一种测试混凝土抗冻裂性能的方法与流程

本发明属于混凝土性能测试技术领域，涉及一种测试混凝土抗冻裂性能的方法。

背景技术：

在严寒或寒冷地区由于受到冰冻环境的作用，混凝土构筑物孔隙内部的水分容易发生冻结，极易引起混凝土表面开裂，进而引起混凝土材质劣化。目前，混凝土构筑物破坏甚至崩塌事故屡见不鲜，根据寒区混凝土耐久性及病害处理调查，不少混凝土构筑物运行不到10年就需大修，几乎100％的混凝土构筑物局部或大面积存在微裂纹和明显裂缝，远远无法满足其在寒区环境中运营和服务的要求。因此，对严寒或寒冷地区的混凝土进行抗冻裂试验，测试其抗冻裂性能，不仅有重要的理论意义，而且具有广泛的工程应用价值。

严寒或寒冷地区的混凝土发生冻胀破坏主要是因为混凝土内部存有结冰的水和过冷的水，结冰的水产生体积膨胀，过冷的水发生迁移，产生膨胀压力和渗透压力，使混凝土处于受拉状态，一旦这种拉应力超过混凝土的极限抗拉强度，混凝土内部的孔隙和微裂缝逐渐扩展并贯通，使表面剥落开裂而破坏。如何通过试验模拟混凝土在低温条件养护过程中微裂纹的产生和发展规律，并通过混凝土的冻裂程度判断其抗冻裂性能，是当前亟待研究和解决的工程技术难题。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种测试混凝土抗冻裂性能的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种测试混凝土抗冻裂性能的方法，该方法包括以下步骤：

1)将调配好的新鲜混凝土装入模具中，得到混凝土试件；

2)将混凝土试件置于低温养护室中进行养护，并标记不同时间混凝土试件上裂缝的位置及编号，测出各裂缝的宽度及长度；

3)先根据裂缝的宽度对裂缝进行分级，确定各裂缝对应的权重值，再根据各裂缝的长度及其对应的权重值计算得到混凝土试件的冻裂指数。

进一步地，步骤1)中，所述的模具包括上端开口的模具框架以及设置在模具框架内的混凝土填充腔，所述的模具框架的内侧面插设有栓钉组件。采用板式模具约束试验进行。

进一步地，所述的混凝土填充腔呈长方体状，并且所述的混凝土填充腔的长度为550-800mm，宽度为350-600mm，高度为45-60mm。

作为优选的技术方案，所述的混凝土填充腔的长度为600mm，宽度为400mm，高度为50mm。

进一步地，所述的栓钉组件沿水平方向插设在模具框架的内侧面。

进一步地，所述的栓钉组件包括多个沿混凝土填充腔的外围依次交替插设在模具框架内侧面的第一栓钉及第二栓钉，所述的第一栓钉的高度大于第二栓钉的高度。第一栓钉及第二栓钉按照上下两排交错布置。

作为优选的技术方案，所述的第一栓钉及第二栓钉的长度为100mm(边角处长度50mm)，相邻两第一栓钉之间的间距为80mm，相邻两第二栓钉之间的距离为80mm。

进一步地，所述的混凝土填充腔的底部设有塑料薄膜。混凝土填充腔的底部铺设塑料薄膜以减小摩擦。为保证模具对各个混凝土试件的约束相同，在每次试验后更换新的塑料薄膜和所有的栓钉。

进一步地，步骤1)中，所述的新鲜混凝土的调配过程为：

1-1)分别将集料及外加剂加入至搅拌机中，并搅拌均匀；

1-2)将减水剂加入至水中，搅拌均匀后得到混合溶液，之后将混合溶液加入至搅拌机中，即得到所述的新鲜混凝土。

进一步地，步骤2)中，分别在混凝土试件养护后的第7天及第14天标记裂缝的位置及编号，并测出各裂缝的宽度及长度。

作为优选的技术方案，所述的低温养护室具有温度控制系统。

进一步地，步骤3)中，根据裂缝的宽度，将裂缝分为五级，每一级对应一个权重值，分别为：

当d≥3时，A＝3；

当3＞d≥2时，A＝2；

当2＞d≥1时，A＝1；

当1＞d≥0.5时，A＝0.5；

当d＜0.5时，A＝0.25；

其中，d为裂缝宽度，单位为mm；A为权重值。

进一步地，所述的冻裂指数的计算公式为：

W＝∑(Ai·li)，

其中，W为冻裂指数，单位为mm；Ai为第i条裂缝的权重值，i为正整数；li为第i条裂缝的长度，单位为mm。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)本发明弥补了现有试验方法无法模拟混凝土低温冻裂破坏过程的不足，提供了一种模拟混凝土在低温条件下抗冻裂性能的测试方法，通过观测低温条件下混凝土试件的裂缝(纹)发展情况，计算分析得到混凝土试件的冻裂指数，进而可准确判断出混凝土的抗冻裂性能；

2)本发明考虑了约束条件及尺寸效应对混凝土低温开裂的影响，可在实验室内较好地模拟出混凝土结构的冻裂过程，提高了混凝土抗冻裂性能测试结果的准确度。

附图说明

图1为本发明中模具的俯视结构示意图；

图2为本发明中模具的主视结构示意图；

图3为本发明中低温养护室的结构示意图；

图4为实施例1中混凝土的7d裂缝发展情况图；

图5是实施例1中混凝土的14d裂缝发展情况图；

图6是实施例2中混凝土的7d裂缝发展情图；

图7是实施例2中混凝土的14d裂缝发展情况图；

图中标记说明：

1—混凝土试件、2—低温养护室、3—模具框架、4—混凝土填充腔、5—第一栓钉、6—第二栓钉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

测试混凝土抗冻裂性能的具体步骤如下：

(1)按试验配比方案(按重量比计，水泥：水：膨胀剂：砂：大石子：中石子：小石子：减水剂：防冻剂＝356:175:31:726:405.2:506.5:101.3:3.0:5.805)，分别将砂、小石子、中石子、大石子、水泥、膨胀剂和防冻剂放入湿润后的搅拌机中，然后开动搅拌机1分钟，使上述混凝土材料拌合均匀；

(2)按配比分别称取水和减水剂，将减水剂加入水中，搅拌均匀，再次开动搅拌机，将水和减水剂混合溶液倒入搅拌机；

(3)搅拌5分钟后，迅速将新鲜混凝土倒入模具中，磨平试件表面，并迅速测试新拌混凝土的坍落度，做好记录；

(4)试件成型后，放入环境温度为-5℃的低温养护室2中进行养护；第1、2、3天用裂缝观测仪观测试件冻裂的情况，并用记号笔标记裂缝(纹)的位置。在试件成型后第7天和第14天再次用记号笔标记裂缝(纹)的位置及编号，并用裂缝观测仪详细测量裂缝(纹)的宽度，用刻度尺和棉线测量裂缝(纹)的长度，如图4和图5所示；

(5)根据测得的每条裂缝(纹)宽度，按表1对裂缝(纹)进行分级，得到权重值Ai，将每一条裂缝(纹)的长度乘以其相对应的权重值，再将乘积相加起来得到混凝土试件的冻裂指数，见表2。

表1

实施例2：

测试混凝土抗冻裂性能的具体步骤如下：

(1)按试验配比方案(按重量比计，水泥：水：膨胀剂：砂：大石子：中石子：小石子：减水剂：防冻剂：纤维＝356:175:31:726:405.2:506.5:101.3:3.0:5.805:2.73)，分别将砂、小石子、中石子、大石子、水泥、膨胀剂、防冻剂和纤维放入湿润后的搅拌机中，然后开动搅拌机1分钟，使上述混凝土材料拌合均匀；

(2)按配比分别称取水和减水剂，将减水剂加入水中，搅拌均匀，再次开动搅拌机，将水和减水剂混合溶液倒入搅拌机；

(3)搅拌5分钟后，迅速将新鲜混凝土倒入模具中，磨平试件表面，并迅速测试新拌混凝土的坍落度，做好记录；

(4)试件成型后，被放入环境温度为-5℃的低温养护室中进行养护；第1、2、3天用裂缝观测仪观测试件冻裂的情况，并用记号笔标记裂缝(纹)的位置。在试件成型后第7天和第14天再次用记号笔标记裂缝(纹)的位置及编号，并用裂缝观测仪详细测量裂缝(纹)的宽度，用刻度尺和棉线测量裂缝(纹)的长度，如图6和图7所示；

(5)根据测得的每条裂缝(纹)宽度按表1把裂缝(纹)进行分级，得到权重值Ai，将每一条裂缝(纹)的长度乘以其相对应的权重值，再将乘积相加起来得到混凝土试件的冻裂指数，见表2。

表2

实施例3：

一种测试混凝土抗冻裂性能的方法，包括以下步骤：

1)将调配好的新鲜混凝土装入如图1、图2所示的模具中，得到混凝土试件1；

2)将混凝土试件1置于如图3所示的低温养护室2中进行养护，并标记不同时间混凝土试件1上裂缝的位置及编号，测出各裂缝的宽度及长度；

3)先根据裂缝的宽度对裂缝进行分级，确定各裂缝对应的权重值，再根据各裂缝的长度及其对应的权重值计算得到混凝土试件1的冻裂指数。

步骤1)中，模具包括上端开口的模具框架3以及设置在模具框架3内的混凝土填充腔4，模具框架3的内侧面插设有栓钉组件。混凝土填充腔4呈长方体状，并且混凝土填充腔4的长度为600mm，宽度为400mm，高度为50mm。栓钉组件沿水平方向插设在模具框架3的内侧面。栓钉组件包括多个沿混凝土填充腔4的外围依次交替插设在模具框架3内侧面的第一栓钉5及第二栓钉6，第一栓钉5的高度大于第二栓钉6的高度。混凝土填充腔4的底部设有塑料薄膜。

新鲜混凝土的调配过程为：

1-1)分别将集料及外加剂加入至搅拌机中，并搅拌均匀；

1-2)将减水剂加入至水中，搅拌均匀后得到混合溶液，之后将混合溶液加入至搅拌机中，即得到新鲜混凝土。

步骤2)中，分别在混凝土试件1养护后的第7天及第14天标记裂缝的位置及编号，并测出各裂缝的宽度及长度。

步骤3)中，根据裂缝的宽度，将裂缝分为五级，每一级对应一个权重值，分别为：

当d≥3时，A＝3；

当3＞d≥2时，A＝2；

当2＞d≥1时，A＝1；

当1＞d≥0.5时，A＝0.5；

当d＜0.5时，A＝0.25；

其中，d为裂缝宽度，单位为mm；A为权重值。

冻裂指数的计算公式为：

W＝∑(Ai·li)，

其中，W为冻裂指数，单位为mm；Ai为第i条裂缝的权重值，i为正整数；li为第i条裂缝的长度，单位为mm。

实施例4：

本实施例中，混凝土填充腔4的长度为550mm，宽度为350mm，高度为45mm，其余同实施例3。

实施例5：

本实施例中，混凝土填充腔4的长度为800mm，宽度为600mm，高度为60mm，其余同实施例3。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。