高性能混凝土抗冻性与孔结构的关系

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
Industrial Construction Vol133 ,No18 ,2003
混凝土破坏现象也十分普遍 ,其主要原因之一便是 盐类溶液对混凝土产生更严重的冻融破坏[2] 。所 以 ,混凝土在盐溶液中冻融时将受到比水中冻融更 大的破坏作用 。为此 ,本文设计了融化浸泡介质为 NaCl 盐溶液的冻融试验环境 。根据文献 [ 3 ] 的研 究 ,NaCl 的质量分数选为 4 %。
1 研究方案 111 冻融耐久性试验方案
在寒冷地区道路及桥梁工程中 ,混凝土冻害是 最主要的耐久性破坏形式 ,且当使用除冰盐 (常用的 有 NaCl 、CaCl2 等) 时 ,混凝土冻害将急剧放大 ,同时 还会引起混凝土严重剥蚀和钢筋锈蚀 。在北方寒冷 地区盐碱地 、港口码头或海洋环境的混凝土工程中 ,
压汞法 (Method of Mercury Intrusion Poremeasure2 ment ,简称 MIP) 可测出样品中的开口孔状况 。
混凝土在冻融之后 ,冻害层的孔结构都不同程 度地发生了变化 。本文采用压汞法对冻融试件和标 养试件进行了孔结构测试 ,以便对比冻融后冻害层 混凝土孔结构的变化 。取样部位在试件表面以下约 10mm 处 (即认为混凝土冻害层厚度大于 10mm) 。
土配合比见表 1 。
表 1 混凝土配合比
混凝土编号
单位体积材料用量Π(kg·m- 3)
配合比参数Π%
C
F
Si
SFra Baidu bibliotek
G
W
WΠB M100ΠB MA202ΠB DelvoΠB Sp
SLΠmm
D - 60
530 —

667 1 088 170 0. 32
0. 40


38
61
H - 60
397. 5 106 26. 5 702 1 053 170 0. 32
1 - D - 60 ;2 - H - 60 图 3 动弹性模量损失率
从图 1~图 3 可以看出 ,在冻融循环过程中 , H - 60 混凝土的抗压强度损失率 、抗折强度损失率 、 动弹性模量损失率均显著低于基准混凝土 D260 ,且 H260 与 D260 各项损失率的差距在冻融后期更为明 显 ,这说明 H - 60 混凝土耐久性劣化速度小于 D 60 混凝土 。D - 60 在冻融 250 次后动弹性模量损失 率 (3912 %) 已接近 40 % ,说明耐久性即将失效 ,此时 抗压强度损失率 (2315 %) 也已接近于 25 % ,所以 D - 60 在盐溶液中耐冻融次数约 250 次 。在 250 次循 环之后 ,D - 60 混凝土试件表面已出现明显裂纹 ,冻 融至 300 次时 ,试件表面裂纹已发展为较宽的裂缝 , 且沿裂缝开始出现剥落 。而 H - 60 直到 300 次循环 时 ,试件外观也无明显变化 ,其抗压强度损失率 、动 弹性模量损失率均远小于破坏临界指标要求 ,由此 可以认为 , H - 60 在盐溶液中耐冻融次数大于 300 次 ,依此 ,相比于基准混凝土 D - 60 ,可视其为具有 高抗冻性的高性能混凝土 。
光学显微镜测孔法可测试混凝土中的圆形气 孔 。本文选用中国南通生产的 XTL2 Ⅱ型照相体视 显微镜 。测试时选用 4 倍连续变倍环 ,因该显微镜 目镜为 20 倍 ,物镜为 2 倍 ,故总放大倍数为 160 倍 ,
工业建筑 2003 年第 33 卷第 8 期
目镜中分划尺每格值为 6μm。依据 ASTM 的推荐 , 本文采用直线法 (Linear Traverse Method) 进行显微测 孔 。测量时 ,记录气孔总数 、气孔弦长 、浆线长和测 线总长便可计算出有关气孔的参数 。本文用直线法 测试了标养 56d 的混凝土 。测试结果如表 3 所列 。
1 - 无害孔 ;2 - 少害孔 ;3 - 有害孔 ;4 - 多害孔 图 4 标养混凝土中孔的分类
正是因为混凝土中多害孔及有害孔的明显减 少 ,同时无害孔增多 ,使高性能混凝土 H - 60 具有 优异的抗冻耐久性 。
表 4 给出冻融试件和标养试件的压汞法测试结 果中的平均孔径和总比孔容 。由表 4 可以看出 ,冻 融 250 次后 ,混凝土冻害层平均孔径 、总比孔容均比 冻融前的标养混凝土增大 ,表明冻融作用使混凝土 孔结构发生劣化 。从总比孔容来看 ,虽然基准混凝 土 D - 60 和高性能混凝土 H - 60 冻融后总比孔容 比冻融前均明显增大 ,但 H - 60 的增幅比 D - 60 的 增幅小得多 ,这也是由于 H - 60 中掺入了优质引气 剂 ,使混凝土中引入大量微细气孔 ,缓冲了盐溶液冻 融破坏应力 。标养条件下 H - 60 的平均孔径小于 D - 60 ,进一步说明优质引气剂 、高效减水剂及矿物掺 合料的掺入细化了混凝土中的孔隙 ,使有害孔减少 , 无害孔增多 ,改善了混凝土孔结构 ,提高了混凝土抗 冻耐久性 。
在上述混凝土配合比中 ,D - 60 表示基准高强 混凝土 ,H - 60 表示高性能混凝土 ,D - 60 水泥用量 与 H - 60 总胶结料用量相等 。 212 混凝土抗压强度
本文测试了一直到龄期 90d 的混凝土抗压强 度 ,结果见表 2 。
混凝土编号
D - 60 H - 60
表 2 混凝土抗压强度
由表 3 还可看出 ,H - 60 与 D - 60 相比 ,气孔平 均弦长降低 ,但含气量和气孔比表面积增大 ,说明 H - 60 孔隙率增大 ,但增加的是微小孔隙 ,这些微小 孔可有效缓冲冻融破坏应力 ,无疑对混凝土的抗冻 性有利 。形成上述孔结构特征的原因是 H - 60 中 掺入了优质引气剂 ,引入了微细气孔 ;且粉煤灰尤其 是硅灰的细小颗粒及“二次水化”反应的产物填充了 较大孔隙 ,进一步使大孔减少 ,微小孔增多 ,改善了 混凝土孔结构 ,提高了混凝土抗冻耐久性 。 412 压汞法孔结构测试
Ba Hengjing (School of Civil Engineering ,Harbin Institute of Technology Harbin 150090)
Abstract : After using method of optical microscope poremeasurement ( OMP) and method of mercury intrusion poremeasurement (MIP) to study the pore structure of concrete ,the relationship between frost durability of a high performance concrete and its pore structure changes is researched based on the freezing2thawing test. It shows that the very good pore structure gives the high performance concrete the excellent frost durability. Keywords : high performance concrete freezing2thawing durability pore structure
近年来 ,高性能混凝土技术已有了飞速发展 ,尤 其是对其耐久性的研究已成为土木工程界的关注热 点[1] ,但是对其耐久性宏观性能劣化与细观结构变 化之间的关系研究尚少 。事实上 ,高性能混凝土之 所以具有优异的耐久性 ,是因为它具有不同于普通 混凝土的细观结构 ,这种细观结构更有利于混凝土 抵抗恶劣环境因素的破坏作用 。所以 ,只有研究宏 观性能与细观结构的相关关系 ,才能从本质上认识 高性能混凝土耐久性劣化规律 。影响混凝土耐久性 的非力学破坏因素很多 ,混凝土的细观结构内容也 很丰富 。本文仅以冻融这一典型的非力学作用为试 验环境 ,以基准混凝土作对比 ,研究高性能混凝土抗 冻性与其孔结构的关系 。
龄期
3d
7d
28d
56d
47. 0 66. 4 68. 5 70. 9 43. 6 59. 5 71. 4 78. 0
MPa
90d 71. 7 85. 2
3 冻融试验结果分析 鉴于 H - 60 的性能优势在后期 ,本文的冻融试
验在试件标准养护 56d 后开始 。试验中测试混凝土 试件的抗压强度损失率 、抗折强度损失率 、动弹性模 量损失率 。试验中当抗压强度损失率大于 25 %或 动弹性模量损失率大于 40 % (也就是说相对动弹性 模量小于 60 %) 时 ,即认为混凝土已破坏 。试验结 果见图 1~图 3 。
3 国家自然科学基金资助项目 (项目批准号 :50078019) 。 3 3 巴恒静教授为第二作者 。 第一作者 :赵霄龙 男 1970 年 11 月出生 在站博士后 收稿日期 :2003 - 04 - 20
工业建筑 2003 年第 33 卷第 8 期 5
本文配制了强度等级为 C60 的高强混凝土作为 对比基准 ,在此基础上配制了高性能混凝土 。混凝
1 - D - 60 ;2 - H - 60 图 1 抗压强度损失率
1 - D - 60 ;2 - H - 60 图 2 抗折强度损失率
6
4 混凝土孔结构变化与冻融耐久性的关系 孔结构是混凝土细观结构的重要内容 ,它直接
影响混凝土的许多性能 ,如强度 、变形性能及耐久 性[4] 。本文选用光学显微镜测孔法和压汞法对混凝 土孔结构进行测试 。 411 光学显微镜法孔结构测试
表 3 标养混凝土显微测孔试验结果
混凝土 编号
D - 60 H - 60
气孔平均 气孔比表面积Π
气孔平均间距
含气量Π%
弦长Πmm (mm2·mm - 3)
系数Πmm
0. 213
18. 78
1. 6
0. 448
0. 149
26. 85
3. 0
0. 221
中国水科院和交通部一航局科研所等单位的大 量试验结果表明[5] ,硬化混凝土气孔平均间距系数 不超过 01300mm 时 ,混凝土抗冻等级即可达 F300 。 由表 3 可见 ,基准混凝土 D - 60 的气孔平均间距系 数大于 01300mm ,故抗冻性较差 ;而高性能混凝土 H - 60 的气孔平均间距系数小于 01250mm ,所以具有 良好的抗冻性 。
冻融制度参照《普通混凝土耐久性和长期性能 试验方法》( GBJ 82 - 85) 中的慢冻法 。 112 宏观性能测试
冻融之后测试混凝土的抗压强度损失率 、抗折 强度损失率和动弹性模量损失率等指标 。 113 孔结构测试
本文选用光学显微镜测孔法和压汞法测定混凝 土的孔结构 。
2 高性能混凝土的配制 211 混凝土配合比
0. 90
0. 01
0. 75
40
216
注 :C 为 4215 普通水泥 ;F 为 Ⅰ级粉煤灰 ;Si 为硅灰 ;S 为中砂 ; G 为碎石 ; W 为水 ;M100 为 Mighty100 高效减水剂 ;MA202 为 MICRO2AIR 202 引气剂 ;Delvo 为 Delvocrete Stabiliser 缓凝剂 ;B 为胶结料 ,B = C + F + Si ;Sp 为砂率 ;SL 为坍落度 。
高性能混凝土抗冻性与孔结构的关系 3
赵霄龙 卫 军
巴恒静 3 3
(华中科技大学 土木工程与力学学院 武汉 430074)
(哈尔滨工业大学 土木工程学院 哈尔滨 150090)
摘 要 : 以冻融作用为试验条件 ,采用光学显微镜测孔法和压汞法测试混凝土的孔结构 ,研究了高性能 混凝土冻融耐久性与其孔结构变化的关系 。研究证明 ,正是高性能混凝土良好的孔结构赋予其优异的抗冻 耐久性 。 关键词 : 高性能混凝土 冻融 耐久性 孔结构
RELATIONSHIP BETWEEN FROST DURABIL ITY AND PORE STRUCTURE OF HIGH PERFORMANCE CONCRETE
Zhao Xiaolong Wei Jun (School of Civil Engineering & Mechanics ,Huazhong University of Science and Technology Wuhan 430074)
吴中伟院士将混凝土孔径分为四级[4] ,即无害 孔级 (孔径 < 200A) 、少害孔级 (孔径 = 200~500A) 、 有害孔级 (孔径 = 500~2 000A) 和多害孔级 (孔径 > 2 000A) 。本文依此分类方法 , 将各组混凝土标养 56d 后的压汞法孔结构测试结果进行分类 ,如图 4 所示 。由图 4 可以看出 ,高性能混凝土 H - 60 的总 孔体积较基准混凝土 D - 60 有所增大 ,但明显增加 的只是无害孔量 ,多害孔及有害孔量则明显少于基 准混凝土 。这与上述显微测孔法测试结果的规律是 一致的 。
相关文档
最新文档