抗裂抗氯鹽侵蝕高性能混凝土試驗研究

摘要：針對北方寒冷地區(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，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,試驗研究

1.引言

20世紀(jì)80年代以來，隨著對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)到一定開度，就會影響其使用壽命。如歐盟有報告認(rèn)為，假如混凝土設(shè)計壽命為50年，那么從鋼筋開始銹蝕到致使混凝土裂縫開度達(dá)到1.0mm時，就被認(rèn)為達(dá)到壽命極限[2]。為此，香港的青馬大橋及長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高以避免收縮開裂。

本文針對用于北方寒冷地區(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)配制試驗測試結(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]，為工程實際應(yīng)用提供參考。

2.試驗方案

試驗材料:水泥采用42.5#硅酸鹽水泥與52.5#中熱水泥；試驗用砂級配良好，細(xì)度模數(shù)為2.68；碎石采用二級配石灰?guī)r碎石，含泥量為0.34%，壓碎指標(biāo)為1.0%，級配良好；拌和用水采用自來水，其氯離子含量為12mg/L；考慮到MohammedTU[4,5]的長期試驗結(jié)果，即混凝土中摻入聚羧酸鹽系高效減水劑會對其抗壓強(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表1。

測試項目:測試膠凝材料不同齡期的水化熱；測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試及絕熱溫升測試。各項測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數(shù)據(jù)。

3.試驗結(jié)果分析

3.1各因素對混凝土抗裂性能的影響

首先是摻合料對水泥膠凝材料水化熱的影響。根據(jù)不同時間不同試樣水化熱的測試結(jié)果，當(dāng)膠凝材料中摻入50%的粉煤灰時，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，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，它對膠凝材料水化熱的降低效果并不明顯。由試驗得知，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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