混凝土耐久性

1、混凝土和砂漿制作采用強制式小型攪拌機拌合，為保證纖維均勻分布，采用了先干拌后濕拌的拌合工藝。混凝土的工作性依據(jù)GB/T50081-2002進行；混凝土的抗壓強度、劈拉強度、抗折強度的試驗依據(jù)GB/T50082-2002進行，其中抗壓和劈裂抗拉試件尺寸150 mm × 150 mm × 150 mm，抗折強度試件尺寸100 mm× 100 mm × 400 mm；砂漿抗裂性試驗依據(jù)CECS38：2004的方法進行；保水性試驗參照德國瓦克公司提供的方法進行；抗?jié)B性試驗參照DL-T5150-2001的方法進行；彎曲韌性試驗依據(jù)ASTM-1089和CECS13：

2、1989的方法進行；抗沖擊試驗采用美國ACI544委員會提出的方法進行，抗沖擊試件尺寸為?150 mm × 60 mm。試件在振動臺上振動成型，并在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護28 d后進行性能測試提高混凝土耐久性的措施在土建工程中，混凝土是用途最廣、用量最大的建筑材料之一。近百年來，混凝土強度不斷的提高成為它主要的發(fā)展趨勢。發(fā)達國家越來越多的使用50MPa以上的高強混凝土。有些遠見卓識的專家考慮到某些工程的需要，在提出高強度的同時，也提出耐久性和施工和易性的要求，尤其是近5年，在很多重要工程中都成功地采用高性能混凝土。 高性能混凝土具有豐富的技術(shù)內(nèi)容，盡管同業(yè)對高性能混凝土有不同的定義和解釋

3、，但彼此均認為高性能混凝土的基本特征是按耐久性進行設(shè)計，保證拌和物易于澆筑和密實成型，不發(fā)生或盡量少發(fā)生由溫度和收縮產(chǎn)生的裂縫，硬化后有足夠的強度，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)合理而有低滲透性和高抗化學侵蝕。基于上述特點，高性能混凝土成為我國近期混凝土技術(shù)的主要發(fā)展方向。高性能混凝土的核心是保證耐久性。耐久性對工程量浩大的混凝土工程來說意義非常重要，若耐久性不足，將會產(chǎn)生極嚴重的后果，甚至對未來社會造成極為沉重的負擔。據(jù)美國一項調(diào)查顯示，美國的混凝土基礎(chǔ)設(shè)施工程總價值約為6萬億美元，每年所需維修費或重建費約為3千億美元。美國50萬座公路橋梁中20萬座已有損壞，平均每年有150-200座橋梁部分或完全坍塌，壽命

4、不足20年；美國共建有混凝土水壩3000座，平均壽命30年，其中32%的水壩年久失修；而對二戰(zhàn)前后興建的混凝土工程，在使用30-50年后進行加固維修所投入的費用，約占建設(shè)總投資的40%-50%以上?；乜粗袊?，我國50年代所建設(shè)的混凝土工程已使用40余年。如果平均壽命按30-50年計，那么在今后的10-30年間，為了維修這些建國以來所建的基礎(chǔ)設(shè)施，耗資必將是極其巨大的。而我國目前的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程規(guī)模宏大，每年高達2萬億人民幣以上。照此來看，約30-50-年后，這些工程也將進入維修期，所需的維修費用和重建費用將更為巨大。因此，高性能混凝土更要從提高混凝土耐久性入手，以降低巨額的維修和重建費用。一

5、般混凝土工程的使用年限約為50-100年，不少工程在使用10-20年后，有的甚至使用9年以后，即需要維修。用普通水泥混凝土所完成的工程不能滿足耐久性要求的根本原因，在于混凝土本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。影響混凝土耐久性的主要因素大致可以分為以下幾點：首先，在混凝土工程中為了滿足混凝土施工工作性要求，即用水量大、水灰比高，因而導致混凝土的孔隙率很高，約占水泥石總體積的25%-40%，特別是其中毛細孔占相當大部分，毛細孔是水分、各種侵蝕介質(zhì)、氧氣、二氧化碳及其它有害物質(zhì)進入混凝土內(nèi)部的通道，引起混凝土耐久性的不足；其次，水泥石中的水化物穩(wěn)定性不足也會對耐久性產(chǎn)生影響。例如，波特蘭水泥水化后的主要化合物是鹼度較

6、高的高鹼性水化矽酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣。此外，在水化物中還有數(shù)量很大的游離石灰，它的強度極低、穩(wěn)定性極差，在侵蝕條件下，是首先遭到侵蝕的部分。要大幅度提高混凝土的耐久性，就必須減少或消除這些穩(wěn)定性低的組分，特別是游離石灰。根據(jù)對影響混凝土耐久性的主要因素的分析，就可以找出提高混凝土耐久性的主要技術(shù)途徑。如上分析，要提高混凝土的耐久性，必須降低混凝土的孔隙率，特別是毛細管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但如果純粹的降低用水量，混凝土的工作性將隨之降低，又會導致?lián)v實成型共所困難，同樣造成混凝土結(jié)構(gòu)不致密，甚至出現(xiàn)蜂窩等宏觀缺陷，不但混凝土強度降低，而且混凝土的耐久性也同時降低

7、。目前提高混凝土耐久性基本有以下幾種方法：一、 摻入高效減水劑：在保證混凝土拌和物所需流動性的同時，盡可能降低用水量，減少水灰比，使混凝土的總孔隙，特別是毛細管孔隙率大幅度降低。水泥在加水攪拌后，會產(chǎn)生一種絮凝狀結(jié)構(gòu)。在這些絮凝狀結(jié)構(gòu)中，包裹著許多拌和水，從而降低了新拌混凝土的工作性。施工中為了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必須在拌和時相應地增加用水量，這樣就會促使水泥石結(jié)構(gòu)中形成過多的孔隙。當加入減水劑的定向排列，使水泥質(zhì)點表面均帶有相同電荷。在電性斥力的作用下，不但使水泥體系處于相對穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，還在水泥顆粒表面形成一層溶劑化水膜，同時使水泥絮凝體內(nèi)的游離水釋放出來，因而達到減水的目的

8、。許多研究表明，當水灰比降低到0.38以下時，消除毛細管孔隙的目標便可以實現(xiàn)，而摻入高效減水劑，完全可以將水灰比降低到0.38以下。二、 摻入高效活性礦物摻料：普通水泥混凝土的水泥石中水化物穩(wěn)定性的不足，是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中摻入活性礦物的目的，在于改善混凝土中水泥石的膠凝物質(zhì)的組成。活性礦物摻料中含有大量活性Si02及活性Al203，它們能和波特蘭水泥水化過程中產(chǎn)生的游離石灰及高鹼性水化矽酸鈣產(chǎn)生二次反映，生成強度更高、穩(wěn)定性更優(yōu)的低鹼性水化矽酸鈣，從而達到改善水化膠凝物質(zhì)的組成，消除游離石灰的目的，使水泥石結(jié)構(gòu)更為致密，并阻斷可能形成的滲透路。此外，還能改善集料與

9、水泥石的界面結(jié)構(gòu)和界面區(qū)性能。這些重要的作用，對增進混凝土的耐久性及強度都有本質(zhì)性的貢獻。三、 消除混凝土自身的結(jié)構(gòu)破壞因素：除了環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞以外，混凝土本身的一些物理化學因素，也可能引起混凝土結(jié)構(gòu)的嚴重破壞，致使混凝土失效。例如，混凝土的化學收縮和干縮過大引起的開裂，水化性過熱過高引起的溫度裂縫，硫酸鋁的延遲生成，以及混凝土的堿骨料反映等。因此，要提高混凝土的耐久性，就必須減小或消除這些結(jié)構(gòu)破壞因素。限制或消除從原材料引入的堿、S03、C1- 等可以引起破壞結(jié)構(gòu)和侵蝕鋼筋物質(zhì)的含量，加強施工控制環(huán)節(jié)，避免收縮及溫度裂縫產(chǎn)生，以提高混凝土的耐久性。四、 保證混凝土的強度：盡管強

10、度與耐久性是不同概念，但又密切相關(guān)，它們之間的本質(zhì)聯(lián)系是基于混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，都與水灰比這個因素直接相關(guān)。在混凝土能充分密實條件下，隨著水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的強度不斷提高。與此同時，隨著孔隙率降低，混凝土的抗?jié)B性提高，因而各種耐久性指標也隨之提高。在現(xiàn)在的高性能混凝土中，除摻入高效減水劑外，還摻入了活性礦物材料，它們不但增加了混凝土的致密性，而且也降低或消除了游離氧化鈣的含量。在大幅度提高混凝土強度的同時，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。此外，在排除內(nèi)部破壞因素的條件下，隨著混凝土強度的提高，其抵抗環(huán)境侵蝕破壞的能力也越強。高性能混凝土在配制上的特點是低水灰比，選用優(yōu)質(zhì)原材

11、料，除水泥、水和骨料外，必須摻加足夠數(shù)量的礦物集料和高效減水劑，減少水泥用量，減少混凝土內(nèi)部孔隙率，減少體積收縮，提高強度，提高耐久性?？傊岣呋炷恋哪途眯允腔炷涟l(fā)展的必然趨勢。 混凝土耐久性的簡介 在土建工程中，混凝土是用途最廣、用量最大的建筑材料之一。近百年來，混凝土強度不斷提高成為它主要的發(fā)展趨勢。發(fā)達國家越來越多的使用50MPa以上的高強混凝土。有些遠見卓識的專家考慮到某些工程的需要，在提出高強度的同時，也提出耐久性及施工和易性的要求，尤其是近幾年，在很多重要工程中都成功地采用高性能混凝土。 高性能混凝土具有豐富的技術(shù)內(nèi)容，但同行們均認為高性能混凝土的基本特征就是耐久性?；炷恋?/p>

12、耐久性對方量大的工程來說意義非常重要，若耐久性不足，將會產(chǎn)生極嚴重的后果，甚至對未來社會造成極為沉重的負擔。 然而影響混凝土耐久性的主要因素大致可以分為以下幾點：首先，在混凝土工程中為了滿足混凝土施工工作性要求，就會產(chǎn)生用水量大、水灰比高的情況，因而導致混凝土的孔隙率很高，約占水泥總體積的25%-40%，特別是其中毛細孔占相當大部分，毛細孔是水分、各種侵蝕介質(zhì)、氧氣、二氧化碳及其它有害物質(zhì)進入混凝土內(nèi)部的通道，引起混凝土耐久性的不足；其次，水泥的水化物穩(wěn)定性不足也會對耐久性產(chǎn)生影響。水泥在水化的過程中生成強度低，穩(wěn)定性差的游離物，在侵蝕條件下，它便是首先遭到侵蝕的部分，進而打開了進入混凝土內(nèi)部

13、的通道。 據(jù)對影響混凝土耐久性的主要因素進行分析，便可以找出提高混凝土耐久性的主要技術(shù)途徑。如上分析，要提高混凝土的耐久性，必須降低混凝土的孔隙率，特別是毛細管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但如果純粹的降低用水量，混凝土的工作性將隨之降低，又會導致?lián)v實成型有所困難，同樣會造成混凝土結(jié)構(gòu)不致密，甚至出現(xiàn)蜂窩等宏觀缺陷，不但混凝土強度降低，而且混凝土的耐久性也同時降低。目前提高混凝土耐久性基本有以下幾種方法： 一、摻入高效減水劑：在保證混凝土拌和物所需流動性的同時，盡可能降低用水量，減少水灰比，使混凝土的總孔隙，特別是毛細管孔隙率大幅度降低。 二、摻入高效活性礦物摻料：普通混凝土的

14、水泥水化物穩(wěn)定性的不足，是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中摻入活性礦物的目的，在于改善混凝土中水泥的膠凝物質(zhì)的組成，讓其在水化過程中生成強度更高，穩(wěn)定性更好的生成物，以增進混凝土的耐久性。 總之，隨著混凝土孔隙率降低，混凝土的抗?jié)B性提高，因而各種耐久性指標也隨之提高。在現(xiàn)在的高性能混凝土中，除摻入高效減水劑外，還摻入了活性礦物材料，它們不但增加了混凝土的致密性，而且也降低或消除了游離氧化鈣的含量，在大幅度提高混凝土強度的同時，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。 淺談混凝土耐久性 混凝土的耐久性是指混凝土在實際使用條件下抵抗各種破壞因素的作用，長期保持強度和外觀完整性的能力。影響結(jié)構(gòu)

15、耐久性的因素很多，砼質(zhì)量及其保護層是內(nèi)在因素；環(huán)境與載荷作用則是外在因素，不同的原因會造成不同的后果。首先討論了混凝土耐久性的概念，接著分析了混凝土凍融作用破壞機理分析混凝土缺陷檢測提高混凝土耐久性的措施，最后做了總結(jié)。 一、混凝土耐久性的概念 混凝土耐久性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用年限內(nèi)，在各種環(huán)境條件作用下，不需要額外的費用加固處理而保持其安全性、正常使用和可接受的外觀能力?，F(xiàn)行國家標準混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50010-2002)中，明確規(guī)定混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計采用極限狀態(tài)設(shè)計方法。但現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范只劃分成兩個極限狀態(tài)，即承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，而將耐久性能的要求列入正常使用極限狀態(tài)之中。

16、且以構(gòu)造要求為主?；炷恋哪途眯耘c工程的使用壽命相聯(lián)系，是使用期內(nèi)結(jié)構(gòu)保持正常功能的能力，這一正常功能不僅包括結(jié)構(gòu)的安全性，而且更多地體現(xiàn)在適用性上。 二、混凝土凍融作用破壞機理分析 混凝土的抗凍 性是混凝土受到物理作用(干濕變化、溫度變化、凍融變化等)后反映混凝土耐久性的重要指標之一?；炷羶鋈谧饔闷茐臋C理是混凝土在其凍融的過程中，遭受的破壞應力主要由兩部分組成。其一是當混凝土中的毛細孔水在某負溫下發(fā)生物態(tài)變化，由水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹9%，因受毛細孔壁約束形成膨脹壓力，從而在孔周圍的微觀結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生拉應力；其二是當毛細孔水結(jié)成冰時，由凝膠孔中過冷水在混凝土微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起的滲管壓。由

17、于表面張力的作用，混凝土毛細孔隙中的水的冰點隨著孔徑的減小而降低。當膠凝孔水形成冰核的溫度在-78 以下時，由冰與過冷水的飽和蒸汽壓差和過冷水之間的鹽分濃度差引起水分遷移而形成滲透壓。另外膠凝不斷增大，形成更大膨脹壓力，當混凝土受凍時，這兩種壓力會損傷混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，當經(jīng)過反復多次的凍融循環(huán)以后，損傷逐步積累不斷擴大。發(fā)展成互相連通的裂縫，使混凝土的強度逐步降低，最后甚至完全喪失。 三、混凝土缺陷檢測 （一）聲發(fā)射法。聲發(fā)射法是利用材料或結(jié)構(gòu)受力時發(fā)出瞬態(tài)振動現(xiàn)象的原理，在混凝土構(gòu)件表面的不同部位上放置聲傳感器，并將傳感器與信號放大器、信號調(diào)節(jié)器和磁帶記錄儀等組成測量系統(tǒng)。當混凝土構(gòu)件受力

18、產(chǎn)生的應變超過其彈性極限點時就會產(chǎn)生小振幅彈性波，波向構(gòu)件表面?zhèn)鞑?，會被放置在?gòu)件表面上的傳感器探測到，根據(jù)不同探測位置上的應力波到達時間差可以確定變形點的位置，即混凝土構(gòu)件由于受力而發(fā)生損傷的位置。用聲發(fā)射法可以檢測結(jié)構(gòu)遭受損傷的程度。但是，該方法只能在結(jié)構(gòu)變形和應力增加時才能應用，在靜荷載下不能單獨測量混凝土的損傷或破壞。 （二）雷達法。雷達法是利用頻率為1001200MHz的電磁波掃描混凝土構(gòu)件表面，當混凝土構(gòu)件存在孔洞、裂縫、分層等缺陷時，雷達掃描波形圖會發(fā)生改變，根據(jù)雷達掃描波形圖，即可分析混凝土的缺陷。 （三）紅外線熱譜法。紅外線熱譜法又稱紅外掃描，是通過測量和記錄混凝土結(jié)構(gòu)熱發(fā)射

19、來分析判斷混凝土構(gòu)件缺陷的方法。當混凝土中存在裂縫或不連續(xù)時，掃描儀上將顯示完好和有缺陷混凝土熱發(fā)射的差異。 四、提高混凝土耐久性的措施 （一）預防鋼筋的銹蝕。常用的方法有環(huán)氧涂層鋼筋，采用靜電噴涂環(huán)氧樹脂粉末工藝在鋼筋表面形成一定厚度的環(huán)氧樹脂防腐涂層，這種鋼筋保護層能長期保護鋼筋使其免遭腐蝕。此外，在混凝土表面涂層也是簡便有效的方法，但涂料 的材料。還可摻加高效減水劑，在保證混凝土拌和物所需流動性的同時，盡可能降低用水量，減小水灰比，使混凝土的總孔隙率，特別是毛細孔隙率大幅度降低。還可研究新技術(shù)，開發(fā)新產(chǎn)品，如耐銹鋼筋、阻銹鋼筋等。 （二）避免或減輕堿集料反應?；炷翂A集料反應危害很大，一

20、旦發(fā)生很難修復。當混凝土使用有堿活性反應的骨料時，必須從配合比出發(fā)，嚴格控制混凝土中的總堿含量以保證混凝土的耐久性。此外，外加劑特別是早強劑帶來高含量的堿，為預防堿集料反應，在設(shè)計上應對外摻劑的使用提出要求。 （三）加強施工管理。嚴格控制施工配合比，攪拌必須均勻，振搗必須到位，要嚴格遵守養(yǎng)護制度，可以用表面養(yǎng)護劑來改善養(yǎng)護條件，提高保水性，加速表面硬化?；炷翗?gòu)件的侵蝕病害都是從表面開始的，在混凝土終凝前做好原漿抹面壓光，增強表面密實度，也可采用表面浸漬和表面涂覆的手段來降低混凝土表面滲透性。 （四）防止混凝土的凍融破壞?；炷恋慕M成、配合比、養(yǎng)護條件和密實度決定了其在飽水狀態(tài)下抵抗凍融破壞的

21、能力，目前只有加氣混凝土才能有效提高混凝土的抗凍性。引氣是提高混凝土抗凍性的主要參數(shù)。一般引氣量4-8，同時，應避免采用吸水率較高的集料， 加強排水以免混凝土結(jié)構(gòu)被水飽和。在混凝土中摻加優(yōu)質(zhì)引氣型高效減水劑，既能獲得大量均勻分布的微小氣泡，顯著提高抗凍性，又能大幅度減小WC，從而保證混凝土強度不降低，甚至有所提高。 （五）拌合及養(yǎng)護用水?；炷涟韬霞梆B(yǎng)護用水，應考慮其對混凝土強度的影響。水灰比的大小很大程度影響混凝土強度值的大小。拌合水應檢查其雜質(zhì)情況，防止影響砂漿及混凝土生成時雜質(zhì)影響其耐久性。海水中含有硫酸鹽、鎂鹽和氯化物，除了對水泥石有腐蝕作用外，對鋼筋的腐蝕也有影響，因此在腐蝕環(huán)境中的

22、混凝土不宜采用海水拌制和養(yǎng)護。 （六）針對不同的腐蝕環(huán)境應設(shè)計不同的保護層厚度。如一類環(huán)境(室內(nèi)正常環(huán)境)，設(shè)計使用年限為100年的結(jié)構(gòu)混凝土應符合下列規(guī)定：混凝土保護層厚度應按規(guī)范的規(guī)定增加40；當采取有效的表面防護措施時，混凝土保護層厚度可適當減少?；炷两Y(jié)構(gòu)及構(gòu)件宜整體澆筑，不宜留施工縫。當必須有施工縫時，其位置及構(gòu)造不得有損于結(jié)構(gòu)的耐久性。 五、總結(jié) 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是一個涉及環(huán)境、材料、設(shè)計、施工等多種因素的復雜問題，要解決好這個問題需要進行多方面的工作。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性應由正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇以及嚴格的施工質(zhì)量來保證，同時應注意對其在使用階段實行必要的管理和維護。只有這樣

23、，才能保證和提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，才能保證我國建筑事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 混凝土是土建工程中用途最廣、用量最大的建筑材料之一。近百年來，混凝土的發(fā)展趨勢是強度不斷提高。發(fā)達國家愈來愈多使用50MPa以上的高強混凝土。 有些遠見卓識的專家考慮到某些工程的需要，在提出高強度的同時，也提出耐久性和施工和易性的要求，尤其是近5年，在很多重要工程中成功地采用高性能混凝土。 盡管同業(yè)對高性能混凝有不同的定義和解釋，但彼此均認爲高性能混凝土的基本特徵是按耐久性進行設(shè)計，保證拌和物易於澆筑和密實成型，不發(fā)生或盡量減少由溫度和收縮産生的裂縫，硬化後有足夠的強度，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)合理而有低滲透性和高抗化學侵蝕。 高性能

24、混凝土是21世紀的混凝土，是近期混凝土技術(shù)的主要發(fā)展方向。高性能混凝土具有很豐富的技術(shù)內(nèi)容，其核心是保證耐久性。 (1) 混凝土工程耐久性不足的後果 混凝土工程因其工程量浩大，將會因耐久性不足對未來社會造成極爲沉重的負擔。據(jù)美國一項調(diào)查顯示，美國的混凝土基礎(chǔ)設(shè)施工程總價值約爲6萬億美元，每年所需維修費或重建費約爲3千億美元。美國50萬座公路橋梁中20萬座已有損壞，平均每年有150-200座橋梁部分或完全坍塌，壽命不足20年；美國共建有混凝土水壩3,000座，平均壽命30年，其中32%的水壩年久失修。 美國對二戰(zhàn)前後興建的混凝土工程，在使用30-50年後進行加固維修所投入的費用，約占建設(shè)總投資的

25、40%-50%以上。中國50年代所建設(shè)的混凝土工程已使用40余年，如果我國混凝土工程的平均壽命按30-50年計，在今後的10-30年內(nèi)，爲了維修建國以來所建基礎(chǔ)設(shè)施的費用，將是極其巨大的。 目前，我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程規(guī)模宏大，每年高達萬億元人民幣以上，約30-50年後，這些工程也將進入維修期，所需的維修費或重建費將更爲巨大。作爲21世紀的高性能混凝土，更要從提高混凝土耐久性入手，以降低巨額的維修和重建費用。 (2) 影響混凝土耐久性的主要因素 一般混凝土工程的使用年限約爲50-100年，不少工程在使用10-20年後，有的甚至使用9年以後，即需要維修。用普通水泥混凝土所完成的工程不能滿足耐久性

26、(超耐久)要求的根本原因，在於混凝土本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 首先，爲滿足混凝土施工工作性要求，即用水量大、水灰比高，因而導致混凝土的孔隙率很高，約占水泥石總體積的25%-40%，特別是其中毛細孔占相當大部分，毛細孔是水分、各種侵蝕介質(zhì)、氧氣、二氧化碳及其它有害物質(zhì)進入混凝土內(nèi)部的通道，引起混凝土耐久性的不足。 其次，水泥石中的水化物穩(wěn)定性不足。波特蘭水泥水化後的主要化合物是鹼度較高的高鹼性水化矽酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣。此外，在水化物中還有數(shù)量很大的游離石灰，它的強度極低，穩(wěn)定性極差，在侵蝕條件下，是首先遭到侵蝕的部分。要大幅度提高混凝土的耐久性，就必須減少或消除這些穩(wěn)定性低的組分，特別是游離

27、石灰。 (3) 提高混凝土耐久性的技術(shù)途徑 如前分析，要提高混凝土的耐久性，必須降低混凝土的孔隙率，特別是毛細管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但是如果純粹的降低用水量，混凝土的工作性將隨之降低，又會導致?lián)v實成型工作困難，同樣造成混凝土結(jié)構(gòu)不致密，甚至出現(xiàn)蜂窩等宏觀缺陷，不但混凝土強度降低，而且混凝土的耐久性也同時降低。目前減少孔隙率的途徑往往是摻入高效減水劑。<BR>3.1 摻入高效減水劑<BR>在保證混凝土拌和物所需流動性的同時，盡可能降低用水量，減小水灰比，使混凝土的總孔隙，特別是毛細管孔隙率大幅度降低。 水泥在加水攪拌後，會産生一種絮凝狀結(jié)構(gòu)。在這

28、些絮凝狀結(jié)構(gòu)中，包裹著許多拌和水，從而降低了新拌混凝土的工作性。施工中爲了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必須在拌和時相應地增加用水量，這樣就會促使水泥石結(jié)構(gòu)中形成過多的孔隙。當加入減水劑後，減水劑的定向排列，使水泥質(zhì)點表面均帶有相同電荷。在電性斥力的作用下，不但使水泥?#27700;體系處於相對穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，還在水泥顆粒表面形成一層溶劑化水膜，同時使水泥絮凝狀的絮凝體內(nèi)的游離水釋放出來，因而達到減水的目的。許多研究表明，當水灰比降低到0.38以下時，消除毛細管孔隙的目標便可以實現(xiàn)，而摻入高效減水劑，完全可以將水灰比降低到0.38以下。 3.2 摻入高效活性礦物摻料 普通水泥混凝土的水泥石中

29、水化物穩(wěn)定性的不足，是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中摻入活性礦物的目的，在於改善混凝土中水泥石的膠凝物質(zhì)的組成。活性礦物摻料(矽灰、礦渣、粉煤灰等)中含有大量活性SiO2及活性A12O3，它們能和波特蘭水泥水化過程中産生的游離石灰及高鹼性水化矽酸鈣産生二次反應，生成強度更高，穩(wěn)定性更優(yōu)的低鹼性水化矽酸鈣，從而達到改善水化膠凝物質(zhì)的組成，消除游離石灰的目的。有些超細礦物摻料，其平均粒徑小於水泥粒子的平均粒徑，能填充於水泥粒子之間的空隙中，使水泥石結(jié)構(gòu)更爲致密，并阻斷可能形成的滲透路。此外，還能改善集料與水泥石的界面結(jié)構(gòu)和界面區(qū)性能。這些重要的作用，對增進混凝土的耐久性及強度都有本

30、質(zhì)性的貢獻。 3.3 消除混凝土自身的結(jié)構(gòu)破壞因素<BR>除了環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞以外，混凝土本身的一些物理化學因素，也可能引起混凝土結(jié)構(gòu)的嚴重破壞，致使混凝土失效。例如，混凝土的化學收縮和干縮過大引起的開裂，水化熱過性過高引起的溫度裂縫，硫酸鋁的延遲生成，以及混凝土的堿集料反應等。因此，要提高混凝土的耐久性，就必須減小或消除這些結(jié)構(gòu)破壞因素。限制或消除從原材料引入的堿、SO3、C1-等可以引起結(jié)構(gòu)破壞和鋼筋 蝕物質(zhì)的含量，加強施工控制環(huán)節(jié)，避免收縮及溫度裂縫産生，提高混凝土的耐久性。 3.4 保證混凝土的強度 盡管強度與耐久性是不同概念，但又密切相關(guān)，它們之間的本質(zhì)聯(lián)系是

31、基於混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，都與水灰比這個因素直接相關(guān)。在混凝土能充分密實條件下，隨著水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的強度不斷提高，與此同時，隨著孔隙率降低，混凝土的抗?jié)B性提高，因而各種耐久性指標也隨之提高。在現(xiàn)代的高性能混凝土中，除摻入高效減水劑外，還摻入了活性礦物材料，它們不但增加了混凝土的致密性，而且也降低或消除了游離氧化鈣的含量。在大幅度提高混凝土強度的同時，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。此外，在排除內(nèi)部破壞因素的條件下，隨著混凝土強度的提高，其抵抗環(huán)境侵蝕破壞的能力也越強。 (4) 結(jié)論 高性能混凝土在配制上的特點是低水灰比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，除水泥、水和骨料外，必須摻加足夠數(shù)量

32、的礦物集料和高效減水劑，減少水泥用量，減少混凝土內(nèi)部孔隙率，減少體積收縮，提高強度，提高耐久性。 混凝土工程的超耐久化，并不意味混凝土成本一定增加，甚至還可能導致成本的降低。例如，應用耐久性高的高性能混凝土，由於強度提高，結(jié)構(gòu)造價降低；又如摻入粉煤灰等工業(yè)廢料取代部分水泥，可以降低混凝土材料成本。高抗裂、高抗?jié)B復合材料在某地下室工程中的應用1 工程概況南京六合區(qū)金盾押運中心金庫是南京市重點工程。金庫為地下1 層混凝土結(jié)構(gòu),因其功能的特殊性,對混凝土結(jié)構(gòu)的自防水性能要求較高。根據(jù)甲方及設(shè)計的多次調(diào)研,選用DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B復合材料配制高抗裂、高抗?jié)B混凝土。工程應用取得了顯著的效果,

33、達到了設(shè)計的要求。2 混凝土配合比設(shè)計金盾金庫地下室設(shè)計底板混凝土強度等級為C50 ,側(cè)墻混凝土為C30 ,抗?jié)B等級S8 。根據(jù)施工要求,DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B復合材料的摻量確定為膠凝材料用量的8 % ,等量取代水泥。1) 原材料水泥P·O 42.5 級普通硅酸鹽水泥; 粉煤灰級粉煤灰; 砂中砂, 細度模數(shù)2.6 ,含泥量1.2 %; 石子531.5mm 連續(xù)級配玄武巖碎石; DoublexTM高抗?jié)B、高抗裂復合材料,基本型(DB) ; 減水劑萘系高效減水劑。2) 混凝土配合比底板C50 水泥粉煤灰DB砂石減水劑水= 441.64038.46341 1267.8160 ,水

34、灰比0.31 ,砂率為36 % ,坍落度17.0cm; 側(cè)墻C30 水泥粉煤灰DB砂石減水劑水= 257.66022.48061 1224.2170 ,水灰比0.50 ,砂率為42 % ,坍落度18.0cm。3 施工工藝1) 混凝土拌合在攪拌樓進行,投料順序為:石砂水泥DB粉煤灰干拌加水,攪拌時間比普通混凝土延長15s。2) 混凝土施工運輸混凝土用攪拌車運輸;澆灌施工現(xiàn)場用1 臺42m 泵車連續(xù)進行澆筑,并備用1 臺42m泵車。澆灌的自由落距不大于2m; 振搗振搗時間比普通混凝土約多振10s ,避免過振、漏振或欠振; 抹面混凝土終凝前反復抹壓,防止表面收縮裂縫產(chǎn)生。3) 混凝土養(yǎng)護底板混凝土采

35、取蓄水養(yǎng)護措施,控制內(nèi)外溫差小于30 ; 側(cè)墻墻體用膠合板作模板,混凝土澆完1d 后,松動模板螺絲離縫23mm,然后從頂部澆水養(yǎng)護。為防止早期產(chǎn)生溫差裂縫,3d 后拆模,拆模噴水養(yǎng)護14d。4 混凝土檢測結(jié)果經(jīng)測定,混凝土出廠坍落度為1718cm。經(jīng)0.5h運輸,到現(xiàn)場時入模坍落度在16cm 左右,工作性良好,可保證泵送施工。經(jīng)泵送后,混凝土和易性、保水性好,不產(chǎn)生離析、流漿等現(xiàn)象。經(jīng)后期檢測,混凝土相關(guān)性能如表1 所示。5 DoublexTM復合材料的作用機理分析DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B復合材料由聚丙烯纖維、膨脹組分、保水組分等多種功能材料復合而成,各種組分在混凝土中發(fā)揮其特有的功能

36、。1) 聚丙烯的網(wǎng)狀承托作用聚丙烯摻入混凝土中,可產(chǎn)生微細配筋作用及網(wǎng)狀承托作用,提高混凝土的抗拉強度,阻止微裂紋的擴展并延緩新裂縫的出現(xiàn),提高混凝土的變形能力并改善其韌性、抗沖擊性。2) 膨脹組分的補償收縮作用膨脹組分摻入混凝土中,通過與水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣及水反應形成鈣礬石,可使混凝土產(chǎn)生適度的膨脹,并在混凝土中建立0.20.7MPa 的預壓應力,從而抵消混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的部分或全部拉應力,達到抗裂的目的。此外,膨脹組分的水化產(chǎn)物可形成致密的水泥石結(jié)構(gòu),從而大大提高混凝土的抗?jié)B能力。3) 保水組分的促進水化作用保水組分具有很強的吸水能力,并可通過其毛細作用調(diào)整水分的分布,保證膠凝材

37、料正常的水化進程,使混凝土在同等養(yǎng)護條件下獲得更好的養(yǎng)護效果。DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B復合材料在混凝土中各種組分既能獨立作用,又能相互促進。復合化的疊加效應將使混凝土獲得優(yōu)異的性能。6 結(jié)論DoublexTM高抗?jié)B、高抗裂復合材料在防止混凝土開裂,減少、阻止混凝土非結(jié)構(gòu)性裂縫,提高混凝土抗?jié)B性能等方面,可發(fā)揮重要作用。其工作性良好,對泵送施工無特別要求。 原作者： 朱瑾郭進劉超 DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B復合材料的綜合性能作用機理及其應用 混凝土的開裂、滲漏一直時困擾建筑工程界的一個技術(shù)難題，開裂和滲漏給各種混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性會帶來嚴重的負面影響。如何有效地解決混凝土的

38、開裂、滲漏問題一直是材料界和建筑工程界的研究熱點。雖然已有一些材料如膨脹劑、聚丙烯纖維以及膨脹劑與聚丙烯纖維雙摻的技術(shù)已逐步應用于混凝土的防裂防滲工程，但是工程效果依然不甚理想，而且，膨脹劑類產(chǎn)品在施工過程中的養(yǎng)護困難也是一個突出的問題。 為有效解決混凝土的開裂、滲漏及養(yǎng)護困難問題，南京派尼爾科技實業(yè)有限公司開展了“高抗裂、高抗?jié)B復合材料的研究與應用”的新材料研究開發(fā)項目。通過兩年多的努力，研究開發(fā)出了以高效膨脹組分、合成纖維、保水組分和改性組分組成的DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B復合材料，并在有關(guān)工程中得到應用，取得了良好的效果。該項目研究成果于2007年9月15日通過了南京市科技局組織的

39、科技成果鑒定，鑒定委員會對該項研究成果給予了高度評價，一致認為該研究成果處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B復合材料的綜合性能、作用機理及其應用 介紹DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B復合材料的綜合性能、作用機理及其工程應用情況。1 原材料與試驗方法 1.1 試驗原材料 試驗所用原材料為中國水泥廠產(chǎn)P?O 42.5級水泥、細度模數(shù)2.6的黃砂、531.5 mm連續(xù)級配碎石、市售PP聚丙烯纖維（直徑48 m，長度12 mm）、HEA高效膨脹劑和DB-型（基本型）和DB-型（泵送型）。 1.2 試驗配合比 混凝土和砂漿性能試驗用配合比見表1和表2。 2 DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B

40、復合材料的性能試驗結(jié)果與討論 2.1 混凝土的工作性及力學性能 表3是摻加不同外加劑的新拌混凝土的工作性和硬化混凝土試件的力學性能。從試驗結(jié)果可知，C2、C3、C4和C5混凝土的坍落度較小，這是由于纖維、膨脹劑和DB-的加入，在一定程度上降低了混凝土的流動性；但摻入DB-不會降低混凝土的流動性，在降低水膠比的情況下混凝土的坍落度仍略有增加，這是由于其中含有緩凝高效減水劑結(jié)果。 摻有膨脹劑的混凝土，包括DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B復合材料，其抗壓、劈拉和抗折強度都不同程度地高于基準混凝土C1和單獨摻加纖維的混凝土C2，這是由于膨脹劑的加入提高了混凝土的密實性。由于DB-高抗裂、高抗?jié)B復合材料

41、中含有高效減水組分，混凝土成型水膠比低，因此C6混凝土試件的力學性能明顯優(yōu)于其它混凝土試件。2.2 混凝土彎曲韌性 各種混凝土試件的彎曲韌性試驗結(jié)果見表4。與基準混凝土相比，單摻纖維、單摻膨脹劑、“雙摻”纖維和膨脹劑及摻入DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B復合材料均顯著提高了混凝土的彎曲韌性，其中又以DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B復合材料對混凝土彎曲韌性的提高幅度最大，達到35從表8可以看出，與基準混凝土相比，纖維混凝土的抗?jié)B性能提高系數(shù)僅為45%，說明單摻纖維對混凝土的抗?jié)B性提高不明顯；膨脹混凝土由于膨脹劑的補償收縮及膨脹水化物的填充密實作用，抗?jié)B能力大大提高，抗?jié)B性能提高系數(shù)可達70%；聚

42、丙烯纖維與膨脹劑的“雙摻”混凝土由于聚丙烯纖維與膨脹劑的復合作用，抗?jié)B能力進一步提高，抗?jié)B性能提高系數(shù)可達72%；而摻入DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B復合材料的混凝土抗?jié)B效果明顯優(yōu)于單摻聚丙烯纖維、單摻膨脹劑及“雙摻”聚丙烯纖維與膨脹劑的混凝土，抗?jié)B性能提高系數(shù)高達75%以上，具有更高的抗?jié)B防水能力。 為了確定DB-高抗裂、高抗?jié)B復合材料混凝土可能的抗?jié)B等級，我們按照DL-T5150-2001水工混凝土試驗規(guī)范規(guī)定的“混凝土抗?jié)B性試驗”對C6混凝土進行試驗，逐級升壓至3.0 MPa后，保持水壓8 h，6個試件均未滲透水，各試件的平均滲水高度為8.5 cm。因此，DB-高抗裂、高抗?jié)B復合材料混

43、凝土的抗?jié)B等級可高于P30。 3 DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B復合材料作用機理 從上述研究結(jié)果可知，DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B復合材料具有顯著提高水泥混凝土和砂漿的抗裂、抗?jié)B和保水性能的作用。DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B復合材料的卓越性能源于材料的復合技術(shù)。根據(jù)復合材料理論：“多種單一材料結(jié)合或混合之后所構(gòu)成的材料可整體看作一個多相系統(tǒng)，其性能乃是各個相的性能的加和值”。中國工程院院士吳中偉教授認為5，“復合化是水泥基材料高性能化的主要途徑”，“復合化的技術(shù)思路超疊加效應，對材料高性能化有重要意義，可用公式1+23表示。” DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B復合材料是由高效膨脹組分

44、、合成纖維、保水組分和改性組分組成的，各種組分在水泥混凝土和砂漿中各自發(fā)揮其特有的作用，同時又互為補充，相互增強。其作用機理特點如下： 3.1 雙重抗裂、雙重保護 高效膨脹組分是DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B復合材料的主要功能材料，它在混凝土中的作用是在水泥水化過程中形 成大量的膨脹結(jié)晶體鈣礬石。圖1是水泥砂漿中鈣礬石的形成與分布的電子顯微鏡照片。鈣礬石的形成可起到填充、堵塞混凝土毛細孔的作用，同時由于在鋼筋和鄰位的約束下產(chǎn)生的壓應力，在硬化早期可部分抵消混凝土干縮引起的拉應力，避免或減少混凝土裂縫的產(chǎn)生。 聚丙烯纖維是DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B復合材料的另一主要功能材料，當它均勻分布

45、于混凝土內(nèi)部時（見圖2），可使混凝土在塑性初期形成的微裂紋在發(fā)展過程中受到阻擋，難以進一步發(fā)展。纖維的加入猶如在混凝土中摻入數(shù)量巨大的微細筋，抑制了混凝土開裂的進程，提高了混凝土的斷裂韌性，從而達到改善混凝土性能的目的。聚丙烯纖維和膨脹劑分別從物理和化學兩方面提高混凝土的抗裂能力，為混凝土提供雙重保護。 3.2 階段抗裂、層次抗裂 膨脹劑與聚丙烯纖維的防裂原理、作用層面、作用方式及最有效的作用時段不盡相同。膨脹劑主要通過化學作用補償混凝土硬化階段的收縮，對控制混凝土早期塑性收縮作用不大；聚丙烯纖維對于控制混凝土早期的塑性收縮開裂有明顯的作用，但在硬化階段卻很難再有幫助。DoublexTM高抗裂

46、、高抗?jié)B復合材料將二者復合使用，這種復合不是兩種抗裂組分多余的重復疊加，而是互為補充，相互 加強，從不同的層面、以不同的方式以及在不同的時段對混凝土的抗裂作出最有效的貢獻。 孫偉院士指出6，“微膨脹劑與聚丙烯纖維的復合體現(xiàn)了層次抗裂、階段抗裂的科學理念，符合裂縫控制抗與放的原則，是傳統(tǒng)的補償收縮理論與復合材料理論的有機結(jié)合?！?3.3 三重防水、高度抗?jié)B 混凝土結(jié)構(gòu)自防水即依靠混凝土本體來實現(xiàn)建筑防水，已被證明為最根本的建筑防水技術(shù)。由多種功能材料復合而成的DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B同時具備三種防水機理，故比單一機理的產(chǎn)品具有更高的抗?jié)B防水能力的。具體防水機理如下：3.3.1 補償收縮、抗裂防滲 在普通混凝土中加入DoublexTM高抗裂、高抗?jié)B復合材料，其膨脹組分經(jīng)水化反應可產(chǎn)生大量膨脹性結(jié)晶水化產(chǎn)物鈣礬石，使混凝土產(chǎn)生適度膨脹，在鋼筋和鄰位的約束下，其限制膨脹率可在混凝土中建立0.20.7 MPa的預壓應力，從而抵消混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的部分或全部拉應力，達到抗裂的目的。此外，膨脹組分與水泥水化后形成的針棒狀鈣礬石晶體，使水泥的總孔隙率降低，而且孔徑變小，形成致密的水泥石結(jié)構(gòu)，從而提高混凝土的抗?jié)B能力。 3.3.2 減水密實、