(3.3)-第4章 開(kāi)放實(shí)驗(yàn)-混凝土耐久性試驗(yàn)研究指導(dǎo)書(shū)

混凝土耐久性試驗(yàn)研究（綜合型.開(kāi)放實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

一、實(shí)驗(yàn)意義和目的混凝土耐久性指混凝土結(jié)構(gòu)在自然環(huán)境、使用環(huán)境及材料內(nèi)部因素的作用下，在設(shè)計(jì)要求的目標(biāo)使用期內(nèi)，不需要花費(fèi)大量資金加固處理，保持其安全、使用功能和外觀要求的能力。耐久性研究是世界性課題，也土木工程領(lǐng)域的關(guān)注重點(diǎn)。耐久性研究對(duì)新建結(jié)構(gòu)及維修改造都極為重要。統(tǒng)計(jì)表明，目前我國(guó)處于第二階段?；炷两Y(jié)構(gòu)耐久性不足的問(wèn)題，要比安全性不足更為嚴(yán)重，更迫切需要解決。

混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究可分為材料、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)三個(gè)層次。在材料學(xué)科領(lǐng)域，目前對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性研究較多的是混凝土凍融和抗?jié)B。為了提高混凝土的抗凍性和抗?jié)B性，可以從原材料的優(yōu)選、配合比的優(yōu)化方面進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究工作。

通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，不但可以掌握相關(guān)的實(shí)驗(yàn)方法與技能，而且，通過(guò)設(shè)計(jì)混凝土耐久性試驗(yàn)研究方案，分析研究混凝土密實(shí)度、孔隙及孔隙的充水程度對(duì)抗?jié)B性和抗凍性等性能的影響，提出提高混凝土耐久性的措施，從而加深對(duì)該重點(diǎn)研究領(lǐng)域的了解和認(rèn)識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)原理（一）混凝土耐久性主要包括抗?jié)B性、抗凍性等性質(zhì)?？?jié)B性指混凝土抵抗壓力水滲透的能力。是混凝土耐久性的一個(gè)重要標(biāo)志。衡量抗?jié)B性的指標(biāo)是抗?jié)B等級(jí)：以28天齡期標(biāo)準(zhǔn)試件，按下述規(guī)定方法檢驗(yàn)混凝土所能承受的最大壓力（MPa），例如，P2、P4、P8分別表示混凝土能抵抗0.2、0.4、0.8Mpa的水壓力而不滲水?；炷恋膬鋈谘h(huán)試驗(yàn)按照GBJ82－85《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”進(jìn)行。本方法適用于在水中經(jīng)快速凍融來(lái)測(cè)定混凝土的抗凍性能。快凍法抗凍性能的指標(biāo)可用能經(jīng)受快速凍融循環(huán)的次數(shù)或耐久性指數(shù)來(lái)表示。本方法特別適用于抗凍性要求高的混凝土。根據(jù)凍融循環(huán)后的相對(duì)動(dòng)彈模量和質(zhì)量損失來(lái)確定最大循環(huán)次數(shù)和耐久性指數(shù)。（二）抗?jié)B性和抗凍性的影響因素及其改善措施?；炷恋拿軐?shí)度、孔隙數(shù)量及構(gòu)造、孔隙的充水程度均是決定抗凍性和抗凍性的重要因素。因此，通過(guò)選材和配合比設(shè)計(jì)，可以提高混凝土的密實(shí)度，降低孔隙率，改善孔隙構(gòu)造，提高抗?jié)B性和抗凍性，從而提高混凝土的耐久性。1、混凝土抗?jié)B性的影響因素混凝土抗?jié)B性影響因素很多，包括混凝土水灰比、水泥細(xì)度、水泥品種、集料品種、施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)條件和環(huán)境介質(zhì)等。水灰比對(duì)混凝土抗?jié)B性的影響最大。水灰比越大，混凝土抗?jié)B性就越差；采用細(xì)顆粒含量多的水泥，可以提高抗?jié)B性，但使用細(xì)水泥需要增加其用水量，會(huì)導(dǎo)致混凝土抗裂性下降，應(yīng)引起注意；采用水中養(yǎng)護(hù)或潮濕養(yǎng)護(hù)的混凝土，水泥水化處于十分優(yōu)越的條件，其抗?jié)B性明顯提高，加熱養(yǎng)護(hù)混凝土的耐久性將大大低于水中或潮濕養(yǎng)護(hù)的混凝土?；炷恋目?jié)B措施（1）提高混凝土自身的抗?jié)B能力

增加自身的抗?jié)B能力是混凝土提高抗?jié)B性的最根本的方法，主要的措施有：設(shè)計(jì)合理的混凝土配合比，嚴(yán)格控制混凝土的水灰比。在混凝土中摻入粉煤灰等外加劑，提高混凝土的抗?jié)B性。對(duì)砂石的清潔度特別是含泥量，提出嚴(yán)格的要求。采用機(jī)械振搗和機(jī)械攪拌，保證混凝土的密實(shí)度。加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)。（2）采用表面涂層或覆蓋層。（3）浸漬混凝土。3、混凝土抗凍性主要影響因素（1）水灰比

水灰比越大，混凝土中可凍水的含量越多，混凝土的結(jié)冰速度越快；氣泡結(jié)構(gòu)越差，平均氣泡艱巨越大；混凝土強(qiáng)度月底，抵抗凍融的能力越差。國(guó)內(nèi)外規(guī)范對(duì)混凝土抗凍性有要求的混凝土結(jié)構(gòu)都規(guī)定了水灰比最大允許值，我國(guó)各行業(yè)規(guī)范都根據(jù)不同受凍環(huán)境提出了水灰比最大允許值，如《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》(JTJ268-96)規(guī)定海水水位變動(dòng)區(qū)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的水灰比最大允許值為0.45-0.55；《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2002)規(guī)定非海水受凍環(huán)境的混凝土結(jié)構(gòu)的水灰比最大允許值為0.5～0.6。水灰比小于0.35、完全水化的混凝土，即使不引氣，也有較高的抗凍性，因?yàn)槌ニY(jié)合水和凝膠孔不凍水外，混凝土中的可凍水含量很少。（2）含氣量引氣劑引入空氣，混凝土的抗凍性就會(huì)提高。在一定范圍內(nèi)，含氣量越多，混凝土的抗凍性越好。國(guó)內(nèi)外部分規(guī)范都規(guī)定了含氣量的合理范圍。標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)骨料最大粒徑(mm)含氣量范圍(%)中國(guó)《水運(yùn)工程混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》(JTJ269-96)10.0

20.0

31.5

40.0

63.05.0～8.0

4.0～7.0

3.5～6.5

3.0～6.0

3.0～5.0歐洲《FIP海工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工建議》(1986)10

20

407～10

5～8

4～7美國(guó)ACI318(1989)10

20

406(7.5)

5(6)

4.5(5.5)（3）混凝土的飽水狀態(tài)。（4）混凝土的受凍齡期。（5）水泥品種混凝土的抗凍性隨水泥活性增高而提高。普通硅酸鹽水泥混凝土的抗凍性?xún)?yōu)于混和水泥混凝土，更優(yōu)于火山灰水泥混凝土。（6）骨料質(zhì)量混凝土骨料對(duì)混凝土抗凍性影響主要體現(xiàn)在骨料吸水率及骨料本身的抗凍性。吸水率大的骨料對(duì)抗凍性不利。（7）外加劑及摻和料減水劑、引氣劑及引氣減水劑等外加劑均能提高混凝土的抗凍性。引氣劑能增加混凝土的含氣量，并使氣泡均勻；而減水劑則能降低混凝土的水灰比，從而減少孔隙率，最終都能提到混凝土的抗凍性。粉煤灰摻和料對(duì)混凝土抗凍性的影響，主要取決于粉煤灰本身的質(zhì)量。4、混凝土的抗凍措施摻用引氣劑、減水劑和引氣減水劑。嚴(yán)格控制水灰比，提高混凝土密實(shí)度。加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)或滲入防凍劑，防止混凝土早期受凍。三、實(shí)驗(yàn)裝置、流程和儀器混凝土抗?jié)B儀、壓力試驗(yàn)機(jī)、加壓裝置、QHKD-1全自動(dòng)混凝土快速凍融系統(tǒng)、DT-10W動(dòng)彈儀。

圖1混凝土抗?jié)B試驗(yàn)裝置圖2混凝土抗凍試驗(yàn)裝置四、實(shí)驗(yàn)方法和步驟（一）選材與配合比設(shè)計(jì)選擇合適的原材料，調(diào)整W/C、C、W0、Sp和外加劑，配制C60/F100/S8。（二）抗?jié)B性能試驗(yàn)1、試件成型和養(yǎng)護(hù)應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，以六個(gè)試件為一組。2、試驗(yàn)前一天取出養(yǎng)護(hù)試件，用鋼絲刷刷去兩端面水泥漿膜。在其側(cè)面涂一層熔化的石蠟密封材料，放入烘箱預(yù)熱過(guò)的試件套中。在壓力機(jī)上將試件壓入試件套中。連同試件套固定在抗?jié)B儀上進(jìn)行試驗(yàn)。3、打開(kāi)閥門(mén)，調(diào)整抗?jié)B儀指針初讀數(shù)，使水壓為0.1Mpa。每隔8h增加水壓0.1Mpa，并且隨時(shí)注意觀察試件端面的滲水情況。當(dāng)?shù)谝粔K試件出現(xiàn)滲水時(shí)，關(guān)閉相應(yīng)閥門(mén)。當(dāng)?shù)诙K試件出現(xiàn)滲水時(shí)，關(guān)閉相應(yīng)閥門(mén)。當(dāng)?shù)谌龎K試件出現(xiàn)滲水時(shí)，即可停止試驗(yàn)，記下此時(shí)的水壓值。(注：當(dāng)加壓至設(shè)計(jì)抗?jié)B等級(jí)，經(jīng)8h后第三個(gè)試件仍不滲水，表明混凝土已滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，也可停止試驗(yàn)。)4、根據(jù)公式計(jì)算混凝土的抗?jié)B等級(jí)。5、將試件劈裂，觀察內(nèi)部滲水情況。測(cè)量試件內(nèi)部滲水高度，可進(jìn)一步比較不同試件的抗?jié)B性能，滲水高度越小，抗?jié)B性能越好。（三）抗凍性能試驗(yàn)1、如無(wú)特殊規(guī)定，試件應(yīng)在28d齡期時(shí)開(kāi)始凍融試驗(yàn)。凍融試驗(yàn)前4d應(yīng)把試件從養(yǎng)護(hù)室取出，進(jìn)行外觀檢查，然后在溫度為15～20℃的水中浸泡（包括測(cè)溫試件）。浸泡時(shí)水面至少要高出試件頂面20mm，試件浸泡4d后進(jìn)行凍融試驗(yàn)。2、浸泡完畢后取出試件，用濕布擦除試件表面水分，稱(chēng)重，測(cè)量其橫向基頻的初始值。3、將試件放入試件盒內(nèi)，為了使試件受溫均衡，并消除試件周?chē)蛩纸Y(jié)冰引起的附加應(yīng)力，試件的側(cè)面與底部應(yīng)墊放適當(dāng)寬度與厚度的橡膠板，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，盒內(nèi)水位高度應(yīng)始終保持高出試件頂面5mm左右。4、把試件盒放入凍融箱內(nèi)。其中裝有測(cè)溫試件的試件盒放在凍融箱的中心位置。此時(shí)即可開(kāi)始凍融循環(huán)。5、凍融循環(huán)過(guò)程應(yīng)符合下列要求：每次凍融循環(huán)應(yīng)在2～4h內(nèi)完成，其中用于融化的時(shí)間不得小于整個(gè)凍融時(shí)間的1/4。在凍結(jié)和融化終了時(shí)，試件中心溫度應(yīng)分別控制在－17±2℃和8±2℃。每塊試件從6℃降至－15℃所用的時(shí)間不得少于凍結(jié)時(shí)間的1/2。每塊試件從－15℃升至6℃所用的時(shí)間也不得少于整個(gè)融化時(shí)間的1/2。試件內(nèi)外的溫差不宜超過(guò)28℃。凍和融之間的轉(zhuǎn)化時(shí)間不宜超過(guò)10min。6、試件一般應(yīng)每隔25次循環(huán)做一次橫向基頻測(cè)量，測(cè)量前應(yīng)把試件表面浮渣清洗干凈，擦去表面積水，并檢查其外部損傷及重量損失。測(cè)完后，應(yīng)把試件掉一個(gè)頭重新裝入試件盒內(nèi)。試件的測(cè)量、稱(chēng)量以及外觀檢查應(yīng)盡量迅速，以免水傷損失。7、為保證試件在冷液中凍結(jié)時(shí)溫度穩(wěn)定均衡，當(dāng)有一部分試件停凍取出時(shí)，應(yīng)另用試件填充空位。

如凍融循環(huán)因故中斷，試件應(yīng)保持在凍融狀態(tài)下，并最好能將試件保存在原容器內(nèi)用冰塊圍住。如無(wú)這一可能，則應(yīng)將試件在潮濕狀態(tài)下用防水材料包裹，加以密封，并存放在－17±2℃的冷凍室或冰箱中。試件處在溶解狀態(tài)下的時(shí)間不宜超過(guò)兩個(gè)循環(huán)。特殊情況下，超過(guò)兩個(gè)循環(huán)周期的次數(shù)，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中只允許1～2次。8、凍融達(dá)到以下三種情況之一即可停止試驗(yàn)：已達(dá)到300次循環(huán)。相對(duì)動(dòng)彈性模量下降到60％以下。重量損失率達(dá)5％。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（供參考）表1混凝土試配配合比試驗(yàn)用原材料品種來(lái)源性能指標(biāo)水泥粉煤灰骨料外加劑混凝土配合比試驗(yàn)編號(hào)材料用量(kg/m3)WCSG粉煤灰外加劑T1T2T3T4混凝土試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)編號(hào)水灰比含氣量(%)外加劑強(qiáng)度（MPa）強(qiáng)度(MPa)抗凍等級(jí)重量損失率(%)抗?jié)B等級(jí)品種摻量(%)3d28dT11T12T13T14T21T22T23T24T31T32T33T34T41T42T43T44六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論1.混凝土強(qiáng)度、抗凍等級(jí)和抗?jié)B等級(jí)能否滿(mǎn)足