混凝土冻融循环实验方案

混凝土冻融循环实验方案
一 实验背景和目的
根据中国水科院的定义,冻融破坏是指水工建筑物已硬化的混凝土在浸水饱 和或潮湿状态下,由于温度正负交替变化(气温或水位升降),使混凝土内部孔 隙水形成冻结膨胀压、渗透压及结晶压力等,产生疲劳应力,造成混凝土由表及 里逐渐剥蚀的一种破坏现象。

我国的混凝土耐久性问题呈现“南锈北冻”的分布, 冻融破坏是我国东北、西北和华北地区水工混凝土建筑物在运行过程中产生的主 要病害之一,除“三北”地区外,华东、华中的长江以北地区以及西南高山寒冷 地区均存在此类的病害。

混凝土处于饱水状态和冻融循环交替作用是发生混凝土冻融破坏的必要条件，因此，混凝土的冻融破坏一般发生于寒冷地区经常与水接触的混凝土结构物，可见，混凝土的抗冻性是混凝土耐久性中最重要的问题之一。

实验将对室内快速冻融和室外自然环境下的冻融循环进行对比实验，来探究二者之间存在的关系，为实际工程服务。

本实验是依照《水工混凝土试验规程（SL352-2006）》进行设计
二 实验材料及配合比
混凝土试块的原料及配合比采用之前抗拉实验的实验材料及配合比进行制作 减水剂 水泥 水 粉煤灰 沙子 小石 中石 密度
1.716 171.6 132 9
2.4 761.26 591.096 886.644
2636.
716
三 试件的成型，养护以及初始值的测定
成型的目的是为混凝土性能试验制作试件，关于养护箱：标准养护箱温度应控制在20℃±5℃；相对湿度在95％以上。

成型后的带模试件宜用湿布或塑料薄膜进行覆盖，以防止水分蒸发，并在温度为20℃±5℃，相对湿度在95％以上的标准养护箱中养护24h 。

然后拆模并编号。

拆模后的试件应立即放入标准养护箱中养护，避免用水直接冲淋试件。

试件的尺寸：mm 400mm 100mm 100⨯⨯
①本次试验以3个试件为一组，试验龄期为28d （查水利口的规范是90d ，之后也查了普通的混凝土试验规范是28d ，倾向于使用28d ，90d 周期太长），到达试验龄期的前四天将试件在20℃±3℃的水中浸泡四天。

②将已浸水的试件擦去表面水后，称初始质量（台秤：称量10kg ，感量5g ） ③测量试块的初始自振频率(动弹性模量测试仪：频率为100Hz ～10kHz ）、 混凝土试块动弹性模量的测试方法： 按照仪器使用说明书的要求，进行测试前仪器的调整与预热等准备工作。

每组3个试件。

测量前应称量，并量出长宽高。

将试件平放在海绵垫上，对横向自振频率进行测定。

根据试件共振频率的大小，选择相应的频率测量范围。

调整振荡器和拾振 器增益，以粗调迅速找到试件的共振点后，再进行细调。

当微安表或示波管的幅度值即为共振。

此时，从数字计
数器上读出的频率，就是试件的自振频率。

观测时应重复测试两次，测试结果的波动范围为0.5％。

横向动弹性模量公式（1）进行计算
3324dt bh f 1065.9R L G E -⨯= （1） 式中 dt E —横向弹性模量，MPa ；
G —试件质量，kg ；
F —试件的自振频率，Hz ；
L 、b 、h —试件的长、宽，高，mm ；
R —取决去边长比和泊松比的修正系数，对于4b =L ，泊松比大约为61的混凝土试件，取1.5
最后，取3个试件测值的平均值，作为该组试件动弹性模量的测定值，将②和③中测得的数据作为评定抗冻性的初始值，同时做必要的外观描述并拍照。

四 试验的具体方案及步骤
本试验是为了探究混凝土试件在室内快速冻融循环和室外自然条件下冻融之间的关系，故在设计试验时材料及配合比相同，在标准养护箱中养护相同时间的试件分成三大组分别进行快速冻融循环，自然条件下的冻融循环以及在标准环境继续进行养护的对照组。

本试验研究的范围和假定包括：现场混凝土频繁 接触水，其饱水程度和室内冻融试验饱水程度相当；室内外混凝土材料性能(包括微孔结构)基本一致；室内外混凝土冻融过程均遵循疲劳损伤规律。

冻融试验出现以下三种情况之一者即可停止:
①冻融至预定的循环次数。

②相对动弹性模量下降至初始值的60％。

③质量损失率达5％。

1 快速冻融循环组
将试件装入试件盒，注入水面应浸没试件顶面20mm 。

按照规范，每做25次冻融循环对试件检测一次。

测试时，小心将试件从盒中取出，冲洗干净，擦去表面水分，称重和测定自振频率，并做必要的外观描述并照相。

每次测试完毕后，应将试件调头重新装入试件盒，注入水，继续试验。

在测试过程中，应防止试件失水，待测试件须用湿布覆盖。

当有试件中止试验取出后，应另用试件填充。

若试验中断，应将试件在受冻状态下保存。

按照混凝土试验规范，可将循环温度设定在-17℃至5℃之间，一次冻融循环的时间可设置成2.5h 。

2自然环境下的冻融循环（模拟）
由于本实验是在宜昌进行，根据掌握的历史气象资料显示，冬春季节的最低气温并不一定会降低至0℃以下，所以不能直接将试件放在室外进行试验。

根据试验所用的快速冻融机（HDK-9砼快速冻融试验机）的低温高温以及每次冻融循环时间的可调性，可以用快速冻融试验机的冻融循环来模拟冬春季节室外环境下的冻融循环。

通过更改每次冻融的时间，将一次循环的时间通过设定更改为24h ，再将一
次循环的最高和最低温度设置为所要模拟地区秋冬季节的最低气温的平均值和最高气温的平均值，完成对室外自然环境下冻融循环的模拟。

本次试验可模拟华北地区的自然条件的冻融，将最近温度和最高温度分别设置成平均温度（查询气象资料），本次试验把冻融循环的温度区间设为-5℃到5℃，并将一次循环的试件设定为24h 。

模拟室外自然环境下冻融循环的试验具体的操作和注意事项与第一组试验基本相同，可以在完成25个循环之后进行称量和动弹性模量的测量。

3对照组
设置两组对照组，第一个对照组是在28d 之后标准养护箱中继续养护，最后在测量一下力学指标。

第二组对照组冻融的高低温设置成-5℃到5℃，一次冻融的时间设置成2.5h ，完成25个循环之后进行称量和动弹性模量的测量。

最后进行对比。

五 试验结果处理
1 相对动弹性模量按公式（2)计算，以3个试件试验结果的平均值为测定值。

100f f 20
2n n ⨯=P （2） 式中 n P —n 次冻融循环后试件相对动弹性模量，％；
0f —试件冻融循环100f f 20
2n n ⨯=P 前的自振频率，Hz ； n f —试件冻融n 次循环后的自振频率，Hz
2 质量损失率按公式(3)计算以3个试件试验结果的品均值为测定值。

1000
n 0n ⨯-=G G G W （3） 式中 n W —n 次冻融循环后试件质量损失率，％；
0G —冻融前的试件质量，g;
n G —n 次冻融循环后的事件质量，g ；
六 实验结果分析
三组试件分别经过室内的快速冻融循环、模拟的室外自然条件下冻融循环以及标准环境下养护的对照组，通过对不同组别冻融循环之后试件的相对弹性模量和质量损失，来对室内快速冻融循环和室外自然条件下的冻融循环对混凝土试件的破坏进行比较，来找出二者之间的联系并且可以量化来表示，最终得到室内快速冻融循环和室外自然环境下冻融循环之间的关系。

附1： 关于混凝土冻融设备 (HDK-9 砼快速冻融试验机) 1 主要的技术参数：
混凝土试件尺寸：mm 400100100⨯⨯
融结周期：一次历时2到4小时，用于融化的周期不小于整个周期的41
试件数量：28个其中一个为中心温度测试件
冻结终了时-18±2℃，融解终了时5±2℃。

可根据试验的要求，自行设定中心温度。