据混凝土抗冻设计相关要求，基准

8、混凝土配合比按有关规范由试验确定，水泥用量280kg/m3，砂率35%，坍落度(60±10)mm；掺引气剂混凝土，含气量控制在4%～6%。引气剂掺量0.15%，水泥用量280kg。水泥用量、引