新疆北部鹽漬土地區混凝土抗凍性能研究

院 龍

（新疆應用職業技術學院，新疆 奎屯 833200）

0 引言

在我國新疆北部地區，普遍具有氣壓低、晝夜溫差大等氣候特點。這種惡劣的氣候條件下，混凝土結構的建筑物容易受到凍融、干濕交替等多種因素的影響，較早地結束服役周期?；炷恋目箖鲂詥栴}，嚴重制約了我國新疆北部交通的發展。

經調查發現，新疆北部地區，準噶爾盆地周圍廣泛存在含硫酸鹽為主的鹽漬土，對工程地基影響較大，許多混凝土建筑都存在著由鹽侵蝕和凍融引起的一系列病害。該地區混凝土鹽侵蝕和凍結的原因較多，這些因素的結合逐漸導致混凝土因滲漏而損壞、破壞和崩解[1]。

目前，鹽漬土地區的混凝土抗凍性能尚未得到足夠的重視與研究。因此，對新疆北部鹽漬土地區混凝土抗凍性能進行研究，具有重要的實際意義。本文以該地區的混凝土為對象，對其抗凍性能進行研究。

1 試驗設計

1.1 試驗材料

試驗采用P·O42.5水泥、粒徑在5～31.5mm范圍的石子、壓碎指標為7.04%的碎石、細度模數為1.2的砂子、含泥量2.8%的天然河砂、Ⅰ級粉煤灰、S95級?；郀t礦渣粉；石灰石粉為骨料整形時的回收石粉；骨料為母料經整形加工所得，表觀密度為2750kg/m3；拌合水使用自來水；外加劑采用聚羧酸高性能減水劑；引氣劑為液體SJ-2型?；炷猎嚰浜媳纫姳?所示。

表1 混凝土配合比

1.2 試件制備

按照表1的配制比例，將水泥、碎石、砂子等原材料攪拌均勻，制作成混凝土漿液，并倒入模具中。用模具將其壓實，并震動去除內部氣泡，制成100mm×100mm×100mm的棱柱體混凝土試件，24h后拆模并進行混凝土試件養護。將制作好的混凝土試件放置于加熱的養護箱內，控制箱內的溫度和濕度。通常將潔凈的風吹進養護箱內，并將試件表面噴水，然后關閉箱門加熱，使箱內溫度保持在60～80℃，并保持濕度>95%。拆模后，繼續養護至齡期28d。

1.3 試驗方法

1.3.1 抗壓強度試驗

在規定的齡期內按照行業相關標準進行混凝土試件的抗壓強度試驗。試件為100mm×100mm×100mm 的棱柱體混凝土，根據相關養護條件進行28d養護，進行抗壓強度試驗。

1.3.2 凍融試驗

將混凝土試件放置于恒溫水中，并將水溫降至-18℃左右，在-18℃以下恒溫靜置≥5h后，讓試件曝露于自然空氣中凍結。在這個過程中，每天恢復一次室溫，以完成凍結-解凍的循環[2]。根據相關試驗標準，本次試驗采用快凍法（齡期28d）。

2 顯著性評判準則

2.1 極差與方差

極差是指樣本數據的最大值與最小值之間的差值，用R來表示。利用極差來表示樣本數據的變異程度和范圍大小。即：

方差是反映一組數據分散程度的統計量，衡量的是每個數據值與全體數據平均數之間的差值平方的平均數，即數據的偏離程度，其計算步驟如下：

（1）計算方差平方和

式中：

X1i、X2i、X3i——每列水平測試指標的平均值；

ki——同一級別出現的次數。

（2）各因素的方差F比

式中：

Fi——第i列方差之比；

Vi——第i列方差平方和；

Ve——誤差列的方差平方和。

2.2 顯著性檢驗評判標準

極差值過大，表示數據的離散程度越大；方差值過大，則表明數據的分布范圍和偏離程度較大，可以通過F檢驗的統計方法進行檢驗[3]。

通過計算方差F與手動值的比值，可以得出結論：F值越大，系數越顯著，對實驗結果的影響也越顯著。當F>Fα=0.01，表示該因素影響特別明顯；Fα=0.01>F>Fα=0.05，表示該因素影響明顯；Fα=0.05>F>Fα=0.1，表示該因素影響較為明顯。

3 試驗結果與討論

根據試驗計劃對樣品進行抗壓強度和抗凍性試驗，試驗結果見圖1和圖2所示。分析混凝土正交試驗結果的方差和極值，研究水膠比、引氣劑、養護溫度對各混凝土試驗指標的影響，研究結果如表2和表3所示。

圖1 抗壓強度與水平因素關系

圖2 抗凍性指標與水平因素關系

表2 混凝土極差分析

表3 混凝土方差分析

3.1 不同因素對混凝土抗壓強度的影響

通過圖1可以看出，當水膠比增加時，抗壓強度下降，平均變化幅度為17.6%；當引氣劑增加時，抗壓強度下降，平均變化幅度為7.4%；當溫度升高時，抗壓強度也隨之升高，平均幅度為12.1%。由此得知，水膠比對抗壓強度變化的影響最大，其次是養護溫度，影響最小的是引氣劑。

通過表2得知，影響混凝土抗壓強度的主要因素是水膠比，影響最小的是引氣劑。通過表3得知，水膠比、引氣劑及養護溫度對混凝土抗壓強度均有一定程度的影響，其中水膠比對抗壓強度的影響最為明顯，養護溫度次之，引氣劑的影響較為明顯。

3.2 不同因素對混凝土抗凍性的影響

通過圖2可知，當水膠比增加時，混凝土抗凍性的平均變化幅度為19%；當引氣劑增加時，混凝土抗凍性的平均變化幅度為5.4%；當養護溫度升高時，混凝土抗凍性的平均變化幅度為61.9%。由此得知，養護溫度對抗凍性指標的變化幅度最大，其次是水膠比，最后是引氣劑。

通過表2得知，影響混凝土抗凍性最主要的因素是養護溫度，影響最小的是引氣劑。通過表3得知，養護溫度對混凝土抗凍性的影響最為明顯，引氣劑的影響次之，水膠比的影響較為明顯。

通過以上分析可以看出，文章所述的三種因素對混凝土抗壓強度及抗凍性的影響，水膠比對混凝土抗壓強度的影響最大，養護溫度對混凝土的抗凍性能影響最明顯，引氣劑對抗壓強度及抗凍性的影響是最小的。在合理設計混凝土配合比、有效提升混凝土質量的過程中，混凝土的抗壓強度與抗凍性之間具有一定的關聯。在北疆鹽漬土地區施工混凝土時，應優化混凝土配合比中水膠比，以保證混凝土質量。適量的引氣劑可以有效地提高混凝土的性能。

4 線性預測模型

混凝土抗凍性能是評估混凝土耐久性的重要指標之一，對于在低溫環境下使用的混凝土建筑而言尤為關鍵。線性預測模型的應用可以有效預測混凝土的抗凍性能，并在混凝土配合比設計中進行優化，達到提高混凝土抗凍性能、延長混凝土結構的使用壽命，從而降低維修和更換成本。通過對上述實驗中的不同因素的影響進行分析，線性預測模型可以為混凝土配合比提供一定的理論指導，從而進一步提升混凝土結構的耐久性和安全性。

4.1 建立線性預測模型

根據混凝土抗凍性能的影響因素，將上文所述的三種因素設為自變量，抗壓強度和抗凍性能Q設為因變量。假設本文的因變量與自變量x之間分別為線性關系，建立多元線性回歸方程如下[4]：

Q=a1x1+a2x2+a3x3+a4

式中，a1、a2、a3、a4為待定回歸系數。

4.2 預測模型檢驗

根據多元線性回歸理論，依照各組試驗數據可以計算出數據擬合值、回歸值及殘差[5]。通過計算得出抗壓強度與抗凍性能與水膠比、引氣劑具有明顯的線性關系，表示該模型的可信度較高，因此本文建立的多遠線性回歸預測模型是合理的，可以在實際的施工中為混凝土抗壓強度與抗凍性能提供參考。

5 結束語

本文研究結論如下：

（1）水膠比對混凝土的抗壓性能影響最為明顯，第二是養護溫度，第三是引氣劑；養護溫度對混凝土的抗凍性能影響最為明顯，第二是水膠比，第三是引氣劑。在北疆鹽漬土地區進行混凝土施工時，應該對混凝土配合比中的水膠比進行優化設計，適量摻入引氣劑，為混凝土的性能提供保障。

（2）建立多元線性預測模型，在已知水膠比、養護溫度及引氣劑的前提下，通過模型對混凝土的抗壓強度及抗凍性能進行預測，為混凝土的耐久性提供參考。

在未來的研究中需要對以下方面進行關注：探索鹽漬土地區混凝土抗凍性能提高的新途徑及新材料；深入研究混凝土抗裂性以及干縮與保水性能，以提高基礎設施的穩定性和安全性；繼續完善預測模型，并進行實際工程測試，驗證模型的可靠性和適用性；研究鹽漬土地區混凝土與結構材料的相互作用，以優化結構設計方案，提高耐久性及抗風險能力；綜合分析不同地區、不同氣候條件下混凝土的抗凍性及影響因素，為混凝土工程建設提供更加科學的依據。