【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(gè)方面和主要因素, 并且針對這些影響因素, 介紹了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及目前獲得的一些重要結(jié)論, 對今后混凝土抗?jié)B性能研究的發(fā)展方向也進(jìn)行了探討。
【關(guān)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(guān)注?；炷恋哪途眯? 與水和其它有害液體、氣體向其內(nèi)部流動的數(shù)量、范圍等有關(guān), 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(qiáng)混凝土概念的趨勢[1], 因?yàn)槿藗冋J(rèn)識到強(qiáng)度這一單一的指標(biāo)并不足以揭示結(jié)構(gòu)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(guān)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(gè)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(kuò)展更是密切相關(guān)。正是因?yàn)樯婕暗挠绊懸蛩靥? 試驗(yàn)耗功耗時(shí), 因此, 目前人們在這方面獲得的研究成果還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能令人滿意, 有必要在這方面進(jìn)一步深入進(jìn)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(yàn)方法的研究
研究混凝土抗?jié)B性能有多種試驗(yàn)方法, 有水壓力試驗(yàn)法、抗氯化物滲透試驗(yàn)法, 以及氣體滲透性試驗(yàn)法等。氣體滲透法比較適合在現(xiàn)場測試, 在我國應(yīng)用相對較少, 試驗(yàn)室測試以前兩種為主。
在我國, 混凝土的滲透性試驗(yàn)方法采用水壓力試驗(yàn)法[2], 包括三種形式: 穩(wěn)定流動法、滲透深度法和抗?jié)B標(biāo)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(qiáng)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(xué)研究結(jié)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(jī)理、影響因素和預(yù)防措施等, 無一不與混凝土本身的滲透性有關(guān)。不管哪種因素導(dǎo)致混凝土劣化, 其共同的特點(diǎn)是混凝土中需要充足的水分和其他有害物質(zhì)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(nèi)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(shí)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(xì)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(guān), 因?yàn)檫@些因素決定了混凝土的結(jié)構(gòu)、孔隙等。
本次研究中試件為φ175×φ185×150 圓臺, 共6 塊。標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)下養(yǎng)護(hù)28d 后按照GBJ85《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行抗?jié)B性能試驗(yàn), 試驗(yàn)水壓從0.1MPa 開始, 每隔8h 增加水壓0.1MPa, 逐級加壓至有3 個(gè)試件端面有滲水現(xiàn)象時(shí), 停止試驗(yàn), 并計(jì)算其抗?jié)B等級。C80 試件加壓至3.8MPa, 6 個(gè)試件全無滲水現(xiàn)象( 因設(shè)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(shí), 有三個(gè)試件端面出現(xiàn)滲水現(xiàn)象而停止試驗(yàn), 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(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境中礦渣、硅粉的活性激發(fā), 水化反應(yīng)充分, 產(chǎn)物中凝膠體增多, 混凝土結(jié)構(gòu)致密, 孔結(jié)構(gòu)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(dǎo)致最初的孔隙率較大, 同時(shí)水化反應(yīng)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(qiáng)高性能混凝土的密實(shí)度高, 抗?jié)B性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出C40 普通混凝土, 國外Aolsiefer 所用的試驗(yàn)也指出, 摻有硅粉的高強(qiáng)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(yàn)結(jié)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?yàn)樗鼈兛梢越档突炷恋膯挝挥盟? 提高混凝土拌合物的和易性, 細(xì)化混凝土的空隙結(jié)構(gòu), 提高混凝土的密實(shí)性。本次試驗(yàn)表明,C80 高性能混凝土具有良好的密實(shí)性,抗?jié)B等級達(dá)到P38 仍未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象, 適合于地下工程結(jié)構(gòu)和防水結(jié)構(gòu)混凝土。
一般情況下認(rèn)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(shí)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(rèn)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(xué)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(shí)間這個(gè)因素, 上述結(jié)論無疑是正確的, 但從前面提到的近年來高強(qiáng)與高性能混凝土遭遇到的一些耐久性病害來看, 則上述結(jié)論難免有偏頗之嫌。配合比設(shè)計(jì)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(kuò)展導(dǎo)致抗?jié)B性能劣化的問題; 當(dāng)然這是一個(gè)非常復(fù)雜的問題。
3.服役期間的工作環(huán)境使微裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致抗?jié)B性能劣化
對于混凝土結(jié)構(gòu)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?yàn)榛炷猎诠ぷ髦幸惺芨鞣N荷載和變形; 混凝土在荷載、變形和氣候作用下, 微結(jié)構(gòu)性能會逐步劣化, 表面及內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋; 而混凝土的開裂通常導(dǎo)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(kuò)張導(dǎo)致的滲透性的增加使得更多的水和有害化學(xué)成分滲入混凝土中, 引起混凝土性能的進(jìn)一步劣化、開裂。這樣一個(gè)鏈?zhǔn)椒磻?yīng):劣化—開裂—可滲性增加—進(jìn)一步劣化, 終將導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的毀滅性破壞。Shah and Wang 根據(jù)一個(gè)目前仍在進(jìn)行的廣泛研究的初步結(jié)果, 給出了混凝土微結(jié)構(gòu)、滲透性能、開裂和耐久性之間的關(guān)系。指出在耐久混凝土配合比設(shè)計(jì)中要考慮三個(gè)標(biāo)準(zhǔn): 強(qiáng)度、滲透性和抗裂能力。
4.結(jié)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(jìn)行了闡述, 并對研究中出現(xiàn)的某些問題的產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析, 此外, 對某些可能取得突破的發(fā)展方向進(jìn)行了展望, 主要結(jié)論如下:
( 1) 近年來, 國外在一項(xiàng)研究中同時(shí)進(jìn)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(yàn)結(jié)果的情況增多, 可以認(rèn)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(gè)發(fā)展方向。對于混凝土孔結(jié)構(gòu)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(jìn)行結(jié)合, 可能獲得進(jìn)展;
( 3) 應(yīng)該建立抗?jié)B性能指標(biāo)與耐久性指標(biāo)之間的聯(lián)系, 為用抗?jié)B實(shí)驗(yàn)結(jié)果科學(xué)評價(jià)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(xué)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(xué)工業(yè)學(xué)博士學(xué)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(qiáng)高性能混凝土強(qiáng)度和耐久性影響的試驗(yàn)研究[J].中國建材科技.2000.1:14- 17.
