路面混凝土抗凍性試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法

1、路面混凝土抗凍性試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法在分析凍融作用對(duì)商品混凝土強(qiáng)度、疲勞壽命影響的基礎(chǔ)上，結(jié)合路面商品混凝 土的使用要求、受力和破壞方式、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和控制指標(biāo)等特點(diǎn)，指出了現(xiàn)行路面 用水泥商品混凝土凍融試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)方法中的不足。認(rèn)為以質(zhì)量損失率5%相對(duì)動(dòng)彈性模量60%乍為商品混凝土凍融破壞的臨界值過于寬松，建議降低質(zhì)量 損失率的值，以抗折強(qiáng)度損失率替換相對(duì)動(dòng)彈性模量作為路面商品混凝土的抗凍 性評(píng)價(jià)指標(biāo)，或相應(yīng)提高相對(duì)動(dòng)彈性模量的值。.前言我國現(xiàn)行的商品混凝土抗凍性試驗(yàn)方法普遍是以美國 ASTMC666(A方法為 基礎(chǔ)的，試件的凍結(jié)和融化均在水中進(jìn)行。 以商品混凝土的動(dòng)彈性模量、 質(zhì)量損 失率和相對(duì)耐

2、久性指數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，以質(zhì)量損失率達(dá)5%相對(duì)動(dòng)彈性模量下降至60%乍為商品混凝土凍融破壞的臨界值，并規(guī)定以相對(duì)動(dòng)彈性模量下降至 60% 或質(zhì)量損失達(dá)5%寸的凍融循環(huán)次數(shù)作為商品混凝土的抗凍標(biāo)號(hào)，以此評(píng)價(jià)商品 混凝土的抗凍性。我國1994年修訂的公路工程水泥商品混凝土試驗(yàn)規(guī)程(JTJ053-94)采用了與之相同的抗凍性試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法?，F(xiàn)行試驗(yàn)方法的缺陷就是沒有考慮到商品混凝土的實(shí)際使用環(huán)境和條件，很多人將商品混凝土的抗凍性看作是商品混凝土的一個(gè)本質(zhì)屬性，認(rèn)為與實(shí)際使用環(huán)境和條件無關(guān)。但實(shí)際情況是，商品混凝土抗凍與否是與其實(shí)際使用環(huán)境和條 件密切相關(guān)的，一種商品混凝土在某種環(huán)境條件下是抗凍的，在另

3、外一種環(huán)境條件下可能就不能滿足抗凍要求。而且作者認(rèn)為這里所指的“環(huán)境條件”不僅是指自然環(huán)境，還應(yīng)包括商品混凝土的使用要求、受力和破壞方式等內(nèi)容。Powers早年說過，商品混凝土本身并沒有抗凍性或耐久性這樣一種內(nèi)在性質(zhì)，試圖從這樣的觀點(diǎn)衡量抗凍性是徒勞的。水泥商品混凝土路面結(jié)構(gòu)與一般的建筑結(jié)構(gòu)相比，在使用要求、使用方式、 受力條件和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（破壞準(zhǔn)則）等方面存在特殊性。采用目前試驗(yàn)方法所規(guī)定 的試件與溶液的接觸方式、評(píng)價(jià)指標(biāo)以及凍融損壞臨界值是否合理， 為此本文進(jìn) 行了討論。.評(píng)價(jià)指標(biāo)經(jīng)受一定次數(shù)的凍融循環(huán)后，商品混凝土的質(zhì)量損失率、強(qiáng)度損失率（包括 抗折、抗壓、劈拉強(qiáng)度等）、動(dòng)彈性模量損失率等

4、都可以作為其劣化或損傷的評(píng) 價(jià)指標(biāo)。華中科技大學(xué)的趙霄龍分別以水中凍融和鹽溶液中凍融循環(huán)作為試驗(yàn)條 件，研究具有不同耐久性的商品混凝土在凍融過程中多種宏觀性能劣化的敏感程 度。其通過比較認(rèn)為，以抗折強(qiáng)度損失率作為商品混凝土凍融耐久性的評(píng)價(jià)指標(biāo)， 可以更為及時(shí)準(zhǔn)確地反映凍融過程中商品混凝土性能的劣化程度。結(jié)果顯示，抗折強(qiáng)度隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化比其它指標(biāo)更敏感。中國水利水電科學(xué)研究院通過對(duì) C60C10幅強(qiáng)商品混凝土抗凍性的研究，得出了同樣的 結(jié)論，認(rèn)為高強(qiáng)商品混凝土凍融破壞的評(píng)定指標(biāo)僅以相對(duì)動(dòng)彈性模量和質(zhì)量損失 率來衡量是不夠的，并強(qiáng)調(diào)是否以試件在凍融過程中抗折強(qiáng)度的下降程度來綜合 評(píng)定是今后尚

5、需進(jìn)一步研究的課題，特別是要結(jié)合工程的實(shí)際控制指標(biāo)來綜合考慮，其最后還建議，以抗折(抗彎)強(qiáng)度為控制指標(biāo)的商品混凝土結(jié)構(gòu)， 增加抗折 強(qiáng)度作為商品混凝土抗凍性評(píng)價(jià)指標(biāo)?？拐蹚?qiáng)度是水泥商品混凝土路面設(shè)計(jì)的一個(gè)重要指標(biāo)，因此，筆者建議以抗折強(qiáng)度損失率替換動(dòng)彈性模量作為路面商品混凝土的抗凍性評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，且對(duì)于其臨界值的確定需做進(jìn)一步的研究。但考慮到直接以抗折強(qiáng)度損失率作為評(píng)價(jià) 指標(biāo)會(huì)增加試驗(yàn)的工作量，而動(dòng)彈性模量是無損檢測指標(biāo)，可考慮建立抗折強(qiáng)度 損失率和相對(duì)動(dòng)彈性模量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)際上以抗折強(qiáng)度損失率為抗凍性評(píng) 價(jià)指標(biāo)，但通過相對(duì)動(dòng)彈性模量來控制。.凍融損壞臨界值商品混凝土凍融損壞臨界值的高

6、低將直接影響商品混凝土抗凍性的評(píng)價(jià)。但由于不同的工程結(jié)構(gòu)對(duì)商品混凝土的要求存在較大的差別，采用統(tǒng)一的損壞臨界值就不甚合理。因此，臨界值的確定必須考慮到商品混凝土的實(shí)際使用條件、特點(diǎn)和要求。質(zhì)量損失率現(xiàn)行商品混凝土抗凍性試驗(yàn)方法雖然將商品混凝土的質(zhì)量損失率作為其評(píng) 價(jià)指標(biāo)之一，并規(guī)定以質(zhì)量損失率 5%乍為商品混凝土凍融破壞的臨界值。對(duì)于 在凍融作用下，如果質(zhì)量損失在 5%Z內(nèi)只是影響外觀，不影響建筑物的安全和 使用的工程結(jié)構(gòu),將質(zhì)量損失率 5%乍為商品混凝土凍融損壞臨界值是合理的。 但商品混凝土路面的平整度要求較高， 按照公路水泥商品混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù) 規(guī)范(JTJ073.1-2001 )的規(guī)定

7、，當(dāng)路面表面露骨深度大于 3mm則病害等級(jí)為“嚴(yán)重”而有試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)質(zhì)量損失達(dá) 5%寸，商品混凝土表面的最大 剝落深度達(dá)5mm美國制定的商品混凝土抗鹽凍剝蝕試驗(yàn)方法（ASTMC672按照 表面剝落的嚴(yán)重性分成六個(gè)等級(jí)，“ 0”表示沒有剝落，1級(jí)為非常輕微的剝落（無粗集料暴露），2級(jí)為介于輕微和中度剝落，3級(jí)為中度剝落（有一些粗集 料暴露），4級(jí)介于中度和嚴(yán)重剝落之間，5級(jí)為嚴(yán)重剝落（整個(gè)表面粗集料暴 露）。Marchand和Pigeon通過試驗(yàn)研究建立了鹽凍剝落等級(jí)與剝落量之間的對(duì) 應(yīng)關(guān)系，如圖2。如果將質(zhì)量損失率5峨算成單位面積剝落量為：2.67kg/m2 （按 100mrK 100mr

8、K 400mnR寸試塊換算，并假設(shè)商品混凝土容重為 2400kg/m3）, 從圖2中可以看出，當(dāng)剝落量為2.67kg/m2時(shí)，商品混凝土的剝落等級(jí)為34級(jí)， 表明有相當(dāng)多的粗集料暴露。因此，以質(zhì)量損失率5%乍為路面商品混凝土凍融損壞臨界值不合理，過于寬松。那么商品混凝土在凍融作用下質(zhì)量損失率的臨界值定為多少合理呢？作者 認(rèn)為，面對(duì)路面相同的使用要求，不管商品混凝土是在純水中凍融還是遭受鹽凍， 商品混凝土的抗凍性評(píng)價(jià)指標(biāo)及其破壞的臨界值應(yīng)該是一致，因此，質(zhì)量損失率的臨界值可借鑒鹽凍研究成果。目前大多數(shù)鹽凍試驗(yàn)方法普遍提出以商品混凝土單位面積的剝落量作為抗 鹽凍的評(píng)價(jià)指標(biāo)，楊全兵建議以剝落量小于

9、1.0kg/m2作為抗鹽凍剝蝕性能可接 受的標(biāo)準(zhǔn)，即臨界值，張國強(qiáng)則建議剝落量應(yīng)小于0.8kg/m2,將其換算成質(zhì)量損 失率則分別為：1.87%、1.50% （按100m由100m由400mnR寸試塊換算，并假定 商品混凝土容重為2400kg/m3）。因此，為安全起見，本文建議以1.5%作為質(zhì)量損失率的臨界值，或以單位面積的剝落量替代質(zhì)量損失率作為商品混凝土抗凍性評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，并將其臨界值定為0.8kg/m2。動(dòng)彈性模量由于動(dòng)彈性模量的變化可以反映商品混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的劣化，因此目前的凍融試驗(yàn)方法采用其其作為商品混凝土抗凍性評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。凍融對(duì)商品混凝土強(qiáng)度的影響由于商品混凝土試件受壓時(shí)其內(nèi)部的

10、裂縫有一部分會(huì)閉合，受彎時(shí)其受拉區(qū) 的微裂縫將加速擴(kuò)展，因此商品混凝土在拉伸荷載作用下微裂縫的擴(kuò)展比壓荷載 作用更為迅速。而商品混凝土經(jīng)受一定次數(shù)凍融循環(huán)后， 商品混凝土內(nèi)部將會(huì)使 原有的裂紋擴(kuò)展或萌生新的微裂紋。因此可以預(yù)見凍融作用對(duì)商品混凝土抗折強(qiáng) 度的影響比抗壓強(qiáng)度大。在相對(duì)動(dòng)彈性模量、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度這四個(gè)指標(biāo)中，抗折強(qiáng) 度隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加下降速度最快，而抗壓強(qiáng)度要慢得多。當(dāng)商品混凝土的 相對(duì)動(dòng)彈性模量下降到64%寸，商品混凝土的抗折弓S度只有初始強(qiáng)度的34%而抗壓強(qiáng)度是初始強(qiáng)度的64%劈拉強(qiáng)度為初始的72%由于凍融作用對(duì)商品混凝 士抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度影響的顯著差異，因

11、此，在相同使用環(huán)境中遭受凍融作用 的商品混凝土構(gòu)件，要想具有相同的使用壽命，受彎構(gòu)件的抗凍性要求應(yīng)該高于 受壓構(gòu)件。以數(shù)據(jù)為例，按現(xiàn)行商品混凝土抗凍性評(píng)價(jià)方法，該配合比商品混凝 土的抗凍等級(jí)可以評(píng)定為F100。但在75次凍融循環(huán)以后，商品混凝土的抗折強(qiáng) 度下降到49%肯定無法繼續(xù)滿足承載能力的要求。止匕外，商品混凝土構(gòu)件在實(shí)際應(yīng)用中是處于應(yīng)力狀態(tài)。商品混凝土在應(yīng)力作用下的抗凍性表現(xiàn)與單一凍融因素作用下的表現(xiàn)肯定存在差異。在壓應(yīng)力作用下,由于壓應(yīng)力對(duì)裂縫的閉合作用，不但阻止了裂縫的擴(kuò)展，而且與非壓應(yīng)力作用下 試件相比，壓應(yīng)力作用下試件的飽水度降低，這兩方面對(duì)商品混凝土的抗凍性均 有利。從而使得商

12、品混凝土在壓應(yīng)力作用下的抗凍性高于單一凍融因素作用下的 抗凍性；或者說，壓應(yīng)力狀態(tài)下的商品混凝土構(gòu)件在凍融循環(huán)作用下其抗壓強(qiáng)度 的下降速率比單一凍融因素作用的慢。 但在彎拉應(yīng)力作用下，結(jié)果剛好與上述相 反。文獻(xiàn)研究了彎曲應(yīng)力作用下商品混凝土的抗凍性，認(rèn)為在 0.25、0.50彎拉 應(yīng)力水平作用下，商品混凝土的抗凍融循環(huán)次數(shù)很少。 外部彎曲應(yīng)力對(duì)商品混凝 土的凍融循環(huán)次數(shù)影響極大，當(dāng)應(yīng)力水平為 50%寸，水灰比為0.260.42 （強(qiáng)度 為C40C80勺非引氣商品混凝土）的商品混凝土經(jīng)過2040次凍融循環(huán)便發(fā)生破 壞。綜上所述，對(duì)于受壓商品混凝土構(gòu)件，雖然凍融造成了商品混凝土的抗壓強(qiáng) 度下降，但其下降幅度與抗折強(qiáng)度相比小很多，止匕外，由于壓應(yīng)力對(duì)商品混凝土 的抗凍性有利，使得商品混凝土在受壓狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度下降不大，因此，以相對(duì)動(dòng)彈性模量下降到60%寸的凍融循環(huán)次數(shù)來評(píng)價(jià)受壓商品混凝土的抗凍性是比 較合理的。但對(duì)于受彎商品混凝土構(gòu)件，由于在凍融循環(huán)作用下，商