抗裂抗氯鹽侵蝕高性能混凝土試驗(yàn)研究

摘要：針對(duì)北方寒冷地區(qū)易受環(huán)境或化冰鹽中氯離子侵蝕的橋墩或塊體混凝土，進(jìn)行不同摻合料的混凝土配比試驗(yàn)，分析在不同水膠比混凝土中摻入不同組分的礦渣與粉煤灰時(shí)混凝土的強(qiáng)度、抗氯鹽侵蝕及抗裂性能相關(guān)參數(shù)的變化情況。試驗(yàn)表明，采用中熱水泥和摻量比例適當(dāng)?shù)娜M分膠凝材料，可配制出強(qiáng)度等級(jí)較高的滿足相關(guān)規(guī)范要求的具有良好抗裂與抗氯離子侵蝕能力的高性能混凝土。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土,氯鹽侵蝕,熱裂縫,試驗(yàn)研究

1.引言

20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著對(duì)高性能混凝土的不斷研究，混凝土制作水平不斷提高，并形成以高強(qiáng)、高耐久性、高工作性為特征的“高性能混凝土(HPC)”新概念[1]。目前可以做到采用常規(guī)材料和工藝生產(chǎn)出抗壓強(qiáng)度達(dá)90MPa以上的高強(qiáng)混凝土。但實(shí)際工程中除了強(qiáng)度要求外，往往還要求混凝土具有良好的體積穩(wěn)定性、抗裂及防鹽類侵蝕性能。

處于氯鹽污染環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)如港口工程、大壩混凝土結(jié)構(gòu)及北方寒冷地區(qū)需撒化冰鹽的路橋工程及其墩塊體結(jié)構(gòu)，一方面因受氯離子的滲透侵蝕作用易導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生鋼筋銹蝕，另一方面由于結(jié)構(gòu)尺寸較大，容易產(chǎn)生溫度熱裂縫。當(dāng)裂縫達(dá)到一定開(kāi)度，就會(huì)影響其使用壽命。如歐盟有報(bào)告認(rèn)為，假如混凝土設(shè)計(jì)壽命為50年，那么從鋼筋開(kāi)始銹蝕到致使混凝土裂縫開(kāi)度達(dá)到1.0mm時(shí)，就被認(rèn)為達(dá)到壽命極限[2]。為此，香港的青馬大橋及長(zhǎng)江的三峽大壩均采用了嚴(yán)格的措施防止產(chǎn)生熱裂縫。一般要求采用低熱或超低熱水泥，按ASTM規(guī)定：7天相應(yīng)水化熱應(yīng)分別低于250J/g或185J/g。因此，對(duì)此類混凝土，既要求有抗氯離子侵蝕能力，又要求控制其水化熱過(guò)高以避免收縮開(kāi)裂。

本文針對(duì)用于北方寒冷地區(qū)易受環(huán)境或化冰鹽中氯離子侵蝕的橋墩或塊體混凝土，根據(jù)配制試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，分析在不同水膠比混凝土中摻入不同組分的礦渣與粉煤灰時(shí)混凝土的強(qiáng)度、抗氯鹽侵蝕及抗裂性能相關(guān)參數(shù)的變化情況[3]，為工程實(shí)際應(yīng)用提供參考。

2.試驗(yàn)方案

試驗(yàn)材料:水泥采用42.5#硅酸鹽水泥與52.5#中熱水泥；試驗(yàn)用砂級(jí)配良好，細(xì)度模數(shù)為2.68；碎石采用二級(jí)配石灰?guī)r碎石，含泥量為0.34%，壓碎指標(biāo)為1.0%，級(jí)配良好；拌和用水采用自來(lái)水，其氯離子含量為12mg/L；考慮到MohammedTU[4,5]的長(zhǎng)期試驗(yàn)結(jié)果，即混凝土中摻入聚羧酸鹽系高效減水劑會(huì)對(duì)其抗壓強(qiáng)度的發(fā)展及抗氯化物侵蝕性能產(chǎn)生較大不利影響，本試驗(yàn)中外加劑采用非聚羧酸鹽系高效減水劑[6]湛江FDN-5高效減水劑，其氯離子含量為0.5%，硫酸鈉含量為13%，其減水率為20%~25%；粉煤灰采用山西霍州電廠產(chǎn)Ⅰ級(jí)灰；礦渣粉采用馬鋼產(chǎn)磨細(xì)礦渣，比表面積為4500m2/kg。

試樣制備:制備18組試樣，其中1-8組水膠比采用0.30，9-18組采用0.35，具體配合比采用情況見(jiàn)表1。

測(cè)試項(xiàng)目:測(cè)試膠凝材料不同齡期的水化熱；測(cè)試試件不同齡期的抗拉、抗壓強(qiáng)度；進(jìn)行混凝土氯離子電通量測(cè)試及絕熱溫升測(cè)試。各項(xiàng)測(cè)試均為研究分析雙組分和三組分膠凝材料配制混凝土的抗裂、抗拉壓強(qiáng)度及抗氯離子侵蝕能力等性能變化情況提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1各因素對(duì)混凝土抗裂性能的影響

首先是摻合料對(duì)水泥膠凝材料水化熱的影響。根據(jù)不同時(shí)間不同試樣水化熱的測(cè)試結(jié)果，當(dāng)膠凝材料中摻入50%的粉煤灰時(shí)，其1d、3d、7d水化熱可分別降低36%、30%和30%，當(dāng)粉煤灰摻量增加到55%時(shí)，其水化熱可分別降低53%、35%和32%。若膠凝材料中摻入75%的磨細(xì)礦渣粉，其1d、3d、7d水化熱可分別降低到45%、35%和35%。若采用30%水泥和70%摻合料膠凝材料，其1d、3d、7d水化熱可分別降低65%、31%和28%。試驗(yàn)還證明粉煤灰比磨細(xì)礦渣的降低水化熱效果更明顯。另外，當(dāng)單摻磨細(xì)礦渣摻量小于60%時(shí)，它對(duì)膠凝材料水化熱的降低效果并不明顯。由試驗(yàn)得知，大摻量的粉煤灰、磨細(xì)礦渣或摻用兩種摻合料可以顯著降低膠凝材料的早期水化熱，對(duì)后期水化熱也有較大的降低作用[7]，并因此改善混凝土的抗裂性能。若摻入適量引氣劑,還可大大改善其其抗凍性能[8]。

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