【摘要】闡述了混凝土抗?jié)B性能的重要性, 分析了影響混凝土抗?jié)B性能的各個方面和主要因素, 并且針對這些影響因素, 介紹了國內外研究現(xiàn)狀及目前獲得的一些重要結論, 對今后混凝土抗?jié)B性能研究的發(fā)展方向也進行了探討。
【關鍵詞】混凝土抗?jié)B性能; 耐久性; 微裂紋
1.前言
近年來混凝土的耐久性問題日益為人們所關注?；炷恋哪途眯? 與水和其它有害液體、氣體向其內部流動的數(shù)量、范圍等有關, 因此抗?jié)B性能高的混凝土, 其耐久性就好。近年來, 高性能混凝土的概念大有取代高強混凝土概念的趨勢[1], 因為人們認識到強度這一單一的指標并不足以揭示結構材料的工作狀態(tài)。高性能混凝土首先要求是耐久性有保證的混凝土。因此, 要研究高性能混凝土, 就不能不關注混凝土的抗?jié)B性能。然而, 服役期間的混凝土, 其抗?jié)B性能并非是一個常數(shù), 其與齡期、漿體水化程度等因素絲絲相扣, 與微裂紋的延伸擴展更是密切相關。正是因為涉及的影響因素太多, 試驗耗功耗時, 因此, 目前人們在這方面獲得的研究成果還遠遠不能令人滿意, 有必要在這方面進一步深入進行研究。本文正是針對上述問題, 分析了混凝土的抗?jié)B性能的主要影響因素, 并且介紹了研究現(xiàn)狀。
2.試驗方法的研究
研究混凝土抗?jié)B性能有多種試驗方法, 有水壓力試驗法、抗氯化物滲透試驗法, 以及氣體滲透性試驗法等。氣體滲透法比較適合在現(xiàn)場測試, 在我國應用相對較少, 試驗室測試以前兩種為主。
在我國, 混凝土的滲透性試驗方法采用水壓力試驗法[2], 包括三種形式: 穩(wěn)定流動法、滲透深度法和抗?jié)B標號法。穩(wěn)定流動法測量壓力液體流過混凝土的流量、流速, 適用于研究具有較高滲透性, 例如強度不高、齡期不長的混凝土。滲透深度法測量壓力液體穿透混凝土的深度,適用于研究具有低滲透性的混凝土。
現(xiàn)在科學研究結果已經(jīng)表明, 影響混凝土耐久性的各種作用、各種作用危害的機理、影響因素和預防措施等, 無一不與混凝土本身的滲透性有關。不管哪種因素導致混凝土劣化, 其共同的特點是混凝土中需要充足的水分和其他有害物質的侵入, 所以說混凝土的抗?jié)B性是耐久性的第一道防線。
滲水的原因, 是由于其內部的孔隙形成連通的滲水通道, 這些通道除產(chǎn)生施工振搗不密實或裂縫外, 主 要來源于水泥漿中多余水分蒸發(fā)后留下的毛細孔、水泥漿泌水所形成的通道及骨料下部界面聚集的水隙?；炷恋臐B透性與水膠比、水泥的水化程度、粗骨料的最大尺寸、骨料的級配、礦物摻合料、骨料與水泥漿界面的裂縫和骨料的滲透性等因素有關, 因為這些因素決定了混凝土的結構、孔隙等。
本次研究中試件為φ175×φ185×150 圓臺, 共6 塊。標準準下養(yǎng)護28d 后按照GBJ85《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》進行抗?jié)B性能試驗, 試驗水壓從0.1MPa 開始, 每隔8h 增加水壓0.1MPa, 逐級加壓至有3 個試件端面有滲水現(xiàn)象時, 停止試驗, 并計算其抗?jié)B等級。C80 試件加壓至3.8MPa, 6 個試件全無滲水現(xiàn)象( 因設備條件限制, 無法再增加荷載) , 說明C80 級高性能混凝土抗?jié)B性能很好, 抗?jié)B等級大于P38。而C40 混凝土加壓至0.8MPa 時, 有三個試件端面出現(xiàn)滲水現(xiàn)象而停止試驗, 抗?jié)B等級為P7。C80 的滲水高度見下表和下圖
由上表可知C80 高性能混凝土的抗?jié)B性能與C40 普通混凝土相比大大提高, 這是由于在標準養(yǎng)護環(huán)境中礦渣、硅粉的活性激發(fā), 水化反應充分, 產(chǎn)物中凝膠體增多, 混凝土結構致密, 孔結構改善, 抗?jié)B性提高, 改善了混凝土的耐久性能。
C40 混凝土抗?jié)B性能較小, 是由于水膠比大而導致最初的孔隙率較大, 同時水化反應不充分, 使得原始孔隙被新生成的固體產(chǎn)物填充程度不高。
C80 高強高性能混凝土的密實度高, 抗?jié)B性能遠遠超出C40 普通混凝土, 國外Aolsiefer 所用的試驗也指出, 摻有硅粉的高強高性能混凝土在4MPa 的水壓下是不透水的[3]。另外礦渣對混凝土的孔徑分布、孔的幾何形狀的改善有好的作用, 因而能夠提高混凝土的抗?jié)B性能,從而提高混凝土的耐久性[4]。
水膠比對混凝土的抗?jié)B性有很大影響, 這種趨勢與本次抗?jié)B性能試驗結果一致, C80 混凝土的水膠比為0.25, 而C40 混凝土的水膠比為0.46, 所以C40 抗?jié)B性很小。礦物摻和料和減水劑的加入也提高了混凝土的抗?jié)B性, 這是因為它們可以降低混凝土的單位用水量, 提高混凝土拌合物的和易性, 細化混凝土的空隙結構, 提高混凝土的密實性。本次試驗表明,C80 高性能混凝土具有良好的密實性,抗?jié)B等級達到P38 仍未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象, 適合于地下工程結構和防水結構混凝土。
一般情況下認為, 材料的組分與配合比中對混凝土抗摻性最具影響力的因素是水灰(膠)比; 事實上, 在水灰比小于0.13, 特別是摻有硅灰的情況下, 混凝土對于水與氯化物來說都可認為是不可滲透的, 這樣的混凝土可以在下面的暴露條件下工作: (1)高水頭壓力; (2)需要防止氯化物侵蝕; (3)惡劣的凍融條件存在; (4)需抵抗有害化學品侵蝕。只要將水灰比限制在不超過0.14, 就能夠獲得滲透性足夠低的混凝土, 能夠抵抗很高的水壓力。如果不考慮時間這個因素, 上述結論無疑是正確的, 但從前面提到的近年來高強與高性能混凝土遭遇到的一些耐久性病害來看, 則上述結論難免有偏頗之嫌。配合比設計不僅要考慮新澆筑混凝土的抗?jié)B性能, 也要考慮服役期間的工作環(huán)境使微裂紋擴展導致抗?jié)B性能劣化的問題; 當然這是一個非常復雜的問題。
3.服役期間的工作環(huán)境使微裂紋擴展導致抗?jié)B性能劣化
對于混凝土結構而言, 并非是僅僅滿足了一些外加劑、摻合料及水灰比方面的要求, 就能夠保證耐久性能。這是因為混凝土在工作中要承受各種荷載和變形; 混凝土在荷載、變形和氣候作用下, 微結構性能會逐步劣化, 表面及內部產(chǎn)生微裂紋; 而混凝土的開裂通常導致滲流通道相互連接并且增加混凝土的滲透性, 這種由于裂紋擴張導致的滲透性的增加使得更多的水和有害化學成分滲入混凝土中, 引起混凝土性能的進一步劣化、開裂。這樣一個鏈式反應:劣化—開裂—可滲性增加—進一步劣化, 終將導致混凝土結構的毀滅性破壞。Shah and Wang 根據(jù)一個目前仍在進行的廣泛研究的初步結果, 給出了混凝土微結構、滲透性能、開裂和耐久性之間的關系。指出在耐久混凝土配合比設計中要考慮三個標準: 強度、滲透性和抗裂能力。
4.結語
本文回顧了混凝土抗?jié)B性能研究的研究歷程, 對研究現(xiàn)狀進行了闡述, 并對研究中出現(xiàn)的某些問題的產(chǎn)生原因進行了分析, 此外, 對某些可能取得突破的發(fā)展方向進行了展望, 主要結論如下:
( 1) 近年來, 國外在一項研究中同時進行水滲透性、氯化物滲透性、空氣滲透性測試、然后分別討論試驗結果的情況增多, 可以認為這是一種趨勢;
( 2) 考慮混凝土在服役環(huán)境中抗?jié)B性能的劣化, 是混凝土抗?jié)B性能研究的一個發(fā)展方向。對于混凝土孔結構對抗?jié)B性能的影響問題,如果與適合于描述雜亂無章事物的分形幾何理論進行結合, 可能獲得進展;
( 3) 應該建立抗?jié)B性能指標與耐久性指標之間的聯(lián)系, 為用抗?jié)B實驗結果科學評價混凝土耐久性提供依據(jù)。
[ 1] 馮乃謙,丁建彤等譯.高性能混凝土的耐久性[M].(H.索默編).科學出版社,1998.
[ 2] 趙鐵軍,高性能混凝土的滲透性研究[D].(申請清華大學工業(yè)學博士學位論文,1997.4.
[ 3] P.Kumar Metha,Concrete Structure,Properies,and Materials [M],Prentice - Hallinc.,1986.
[ 4] 冷發(fā)光,馮乃謙.礦渣摻量對高強高性能混凝土強度和耐久性影響的試驗研究[J].中國建材科技.2000.1:14- 17.
