清水混凝土耐久性能试验研究及其在工程中的应用.pdf

2 0 1 3年第 3期 3月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 01 3 No 3 Ma r c h 清水混凝土耐久性能试验研究及其 在 工程 中的应用 朱晓菲 ， 李晓东 ( 河南城建学院， 平顶山 4 6 7 0 3 6 ) 摘 要 ： 以某工程清水混凝 土配合 比设计为例 ， 通过 强度 、 抗渗 、 抗 冻、 抗碳化 、 抗钢 筋锈蚀 、 抗硫酸 盐的对 比试 验研 究 ， 分析各 种 因素对清水混凝土耐久性能的影响 。 关键词 ： 清水混凝土 ； 耐久性 ； 试验研 究 A b s t r a c t ： T a k i n g t h e mi x p r o p o r t i o n d e s i g n o f a r c h i t e c t u r a l c o n c r e t e o f o n e p r o j e c t a s t h e e x a m p l e ，t h r o u g h t h e c o mp a ris o n e x p e ri me n t r e s e a r c h o n t h e s t r e n g t h ，i mp e r me a b i l i t y ， f r e e z i n g r e s i s t a n c e ， c a r b o n a t i o n r e s i s t a n c e ， s t e e l c o r r o s i o n r e s i s t a n c e a n d s u l f a t e r e s i s t a n c e ， t h e i n f l u e n c e s o f v a rio u s f a c t o r s o n t h e d u r a b i l i t y o f a r c h i t e c t u r a l c o n c r e t e a r e a n My z e d Ke y wo r d s ： Ar c h i t e c t u r a l c o n c r e t e ； Du r a b i l i t y ； E x p e r i me n t a l r e s e a r c h 中图分类号 ： T U 5 2 8 3 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 3 ) 0 3 1 9 0 3 0前 言 清水 混凝 土 由于 不做 表 面 饰 面 ， 直 接 暴 露在 室 外环境中【 l 】 ， 因此 ， 清水混凝土 的耐久性能对于清水 混凝土的长期使用功能有着极为重要的影响 。只有 保持清水混凝土 良好 的耐久性 能才 可能在几十年 甚至上百年 的工程使用过程 中保持 其力学性能和 较好的外观质量 ， 因此 ， 对于清水混凝土耐久性 的 研究 有 着技 术 上 的现 实 意义 。 到 目前为止 ， 钢筋混凝 土结构包括 国内兴起不 久 的清水混凝 土结构 的设计 往往只以混凝土强度 作为唯一指标 2 1 。然而 ， 许多工程的钢筋混凝土结构 发生过早破坏 ， 其原 因不是 由于强度 ， 而是 由于耐 久性不足。清水混凝土的耐久性指标主要有清水混 凝土抗碳化性能 、 清水混凝土抗渗性能 以及清水混 凝土抵抗硫酸盐侵蚀性能 、 清水混凝土抵抗钢筋锈 蚀性能等I 。本文针对清水混凝土抗渗性能进行试 验研究 ， 并结合工程实践 ， 给 出提高清水混凝土抗 渗 性 能 的措 施 。 1 工 程实例 郏 县 第 一 高 中新 校 区科 技 实验 楼 工 程 为 五 层 框 架 结构 ， 全部 采 用清水 混 凝 土 ， 强度 为 C 3 0 。一般 框架结构工程需经剔凿抹灰后方可作装饰面层 ， 而 抹灰面经长年使用后难免发生空鼓 、 裂缝 、 脱落 ， 这 类情况一旦 发生 ， 维修 的工 作量很 大 ， 尤其对本工 程这样层高较高的教 室而言维修更为困难 ， 采用清 水混凝 土 ， 取 消抹灰 ， 将对减少维修工作量 和维修 费用十分有利 。 2清水 混 凝土 耐久 性试 验 2 1 原 材料 选择 在郏县一高新校 区科技实验楼工程 中， 为了充 分反映原材料 、 配合 比对工程实际应用混凝土使用 性能的影响 ， 选取了以下两组材料。 水泥 ： 平顶山市某水泥集 团生产的 4 2 5级普通 硅酸盐水泥 ； 河南某集团生产的 4 2 5级普通硅酸盐 水泥 。 细集料 ： 河南郏县北汝河产河砂 ， 细度模数 为 2 5 ， 含水 率为 4 5 ； 河南 叶县沙河产河砂 ， 细度模 数为2 6 ， 含水 率 为 5 。 粗集料 ： 平顶山市九里 山采石场生产 ， 5 2 5 m m 连续级配的人工碎石 ；河南汝州小屯采石场生产 ， 5 - 2 2 m m 连续 级 配 的人 工 碎石 。 水 ： 普通 自来水。 掺合料 ： 试验 中采用的掺合料为粉煤灰与磨细 矿渣 。粉煤灰为河南汝州电厂生产的 级低钙粉煤 灰 。磨细矿渣粉 由舞 阳钢铁公 司生产 的 $ 9 5矿渣 粉 ， 比表面积为 4 2 0 0 c m2 g 。具体化学成分见表 1 。 表 1 掺合 料的化学成分 一 1 9 2 0 1 3年第 3期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 3期 J i, D n 剂 ：为了体现不 同减水剂 的实际效果 ， 试 验选 用 了三 种高 效减 水剂 ：郑 州某 公 司生 产 的 J H Y 一 3 0 0 0萘磺酸盐系高效减水剂 ，平顶 山某化工 厂生产的 F D N 一 5 0 0萘磺酸盐系高效减水剂 ， 平顶山 某公司生产的 A S D 一 9聚羧酸盐系高效减水剂 。 2 2 配合 比设计 2 - 3 清水 昆凝土强度试验 混凝土力学性能测试参照 G B J 8 2 8 5 普通混 凝土长期性能和耐久性能试验方法 ， 本研究 中 ， 所 测 试 混 凝 土 强 度 均 为 1 5 0 ra mx 1 5 0 ra mx 1 5 0 m r n试 件 的强度 。 混 凝土 试件送 至养 护室 进行 标 准养护 。养护 温 试验共设计了六组清水混凝土配合 比， 见表 2 。 度为( 2 0 3 ) ， 湿度不小于 9 0 。 表 2 各组清水混凝土 的配合 比 k m 各 组 混凝 土 不 同龄期 的抗 压 强度 发 展 不 同 ， 试 验 结果 见表 3 。 表 3 各组混凝土强度试验结果 MP a 2 4 清水 混凝 土抗 渗性试 验 为比较不 同配合 比混凝 土的抗渗性能 ， 成型 了 一 组混凝 土抗渗标准试件 ， 标准养护 2 8 d后 ， 进行 抗渗压力试验 。试验水压从 0 1 MP a 开始 ，每隔 8 h 增 加 水压 0 1 MP a ，加压 到 3 0 MP a并恒 压 8 h后 ， 发 现 四组 配合 比的混 凝 土均 无 透水 现 象 ， 说 明各组 混 凝土的抗渗压力均大于 3 MP a 。劈开后 ， 测试其渗水 高度 ， 结果 见表 4 。 表 4各组混凝土的渗水高度 从表 4可看 出， 各组混凝土的渗水高度均比较 小。试验表明， 采用高效减水剂配制的高性能混凝 土具有 良好的抗渗性。这是 由于高效减水剂降低 了 一 2 O一 混 凝 土 的表 面张 力 ， 更 好地 提 供 了水 泥 水化 所 需 的 水 分 ， 提 高 了水 化程 度 ， 有 效 地 改 善 了混 凝 土 的 内 部结构 ， 从而提高了清水混凝土的抗渗性。将 以上 试验数据加 以比照可以看出 ：在 S P 2 、 S P 3 、 S P 4 、 S P 5 四组混凝土都加入减水剂的条件下 ， S P 2的渗水高 度最小 ， 而 S P 2组 的水灰 比最小 ， 说 明水灰 比对抗 渗性能具有重要影响 ， 水灰 比越小 ， 其抗渗性能越 好。而 S P 3的渗水高度较大 ， 这是 由于该组混凝土 没有掺加掺合料 ， 同时尽管 S P 4 、 S P 5组 的水灰 比较 大 ， 由于加入了掺合料 ， 其渗水高度并不大 ， 说明一 定的掺合料对于提高混凝土的抗渗性是有益的。 2 5 清 水混凝 土抗 碳化 试验 采用 1 0 0 mm x 1 0 0 m m 3 O O m m棱柱体混凝土试 件 ， 每备选配合 比制作一组 ， 3块 为一组 ； 采用碳化 箱加速碳化 的试 验方法 ， 测试 了四组混凝土不同龄 期加速碳化后的碳化深度 ， 试验结果见表 5 。 表 5 各组混凝土的碳化深度 由表 5可见 ， 各组不同配合比的混凝土 ， 经 2 8 d 的加速碳 化后 ， 除 了 S P 2碳化深度较大外 ， 其余组 均较 小或 为 O m m。 说 明各组 混凝 土配 合 比均具 有较 好的抗碳化性能。在 C O 浓度 、 相对湿度和环境温 度等条件相同的情况下 ， 影响碳化速度 的主要因素 为 混凝 土 中水 泥 石 的碱 度 和孔 结构 。可 以预 见 ， 混 朱晓菲 ， 李晓东 清水混凝土耐久性能试验研究及其在工程中的应用 凝土中由于掺加 了矿渣粉 、粉煤灰等活性掺合料 ， 浆体的碱度 比普通混凝土 中低 ，但碳化速度却极 慢 ， 这 主要是因为所配制的混凝土密实度很高， C O ： 和水汽难 以扩散进入浆体内部 ， 致使碳化过程无法 进 行 。 2 6 清水混凝土抗钢筋锈蚀试验 试 验 用 于 测 定 给 定 条 件 下 清水 混 凝 土 中钢 筋 的锈蚀程度 ， 以对 比不同混凝土及其厚度对钢筋 的 保护程度 ， 考察经碳化加速试验后 的混凝土内部 的 钢筋锈蚀程度 。表 6给出了不同混凝土配合 比下 钢筋锈蚀的损失率 。 表 6不同混凝 土配合 比下钢筋锈蚀的损失率 从钢筋重量损失率的指标来看 ， 各组混凝 土中 的钢筋重量损失率均很小 ， 均在 0 1 5 以下。 这表明 各组配合 比的混凝土均具有 良好 的抗 钢筋锈蚀性 能。其 中 S P 3 、 S P 4 、 S P 5由于抗碳化性能优 良， 钢筋 锈蚀率较 小 ， 相互 比较发现 ， 掺加 了磨细矿渣粉 的 S P 5效果最好。 2 7 清水混凝土抗冻试验 按 G B J 8 2 8 5规定 ，混凝土抗冻性能试验可 以采用慢冻法和快冻法。本混凝土抗冻融试验 由于 时间关系采用快冻法。混凝土抗冻融耐久性快冻循 环 次数 以同时满足相对动弹性模 量值不小于 6 0 和重量损失率不超过 5 的最大循环次数来表示。 采 用快 冻法 ，对 四组 混凝 土 配合 比共 进 行 4 0 0 次冻 融循 环 ， 试 验 结果 列 于表 7 、 表 8 。 表 7 各组混凝土冻融循环后试件平均重量 的变化k g 从表 7可以看 出， 各组配合 比混凝土试件 的平 均重量 随着冻融循环次数 的增长并没有降低 ， 反而 逐渐略有增长。这主要因为所配制的清水混凝土均 具有较高 的强度 ， 混凝土微观结构密实 ， 孔 隙率很 低 ， 因而混凝土 的水渗透系数很低 。随着冻融次数 的增 加 ，冻 融循 环 没有 对 混凝 土 试 件 造成 破 坏 ， 而 水分则逐渐缓慢渗入试件内部。 表 8 各组混凝土冻融循环后动弹性模量 的变化G P a 从表 8动弹性模量值来看 ， S P 2组在各冻融循 环次数下 动弹性模量均较小 ， 各组配合 比混凝土试 件 的动弹性模 量随着冻融 循环次数 的增 加而逐渐 略有增长。这主要可能因为所配制的清水混凝土均 具有微观结构 密实度 ， 水渗透 系数很低 ， 随着冻融 次数 的增加 ，冻融循环 没有对混凝 土试 件造成破 坏 ， 而水分则逐渐缓慢渗入试件内部。因此 ， 测试 的 混凝土试件 的平均动弹性模量略有增加。 3结语 清 水 混 凝 土 的耐 久 性 研 究 涉及 到 清 水 混 凝 土 的配合 比( 混凝 土材料选择 、 掺合料 、 外加剂 ) 、 清水 混凝土的施工控制( 配合 比控制 、 浇注控制 、 养护控 制及使用维护控制 ) 、 外界环境等诸多方面。主要 目 标是通过选 用高效减水剂 、 掺入活性掺合料 、 优化 配合 比参数等手段来 降低水胶 比， 强化水泥石 与集 料的界面 、 改善水泥水化产物 、 降低孔隙率 、 提高密 实度 ， 最终浇 注出具备高强 、 高耐久性 的清水混凝 土构件 。 参考文献 ： 1 A M 内维尔 李 国洋译 昆 凝土的性能【 M】 北京： 中国建筑 工业 出版社， 1 9 8 2 2 朱 宏军， 程海 丽， 姜德 民 特种 混凝土 和新 型混凝 土 M 北京： 化学工业 出版社， 2 0 0 4 【 3 】 洪雷 混凝土性能及新 型混凝土技术【 M】 大 连： 大连理工 大学 出版社， 2 0 0 5 中华 人 民共 和国建设部 G B 5 0 0 1 0 - 2 0 0 2混凝土 结构设 计规范【 S 】 北京 ： 中国建筑工业 出版社， 2 0 0 2 收 稿 日期 ： 2 0 1 3 0 2 08 作者简介 ： 朱 晓菲( 1 9 7 8 一 ) ， 女 ， 讲师 。 通讯地址 ： 河南 省平顶山市新城 区河南 城建学院城市规 划与建筑 系 联 系 电话 ： 1 3 5 2 5 3 7 9 5 2 2 E ma i l ： x i a o f e i h n c j e d u o n 一 21