浅谈混凝土耐久性的测试技术

摘要：近年来,人们对结构混凝土耐久性问题越来越重视,也相继开展了大量的分析与探讨。一般认为,影响混凝土抗冻性的主要因素有:混凝土单位水泥用量,混凝土的水灰比,混凝土中可冻结水分,混凝土中空气含量,降温速度及冻结的最低温度,冻融循环次数,混凝土中各种材料膨胀系数之差,骨料的质量及吸水率等。本文以某工程为例对其耐久性的试验进行了具体分析。

关键词：混凝土；耐久性；试验

中图分类号： TU37文献标识码： A

前言

高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、较高强度等特征,特别适用于各种严酷环境下使用的重大混凝土结构工程,如跨海大桥、海底隧道、海上石油平台、核反应堆等。这些工程更强调混凝土的耐久性,而高性能混凝土的核心内容便是高耐久性。然而,混凝土耐久性达到什么程度才可算作高耐久性,这就需要试验手段来进行评估。

一、混凝土耐久性不良原因分析

一般认为混凝土的耐久性是混凝土抵抗气候变化、化学侵蚀、磨损或任何其他破坏过程的能力, 当在暴露的环境中, 能耐久的混凝土应保持其形态、质量和适用性。影响耐久性的因素很多, 除了骨料自身的性质、水泥品种与施工、养护条件等因素外, 环境对混凝土结构的物理和化学作用以及混凝土结构抵御环境作用的能力也是影响混凝土耐久性的主要因素。笔者对所调查的一些机场的大量破坏现象综合分析, 认为影响道面混凝土耐久性的因素主要有冻融破坏、盐冻破坏、渗透、碱- 集料反应等。

（一）冻融破坏

混凝土是由水泥砂浆及粗骨料组成的毛细孔多孔体, 在拌制过程中加入的拌合水总要多于水泥的水化水, 这部分多余的水便以游离水的形式滞留于混凝土毛细孔中, 遇冷结冰, 遇热融化, 在此过程中主要有两种破坏力: 膨胀压力和渗透压力。因此, 会引起混凝土内部的结构破坏, 久而久之, 使混凝土强度降低直至完全丧失。

（二）盐冻破坏

盐冻破坏是指在冻融循环的条件下, 因使用除冰盐而引起的混凝土表面起皮、剥落、开裂等破坏, 因为冬季飞机机身除冰用除冰液造成的。与单纯的冻融破坏不同, 由于盐的存在使混凝土内产生的渗透压增大, 保水度提高、结冰压力增大, 从而加剧了混凝土的受冻破坏。

（三）碱- 集料反应

碱-集料反应, 是指混凝土中的碱与集料中活性组分(主要成分是二氧化硅) 发生的化学反应, 生成遇水无限膨胀的碱硅酸凝胶, 引起混凝土的开裂破坏。混凝土碱- 集料反应需具备三个条件, 即有相当数量的碱, 相应的活性集料和水分。

（四）渗透

抗渗性对混凝土耐久性的影响, 主要是反映在混凝土抵抗冻融、盐冻、碱- 集料反应破坏的能力上。因为从以上分析可见,混凝土抗渗性差为水分迁移提供更多的通道, 最终导致冻融和盐冻破坏, 加速碱骨料反应破坏。因此, 混凝土的抗渗性也就从一个侧面反映了混凝土抵抗冻融、盐冻和碱- 集料反应的能力,抗渗性成为决定混凝土耐久性的主要因素。

二、混凝土耐久性的测试

某大桥为新建#国道高速公路跨越黄河的重要桥梁,引桥是预应力混凝土连续箱梁桥,采用C50高性能混凝土。配制不同配合比的C50高性能混凝土,在对其力学性能进行系统试验的基础上,对其耐久性进行试验研究。

配制混凝土所用的原材料如下:水泥(代号C) ,山东铝业公司水泥厂,42. 5P・O;砂(代号S) ,粗砂;碎石(代号G) ,5～25mm连续级配;粉煤灰(代号FA) ,山东鲁能邹城电厂球形Ⅰ级粉煤灰;外加剂(代号A) ,M- Ⅰ缓凝高效减水剂。试验用混凝土配合比见表1。

（一）混凝土干燥收缩性能

对混凝土进行干燥收缩性能试验,试验结果见表2。

注:F0,F10,F12,F18组的粉煤灰掺量分别为0,10%,12%,18%。下同。

试验结果表明:混凝土的干缩率随龄期增长而增大,早期较快,后期减缓,28 d干缩率在(2. 3～2. 9) ×10- 4之间,240d干缩率在(4. 1～4. 5) ×10- 4之间。粉煤灰掺量在18%以内时,随粉煤灰掺量增

加,混凝土干缩率呈减小趋势。

（二）混凝土抗渗性能

对混凝土进行抗渗性能试验,抗渗试验结果见表3。

试验结果表明:试验混凝土具有很好的抗渗性,按标准方法采用逐级加压法,水压力达到1.2MPa时,渗水高度均≤20mm,均满足P12要求。粉煤灰的掺入有助于混凝土抗渗性的提高,在一定范围内混凝土抗渗性随粉煤灰掺量的增大而提高。

（三）混凝土抗碳化试验

对混凝土进行系统碳化试验,试验结果见表4。

试验结果表明:混凝土具有良好的抗碳化性能,在标准碳化条件下碳化28d,其量纲相当于大气条件下碳化50年,其混凝土碳化深度均不超过6mm。所配制混凝土具有良好的抗碳化性能,其碳化深度28d≯6mm,56d≯7mm,数值均较小。对采用普通硅酸盐水泥配制的C50混凝土,掺入粉煤灰与不掺粉煤灰,抗碳化性能相近。

注:28d为标准碳化试验时间,90d为碳化时间和放于标养室的时间之和,其中标养时间为28d。

试验结果表明:在C50混凝土中,掺入粉煤灰的混凝土碳化深度与不掺者接近,粉煤灰对混凝土碳化深度影响较小。掺入粉煤灰的混凝土钢筋失重率小于不掺粉煤灰的对比混凝土,钢筋耐锈蚀性能优于不掺的混凝土。

（四）混凝土抗冻性试验

混凝土试件成型后经过标准养护或同条件养护后,在规定的冻融循环制度下进行。本实验采用相对动弹模和质量损失率做为评价指标,试验结果如图1,图2所示。

图1 c50混凝土质量损失率与含气量的关系图2 c50混凝土相对动弹模量与含气量的关系

图2给出了C50强度等级混凝土分别在50、100、150次冻融循环条件下,相对动弹模量的实验结果。从图2中可以看出,随着冻融次数的增加,相对动弹模量对含气量的斜率也在增加,足见冻融循环次数对混凝土抗冻性的影响举足轻重。随着混凝土含气量的增加,其相对动弹模量也随之增加。

（五）抗侵蚀

混凝土在遭受硫酸盐侵蚀过程中主要包括两个作用，一是可溶性Ca(OH)2与硫酸盐作用生成CaSO4・2H2O,在毛细孔中,引起结晶膨胀,二是水化铝酸钙与石膏发生反应生成钙矾石,产生体积膨胀,引起膨胀破坏。粉煤灰的效应从化学上能稳定Ca(OH)2，从物理上可细化毛细孔，减少含硫酸盐介质的渗透。所以粉煤灰能有效地对硫酸盐侵蚀起免疫作用。法国拉法格水泥公司曾进行包括掺粉煤灰在内的130种水泥的共5000多个试件的试验。试验时，先将试件浸渍于MgSO4,CaSO4,Na2SO4等3种溶液中，最长的浸渍时间达50年以上，试验结果证明，掺加粉煤灰能提高混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力。我们所做的试验数据如表6所示。

表6抗侵蚀试验数据

2抗腐蚀系数K值＝在溶液中抗压强度R1/在清水中抗压强度R1（K值＞0.8合格）。

结束语

在合理确定基准混凝土配合比基础上,掺入高效减少剂、高效引气剂及矿物细掺料,可以显著提高混凝土抗冻融性及其它耐久性,进而配制出高性能混凝土。

含气量是影响混凝土耐久性的主要因素,对混凝土抗冻性、抗渗性直接产生影响,因此,设计合理的含气量指标就成为关键。

冻融循环是混凝土抗冻性耐久性的重要设计指标,应根据不同的区域环境条件制定合理的抗冻融循环次数。

影响混凝土耐久性的关键是抗冻性和抗渗性,但这两个指标难于在现场实现测试,因此,测试含气量就成为关键。建议加强混凝土含气量测试仪器设备和测试方法的研究。

参考文献

[1]邓朝飞,李江华.浅谈高强混凝土耐久性的测试技术[j].四川建筑科学研究, 2010(03).

[2]吉俊秀，李建刚.浅析工程材料试验检测技术的管理[j].山西建筑，2012（06）.