C100高性能混凝土耐久性研究

樸志海,姚瑞珊,計(jì)偉帥,孫明剛,冉欣鑫,孫佳煜,高彥寶

(1.龍建路橋股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150009；2.黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150000)

1 前 言

眾所周知，土木工程領(lǐng)域應(yīng)用的混凝土是一種極其重要的傳統(tǒng)建筑材料，截止目前，土木工程使用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)絕大多數(shù)局限在C60以下。但隨著技術(shù)進(jìn)步，時(shí)代發(fā)展，建筑工程對(duì)混凝土不斷提出新的要求，尤其是超高層建筑不斷刷新城市天際線，大跨度建筑物雨后春筍般涌現(xiàn)，其他特殊構(gòu)造物客觀上的需要等等，以上這些因素催生了高強(qiáng)、超高強(qiáng)混凝土的出現(xiàn)。近30年來，強(qiáng)度等級(jí)C70以上混凝土陸續(xù)開發(fā)出來并成功應(yīng)用于工程中，特別是近20年來，C100高性能混凝土也已有許多有工程應(yīng)用實(shí)例。

那么，在倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的今天，C100高性能混凝土具有哪些優(yōu)勢(shì)呢？

首先，新拌C100高性能混凝土在運(yùn)輸和澆筑過程中，具有超大的流動(dòng)性、良好的粘聚性和保水性，易于施工。

其次，傳統(tǒng)普通混凝土隨齡期增長(zhǎng)體積會(huì)產(chǎn)生不同程度收縮，隨著收縮的發(fā)生，混凝土內(nèi)外部均會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫，外界各種侵蝕性介質(zhì)會(huì)沿裂隙侵入，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部鋼筋逐漸銹蝕。鐵銹是一種膨脹劑，會(huì)使鋼筋周圍的混凝土膨脹開裂，從而使混凝土產(chǎn)生比收縮裂縫更深更寬的裂隙，從而加劇了混凝土的劣化速度。C100高性能混凝土因其高體積穩(wěn)定性而很好的克服了這一缺點(diǎn)，其抗?jié)B性、抗凍性、抗碳化性、抗侵蝕性等性能都較傳統(tǒng)混凝土得到了及大提高。C100高性能混凝土提高了混凝土耐久性，延長(zhǎng)了混凝土結(jié)構(gòu)物的壽命，從而節(jié)省了大量社會(huì)資源。

2 原材料

以下為C100高性能混凝土研究使用的原材料信息。

(1)碎石：5～20 mm連續(xù)級(jí)配，壓碎值13.5，針片狀4.0，表觀密度2.812 g/cm3。

(2)砂：中砂，細(xì)度模數(shù)2.51，含泥量0.9，表觀密度2.776 g/cm3。

(3)水泥：P.O52.5，28 d抗壓強(qiáng)度55.0 MPa～58.0 MPa。

(4)粉煤灰：Ⅰ級(jí)，細(xì)度4.6，燒失量3.3，需水量比90.4%。

(5)礦渣粉：S95級(jí)，比表面積412，28 d活性指數(shù)95.2%。

(6)硅灰：SIO295%，燒失量3.7，需水量比87.9，28 d活性指數(shù)105%。

(7)外加劑：聚羧酸系緩凝高效減水劑，含固量25%，減水率25%～30%。

3 混凝土配合比

以下為C100高性能混凝土配合比及工作性信息。

表1 C100高性能混凝土配合比

表2 C100砼工作性

該配合比7 d抗壓強(qiáng)度94.8 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度118 Mpa。

4 C100高性能混凝土耐久性研究

眾所周知，混凝土耐久性是工程界一個(gè)永恒的課題，尤其是在普遍重視環(huán)境的今天，這個(gè)問題愈發(fā)顯得重要，有鑒于此，筆者除了研究C100高性能混凝土的工作性和力學(xué)性能外，還著重研究了耐久性問題。在涉及的系列耐久性參數(shù)中，重點(diǎn)研究了C100高性能混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、抗氯離子滲透性、抗碳化性、徐變性能及收縮性能。

4.1 C100高性能混凝土抗?jié)B性能

混凝土抗?jié)B性能是反映混凝土耐久性能最重要參數(shù)之一，為了驗(yàn)證C100高性能混凝土抗?jié)B性能，本研究特地將C50普通混凝土與C100高性能混凝土的抗?jié)B性能進(jìn)行了對(duì)比，本實(shí)驗(yàn)室采用的抗?jié)B試驗(yàn)機(jī)最大可做到P35，采用逐級(jí)加壓法。研究結(jié)果表明：當(dāng)加壓到3.6 MPa時(shí)，C50普通混凝土六個(gè)試件中有兩個(gè)試件周邊有少許滲水，經(jīng)檢查，這只是密封圈局部損壞造成的結(jié)果，并不是試件本身滲水；C100高性能混凝土六個(gè)試件中均沒有任何滲水現(xiàn)象。由此可知，這兩種混凝土抗?jié)B等級(jí)均超過P35。

4.2 C100高性能混凝土抗凍性能

混凝土抗凍性是指其在飽水狀態(tài)下遭受凍融循環(huán)時(shí)，抵抗破壞的能力，它也是反映混凝土耐久性能最重要參數(shù)之一。為了驗(yàn)證C100高性能混凝土抗凍性能，本研究特地將C50普通混凝土與C100高性能混凝土的抗凍性能進(jìn)行了對(duì)比，為了較全面檢驗(yàn)這一參數(shù)，本研究采用兩種方法檢驗(yàn)這兩種混凝土的抗凍性能，這兩種方法分別是：快凍法和鹽凍法。

(1)鹽凍法C100高性能混凝土抗凍性能

鹽凍法C50混凝土和C100高性能混凝土凍融試驗(yàn)對(duì)比，見表3、表4。

表3 鹽凍法C50混凝土凍融試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 鹽凍法C100高性能混凝土凍融試驗(yàn)數(shù)據(jù)

鹽凍法達(dá)到28次凍融循環(huán)時(shí)，C50混凝土和C100高性能混凝土各5個(gè)試件表面積剝落物總質(zhì)量均為零。為進(jìn)一步驗(yàn)證這兩種混凝土抗鹽凍性能，特地增加了28次凍融循環(huán)，使總凍融循環(huán)達(dá)到56次，結(jié)果表明，單位表面積剝落物總質(zhì)量均不超過1 500 g/m2這一規(guī)范規(guī)定值，由此可見，這兩種混凝土具有及其優(yōu)異的抗鹽凍性能。同時(shí)，從以上兩表中可看出C100高性能混凝土較C50混凝土具有更高的抗鹽凍融循環(huán)能力。

(2)快凍法C100高性能混凝土抗凍性能

快凍法C100高性能混凝土和C50混凝土凍融試驗(yàn)對(duì)比，見表5、表6。

表5 快凍法C100高性能混凝土凍融試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表6 快凍法C50混凝土凍融試驗(yàn)數(shù)據(jù)

C100高性能混凝土和C50混凝土采用快凍法達(dá)到相同的凍融循環(huán)次數(shù)時(shí)，試件相對(duì)動(dòng)彈模量下降值和質(zhì)量損失率均遠(yuǎn)小于規(guī)范的規(guī)定值，表明這兩種混凝土具有極強(qiáng)的抗凍融循環(huán)能力。同時(shí)，從以上兩表中可看出C100高性能混凝土較C50混凝土具有更高的抗凍融循環(huán)能力。

4.3 C100高性能混凝土抗氯離子滲透性

抗氯離子滲透性是衡量混凝土耐久性重要參數(shù)之一，它可以間接反映鋼筋混凝土中的鋼筋或其他金屬受腐蝕快慢、難易程度。為了驗(yàn)證C100高性能混凝土抗氯離子滲透性能，本試驗(yàn)特地將C50普通混凝土與C100高性能混凝土的抗氯離子滲透性能進(jìn)行了對(duì)比，為了較全面檢驗(yàn)這一參數(shù)，本試驗(yàn)采用兩種常用方法來檢驗(yàn)這兩種混凝土抗氯離子滲透性能，這兩種方法分別是：電通量法、快速氯離子遷移系數(shù)法(RCM法)。

(1)RCM法C100高性能混凝土抗氯離子滲透試驗(yàn)

C100高性能混凝土和C50混凝土抗氯離子滲透試驗(yàn)對(duì)比，見表7、表8。

表7 C100高性能混凝土與C50

表8 技術(shù)等級(jí)評(píng)定

快速氯離子遷移系數(shù)法(RCM法)試驗(yàn)結(jié)果表明，C100高性能混凝土較C50混凝土具有更加優(yōu)異的抗氯離子滲透性能。

(2)電通量法C100高性能混凝土抗氯離子滲透試驗(yàn)

C100高性能混凝土和C50混凝土抗氯離子滲透試驗(yàn)對(duì)比，見表9、表10。

表9 電通量法C100高性能混凝土與

表10 技術(shù)等級(jí)評(píng)定

電通量法試驗(yàn)結(jié)果表明，C100高性能混凝土較C50混凝土具有更加優(yōu)異的抗氯離子滲透性能。

4.4 C100高性能混凝土抗碳化性能

抗碳化性能是衡量混凝土耐久性的重要參數(shù)之一，為了驗(yàn)證C100高性能混凝土抗碳化性能，本試驗(yàn)特地將C50普通混凝土與C100高性能混凝土的抗碳化性能進(jìn)行了對(duì)比。

C50普通混凝土與C100高性能混凝土的28 d和60 d碳化深度均為0，說明該兩種混凝土抗碳化能力非常突出。

4.5 C100高性能混凝土徐變性能

為了概略了解C100高性能混凝土的徐變性能，課題組用C50普通混凝土與C100高性能混凝土做徐變性能對(duì)比，盡管徐變?cè)囼?yàn)過程對(duì)兩組試件施加的荷載不同，但通過徐變性能參數(shù)的對(duì)比，仍可了解這兩種混凝土不同的徐變性能。見表11、表12。

表11 C50高性能混凝土徐變性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

表12 C100高性能混凝土徐變性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

徐變?cè)囼?yàn)是長(zhǎng)期的研究工作，因本研究周期的限制，試件加載時(shí)間僅有6個(gè)月，但不管怎樣，本試驗(yàn)通過對(duì)C50普通混凝土、C100高性能混凝土對(duì)比研究，課題組仍然得出了這樣的結(jié)論：后者的徐變性能較前者要優(yōu)異得多，這得益于后者的密實(shí)度和強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前者。

4.6 C100高性能混凝土收縮性能

混凝土的收縮性能是指混凝土在規(guī)定溫度、濕度和界面條件下，不受任何外力作用而引起的長(zhǎng)度方向的變化，它是衡量混凝土體積穩(wěn)定性和耐久性的重要參數(shù)之一，為了驗(yàn)證C100高性能混凝土收縮性能，本研究特地將C50普通混凝土與C100高性能混凝土的收縮性能進(jìn)行了對(duì)比。

(1)C100高性能混凝土非接觸法收縮試驗(yàn)

C50混凝土收縮率和C100高性能混凝土收縮率對(duì)比，見表13、表14。

表13 C50混凝土收縮率(非接觸法)

表14 C100高性能混凝土收縮率(非接觸法)

(2)C100高性能混凝土接觸法(立式)收縮試驗(yàn)

C50混凝土收縮率和C100高性能混凝土收縮率對(duì)比，見表15、表16。

表15 C50混凝土收縮率(接觸法立式)

表16 C100高性能混凝土收縮率(接觸法立式)

(2)C100高性能混凝土接觸法(臥式)收縮試驗(yàn)

C50混凝土收縮率和C100高性能混凝土收縮率對(duì)比，見表17、表18。

表17 C50混凝土收縮率(接觸法臥式)

表18 C100高性能混凝土收縮率(接觸法臥式)

從表13～表18可以得出這樣一個(gè)共同結(jié)論：不論采用非接觸法還是用接觸法(立式和臥式)測(cè)試C100高性能混凝土和C50混凝土的收縮性能，C100高性能混凝土比C50混凝土的性能(收縮值)都優(yōu)越得多，這得益于前者的密實(shí)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者的緣故。

5 結(jié) 語

從以上研究結(jié)果可以清楚看出，C100高性能混凝土的力學(xué)性能、體積穩(wěn)定性能、尤其是以抗?jié)B性、抗凍性、抗氯離子滲透性、抗碳化性、徐變性能及混凝土收縮性能等參數(shù)為代表的耐久性能等諸方面都大大優(yōu)于普通C50混凝土，其中有些參數(shù)性能高于對(duì)比普通C50混凝土幾個(gè)等級(jí)。

可以預(yù)見，在廣大專家學(xué)者的努力推動(dòng)下，在可持續(xù)發(fā)展的大背景下，C100高性能混凝土在不遠(yuǎn)的將來必將在土木、石油、核電、海洋及軍事領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。