高性能混凝土耐久性-

探讨掺合料对高性能混凝土耐久性的影响

摘要：

高性能混凝土具有高强度、良好工作性、高耐久性和高体积稳定性等性能，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用。本文参考前人对高性能混凝土的耐久性试验，结合试验数据，探讨掺合料对其抗渗性、抗冻性、抗硫酸盐侵蚀等耐久性进行研究，总结影响高性能混凝土耐久性的因素，并提出提高耐久性的方法。

关键词：

高性能混凝土、耐久性、掺合料

Abstract：

High-performance concrete is considered as the most widely used concrete for its high strength, high workability and high durability features in high-speed railways and other large-scale projects. By referring to high-performance concrete durability test, combined with the test data, this dissertation is aimed at studying theimpermeability, frost resistance, sulfate resistance, durability of HPC, and summarizing the factors that affect the durability of HPC with a view to improve its durability.

Key Words：High-performance-concrete、Durability、Additive

高性能混凝土是具有高强度、高耐久性和良好的工作性的新型绿色混凝土。混凝土结构的耐久性主要包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化及抗碱骨反应。而耐久性是高性能混凝土设计的最重要指标，它是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素作用下保持其正常工作能力的性能。耐久性是衡量材料乃至结构在长期使用条件的安全性能。很多工程实际表明，造成结构物破坏的原因是多方面的，仅仅由强度不足引起的破坏事例并不多见，而耐久性不良往往是引起结构物破坏的最主要的原因。高性能混凝土之所以在很多重要工程中得以应用，主要是因为其水胶比低、密实度高、体积稳定性好而具有的良好耐久性。高性能混凝土的耐久性主要涉及混凝土的抗裂性、抗渗性、抗冻性、抗硫酸盐侵蚀能力等，其中任一性能指标不能达到规定要求，都会影响整个混凝土结构的耐久性；据美国一项调查显示，美国的混凝土基础设施工程总价值约为6万亿美元，每年所需维修费或重建费约为3千亿美元。而由于耐久性导致建筑工程报废的现象也并不少见，如北京的“西直门立交桥”等便因此被迫拆除。因此，从工程经济效

益的角度考虑，我们在施工建设中应加大对耐久性设计的关注，使工程的长远经济效益达到最大化。

一、掺合料改善高性能混凝土耐久性的机理

1、超细掺和料填充效应(填充颗粒间空隙，降低孔隙率)

混凝土是一种连续颗粒级配的堆聚结构体系，粗骨料颗粒空隙由细骨料颗粒填充，细骨料的颗粒空隙则由水泥颗粒或水泥石填充，水泥颗粒之间的空隙或水泥石的孔隙需要更细的颗粒来填充。超细掺和料颗粒尺寸比水泥颗粒小，比表面积比水泥大，水泥的比表面积一般在330～35Om²／kg；而S75级矿渣微粉为450m²／kg左右；I级粉煤灰则在5lOm²／kg左右；硅灰颗粒粒级是水泥颗粒的1／100～1／5O，比表面积高达20，O00m²／kg。超细掺和料的颗粒粒径是高性能混凝土连续颗粒级配中最小的颗粒，起到了颗粒级配的微集料作用，能有效填充水泥颗粒空隙和水泥石孔隙，大大提高混凝土的密实性，从而大幅度提高混凝土的抗压强度、抗渗性、抗侵蚀能力和抗冻性。实验证明水胶比为0.36、矿渣粉掺量40％、坍落度达22cm的高性能混凝土，实测抗渗等级达S37仍不透水，将6个抗渗试件劈裂观察渗水高度，平均渗水高度10.3mm，最大渗水高度26mm，最小渗水高度2mm。这充分证明了高性能混凝土的密实程度。博湖东泵站使用32．5普通水泥，掺加40％和45％的矿渣粉，采用0.35水胶比配制的二级配高性能混凝土的2 8天设计龄期抗压强度分别达到55．1Mpa和53.OMpa。用32．5强度等级水泥配制出强度为50Mpa的混凝土，没有超细掺和料微集料的填充效应是不可能的，当然也离不开高效减水剂的减水作用。

2、降低水化热

水泥水化是一个放热反应，主要是水泥熟料矿物成分C3A、C3S等水化放出水化热。水化热导致混凝土内部温度升高，当混凝土受外界大气环境温度变化影响时会引发温度裂缝，裂缝又会降低混凝土的抗渗性、抗侵蚀性等一系列耐久性，尤其是大体积混凝土易出现这种现象。防止和控制混凝土温度裂缝的有效措施是减少混凝土中的水泥用量或采用中、低热水泥，高性能混凝土中掺加大掺量超细掺和料等量替代水泥既可以减少水泥用量，又可以起到使用中、低热水泥的效用，其作用将明显降低混凝土所使用胶凝材料的水化热。经试验，采用GB／T12959—1991《溶解热》方法对掺矿渣粉、粉煤灰(I级)的水泥浆体进行3 d、7 d水化热检测，其结果见掺矿渣粉、粉煤灰可有效降低水泥或混凝土的水化热。粉煤灰降低水化热效果优于矿渣粉；矿渣粉和粉煤灰混合使用降热更优；矿渣粉过细不利于降低不化热；由此推论硅灰由于比表面积太大，不利于降低水化热，混凝土使用硅灰时，应采用适当降温措施。

3、提高混凝土抗侵蚀性的效应

大量的混凝土侵蚀试验证明，混凝土的侵蚀实质是水泥的侵蚀，更确切地讲是

水泥石的侵蚀。混凝土发生侵蚀有内外因，内因是混凝土中水泥凝结硬化形成的水泥石结构内的水化产物CA（OH）2和水化、铝酸钙(CAH)以及水泥石中的开口孔隙，当侵蚀介质随载体环境水侵入水泥石孔隙内(主要是开!El孔隙)，c“OH 和CAH成为水泥石结构的不稳定成分，易和侵蚀介质(如硫酸盐、镁盐、侵蚀性c 、酸等)发生化学反应生成侵蚀产物。随侵蚀介质类型的不同，生成的侵蚀产物不同，有的是易分解、溶蚀的物质，有的是结晶膨胀产物。易分解或溶蚀的侵蚀产物会造成水泥石结构的疏松；过量的结晶膨胀侵蚀产物会使水泥石结构因膨胀而破坏。水泥石结构的破坏必然导致混凝土的破坏。混凝土的侵蚀是外因通过内因起作用，因此，防治侵蚀的有效措施之一是减少侵蚀内因。高性能混凝土以大掺量超细掺和料等量替代水泥是实施这个有效措施的一个重要途径，大掺量超细掺和料等量替混凝土侵蚀试验研究发现，超细掺和料的细度、掺量多少和高性能混凝土采用的水胶比大小是其减少侵蚀内因或提高抗侵蚀性的关键；无疑，超细掺和料具有改善和提高高性能混凝土抗侵蚀性的显著效应。

二、试验研究及数据

在高性能混凝土中常用的活性细掺合料有硅粉(SF)、磨细矿渣粉(BFS)、粉煤灰(FA)、天然沸石粉(NZ)等。

1、抗渗性试验研究

本文采用电通量法来测定混凝土的抗氯离子渗透能力，通过对水胶比为0.29，矿掺量为10%、15%、20%三个水平的混凝土试件做电通量试验，检验高性能混凝土抗氯离子渗透性能，从而评定并比较不同配比条件下高性能混凝土的抗渗性能。

1.1 试验方法

按规定配合比制备3 组混凝土试件，每组有3个相同配比的试件，试件为圆柱体形，尺寸为Φ 100mm×50mm，在标准养护条件下养护28d。试验需要可输出60V 直流电压的直流稳压电源；数字式直流表，量程为20A，精度±1.0%；真空泵，真空度可达133Pa 以下；真空干燥器内径不小于250mm。试验所需溶液为用分析纯试剂配制的3.0%氯化钠溶液和0.3mol/L 氢氧化钠液。试验原理装置图见图1。

计算结果绘制电流与时间的关系图，将各点数据以光滑曲线连接起来，对曲线