关于公路工程构造物水泥混凝土抗冻性能试验的探讨

邹秋香

摘 要：结合寒冷地区公路工程混凝土构造物建设问题，本文进行了公路工程构造物水泥混凝土抗冻性能试验，发现使防冻剂添加量达到4.5%，纤维掺量达5‰，可以有效提高构造物冻融后的强度，保证混凝土抗冻性能最优。

关键词：公路工程 水泥混凝土构造物 抗冻性能

1.引言

在寒冷地区建设公路，工程在早期建设阶段就容易出现水泥混凝土构造物破裂、强度降低等问题，导致工程建设质量遭到了降低。出现这种情况，主要是由于受冻融作用的影响，造成涵洞、安全防护设施等构造物发生表面剥落、开裂等病害，将导致公路工程安全和使用寿命受到威胁。因此，为加强公路工程建设，还应提出有效提高混凝土抗冻性能的工程设计与施工方法。

2.抗冻性能试验条件

2.1试验材料

在公路工程構造物水泥混凝土抗冻性能试验中，采用试验材料包含P325普通硅酸盐水泥（C）、细度模数为2.6的砂（S）、粒径在5-20mm间的碎石（G）、II级粉煤灰、F型复合防冻剂、高效减水剂和长8mm的聚丙烯纤维。采用的碎石拥有较好的级配，水为饮用自来水。

2.2试验方法

在抗冻性试验中，需要严格按照《混凝土配合比设计手册》进行材料配合比选择，完成强度等级为 C30的混凝土设计。在试验过程中，设计1组对照组，9组实验组，水泥、砂、碎石、粉煤灰的含量统一分别设定为310kg、580kg、1240kg、60%。对照组水含量为160kg，防冻剂和纤维含量均为0，减水剂含量为1%。实验组均不添加减水剂，A1-A3组水含量为160kg，防冻剂为3.5%，纤维含量分别为4‰、5‰、6‰，B1-B2组水含量分别为160kg、161kg、160kg，防冻剂为4.5%，纤维含量分别为4‰、5‰、6‰，C1- C2组水含量分别为160kg、160kg、161kg，防冻剂为5.5%，纤维含量分别为4‰、5‰、6‰。

在性能试验中，按照《公路工程水泥与水泥混凝土试验规程》，按照各组配合比完成试件制备，每种配合试件达到3组，尺寸均为100mm×100mm×100mm。在人工拌合后，需要将混凝土导入钢模中振捣成型。拆模后，需要放入标准养护室养护。在冻融试验中，采用慢冻方法，各组配合比试件达到3组，分别用作28d强度测定、对比试件和冻融循环试件。试验采用的设备包含1000kN电液伺服万能试验机、 KDR-V9混凝土快速冻融试验机等。

3.抗冻性能试验结果与改善建议

3.1试验结果与分析

（1）28d强度试验结果

从28d抗压强度试验结果来看，如表1所示。对照组的试件在未添加防冻剂和纤维的情况下，抗压强度平均33.5MPa。与A1和A2实验组试验结果相比较可知，添加纤维和防冻剂可以起到提高试件抗压强度的作用。对A、B、C三阻试件抗压强度平均值进行横向对比可以发现，在纤维掺量不变的情况下，增加防冻剂掺量，将导致水泥混凝土构造物的抗压强度降低。进行各组的组内对比，可以发现在防冻剂掺量相同的情况下，增加纤维掺量，水泥混凝土构造物的抗压强度即可能变大，也可能变小，存在最佳用量。结合各组数据可知，在防冻剂掺量分别为3.5%、4.5%、5.5%时，最佳的纤维掺量分别为5‰、4‰、6‰。因此为使混凝土构造物抗压强度达到最大，还要在纤维掺量分别为4‰和6‰时，使防冻剂掺量达到4.5%；在纤维掺量为5‰时，使防冻剂掺量达到3.5%。

（2）冻融质量损失试验结果

从冻融过程质量损失情况来看，由于冻胀问题的发生，导致混凝土构造物发生剥落和开裂问题，继而导致构造物产生质量损失。在经过15次循环冻融后，各组试件都发生了一定程度的质量损失。对照组三组试件质量损失率分别为1.3%、0.89%和0.69%。与A1、A2组相比较可以发现，A1组试件质量损失率分别为0.93%、0.89%和0.32%，A2组试件质量损失率分别为0.44%、0.32%和0.09%。由此可见，添加一定量的防冻剂和纤维，能够使混凝土构造物的冻融质量损失得到降低。进行组内比较，A3组试件质量损失率分别为0.86%、0.61%和0.19%，因此在防冻剂掺量相同的情况下，增加纤维掺量可以降低冻融质量损失。实现各组横向对比可以发现，B1组试件质量损失率分别为0.65%、0.63%和0.29%，C1组试件质量损失率分别为0.51%、0.52%和0.59%。由此可见，在纤维掺量相同的情下，增加防冻剂添加量，可以使冻融质量损失得到降低。从总体上来看，在纤维添加量达5‰，防冻剂掺量达4.5%时，构造物冻融质量损失最小。

（3）冻融强度损失试验结果

在冻融的过程中，由于水泥混凝土构造物孔隙中存在水分，所以在结冰后会出现冻胀，导致构造物的强度受到影响。从冻融强度损失情况来看，对照组强度损失率为17.27%，为强度损失最多的一组，因此可见添加纤维和防冻剂可以起到提高混凝土构造物抗冻性能的作用。而进行组内比较可以发现，A1、A2、A3组的强度损失分别为13.69%、13.09%、8.18%。由此可知，在防冻剂添加量一定的情况下，伴随着纤维掺量的增加，混凝土抗冻性能随之增强。进行组间比较，B1、B2、B3组的强度损失分别为 13.19%、11.85%、6.67%，C1、C2、C3组的强度损失分别为11.91%、10.06%、6.42%。因此可知，在纤维掺量一定的情况下，随着防冻剂掺量的增加，混凝土抗冻性能随之增强。从总体上来看，在纤维掺量为3.5‰，防冻剂掺量为5.5%时，构造物冻融质量损失最小。

综合考虑水泥混凝土构造物的28d强度、冻融质量损失和冻融强度损失的试验结果可知，为保证混凝土抗冻性能最优，还应使防冻剂添加量达到4.5%，纤维掺量达5‰，该条件下构造物28d抗压强度约达34MPa，15次循环冻融后质量损失率在0.09%-0.51%之间，强度损失率为11.85%，冻融后强度达37.8MPa。

3.2改善抗冻性能的建议

从水泥混凝土构造物抗冻性能试验结果可知，添加适量纤维添加剂和抗冻剂能够使混凝土的抗冻性能得到提高。所以在公路工程建设过程中，还应对抗冻混凝土配合比进行优化。按照《水泥混凝土路面施工及验收规范》规定，可以将道路设计方案与特殊地理气候等条件结合在一起，实现混凝土构造物配合比的合理设计，促使构造物的抗冻性能得到提高。在工程施工建设阶段，还应加强搅拌机出料口含气量测定，确保各等级道路普通水泥混凝土满足最大水灰比、单位水泥用量等要求。针对新拌水泥混凝土，为使混凝土的工作性和抗冻融耐久性得到改善，还要添加引气剂，提高混凝土抗盐类腐蚀能力，减少或彻底消除混凝土的泌水问题。

4.结论

通过开展公路工程构造物水泥混凝土抗冻性能试验，可以发现在混凝土构造物配合比设计上，通过使防冻剂添加量达到4.5%，纤维掺量达5‰，可以有效提高构造物冻融后的强度，保证混凝土抗冻性能最优。

参考文献：

[1]付春梅，齐善忠.纳米水泥混凝土抗冻性能研究[J].黄河水利职业技术学院学报，2016， 28（02）：29-31.

[2]段永灿.融雪剂对不同水泥混凝土抗冻性能影响研究[J].公路工程，2015，40（02）：292-294+321.