基于抗压强度的负温混凝土受冻临界强度研究.docx

O前言负温混凝土技术是冬期施工的核心内容之一，但许多设计、施工单位对负温混凝土理论知之甚少，以致近年来冬期施工中新浇混凝土受冻害质量事故频繁发生，导致冬期施工工程事故明显增多，严重威胁到我国负温工程质量安全。冬期施工中，混凝土早期受冻临界强度是一项重要技术指标,为保证早期受冻后，混凝土后期强度不受损失，混凝土在冻前的强度必需超过临界强度，受冻前的预养时间越长，受冻后的强度损失越小。各国冬期施工规程中对受冻临界强度数值的规定各不相同，有的按强度给出2.55.OMPa,有的按设计强度等级百分比给出f28的5%40%,范围较大，可能和使用的外加剂品种、掺量、配合比设计、试验方法等差异有关。鉴于此，本文针对预养时间对掺与不掺防冻剂的负温混凝土抗压强度的影响规律开展试验研究，得出不同混凝土的受冻临界强度，以便为负温混凝土工程应用提供理论与试验依据。1原材料及试验研究方案1. 1原材料及配合比采用P042.5级水泥；I级粉煤灰，需水量比94%；河砂,II区中砂，细度模2.75；526.5三连续级配碎石；FDN型高效减水剂；SJ-2型引气剂，调整引气剂掺量，使混凝土含气量控制在4.5%5.5%;有机防冻剂、无机防冻剂。不掺防冻剂负温混凝土配合比见表1,采用有机防冻剂负温混凝土中防冻剂掺量为胶凝材料总量的3.5%,采用无机防冻剂负温混凝土中防冻剂掺量为胶凝材料总量的6.0%o表1不掺防冻剂负温混凝土配合比I<gn3强度等级水胶比水泥粉煤灰砂石城水剂/%含气a/%C600.304803066111251.74.6C500.374534770210981.04.9C40C.45370807641056OS4.8C30055330908171041025.31.2试验研究方案混凝土试件成型后先进行4h、8h、12h>16h、20h>24h、28h、32h>36h、40h、44h、48h、56h、64h、72h预养，然后转入恒20°C的负温条件下养护至7d,再标准养护至28d龄期进行混凝土抗压强度试验，同时测试标准养护4h、8h、12h、16h>20h>24h、28h、32h、36h>40h、44h、48h、56h、64h>72h和28d龄期混凝土立方体试件抗压强度。2试验结果与分析为得出在恒-20条件下不同类型混凝土的受冻临界强度和相应的预养时间，对不掺防冻剂和掺加有机、无机防冻剂负温混凝土的抗压强度发展规律进行了研究。2. 1C30负温混凝土强度发展规律C30负温混凝土各龄期抗压强度见图1,图中预养抗压强度指混凝土进行负温养护前、预养结束时混凝土试件的抗压强度。由图1可见，随着预养时间的延长，三种配合比C30混凝土在负温7d+正温28d条件下强度逐渐提高；在预养时间才24h时，掺有机防冻剂混凝土抗压强度发展最迅速，负温7d+正温28d条件下抗压强度值最高，掺无机防冻剂混凝土次之，不掺防冻剂混凝土强度发展最为缓慢；三种负温混凝土试件达到试配强度95%时所需预养时间有明显不同，未掺防冻剂C30混凝土需48h才能达到受冻临界强度，其值为13.2MPa;掺无机和有机防冻剂C30混凝土所需要的预养时间显著缩短，在预养4h后，混凝土的负温7d+正温28d条件下强度即可达到95%的试配强度，即不需要达到某一确定的受冻临界强度值，而是仅仅需要早期结构初步形成就可以抵抗混凝土的早期冻害。转入正温养护后，混凝土抗压强度持续发展，负温7d+正温56d条件下的抗压强度较负温7d+正温28d条件下有小幅度提高。020 406080 IOO预葬时间ZhQ)不掺防祥MIJBdM/盘吗WCSO负温混艇士抗压强度与预养时间的关系BdM/盘37城困16场矮沙孥d抗反柒凤g.lM,'<1-2St.20-15.琅根10.*:星混？*正温2id5戈温2公正以SSd_1<-0IO2030405060%80孜舞时向Zh(c)l5有机防停一2.2C40负温混凝土强度发展规律C40负温混凝土各龄期抗压强度见图2o02ssso4s4o3s3o2s2ofslos “dw制坦三商就为"4状叼X 510 R23 d依氏残废的9藻=43 4 MPa0 IO 30 40 50 60 70 80 预葬时向危仕）检无机防车剂贝温)d*正fi24d.斗温：d正jS6d0O 10 20 30 4 50 60 70 M淡葬时间>(C)接有凯脑梅川:C40负温挖凝土抗压强度与预养时间的关东由图2可见，与C30负温混凝土类似，C40混凝土在负温7d+正温28d条件下的强度随预养时间的延长而逐渐提高，掺有机防冻剂混凝土强度的增长速度高于掺加无机防冻剂和不掺加防冻剂混凝土；不掺加防冻剂的C40负温混凝土需要预养36h才能达到受冻临界强度，其数值为17.4MPa,较同条件C30负温混凝土的预养时间缩短了12h,但混凝土的受冻临界强却要高出4.2MPao在预养4h后受冻的掺加无机和有机防冻剂的C40混凝土试件的负温7d+正温28d条件下强度即可达到试配强度的95%,可见，防冻剂在混凝土强度发展方面的作用效果明显。2.3C50负温混凝土强度发展规律研究C50负温混凝土各龄期抗压强度见图3。由图3可知，C50不掺加防冻剂负温混凝土需要24h才能达到受冻临界强度，较同条件的C30、C40不掺加防冻剂混凝土的预养时间缩短，但是，混凝土的受冻临界强度值提高到24.1MPao掺加有机防冻剂的C50负温混凝土所需要的预养时间进一步缩短为16h,其受冻临界强度为23.6MPa07o6o5o4o3<)mioo标准灯井28 d呼E?|反争S 忡.23 d抗压强度的9解=613 MP双养负忍？ d+正温24 d负温？ d+正i8 56d20406020 IOO讪养时间/h7O6OSO4O3ORIOOBd送超然明紧标优养井为d抗压强反#9 MPam T ： 黄d抗压强反的95强=601 MPa深养茨温？ d+正石为d负温？ d+IEi3.56dIO 20 30 40 50 60 70 SO 90 IOO预养时间/h（a）不掺防德剂（b）掺有机防冻剂图3C50负温温瘫士抗压强度与预养时间的关系SO706050M30H100Ed专恻剧照槃标徒养井比d抗压强反髓.？ MPa Z d抗压阚的9S74S MPa汉养'员湿？d+正温比d.”负j¾Jd+正jg；S6d020406080 IOO预养时间加80706050403020IO 0标漉f#? d ?反臂反手6 ,Psl*2 d抗压强度的如%=?1£ MP*双养负ifl?d+正洽NJd负温？ d+正温56dOlOR 30 40 SO 60 70 80 90 IOO预葬时间Zh不播防端剂S）掺有机防痂剂图4C60负温混凝土抗压强度与预养时间的关系2.4C60负温混凝土强度发展规律C60负温混凝土各龄期抗压强度见图4。由图4可知，C60混凝土抗压强度与前述三种强度等级混凝土类似，不掺防冻剂混凝土需36h才达到受冻临界强度，其值为33.2MPa;掺有机防冻剂的C60混凝土所需要的预养时间为24h,受冻临界强度为29.1MPao2.5负温混凝土受冻临界强度及其预养时间根据JGJ/T1042011建筑工程冬期施工规程规定，VC50级混凝土，在室外最低气温不低于-30时，采用负温养护法施工的混凝土受冻临界强度不应V5MPa°由此可见，尽管经过4h预养的掺防冻剂C30、C40混凝土试件在负温7d+正温28d条件下强度即可达到试配强度的95%,但抗压强度取25MPa时将更为安全。经前述试验研究，C30掺无机、有机防冻剂混凝土预养18h分别可达至J5.6MPa、5.8MPa;C40掺无机、有机防冻剂混凝土预养14h分别可达到6.5MPa、7.8MPao在-20°C条件下混凝土抗压受冻临界强度与所需预养时间见表2o表2不同强度等级负温混麻土的受冻临界强度与所需预养时间组别受冻临界强度/MPa需预养时间历C30不掺防冻剂11248C30掺无机防冻剂5.618C30掺有机防冻剂5.818C40不掺防冻剂17.436C4。掺无机防冻剂6514C40接有机防冻剂7.814C50不掺防冻剂24.136C50搂有机防冻剂23.624C60不掺防冻剂33.236C60掺有机防冻剂29.1由表2可见，混凝土强度等级越高，早期允许的受冻临界强度越高；C30不掺加防冻剂混凝土的受冻临界强度为28d强度的32.6%,掺无机和有机防冻剂混凝土分别为13.8%、13.8%；C40混凝土受冻临界强度分别达28d强度的33.8%、12.7%、14.9%；C50不掺防冻剂和掺有机防冻剂混凝土的受冻临界强度分别达到28d强度的37.4%、36.9%；C60混凝土分别达到28d强度的42.2%、38.5%o3结论（1）混凝土强度等级越高，受冻临界强度越高，掺无机或有机防冻剂均可降低混凝土受冻临界强度，对于C30、C40混凝土的作用效果更明显。(2)使用防冻剂可明显缩短混凝土达到受冻临界强度所需的预养时间，对于预养4h后受冻的C30、C40混凝土，在负温7d+正温28d龄期时的抗压强度即可达到试配强度的95%；受冻临界强度5MPa时，相应的预养时间分别为18h、14h,不掺加防冻剂混凝土则需48h、36h；不掺和掺加防冻剂的C50、C60混凝土的预养时间分别为36h、24ho