c50快速混凝土（C50混凝土）

 

与其他建筑材料相比，水泥混凝土容易浇筑成型，原材料容易获得，质优价廉，耐久性高它广泛应用于许多土木工程行业然而，研究表明，许多混凝土结构在远低于设计寿命时受到一定程度的破坏，这是过早的“衰老”这个项目必须消耗巨大的维修费用，。

也会造成安全隐患，专家们称这种现象为“混凝土耐久性困境”据统计，中国每年将投入2000多亿元来应对混凝土结构耐久性带来的各种问题近年来，混凝土的耐寒性和耐久性引起了高度关注不仅因为它是耐久性的重要指标，。

同时，由于混凝土的冷害，其范围也非常普遍中国幅员辽阔，在寒冷地区有相当大的地区例如，在西部和东北地区，桥梁、路面、水工等工程中混凝土结构的重要病害是冻融破坏，严重影响其使用寿命吉林省位于东北地区，冬季寒冷较长，最冷月平均气温为-15℃最低温度可达到-35℃，冻融频率约为每年115次。

冻融破坏是该地区室外混凝土结构的重要病害之一本文选用了吉林桥涵工程中广泛使用的预制箱梁C50混凝土作为研究对象，根据快速冻融试验，研究混凝土在严寒条件下的抗冻性，对提高我国寒冷地区混凝土结构的耐久性具有重要的现实意义和社会经济效益。

1.混凝土配合比为了更真实、更可信地反映混凝土材料的耐久性，吉林桥涵工程中的预制箱梁和现浇箱梁被广泛使用C50混凝土通常与类似的高性能混凝土混合，以促进科研成果，更好地服务于工程实践混凝土的水胶比为0.140-180mm,砂率为42%，水泥、砂、石、水、煤灰，外加剂的配合如表1所示。

mm×100mm×400mm如图1所示，标准混凝土快速冻融试样2.实验条件参照GB/T《一般混凝土长期性能和耐久性试验方法规范》50082-2009，混凝土抗冷性能试验有慢冻法和快冻法两种慢冻法的抗冻性能一般用抗拉强度损失率来衡量，快冻法的抗冻性能一般用动弹性模量来评价。

本课题的冻融循环系统采用快速冻结法，具体流程如下:混凝土快速冻融试样标准养护24天后放入20天±2℃在水中浸泡，水面至少比试样高20个mm,浸泡4天后取出样品，干燥后称重，测量原动弹性模量，然后将样品放入TDR-3.在混凝土快速冻融试验机的专用橡胶样品盒中，加水？]试样顶面1-3mm,开始冻融循环，分别保持样品的中心温度(-15)±2）～（6±2）℃，每个冻融循环约3.6小时，混凝土样品在冻融实验中处于全泡状态。

样品冻融一次为一个周期，每25个周期测量一次动态弹性模量损失和质量损失当动态弹性模量损失超过40%或质量损失超过5%时，实验终止，感觉样品损坏快速冻融机及混凝土TD-图2所示的20个动态弹性模量仪3.分析实验结果

3.1混凝土样品的动态弹性模量损失率和质量损失率如图3所示，随着循环次数的增加，动模量损失率和质量损失率如图3所示随着循环次数的增加，动态弹性模量损失率和质量损失率缓慢增加225个冻融循环后，混凝土动态弹性模量损失率达到40%以上，试块损坏。

在冻融循环的早期阶段，由于在冻融损伤的影响下，试样中的微孔隙不断扩大和扩大，试样在饱和中的含水量增加，试样的质量略有增加冻融后半段，样品冻融损伤缓慢积累，混凝土开裂和表面脱落缓慢增加，导致样品质量降低，质量损失率缓慢增加。

质量损失率3.2影响函数根据实验结果，在冻融环境下，建立了混凝土相对动态弹性模量与循环次数的关系，两者成三个函数关联Erd=a×N3b×N2c×Nd,其中a=-3.65×10-6，b=3.34×10-4，c=-0.09，d=100.07，R2=0.995.将测量值与拟合曲线进行比较。

如图4所示，发现两者相配比较好，所以这个公式可以用来模拟寒冷地区的冻融条件C混凝土冻融破坏规律3.3混凝土样品的宏观和微观组织结构图5-ab对于不同冻融频率后的混凝土宏观组织，冻融前期混凝土外观变化不明显，冻融后期混凝土表面水泥浆脱落，表面石材大规模暴露，不均匀。

冻融损伤过程是一个从致密到松动的物理过程XL-30ESEMFEG扫描电子显微镜观察混凝土内部的组织外观，如图5所示-cd结果表明，在相同的放大倍数下，冻融初期的混凝土组织相对致密，冻融后期的混凝土组织不够致密，疏松多空；浆液缝隙中有少量针状晶体，可以观察融合晶体的外观。

EDS成分检测及XRD分析（图5e）可见该晶体为钙矾石（）混凝土的冻融破坏实际上是一个物理过程，内部结构从致密到疏松，伴随着微裂纹的出现和发展，导致混凝土表面溶解、内部裂纹、质量和动态弹性模量降低3.4

研究混凝土破坏机理从上世纪40到目前为止，各国学者或考虑纯概念模型，或以水泥浆或砂浆实验为载体，给出了静水压设和理论，如静水压力理论、渗透压力理论、注水指数理论、临界饱腹理论和孔结构理论，但国内外没有统一的理解和结果[7,8]。

研究表明，结冰膨胀压和混凝土内孔隙水渗透压是造成冻融损伤的动力混凝土的抗冻性主要受混凝土直径和渗入混凝土内部水的影响根据孔结构理论，>100nm的有害孔在冻融循环中，混凝土浸泡在水中，其表面含水量超过内部含水量。

冷时，表面温度降低，表面温度低于内部温度表面孔隙中的水首先冻结，体积膨胀，冷损伤由浅到深发展，导致样品表面砂浆层脱落在减温过程中，表面与内部的温差也会导致混凝土遇到内表间的冻结量差，导致内外浓度差，使传质过程复杂化。

-15±2℃，随着冻融时间的增加，一旦混凝土内部毛细管中的水结冰，孔隙就会扩大，多余的水沿着边界被压出一旦冻结，就会被压出“逃逸界限”(例如气泡)距离超过1000μm,或者材料的透水性差会产生很大的压力。

然而，此时，混凝土内部规格较小的可疑胶孔中的水只处于低温状态，不会结冰，导致混凝土内部的热不平衡由于冰的饱和蒸汽压力低于水，蒸汽压力的差异驱动可疑胶孔中的过冷水转移到孔隙中，导致混凝土内部的渗透压力[10,11]。

在减温过程中，由于结冰量的不同，混凝土内表层与大小孔之间的渗透压会增大，渗透效果会进一步增强此外，在冻融循环过程中，混凝土内部会产生周期性变化的应力每次冻融循环后，混凝土内部变形不能完全修复，存在残留变形。

随着冻融频率的增加，冻融损伤逐渐积累此外，混凝土各组分材料之间的热膨胀系数存在显著差异，导致内部材料在冷冻、清洁、降温、溶解和提升过程中的变形差异较大，也会在混凝土内部产生温度损伤应力一旦应力超过混凝土所能承受的压力，混凝土表面脱落，质量损失增加，内部松动，骨料与外加剂分离，动态弹性模量衰减，混凝土受损。

本文选择的混凝土含有高效的减水剂，应用相同强度等级的高性能混凝土水灰低于一般混凝土，因为相同质量的水泥水化需要相同的水，其他水分会蒸发到混凝土硬化干燥环节，留下孔隙，水灰比小混凝土孔隙率相对较小此外，当水泥水化时，煤灰的增加会产生较弱的水，并经常聚集在过渡区的氢氧化块结晶中，填充水泥水化产物的间隙，从而增强[14,15]混凝土的压实和抗冻性。

简而言之，混凝土冻融破坏的本质是在冻融条件下慢慢积累内部损伤，导致体积膨胀，结构松动，导致混凝土破碎？牡丹？程。在冻融循环下，静水