混凝土材料耐久性評價指標研究.pdf

1、混凝土耐久性設(shè)計已成為確保混凝土結(jié)構(gòu)達到設(shè)計使用年限的前提和基礎(chǔ)，合理確定混凝土耐久性指標是混凝土耐久性設(shè)計的重要內(nèi)容。現(xiàn)階段混凝土耐久性評價的主流仍然沿用傳統(tǒng)的試驗方法進行，而由于混凝土耐久性的復雜性和傳統(tǒng)評價方法試驗過程的過于緩慢為不同環(huán)境下混凝土耐久性的評價帶來極大不便。為此，借鑒國外和其它行業(yè)標準，《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計暫行規(guī)定》中提出采用電通量作為混凝土耐久性指標，以其相對評價混凝土的密實性或抗侵入性，從而間接評價混凝土的

2、耐久性。然而，使用電通量指標評價混凝土的耐久性，很多專家和學者提出了質(zhì)疑。由于混凝土耐久性評價指標的正確選取對施工現(xiàn)場混凝土質(zhì)量控制及其驗收評價起著至關(guān)重要的作用，因此，迫切需要開展電通量評價混凝土耐久性的有效性和適用性研究，以及提出適用于評價不同環(huán)境下混凝土耐久性能的評價指標。本文以《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計暫行規(guī)定》中劃分的環(huán)境類別為依據(jù)，以整體論為指導，從侵蝕介質(zhì)作用途徑和混凝土抵抗破壞的能力出發(fā)，通過開展大量試驗，研究了氯鹽環(huán)境

3、、碳化環(huán)境、凍融環(huán)境以及硫酸鹽結(jié)晶侵蝕環(huán)境下混凝土的耐久性能評價指標。 氯鹽環(huán)境下，采用電通量法和RCM法，比較研究了不同條件下混凝土電通量和氯離子擴散系數(shù)的變化規(guī)律及其二者的相關(guān)關(guān)系。實驗結(jié)果表明，混凝土電通量和氯離子擴散系數(shù)隨混凝土中水狄比和單方水泥用量的變化具有相同的變化規(guī)律，具體為當水灰比≤0.55時，28d和56d齡期混凝土電通量和氯離子擴散系數(shù)隨水灰比的增大(0.35-0.55)均增大，當水灰比從0.55增大到0.6

4、0時，28d齡期混凝土電通量和氯離子擴散系數(shù)增大，56d齡期時二者均減小；混凝土電通量和氯離子擴散系數(shù)隨混凝土中單方水泥用量的增加(360kg/m<'3>～480kg/m<'3>)均增大。此外，混凝土電通量和氯離子擴散系數(shù)隨含氣量的增大(2.2％～9.0％)變化幅度很小?；炷林袚饺敕勖夯液?，對于水膠比較小(0.40)的混凝土，28d齡期混凝土電通量隨粉煤灰的摻入降低，而氯離子擴散系數(shù)卻有所增加，56d齡期混凝土電通量和氯離子擴散系數(shù)隨

5、粉煤灰的摻入均降低；對于水膠比較大(0.60)的混凝土，28d、56d兩個齡期的混凝土電通量隨粉煤灰的摻入均減小，而上述兩個齡期的混凝土氯離子擴散系數(shù)均增大。對于礦渣粉混凝土，28d、56d兩個齡期的混凝土電通量和氯離子擴散系數(shù)均隨礦渣粉摻量的增加(0～60％)而減小。混凝土中摻入硅灰后，28d、56d兩個齡期的混凝土電通量和氯離子擴散系數(shù)均顯著減小。對于雙摻礦物摻和料的混凝土，當粉煤灰摻量為20％時．，28d、56d兩個齡期的混凝土電

6、通量和氯離子擴散系數(shù)隨粉煤灰的摻入均減?。欢敺勖夯覔搅繛?0％時，28d齡期混凝土電通量減小，氯離子擴散系數(shù)增大，56d齡期時二者均減小，說明粉煤灰與其它礦物摻和料雙摻，存在一個臨界摻量，當?shù)陀谂R界摻量時，粉煤灰的摻入使28d齡期混凝土電通量和氯離子擴散系數(shù)均減?。划敻哂谂R界摻量時，粉煤灰的摻入則會導致混凝土28d電通量和氯離子擴散系數(shù)變化趨勢相反，本試驗條件下粉煤灰的臨界摻量在20％～30％之間。以上結(jié)果還表明，當水膠比≤0.55時

7、，對于各類混凝土，混凝土電通量和氯離子擴散系數(shù)均具有相同的變化規(guī)律。對電通量和氯離子擴散系數(shù)進行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，除水膠比為0.60的混凝土和28d齡期使用低C<3>A含量抗硫酸鹽水泥拌制的混凝土外，28d和56d兩個齡期的混凝土電通量和氯離子擴散系數(shù)均具有較好的相關(guān)性，且56d齡期時二者的相關(guān)系數(shù)高于28d齡期的相關(guān)系數(shù)，當用電通量評價粉煤灰混凝土的氯離子滲透性時，如采用與其它類型混凝土相同的評價指標數(shù)值，則會夸大粉煤灰混凝土的抗

8、氯離子滲透性。碳化環(huán)境下，通過開展不同條件下混凝土快速碳化試驗，研究了混凝土碳化性能的影響因素。研究表明，混凝土碳化深度隨水灰比、含氣量的增大而增大，當含氣量大于7％時，混凝土碳化深度急劇增大，混凝土碳化深度還隨粉煤灰摻量(當粉煤灰摻量≤20％時)、礦渣粉摻量的增加而減小，但當粉煤灰摻量大于20％時，由于混凝土吸收CO<,2>氣體的能力減弱，混凝土抗碳化的能力亦減弱。影響混凝土碳化性能的宏觀性能因素主要為強度和滲透性，隨著強度的增加，混

9、凝土碳化深度有減小的趨勢，當強度小于50MPa時，混凝土碳化深度隨強度的增長顯著下降；當強度大于50MPa時，混凝土碳化緩慢?；炷撂蓟疃群碗娡康南嚓P(guān)性分析表明，二者也具有較好的相關(guān)性。 凍融環(huán)境下，以耐久性系數(shù)為混凝土抗凍性的評價依據(jù)，通過開展不同條件下的混凝土快速凍融試驗，研究了不同因素對混凝土抗凍性的影響。實驗結(jié)果表明，影響混凝土抗凍性的因素有水灰比、單方水泥用量、含氣量和粉煤灰摻量，混凝土抗凍性隨水灰比的增大、單方水

10、泥用量的增加以及粉煤灰摻量的增加而變差，而含氣量過大或過小也會降低混凝土的抗凍性，當混凝土含氣量介于4.0％～9.0％之間時，實驗混凝土均具有良好的抗凍性能，表明含氣量是影響混凝土抗凍性的最重要因素。實驗結(jié)果還表明，當混凝土中摻入粉煤灰或礦渣粉后，混凝土電通量減小，而混凝土抗凍性變差或無明顯變化，當混凝土含氣量從2.9％增大到4.8％時，混凝土電通量無顯著變化，而混凝土抗凍性卻得到明顯改善，說明電通量所表征的混凝土滲透性和抗凍性之間沒有

11、明顯的相關(guān)關(guān)系。對混凝土強度和耐久性的相關(guān)關(guān)系分析表明，強度對混凝土抗凍性也無顯著影響。硫酸鹽結(jié)晶侵蝕環(huán)境下，以砂漿為研究對象，將砂漿試件在10％濃度下的Na<,2>SO<,4>溶液中干濕循環(huán)180次后的重量損失率作為砂漿抗硫酸鹽結(jié)晶侵蝕性能的評價依據(jù)，研究了不同變化條件下砂漿的抗硫酸鹽結(jié)晶侵蝕性能，并對其影響因素進行了分析。研究結(jié)果表明，硫酸鹽結(jié)晶侵蝕環(huán)境下，砂漿試件的重量損失率隨水灰比的增大(0.35～0.55)而增大，隨膠砂比的減

12、小(1：1.5～1：3.5)先增大再減小，當膠砂比為1：2.5時，重量損失率為最大值，砂漿中摻入粉煤灰后，砂漿試件的重量損失率隨粉煤灰摻量的增加(0～40％)先減小再增大，當粉煤灰摻量為10％時，砂漿的重量損失率最小，礦渣粉摻量對砂漿抗硫酸鹽侵蝕性能的影響規(guī)律與粉煤灰摻量的影響相似，即隨著礦渣粉摻量的增加(0～60％)，砂漿試件的重量損失率先減小再增加，當?shù)V渣粉摻量為15％時，重量損失率為最小值。從強度與砂漿試件的重量損失率的變化規(guī)律及

13、其相關(guān)性分析可以得出，強度與砂漿試件的抗硫酸鹽結(jié)晶侵蝕性能具有良好的相關(guān)性，即強度越高，砂漿的抗硫酸鹽結(jié)晶侵蝕性能越好。滲透性也是影響砂漿抗硫酸鹽結(jié)晶侵蝕性能的重要因素。 根據(jù)以上研究成果，初步建立了不同環(huán)境下混凝土耐久性能的評價指標體系。氯鹽環(huán)境下，可選擇氯離子擴散系數(shù)來評價混凝土耐久性；當混凝土水膠比≤0.55時，也可選用56d電通量來評價混凝土耐久性，但對于摻加粉煤灰的混凝土，應(yīng)降低電通量評價指標數(shù)值。碳化環(huán)境下，選用強度