混凝土抗冻融性能试验研究解读

三、试验方法
f 相对动弹性模量 Pn 100% f f 0为初始频率， f n 为冻融n次后的频率
2 n 2 0
G0 Gn 质量损失率 Wn 100% G0 G0为初始质量，Gn 为冻融n次后的质量
DK
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
四、试验设计
1、验证是水冻胀破坏与温度应力破坏试验
1、 “结冰压力”作用： 水结冰时体积膨胀 静水压力 2、 “温度应力”作用： 骨料与胶凝体的热膨胀变形不同 应力
温度
DK
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
三、试验方法
1、试验设备： 快速冻融试验机，动弹模量测试仪 试件尺寸为100 mm×100 mm×400 mm。
冻融温度分别控制在-17±2℃和8±2℃。
A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3
DK
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
五、冻融次数—质量损失曲线
4.00% 3.50% 3.00% D1 D2 D3 E1 E2 E3 B B30 D30 0 50 100 150 200 250 300 350
质量损失率
2.50% 2.00% 1.50% 1.00% 0.50% 0.00% 冻融次数
编号 A1 A2 水泥 kg/m3 400 400 粉煤灰 kg/m3 80 80 砂 kg/m3 720 720 石子 kg/m3 1040 1040 水 kg/m3 180 180 DK-3 kg/m3 13.44 13.44 水胶比 0.375 0.375 备注 注水 注防冻液
基本性能
编号 A1 A2 容重 kg/m3 2391 2391 含气量 % 2.12 2.36 R3 /MPa 42.5 42.3 R7 /MPa 50.4 49.9 R28 /MPa 58.4 55.2
A2 C1
A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3
相对动弹性模量
80.00% 60.00%
B1
40.00% 20.00% 0.00% 0
冻融次数为200次
A1
冻融次数为75次
25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 冻融次数
含气量及引气剂品种的影响 编号 B1 B2 B3 编号 D1 容重 kg/m3 2377 2313 2213 容重 kg/m3 2372 含气量 % 2.8 5.25 8.8 含气量 % 3.1 R28 /MPa 57.1 47.9 34.3 R28 /MPa 63.5 容重 kg/m3 2377 2320 2291 容重 kg/m3 2386 含气量 % 2.92 4.76 6.1 含气量 % 2.8 R28 /MPa 53.9 51.6 47.3 R28 /MPa 60.2
DK
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
五、冻融次数—动弹模量曲线
120.00% 100.00% D1 D2 D3 E1 E2
相对动弹性模量
80.00% 60.00% 40.00% 20.00% 0.00% 0 25 50
E1
E3 B B30 D30
冻融次数为150次
75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 冻融次数
DK
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
七、强度等级影响
选用D引气剂，控制含气量5%，对比C50和C30 抗冻融性能
等级
C50 C30
编号
D2 D30-2
容重 kg/m3 2322 2295
含气量 % 4.9 4.8
R28 /MPa 55.2 35.3
DK
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
五、强度等级影响
C50
C30
250次冻融循环
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
六、小结
1、冻融破坏主要来源于结冰压力，温度应力影响较小。 2、掺引气剂能够显著提高混凝土的抗冻融能力，不同 品种引气剂对混凝土抗冻融性能影响相差较大。 3、配制抗冻融混凝土时，应选用合适的引气剂。 3、配制时必需测试含气量，过低抗冻融效果较差，过 高严重降低混凝土强度。 4、普通抗冻融混凝土引气量宜控制在3-5%时，特殊要 求时通过试验确定。 5、不掺引气剂混凝土抗冻融性能很差，强度等级对混 凝土抗冻性能影响较小。 6、配制抗冻融混凝土不能靠提高强度等级或水泥用量。
编号
C1 C2 C3 编号 E1
D2
D3
2322
2257
4.9
7.4
55.2
46
E2
E3
2350
2278
4.7
7.0
53.4
46.3
DK
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
五、150次循环不同引气剂对抗冻融 影响
150次冻融循环（掉渣少） 150 次冻融循环（掉渣增多） 150 次冻融循环（掉渣少）
容重降低1.1%~1.2%，含气量约增加1%。
抗压强度—含气量
80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 水胶比0.375 y = -3.1695x + 64.765 R2 = 0.9181
抗压强度 MPa
y = -3.0523x + 55.413 2 R = 0.9629 1 2 3 4 5 6 含气量 % 7 8 9 10
DK
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
三、试验方法
2、试验方法： 《水工混凝土试验规程》 《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》 3、测试指标： 相对动弹性模量和质量损失率。
相对动弹性模量下降至60%或质量损失率达到5% 时，以相应的冻融循环次数作为抗冻等级。
DK
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
四、试验结果
50次冻融循环（表面掉渣，麻面）
75次冻融循环（掉渣增多）
250次冻融循环（完全疏松）
DK
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
五、引气剂种类和含气量影响试验
试验采用C50混凝土，选用BCDE四种不同引气剂，调整掺量，控制混凝 土含气量在3%，5%，7%，对比含气量及引气剂的品种对混凝土抗冻融 性能的影响。
DK
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
五、试验结果
1、掺引气剂能够显著提高混凝土的抗冻融能力，不同 品种引气剂抗冻融能力相差较大。
3、引气量在5%以上时，引气量大小对混凝土抗冻融循 环性能影响较小，基本都能达到300次以上。 4、引气量在低于3%时，部分品种引气剂混凝土抗冻融 较差（仅在150-200次）。 5、不掺引气剂混凝土抗冻融能力很差，强度等级对混 凝土抗冻性能影响较小。
混凝土抗冻融性能 试验研究
DK
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
一、研究背景和意义

混凝土的抗冻融性能指混凝土抵抗冻融破坏的能 力，是混凝土耐久性的一项重要指标。调查资料 显示：在严寒地区，几乎100%的水工混凝土建筑 物局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏，严 重影响建筑物的长期使用和安全运行，每年都耗 费巨额的维修费用。 研究混凝土冻融破坏的机理、影响因素以及提高 混凝土抗冻融性能的有效措施具有重大的社会意 义和经济意义。
DK
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司

一、关于混凝土抗冻融的疑问？

水结冰是造成混凝土抗冻融破坏的主要因 素？
骨料与胶凝体热胀系数不同造成抗冻融破 坏？ 含气量对混凝土抗冻融性能的影响？ 是否可以通过提高混凝土的标号达到抗冻 融的要求？


DK
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
二、冻融破坏的机理假设
150次冻融循环
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
五、 150次冻融循环同种引气剂比较
DK
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
五、250次循环破坏
不掺引气剂和两种3%含气量引气剂的混凝土
DK
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
五、冻融次数—动弹模量曲线
140.00% 120.00% 100.00%
7天强度y和含气量x的关系： y 55.413 3.0523x 含气量为2%~6%时，含气量多1%，7天强度约降6.3%~7.8%。
28天强度y和含气量x的关系： y 64.765 3.1695 x 含气量为2%~6%时，含气量多1%，28天强度约降5.5%~6.6%。
DK
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
五、冻融次数—质量损失曲线
6.00% 5.00%
质量损失率
4.00% 3.00% 2.00% 1.00% 0.00% 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 冻融次数
DK
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
四、试验目的
1、通过A1试件饱水冻融——验证结冰压力破坏 2、通过A2试件置于防冻液中冻融——验证温度应力破坏 3、通过A1试件验证普通C50混凝土的抗冻融性能
DK
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
四、试验结果
140.00%
相对动弹性模量
120.00% 100.00% 80.00% 60.00% 40.00% 20.00% 0.00% 0 25 50
A2,注防冻液，温度应力 A1,注水，结冰压力和温度应力，F75
75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 冻融次数
“结冰压力”是导致混凝土冻融循环破坏的主要原因。 “温度应力”单独作用不能导致混凝土冻融循环破坏。
普通混凝土的抗冻融性能较差。
DK
大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
容重—含气量
2450 2400
容重 kg/m3
2350 2300 2250 2200 0 1 2 3 4 5 6 含气量 % 7 8 9 10 y = -27.133x + 2454.5 R2 = 0.9938

容重y和含气量x的关系： y 2454.5 27.133x