新疆地區(qū)多年齡期靜置下混凝土耐久性能對(duì)比研究

羅志明，洪軍，劉海順，李涵

（1. 新疆維吾爾自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，新疆 烏魯木齊 830013； 2. 新疆和興恒石建材科技研發(fā)有限公司，新疆 烏魯木齊 830013）

0 引言

高性能混凝土（HPC）系指一種新型高技術(shù)混凝土，其采用常規(guī)材料和工藝生產(chǎn)，滿(mǎn)足混凝土結(jié)構(gòu)所要求的各項(xiàng)力學(xué)性能，具有高耐久性、高工作性和高體積穩(wěn)定性的混凝土。新疆地區(qū)高性能混凝土的推廣運(yùn)用始自 2014 年，烏魯木齊及周邊現(xiàn)已經(jīng)普及。就混凝土耐久性而言，現(xiàn)主要涉及指標(biāo)有混凝土抗水滲透、抗氯離子滲透、抗硫酸鹽侵蝕以及抗凍性能等，主要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為 GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性試驗(yàn)方法》。其檢測(cè)方法則是分別通過(guò)施加壓力，導(dǎo)入直流電，提高溫度以及提高循環(huán)次數(shù)等。與混凝土在實(shí)際環(huán)境中的服役特性存在一定的差異。

基于以上現(xiàn)狀，本研究對(duì)混凝土配合比設(shè)計(jì)與試配、新拌混凝土工作性能檢測(cè)，混凝土強(qiáng)度及電通量數(shù)據(jù)收集，并同步對(duì)比開(kāi)展室內(nèi)加速檢測(cè)和多年齡期靜置下的混凝土氯離子遷移系數(shù)、抗硫酸侵蝕、抗凍性能等性能檢測(cè)與分析。

1 試驗(yàn)方案

1.1 原材料

（1）水泥（C）：青松 P·O42.5 水泥，主要指標(biāo)見(jiàn)表 1。

表1 水泥主要技術(shù)指標(biāo)

（2）粉煤灰（FA）：Ⅱ級(jí)粉煤灰，細(xì)度 21.6%，需水量比 97%，燒失量 3.3%，7d 和 28d 活性指數(shù)分別為 65% 和 71%。

（3）礦粉（K）：S75 級(jí)，比表面積 435m2/kg，流動(dòng)度比 97%，燒失量 0.8%，7d 和 28d 活性指數(shù)分別為 67% 和 97%。

（4）骨料：砂（S）：天然砂；石（G）：三級(jí)配（5～10mm、5～20mm 和 20～40mm）卵石。骨料的主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表 2。

表2 粗細(xì)骨料主要技術(shù)指標(biāo)

（5）減水劑（PCA）：五家渠格輝生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)型聚羧酸系高性能減水劑。主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表 3。（6）水：自來(lái)水。

表3 PCA 主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

混凝土配合比設(shè)計(jì)綜合標(biāo)準(zhǔn) JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》及經(jīng)驗(yàn)選取常用的水膠比，總膠材用量以及單方水上限用量等，采用單摻粉煤灰、雙摻粉煤灰和礦粉，同時(shí)考慮到砂中含石量大（大于 20%）的應(yīng)用現(xiàn)狀，將砂進(jìn)行 5mm 過(guò)篩處理，5～10mm 部分以粗骨料的形式摻入，而減水劑的摻量以新拌混凝土拌合物狀態(tài)確定?；炷猎O(shè)計(jì)配合比見(jiàn)表 4。

表4 混凝土配合比設(shè)計(jì)

1.3 混凝土耐久性對(duì)比研究方案設(shè)計(jì)

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性試驗(yàn)方法》，以混凝土 28d 電通量、28d 氯離子遷移系數(shù)、抗硫酸侵蝕以及抗凍性能（快速法）進(jìn)行混凝土室內(nèi)加速模擬檢測(cè)。同步開(kāi)展以 24d 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、4d 自來(lái)水浸泡的混凝土抗凍試件室外自然條件靜置的模擬試驗(yàn)，主要收集數(shù)據(jù)則依舊為試件質(zhì)量和諧振頻率；抗硫酸鹽侵蝕試件采用 (100×100×100)mm3立方體試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) 26d 及 80℃ 烘干 2d 后，留一側(cè)面為原漿面，其余五面蠟封處理后放入常溫下飽和的硫酸鈉溶液中，并加蓋密封，多年靜置浸泡，檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度；氯離子侵蝕則采用 (Φ100×50)mm 的電通量試件標(biāo)準(zhǔn)至 28d 后磨平上下底面，留一底面不作處理，蠟封處理另一底面和圓弧面后靜置放入常溫下 15% 質(zhì)量濃度（即為 150000mg/L）的氯化鈉溶液中，并加蓋密封，多年靜置浸泡，檢測(cè)氯離子侵入深度和試件中部氯化鈉含量。其中，所用的化學(xué)試劑均為化學(xué)純。圖 1 為混凝土試件靜置浸泡圖。

圖1 混凝土試件靜置浸泡圖

2 結(jié)果分析

2.1 混凝土工作性能及力學(xué)性能

根據(jù)混凝土特性，針對(duì)性開(kāi)展了混凝土坍落度、含氣量、表觀密度等工作性能的檢測(cè)，以保持水膠比盡可能的與混凝土配合比設(shè)計(jì)一致，動(dòng)態(tài)調(diào)整減水劑（引氣劑復(fù)配摻入）摻量。以實(shí)際水膠比對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表 5。

由表 5 可知，單摻粉煤灰的混凝土強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量的提高而呈現(xiàn)降低的發(fā)展趨勢(shì)；在一定范圍內(nèi)，礦物摻和料摻量的增加可以改善混凝土拌合物性能，降低減水劑摻量，且強(qiáng)度影響程度較??；混凝土拌合物含氣量總體上隨著總膠材的增加而降低；混凝土表觀密度在水膠比大于 0.30 時(shí)，皆小于設(shè)計(jì)容重；此外，同水膠比下，除了礦物摻和料摻量的影響外，含氣量的大小變化對(duì)混凝土強(qiáng)度影響不容忽視。

表5 新拌混凝土工作性能及混凝土強(qiáng)度數(shù)據(jù)收集

2.2 室內(nèi)加速模擬檢測(cè)混凝土耐久性

根據(jù)混凝土耐久性對(duì)比研究方案設(shè)計(jì)對(duì)混凝土室內(nèi)加速模擬檢測(cè)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為 GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性試驗(yàn)方法》，數(shù)據(jù)見(jiàn)表 6。

由表 6 可知，總體上混凝土 28d 電通量小于 1000C，28d 氯離子遷移系數(shù)與 28d 電通量呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律；抗硫酸鹽侵蝕 60 次對(duì)混凝土侵蝕破壞影響較?。ǔ幪?hào) LZB-15，其抗蝕系數(shù)最小，為 89%，其余均大于 90%）；快凍試驗(yàn)中大部分混凝土能達(dá)到 350 次的抗凍融循環(huán)次數(shù)（其中編號(hào) LZB-10 和 LZB-15：250 次，LZB-9：150 次）。

表6 混凝土室內(nèi)加速模擬檢測(cè)數(shù)據(jù)

試件異常描述：電通量、氯離子遷移試件（編號(hào) LZB-4、LZB-16、LZB-17）在自來(lái)水浸泡階段破壞（見(jiàn)圖 2）。

圖2 電通量、氯離子遷移試件水浸泡破壞圖

2.3 多年齡期靜置下混凝土耐久性能

依據(jù)混凝土耐久性對(duì)比研究方案，對(duì)混凝土試件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)、烘干、磨平、蠟封等處理后進(jìn)行侵蝕介質(zhì)、外界環(huán)境等靜置 3 年后檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表 7。

由表 7 可知，在飽和的硫酸鹽溶液中單面浸泡 3 年后，大部分試件混凝土抗壓強(qiáng)度大于 28d 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度值，而在水中浸泡破壞的電通量試件對(duì)應(yīng)的試件抗壓強(qiáng)度均小于 28d 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度值；常溫下 15% 氯化鈉溶液中單側(cè)面浸泡 3 年后，試件的氯離子遷移深度總體呈現(xiàn)出隨著水膠比的降低而減小的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)試件中部氯化鈉含量與氯離子遷移深度存在一定的一致性，總體呈現(xiàn)隨著氯離子遷移深度的降低而呈現(xiàn)氯化鈉含量降低的發(fā)展趨勢(shì)；自然環(huán)境下靜置 3 年的混凝土抗凍試件的質(zhì)量損失率和相對(duì)動(dòng)彈模量降低值都比較?。ǔ幪?hào) LZB-15、LZB-10）。

表7 多年齡期靜置下混凝土耐久性能數(shù)據(jù)收集

2.4 室內(nèi)加速模擬與多年齡期靜置下混凝土耐久性能對(duì)比分析

由 JGJ/T 193—2009《混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》可知，室內(nèi)加速模擬檢測(cè)可以根據(jù)檢測(cè)結(jié)果劃分混凝土所能到達(dá)的性能等級(jí)。GB/T 50476—2019《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》則針對(duì)性的對(duì)混凝土抗凍性能及抗氯離子滲透性能提出了具體指標(biāo)要求。本文所述多年齡期靜置下混凝土耐久性則是在無(wú)外力擾動(dòng)下的特定介質(zhì)浸泡或自然環(huán)境條件下進(jìn)行。

分析圖 4～6：

圖4 硫酸鹽介質(zhì)侵蝕下混凝土抗壓強(qiáng)度對(duì)比研究試驗(yàn)結(jié)果

（1）在常溫下飽和的硫酸鈉溶液中單側(cè)面靜置浸泡 3 年后的抗壓強(qiáng)度大部分等同于室內(nèi)加速模擬 30 次循環(huán)，除編號(hào) LZB-4、LZB-16、LZB-17 外均大于 28d 標(biāo)樣強(qiáng)度。

（2）15% 質(zhì)量濃度氯鹽溶液中靜置浸泡 3 年后氯離子遷移深度與室內(nèi)加速檢測(cè)下發(fā)展規(guī)律相同，大體呈現(xiàn)出水膠比在 0.30～0.45 范圍內(nèi)具有一定的等同性，作為輔助校驗(yàn)方法，多年齡期靜置后試件中部氯鹽濃度波動(dòng)范圍較大，分析價(jià)值較低。

（3）在自然環(huán)境下放置 3 年的混凝土抗凍性對(duì)比試驗(yàn)中，室內(nèi)加速檢測(cè)混凝土相對(duì)動(dòng)彈模量結(jié)果隨循環(huán)次數(shù)變化不大（LZB-2、LZB-3、LZB-4、LZB-16）時(shí)呈現(xiàn)出自然環(huán)境下放置 3 年的混凝土與快速法循環(huán) 350 次結(jié)果相近，室內(nèi)加速檢測(cè)混凝土相對(duì)動(dòng)彈模量結(jié)果隨循環(huán)次數(shù)變化大（LZB-5、LZB-8、LZB-15、LZB-9、LZB-10）時(shí)呈現(xiàn)出自然環(huán)境下放置3年的混凝土呈現(xiàn)與快速法循環(huán) 100 次到 200 次范圍內(nèi)的結(jié)果相近。同時(shí)，也有經(jīng)過(guò) 3 年室外自然環(huán)境下靜置相對(duì)動(dòng)彈模量大于 100% 的（編號(hào)LZB-11、LZB-13、LZB-14），經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)其均體現(xiàn)出礦物摻和料摻量較大，拌合物含氣量較大的特點(diǎn)。

圖3 侵蝕介質(zhì)、外界環(huán)境等靜置試件

3 結(jié)論

（1）室內(nèi)加速模擬檢測(cè)混凝土硫酸鹽侵蝕下循環(huán) 30 次與常溫飽和的硫酸鹽單側(cè)面靜置浸泡 3 年檢測(cè)結(jié)果相當(dāng)。

圖5 氯鹽介質(zhì)侵蝕下混凝土遷移深度對(duì)比研究試驗(yàn)結(jié)果

圖6 室內(nèi)加速模擬與自然環(huán)境下混凝土相對(duì)動(dòng)彈模量對(duì)比研究試驗(yàn)結(jié)果

（2）水膠比在 0.30～0.45 范圍內(nèi)，室內(nèi)加速模擬檢測(cè)混凝土氯離子遷移深度與常溫 15% 氯化鈉溶液中單側(cè)面靜置浸泡 3 年存在大體相近的發(fā)展趨勢(shì)。

（3）混凝土抗凍性受混凝土水膠比、含氣量、礦物摻和料摻量等諸多因素影響，故而，室內(nèi)加速模擬與自然環(huán)境下放置 3 年的混凝土相對(duì)動(dòng)彈模量對(duì)等性較差。

（4）混凝土局部鉆芯鉆取檢測(cè)其粉樣內(nèi)侵蝕介質(zhì)濃度方式只能作為輔助方式，不能很好地評(píng)價(jià)其侵蝕狀態(tài)。

（5）混凝土配合比設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)重視混凝土早期體積穩(wěn)定性，可通過(guò)水浸泡法進(jìn)行驗(yàn)證。

（6）聚羧酸減水劑雖然有諸多優(yōu)點(diǎn)，但其經(jīng)過(guò)復(fù)配的產(chǎn)品，尤其是復(fù)配了緩凝組分和引氣組分的產(chǎn)品存在范圍適應(yīng)性，并不能通用于所有的混凝土配合比。