高性能混凝土耐久性-

1、高性能混凝土耐久性-高性能混凝土耐久性-探討摻合料對(duì)高性能混凝土耐久性的影響高性能混凝土具有高強(qiáng)度、良好工作性、高耐久性和高體枳穩(wěn)定性等性能，被認(rèn)為是目前全世界性能最為全面的混凝上，至今已在不少重要工程中被采用。本文參考前人對(duì)高性能混凝土的耐久性試驗(yàn)，結(jié)介試驗(yàn)數(shù)據(jù)，探討摻介料對(duì)英抗?jié)B性、抗凍性、抗硫酸鹽侵蝕等附久性進(jìn)行研究，總結(jié)影響高性能混凝土耐久性的因素，并提出提高耐久性的方法。高性能混凝土、耐久性、摻合料Abstract：High-performanceconcreteisconsideredasthemostwidelyusedconcreteforitshighstrength,hig

2、hworkabilityandhighdurabilityfeaturesinhigh"speedrailwaysandotherlarge-scaleprojects.Byreferringtohigh-performanceconcretedurabilitytest,combinedwiththetestdata,thisdissertationisaimedatstudyingtheimpermeabi1ity,frostresistance.sulfateresistance,durabilityofHPC,andsummarizingthefactorsthataffec

3、tthedurabilityofHPCwithaviewtoimproveitsdurabilityKeyWords：High一performance-concrete、Durability、Additive高性能混凝土是貝有高強(qiáng)度、高耐久性和良好的工作性的新型綠色混凝土。混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性主要包括抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性、抗碳化及抗堿骨反應(yīng)。而耐久牲是高性能混凝土設(shè)計(jì)的故重要指標(biāo)，它是指混凝土結(jié)構(gòu)在自然壞境、使用環(huán)境及材料內(nèi)部因素作用下保持其正常工作能力的性能。耐久性是衡量材料乃至結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用條件的安全性能。很多工程實(shí)際表明，造成結(jié)構(gòu)物破壞的原因是多方面的，僅僅由強(qiáng)度不足引起的破壞那例并不

4、多見，而耐久性不良往往是引起結(jié)構(gòu)物破壞的最主要的原因。高性能混凝土之所以在很多頃要工程中得以應(yīng)用，主要是因?yàn)槠渌z比低、密實(shí)度高、體積穩(wěn)定性好而具有的良好耐久性。高性能混凝土的耐久性主要涉及混凝土的抗裂性、抗?jié)B性、抗凍性、抗硫酸鹽侵蝕能力等，其中任性能指標(biāo)不能達(dá)到規(guī)定要求，都會(huì)影響整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性；據(jù)美國(guó)一項(xiàng)調(diào)查顯示，美國(guó)的混凝土基礎(chǔ)設(shè)施工程總價(jià)值約為6萬(wàn)億美元，每年所需維修費(fèi)或施建費(fèi)約為3千億美元。而由于耐久性導(dǎo)致建筑工程報(bào)廢的現(xiàn)彖也并不少見，如北京的“西直門立交橋”等便因此被迫拆除。因此，從工程經(jīng)濟(jì)效益的角度考慮，我們?cè)谑┕そㄔO(shè)中應(yīng)加犬對(duì)耐久性設(shè)計(jì)的關(guān)注，使工程的長(zhǎng)遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最大

5、化。、摻介料改善高性能混凝土耐久性的機(jī)理1、超細(xì)摻和料填充效應(yīng)（填充顆粒間空隙，降低孔隙率）混凝土是種連續(xù)顆粒級(jí)配的堆聚結(jié)構(gòu)體系，粗竹料顆粒空隙由細(xì)件料顆粒填充，細(xì)骨料的顆?？障秳t由水泥顆?；蛩嗍畛洌囝w粒之間的空隙或水泥石的孔隙需要更細(xì)的顆粒來(lái)填充。超細(xì)摻和料顆粒尺寸比水泥顆粒小，比表面枳比水泥大，水泥的比表面積_般&330-350m2/kg；而S75級(jí)礦渣微粉為450m2/kg左右；I級(jí)粉煤灰則在510m，/kg左右；硅灰顆粒粒級(jí)是水泥顆粒的1/1001/50,比表面枳高達(dá)20,000m2/kg。超細(xì)摻和料的顆粒粒徑是高性能混凝土連續(xù)顆粒級(jí)配中最小的顆粒，起到了顆粒級(jí)配的微集

6、料作用，能有效填充水泥顆?？障逗退嗍紫叮蟠筇岣呋炷恋拿軐?shí)性，從而大幅度捉高混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗侵蝕能力和抗凍性。實(shí)驗(yàn)證明水膠比為0.36、礦渣粉摻量40%、坍落度達(dá)22cm的高性能混凝土，實(shí)測(cè)菰滲等級(jí)達(dá)S37仍不透水，將6個(gè)抗?jié)B試件劈裂觀察滲水高度，平均滲水奇度10.3mm,最犬滲水高度26mm,最小滲水高度2mm。這充分證明了高性能混凝土的密實(shí)程度。博湖東泵站使用325普通水泥，摻加勺0%和45%的礦渣粉，釆用0.35水膠比配制的二級(jí)配高性能混凝土的28天設(shè)計(jì)齡期抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到55.IMpa和53.OMpao用32.5強(qiáng)度等級(jí)水泥配制出強(qiáng)度為50Mpa的混凝土，沒有超細(xì)摻和

7、料微集料的填充效應(yīng)是不町能的，當(dāng)然也離不開高效減水劑的減水作用。2、降低水化熱水泥水化是一個(gè)放熱反應(yīng)，主要是水泥熟料礦物成分C3A、C3S等水化放出水化熱。水化熱導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度升高，當(dāng)混凝土受外界大氣環(huán)境溫度變化影響時(shí)會(huì)引發(fā)溫度裂縫，裂縫又會(huì)降低混凝土的抗?jié)B性、抗侵蝕性等一系列耐久性，尤其是大體枳混凝土易出現(xiàn)這種現(xiàn)象。防止和控制混凝土溫度裂縫的有效措施是減少混凝土屮的水泥用量或采用中、低熱水泥，高性能混凝土中摻加大摻量超細(xì)摻和料等量替代水泥既可以減少水泥用量，又川以起到使用中、低熱水泥的效用，英作用將明顯降低混凝土所使用膠凝材料的水化熱。經(jīng)試驗(yàn)，采用GB/T12959-1991溶解熱方法對(duì)

8、摻礦渣粉、粉煤灰仃級(jí)）的水泥漿體進(jìn)行3d、7d水化熱檢測(cè)，其結(jié)果見摻礦渣粉、粉煤灰町有效降低水泥或混凝土的水化熱。粉煤灰降低水化熱效果優(yōu)于礦渣粉：礦渣粉和粉煤灰混合使用降熱更優(yōu)：礦渣粉過細(xì)不利于降低不化熱；由此推論硅灰由于比表面積太大，不利于降低水化熱，混凝土使用硅灰時(shí),應(yīng)采用適當(dāng)降溫措施。3、提高混凝土抗侵蝕竹:的效應(yīng)人呈的混凝土侵蝕試驗(yàn)證明，混凝土的侵蝕實(shí)質(zhì)是水泥的侵蝕，更確切地講是水泥石的侵蝕?；炷涟l(fā)生侵蝕有內(nèi)外因，內(nèi)因是混凝土中水泥凝結(jié)硬化形成的水泥石結(jié)構(gòu)內(nèi)的水化產(chǎn)物CA（0H）2和水化、鋁酸鈣（CAH）以及水泥右中的開口孔隙，當(dāng)侵蝕介質(zhì)隨載體環(huán)境水侵入水泥石孔隙內(nèi)（主要是開!E1孔

9、隙），c“0H和CAH成為水泥石結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定成分，易和侵蝕介質(zhì)（如硫酸鹽、鎂鹽、侵蝕性c、酸等）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成侵蝕產(chǎn)物.隨侵蝕介質(zhì)類型的不冋，生成的侵蝕產(chǎn)物不冋，有的足易分解、溶蝕的物丿貞，有的是結(jié)晶膨脹產(chǎn)物。易分解或溶蝕的侵蝕產(chǎn)物會(huì)造成水泥石結(jié)構(gòu)的疏松：過量的結(jié)晶膨脹侵蝕產(chǎn)物會(huì)使水泥仃結(jié)構(gòu)因膨脹而破壞。水泥右結(jié)構(gòu)的破壞必然導(dǎo)致混凝土的破壞?；炷恋那治g是外因通過內(nèi)因起作用，因此，防治侵蝕的有效措施之是減少侵蝕內(nèi)因。高性能混凝土以大摻最超細(xì)摻和料等帚替代水泥是實(shí)施這個(gè)有效措施的一個(gè)甫要途徑，大摻最超細(xì)摻和料等量替混凝土侵蝕試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，超細(xì)摻和料的細(xì)度、摻帛多少和高件能混凝土采用的水膠比人小

10、是其減少侵蝕內(nèi)因或捉高抗侵蝕性的關(guān)鍵：無(wú)疑，超細(xì)摻和料具有改善和提高髙性能混凝土抗侵蝕性的顯著效應(yīng)。二、試驗(yàn)研究及數(shù)拯在高性能混凝土中常用的活性細(xì)摻合料有硅粉(SF)、磨細(xì)礦渣粉(BFS)、粉煤灰(FA)、天然沸石粉(NZ)等。1、抗?jié)B性試驗(yàn)研究以文釆用電通量法來(lái)測(cè)定混凝土的抗氯離子滲透能力，通過對(duì)水膠比為0.29,礦摻量為10%.15%.20%三個(gè)水平的混凝土試件做電通量試驗(yàn)，檢驗(yàn)高性能混凝土抗氯離子滲透性能，從而評(píng)定并比較不同配比條件下高性能混凝土的抗?jié)B性能。1.1試驗(yàn)方法按規(guī)定配合比制備3組混凝土試件，每組有3個(gè)柑同配比的試件，試件為圓柱體形，尺寸為100mmX50mm,在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件卜

11、養(yǎng)護(hù)28d。試驗(yàn)需要町輸出60V直流電壓的直流穩(wěn)壓電源：數(shù)字式直流表，量程為20A,精度±1.0%：真空泵，真空度町達(dá)133Pa以下:真空干燥器內(nèi)徑不小于250mmc試驗(yàn)所需溶液為用分祈純?cè)噭┡渲频?.0$氯化鈉溶液和0.3mol/L氫氧化鈉液。試驗(yàn)原理裝置圖見圖1。計(jì)算結(jié)果繪制電流與時(shí)間的關(guān)系圖，將各點(diǎn)數(shù)據(jù)以光滑曲線連接起來(lái)，做面枳枳分，即町得到試驗(yàn)6h通過的電最。取同組3個(gè)試件通過的電最的平均值，作為該試件的電通量：當(dāng)3個(gè)試件中有1個(gè)超過平均值的15%時(shí)，取另外2個(gè)試件的平均值作為該組試件的電通量；當(dāng)3個(gè)試件中有2個(gè)超過平均值的15%時(shí)，該次試驗(yàn)無(wú)效。1.2試臉結(jié)果和分析乞組試驗(yàn)

12、混凝土試件的電通最見表lo由表1的試驗(yàn)結(jié)果町知：三組高性能混凝土試件的電通量值都滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，即所配制高性能混凝土具有較好的抗?jié)B性能；隨著N摻磺的增加，由10%增至15%,混凝土試件的6h電通量減小，說(shuō)明混凝土的抗氯離子滲透能力提髙，抗?jié)B性能捉高，這是由于礦摻料的加入使混凝土形成了密實(shí)充填結(jié)構(gòu)和細(xì)觀層次的自緊密堆積體系，大大改善了混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高了密實(shí)度，從而提高了抗?jié)B性能：礦摻量rfll5%增至20%,混凝土試件的電通最增加，說(shuō)明混凝土的抗氯離子滲透能力減弱，抗?jié)B性能降低，這足由于礦摻料摻入過多使混凝土強(qiáng)度降低，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)變差，抗?jié)B性能降低。由試驗(yàn)結(jié)果和理論分析町知：高性能混凝土

13、的抗?jié)B性能主要由混凝土的密實(shí)程度決定；提高混凝土的抗?jié)B性能除了選擇優(yōu)質(zhì)原材料之外，要介理設(shè)計(jì)混凝土配介比，摻入適量的礦物摻和料，優(yōu)選高效減水劑減少用水量，降低水膠比，增大混凝土密實(shí)度，從而提高抗?jié)B性能。然而本組試驗(yàn)采用“控制變量法”且試驗(yàn)數(shù)據(jù)過于單薄并不能全面合理的得出具體有效的配合比。此外，本試驗(yàn)"單一變量”原理研究礦摻量對(duì)抗?jié)B性的影響，未綜合考農(nóng)各方面的配比對(duì)抗?jié)B性的影響，因此本次試驗(yàn)筆者認(rèn)為仍可作為參考數(shù)拯，進(jìn)一步深入科學(xué)的試驗(yàn)仍有待進(jìn)行。2、抗凍性試驗(yàn)研究主要研究水膠比及礦摻帛:對(duì)高性能混凝土抗凍性的影響規(guī)律，按不同配合比設(shè)計(jì)混凝土，通過務(wù)組試驗(yàn)對(duì)比來(lái)分析各因素對(duì)混凝土抗凍性

14、的影響情況。2. 1試驗(yàn)方法本文采用普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法中抗凍性能試驗(yàn)的快凍法，使用TDRI型混凝土快速凍融試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試臉。在凍結(jié)和融化終了時(shí)，試件中心溫度分別控制在-17±2°C、8±2C,3h左右完成一次凍融循環(huán)。試件尺寸為100mmXI00mmX100mm,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)至28d,試驗(yàn)前4d取出試件，在15、20*C水中浸泡4d,水面至少高出試件20mm,然后取出試件，擦干表面后進(jìn)行試驗(yàn)。凍融溫度為：凍-15、-2(TC,融15、20°C。每組試驗(yàn)至少制備3個(gè)試件，取試驗(yàn)結(jié)果的平均值。2.2試臉結(jié)果和分析混凝土試驗(yàn)配合比見表2,凍

15、融試驗(yàn)結(jié)果見表3。我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GBJ82-85普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法對(duì)混凝土抗凍等級(jí)的規(guī)左是：同時(shí)滿足相対動(dòng)彈模值不小于60%利質(zhì)屋損失率不超過5%時(shí)的凍融次數(shù)。由凍融試驗(yàn)可知，所配制各組高性能混凝土的抗凍等級(jí)都達(dá)到300次以上，具有較好的抗凍性能。比較各組試驗(yàn)結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，水膠比對(duì)高性能混凝土的抗凍性有明顯影響，水膠比越小，抗凍性能越好：同一水膠比的試驗(yàn)組中，礦摻量大的抗凍性較好，說(shuō)明礦摻量也會(huì)影響混凝七抗凍性。這主要是因?yàn)樗z比越小，混凝土密實(shí)度越高，強(qiáng)度也就越高；礦摻料的摻入使混凝土膠凝體系得到改善，變得更致密，從而提高了混凝土的抗凍性能。3、抗硫酸鹽侵蝕性試驗(yàn)研究影響混凝土

16、抗硫酸鹽侵蝕性能的因素很多，本文通過試驗(yàn)，主要研究礦摻屋對(duì)高性能混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響規(guī)律，并對(duì)高性能混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。3.1試驗(yàn)方法本文采用干濕循環(huán)的加速試驗(yàn)方法測(cè)定抗硫酸鹽侵蝕能力。混凝土試件尺寸：100mmX100mmX100mm»?護(hù)28d后進(jìn)彳汗?jié)裱h(huán)試驗(yàn)。循環(huán)過程為：將試件在80°C烘箱中恒溫烘干6h,冷卻觀察lh,稱螢后浸泡于濃度為3%的硫酸鈉溶液中16h,取出擦干表面水分，再晾干lh作為一個(gè)干濕循環(huán)（一個(gè)干濕循壞為24h）o3.2試驗(yàn)結(jié)果和分析各組試驗(yàn)混凝卜配合比見表4.抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)結(jié)果見表乩為直觀分析，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果做出礦摻量對(duì)抗硫

17、酸鹽侵蝕性能的影響規(guī)律圖，如圖3o由抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)結(jié)果可知，高性能混凝土中摻入礦物摻和料有利于提高其抗硫酸鹽侵蝕能力，這主要是由于活杵礦物摻和料的形態(tài)效應(yīng)、微集料效應(yīng)和活性效應(yīng)共同作用的結(jié)果，摻和料使得混凝土孔隙率大幅度降低，結(jié)構(gòu)更趙于均勻密實(shí)，抗硫酸鹽侵蝕能力得到提髙：由圖3町看出，當(dāng)?shù)V摻量超過30%時(shí)，抗硫酸鹽侵蝕能力突然降低，這說(shuō)明隨著摻和料摻量的繼續(xù)增加，混凝土強(qiáng)度發(fā)展緩慢，難以形成足夠的混凝土強(qiáng)度和密實(shí)度，使得抗硫酸鹽侵蝕能力急劇下降。三、摻合料對(duì)高性能混凝土耐久性的影響總結(jié)與思考摻合料主要是通過填充混凝土的空隙來(lái)降低高性能混凝土的孔隙率，從而使高性能混凝土的結(jié)構(gòu)趨于密實(shí)狀態(tài)，從而提高混凝土抗?jié)B性能，減少混凝土與侵蝕介質(zhì)的接觸，進(jìn)而改善混凝土的耐久性能。盡管耐久性的設(shè)計(jì)口益得到了覓視，并且關(guān)于耐久性試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)也口趨完善，然而通過參考和査閱大量的文獻(xiàn)不難發(fā)現(xiàn)關(guān)于耐久性的研究如：抗碳化性能、抗硫酸鹽侵蝕性能等與實(shí)際壽命的關(guān)系無(wú)從得知。目前大多數(shù)關(guān)于耐久性的研究的主要方式仍為“加速試驗(yàn)”，盡管通過快速試驗(yàn)的方法町以直觀快捷的得出材料耐久性與材料配比的關(guān)系，但這僅僅只是片面和不科學(xué)的結(jié)果。因此，筆者認(rèn)為研究摻介料或不同配介比下高性能混凝土耐久性能優(yōu)劣，應(yīng)盡量以實(shí)際使用年限30年或以上的高性能混凝土構(gòu)件