高強(qiáng)度透水混凝土實驗的分析與研究

田岸平

遼寧省東煤測試分析研究院有限責(zé)任公司 遼寧沈陽 110016

在凍土區(qū)進(jìn)行建筑、橋梁施工時，為保證結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，通常要用到樁基礎(chǔ)形式，例如青藏鐵路工程的橋梁中就大多數(shù)采用了鉆孔灌注樁基礎(chǔ)．為減小對凍土的擾動，鉆孔灌注樁混凝土入模溫度一般控制在5℃左右，混凝土澆筑之后，自身攜帶的熱量和水化產(chǎn)生的水化熱會向凍土中傳輸，導(dǎo)致樁身混凝土出現(xiàn)了數(shù)天在0℃以上且后期在負(fù)溫下持續(xù)養(yǎng)護(hù)的特點，有研究表明，低、負(fù)溫的養(yǎng)護(hù)環(huán)境下混凝土中水泥也會繼續(xù)水化，但水化速率緩慢，水化會不斷產(chǎn)生水化產(chǎn)物，混凝土強(qiáng)度也會持續(xù)增長，由此，即可通過延長低、負(fù)溫下混凝土養(yǎng)護(hù)齡期的措施來使混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到與標(biāo)養(yǎng)28d相等的強(qiáng)度值，即“等強(qiáng)度”混凝土．

1 高性能混凝土綠色化的途徑

如何發(fā)展綠色混凝土，許多學(xué)者提出了許多中肯的意見和建議現(xiàn)歸納如下。（1）加強(qiáng)混凝土科研開發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)制定、工程設(shè)計和施工人員等的環(huán)保意識，加大綠色概念的宣傳力度，以引起混凝土工程領(lǐng)域各個環(huán)節(jié)的高度重視。（2）大力發(fā)展高標(biāo)號熟料水泥生產(chǎn)，提高高標(biāo)號熟料在整個熟料生產(chǎn)中的比重；研究改進(jìn)熟料礦物組分，對傳統(tǒng)的熟料礦物、水泥進(jìn)行改性、改型發(fā)展生產(chǎn)能耗低的新品種，調(diào)整水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，及發(fā)展?jié)M足配制高性能混凝土和綠色高性能混凝土要求的水泥，并在滿足這一要求的前提下，盡量減少混凝土中的水泥用量；研究開發(fā)、改進(jìn)、提高和發(fā)展水泥生產(chǎn)工藝及技術(shù)裝備，采用新技術(shù)、新工藝、新裝備改造淘汰落后技術(shù)和裝備，以提高水泥質(zhì)量，達(dá)到節(jié)能、節(jié)約資源的目的。（3）大力發(fā)展人造骨料，特別是利用工業(yè)固體廢棄物粉煤灰、煤矸石生產(chǎn)制造輕骨料；積極利用城市固體垃圾，特別是拆除的舊建筑物和構(gòu)筑物的廢棄物混凝土、磚、瓦及廢物，以其代替天然砂石料，減少砂石料的消耗。（4）更新傳統(tǒng)的混凝土設(shè)計方法，提高施工質(zhì)量意識，嚴(yán)格施工，以保證混凝土的施工質(zhì)量。（5）研究和制定綠色高性能混凝土的設(shè)計規(guī)程、質(zhì)量控制方法、驗收標(biāo)準(zhǔn)、施工工藝等。（6）加強(qiáng)對綠色高性能混凝土配套技術(shù)的研究開發(fā)，使之向理想化發(fā)展，并使其適合于各種應(yīng)用場合，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。著重解決高性能混凝土和綠色高性能混凝土由于低水膠比引起的自收縮問題、進(jìn)一步水化造成的裂紋問題、由于高強(qiáng)度帶來的脆性問題等[1]。

2 實驗

2.1 試驗配合比

試驗選用6組混凝土配合比，如表2所列．通過調(diào)整混凝土減水劑的用量，使各個配合比混凝土坍落度保持在180±20mm．其中A-1、A-2、A-3組配合比水膠比為0．32，A-2組中利用15%的礦粉和2%的硅灰等量替代水泥，A-3組中利用15%的礦粉和2%的硅灰等量替代水泥，且通過摻加引氣劑使混凝土含氣量達(dá)到4．8%．B-1、B-2、B-3組配合比水膠比為0．36，B-2組中利用15%的礦粉和2%的硅灰等量替代水泥，B-3組中利用15%的礦粉和2%的硅灰等量替代水泥，且通過摻加引氣劑使混凝土含氣量達(dá)到4．8%．

2.2 試驗方案

（1）等強(qiáng)度試件制備在標(biāo)養(yǎng)（20℃）和恒定負(fù)溫（-3℃）條件下養(yǎng)護(hù)混凝土抗壓強(qiáng)度試件（100mm×100mm×100mm），測試混凝土在標(biāo)養(yǎng)和恒定負(fù)溫條件下28d抗壓強(qiáng)度，并以標(biāo)養(yǎng)條件下的測試值作為等強(qiáng)度參考值；延長-3℃條件下的養(yǎng)護(hù)齡期，每隔28d測試一次混凝土強(qiáng)度，直到-3℃養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土強(qiáng)度達(dá)到強(qiáng)度參考值。（2）含氣量測定方法按規(guī)范測定混凝土拌合物的和易性和含氣量，含氣量采用SANYO直讀式精密混凝土含氣量測定儀測定。（3）養(yǎng)護(hù)方法標(biāo)養(yǎng)條件下的試件在室溫下覆蓋養(yǎng)護(hù)24h后脫模放入標(biāo)養(yǎng)室；恒定負(fù)溫條件下養(yǎng)護(hù)的試件澆筑后帶模直接放入大氣環(huán)境模擬箱，該模擬系統(tǒng)溫度可控制在-20至80℃之間，溫度波動不大于0．5℃，養(yǎng)護(hù)過程中試模采用保濕措施，使養(yǎng)護(hù)濕度達(dá)到95%以上。

3 結(jié)果與分析

3.1 骨料粒徑對強(qiáng)度和孔隙率的影響

隨著粗骨料粒徑的增大，透水混凝土的7d、28d抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，骨料粒徑為5-10mm時透水混凝土的抗壓強(qiáng)度最高。這是因為，相比于粒徑大的骨料，較細(xì)的骨料比表面積較大，而膠凝材料的量有限，所以使得骨料表面的包裹層相對較薄，骨料之間的粘結(jié)力弱，所以強(qiáng)度較低。而在大粒徑骨料的透水混凝土中，雖然骨料表面的包裹層較厚，但骨料之間的接觸面積偏小，孔隙率高，難以承受較大的破壞力。隨著粗骨料粒徑的增大，透水混凝土的孔隙率逐漸升高。綜合考慮，優(yōu)選粒徑為5-10mm的骨料進(jìn)行后續(xù)實驗。

3.3 骨膠比對強(qiáng)度、孔隙率和透水系數(shù)的影響

骨膠比即骨料與膠凝材料的質(zhì)量比，骨膠比越大膠凝材料越少，漿體對骨料的包裹層越??；骨膠比過小，說明膠凝材料的量多，骨料表面的包裹層越厚。骨膠比過大或者過小，都會影響新拌混凝土的均勻性，并且會對孔隙率造成影響，因此選擇合適的骨膠比極其重要。

4 高性能混凝土的發(fā)展前景

（1）高性能自密實混凝土。自密實混凝土是一種免振搗，在自身重力作用下就可以使配筋密集的模板充滿，并具有一定勻質(zhì)性的混凝土。與傳統(tǒng)混凝土相比較起來最顯著的區(qū)別是，自密實混凝土具有勻質(zhì)性和填密性，其能夠在自身重力的作用下自流平填密實，從而有利于結(jié)構(gòu)物中混凝土的密實性，此外它還具有良好的力學(xué)性能、耐久性和體積穩(wěn)定性；自密實混凝土的配置成本較高，進(jìn)行配合比的設(shè)計時也比較復(fù)雜，一般適用于沉井連續(xù)墻、預(yù)制混凝土、鋼管柱以及水壩擋水墻等一些較為復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)。自密實混凝土具有良好的填充性、抗離析性、障礙間距的通過性等工作性能，這種混凝土在通過鋼筋間隙時可以自行流入而不會產(chǎn)生阻塞離析的現(xiàn)象，而且能夠在自身重力的作用下使模板各部位充滿混凝土。使用自密實混凝土有利于減少大量勞動力、使施工速度略有提高并且減少施工工期，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益。（2）高性能補償收縮混凝土。補償收縮混凝土主要是由水泥、膨脹劑、外加劑礦物摻合料以及集料組成。補償收縮混凝土與普通混凝土的區(qū)別在于補償收縮混凝土在進(jìn)行配置時摻入了一定量的膨脹水泥，使其有一定的膨脹性能，以補償它的干縮狀態(tài)，這也是其自身所具有的補償收縮機(jī)理。補償收縮混凝土具有良好的抗?jié)B能力，這是由于混凝土中有膨脹劑的加入，鈣礬石膨脹的結(jié)晶具有填充和堵塞毛細(xì)孔徑的作用，使混凝土中的孔徑變小，水也就不容易滲透進(jìn)去；此外，其也具有一些抗化學(xué)侵蝕能力，例如，抗酸、抗堿、抗硫酸鹽侵蝕，補償收縮混凝土已經(jīng)推廣應(yīng)用在了濱海地區(qū)及其周邊的鹽堿地區(qū)、含有酸根物質(zhì)的污水處理工程，在這些高鹽漬、高硫酸的環(huán)境中經(jīng)受住了考驗，也證明了它具有較強(qiáng)的抗化學(xué)侵蝕能力。試驗證明，這種抗化學(xué)侵蝕性能優(yōu)于傳統(tǒng)混凝土。補償收縮混凝土中膨脹劑的加入給它的工作性帶來了一定的影響，膨脹劑的加入使混凝土坍落度的損失加重，然而這種損失也是可以消除的，消除此種現(xiàn)象的方法就是通過加入緩凝劑、泵送劑和其他化學(xué)添加劑來進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此來減弱損失率。由于膨脹劑和化學(xué)外加劑的添加，也使混凝土的泌水性降低、凝結(jié)時間有所延長，減少了經(jīng)濟(jì)損失。此種混凝土主要適用于水池、水塔、地下室等防水部位以及易產(chǎn)生溫差收縮裂縫的大體積混凝土、沉降縫等后澆帶的混凝土澆筑等[2]。

4 結(jié)語

（1）隨著骨料粒徑的增大，透水混凝土的孔隙率逐漸增大，強(qiáng)度先提高后降低，骨料粒徑為5～10mm的透水混凝土強(qiáng)度最高。（2）隨著硅灰摻量增大，透水混凝土的7d、28d抗壓強(qiáng)度先提高后降低，當(dāng)硅灰摻量為15%時抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高，7d、28d抗壓強(qiáng)度較未摻硅灰的分別提高了32．3%和27．7%；而孔隙率持續(xù)降低。微觀分析發(fā)現(xiàn)，采用適量硅灰取代水泥后，促進(jìn)了膠凝材料的二次水化，使水化產(chǎn)物增多，從而提高了透水混凝土的強(qiáng)度。