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        耐久性混凝土配合比設(shè)計(jì)與檢測(cè)方法研究

        2019-10-21 05:03:10林慶國許春城
        名城繪 2019年4期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)

        林慶國 許春城

        摘要:在工程事業(yè)不斷發(fā)展的背景下,施工材料質(zhì)量控制的重要性不斷凸顯,混凝土作為不可或缺的施工材料,不斷結(jié)合施工要求提升配合比的合理性十分必要,這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的混凝土配合比一成不變將難以滿足不斷提升的抗風(fēng)性及抗腐蝕性要求。實(shí)際上混凝土配合比設(shè)計(jì)與耐久性指標(biāo)密切相關(guān),這就需要在提升混凝土配合比設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)上,促使其耐久性指標(biāo)達(dá)到既定標(biāo)準(zhǔn),科學(xué)延長工程使用壽命,促使混凝土結(jié)構(gòu)更加趨于完善。本文就圍繞耐久性混凝土配合比設(shè)計(jì)及檢測(cè)方法進(jìn)行了細(xì)化闡述及分析。

        關(guān)鍵詞:耐久性混凝土;配合比;設(shè)計(jì);檢測(cè)方法

        混凝土在現(xiàn)代工程材料使用中占據(jù)重要地位,不斷提升其配合比設(shè)計(jì)指標(biāo)有利于推動(dòng)工程結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化。但是如果混凝土配合比設(shè)計(jì)與耐久性要求難以契合,甚至存在一定差距,就會(huì)相對(duì)增加混凝土老化風(fēng)險(xiǎn),與之相關(guān)聯(lián)的鋼筋也會(huì)隨之出現(xiàn)腐蝕問題,工程的使用壽命及安全性將大打折扣,因此,應(yīng)當(dāng)將混凝土配合比設(shè)計(jì)納入重點(diǎn)優(yōu)化范疇,通過持續(xù)提升其重視度及關(guān)注度,促使設(shè)計(jì)的優(yōu)化程度不斷提升,進(jìn)而滿足工程的耐久性要求。

        一、原材料的選擇

        1.水泥

        耐久性混凝土對(duì)水泥的要求普遍較高,其中硅酸鹽水泥十分常見,一般情況下需要對(duì)水泥強(qiáng)度(不能低于42.5級(jí))及穩(wěn)定性進(jìn)行考量。在工程實(shí)際施工過程中應(yīng)當(dāng)對(duì)水泥檢測(cè)指標(biāo)進(jìn)行精細(xì)化控制,尤其是水泥凝結(jié)時(shí)間及抗壓強(qiáng)度等應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)衡量,同時(shí)還需要確保水泥中氧化鎂及三氧化硫等化學(xué)成分處于國家標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)。為了從根本上提升混凝土本身的耐久性,促使其抗硫酸鹽腐蝕指標(biāo)相對(duì)提升,就應(yīng)當(dāng)對(duì)水泥熟料中的硅酸三鈣及鋁酸三鈣的含量進(jìn)行重點(diǎn)把控,在生產(chǎn)階段還需要重點(diǎn)強(qiáng)化對(duì)原材料的檢測(cè)工作,促使其質(zhì)量及穩(wěn)定性都能達(dá)到既定保準(zhǔn),為后續(xù)混凝土耐久性能的提升夯實(shí)基礎(chǔ)。

        2.礦物質(zhì)超細(xì)摻合料

        礦物質(zhì)超細(xì)粉之所以被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中,是因?yàn)榛谄浔旧韺傩阅軌蛴行嵘炷翍?yīng)用優(yōu)勢(shì),混凝土使用壽命與之密切相關(guān),因此,礦物質(zhì)超細(xì)粉是混凝土不可或缺的摻合料,通過將硅粉及超細(xì)礦渣等有機(jī)結(jié)合在一起,并運(yùn)用現(xiàn)代先進(jìn)工藝生產(chǎn)加工,就能產(chǎn)生高性能的礦物質(zhì)超細(xì)摻合料。將其作為水泥的替代品應(yīng)用于混凝土中,能夠從根本上提高混凝土的強(qiáng)度指標(biāo),與此同時(shí),漿體流動(dòng)性指標(biāo)的提升,也能促使混凝土的便利性及抗?jié)B能力不斷提高,實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土耐久性能的持續(xù)優(yōu)化。

        3.骨料

        從骨料入手提升其耐久性指標(biāo)能夠直接優(yōu)化混凝土的耐久屬性,這就需要盡可能的選擇耐磨及風(fēng)化顆粒含量低的骨料,也就是說只有確保骨料的適溫能力強(qiáng)、增強(qiáng)其抵抗?jié)穸鹊哪芰Γ拍艽偈够炷帘旧淼哪途眯灾笜?biāo)有所提升。一般情況下,需要針對(duì)骨料開展堿活性檢驗(yàn),一旦發(fā)現(xiàn)危害性存在,就應(yīng)當(dāng)立即停止對(duì)堿活性骨料的使用,另外還可以采取有效措施對(duì)該類問題進(jìn)行合理規(guī)避,實(shí)現(xiàn)對(duì)骨料含量等各項(xiàng)指標(biāo)的嚴(yán)格控制。與此同時(shí),骨料中有機(jī)物及硫化物等物質(zhì)的含量應(yīng)當(dāng)與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)相一致。

        4.外加劑

        現(xiàn)階段高性能混凝土逐漸得到了廣泛應(yīng)用,而對(duì)其進(jìn)行科學(xué)配制則需要應(yīng)用減水劑及引氣劑等材料,在這一過程中還需要對(duì)其成分及成分比進(jìn)行嚴(yán)格的試驗(yàn)檢測(cè),避免有害物質(zhì)摻雜其中,同時(shí)還需要對(duì)氯離子含量進(jìn)行精細(xì)化把控,確保外加劑總堿量達(dá)到預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

        二、配合比設(shè)計(jì)

        1. 抗碳化(中性化)的配合比設(shè)計(jì)

        在碳化作用的直接影響下,混凝土本身的堿度指標(biāo)將隨之發(fā)生改變,一旦碳化情況蔓延到混凝土鋼筋周邊,鋼筋就會(huì)逐漸出現(xiàn)腐蝕問題,混凝土應(yīng)力值也會(huì)呈現(xiàn)出較大改變,因此,基于碳化作用,混凝土的劣化外力與水灰比之間存在密切聯(lián)系將隨之增強(qiáng)。

        2. 抗鹽害的配合比設(shè)計(jì)

        抗鹽害的混凝土配合比設(shè)計(jì)難度更大,一般以國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)為主導(dǎo)實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土定齡期間導(dǎo)電量的科學(xué)控制,同時(shí)還需要根據(jù)齡期確定總導(dǎo)電量,并以此為核心對(duì)混凝土的抗鹽害配比設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

        3.抗凍害的混凝土配合比設(shè)計(jì)

        通常情況下,在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)工作時(shí),應(yīng)當(dāng)將抗凍害指標(biāo)納入重點(diǎn)優(yōu)化范疇,并在其中加入適量的引氣劑,促使混凝土含量達(dá)到最佳標(biāo)準(zhǔn)。這是因?yàn)榛炷羶?nèi)部含氣量與強(qiáng)度成正比關(guān)系,如果含量適中,混凝土強(qiáng)度就會(huì)相對(duì)提升,含氣量超標(biāo),混凝土強(qiáng)度就會(huì)相對(duì)下降,因此,確保含氣量達(dá)到適宜標(biāo)準(zhǔn),能夠?yàn)榭箖龊Φ幕炷猎O(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)保障。

        4.抗硫酸鹽腐蝕的配合比設(shè)計(jì)

        抗硫酸鹽腐蝕的混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)從水灰比入手,通過降低這一指標(biāo)的含量,用礦物質(zhì)超細(xì)粉摻合料對(duì)水泥進(jìn)行替換,能夠進(jìn)一步提升混凝土本身的抗硫酸優(yōu)勢(shì),但是需要注意,應(yīng)當(dāng)盡可能的選擇CA含量低的水泥作為替代品,嚴(yán)禁出現(xiàn)完全替代的現(xiàn)象。

        5.抗堿集料反應(yīng)的混凝土配合比設(shè)計(jì)

        抗堿集料反應(yīng)的混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)從無堿活性集料及控制混凝土堿含量入手,規(guī)避堿集料反應(yīng)及影響,實(shí)際上混凝土配合比設(shè)計(jì)就是以多樣化的劣化外力為基準(zhǔn)對(duì)設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化,在充分考量耐久性指標(biāo)的基礎(chǔ)上,促使混凝土強(qiáng)度及硬度指標(biāo)達(dá)到最佳狀態(tài),而混凝土耐久性指標(biāo)之所以下降,是因?yàn)槭艿皆牧霞坝泻﹄s質(zhì)的直接影響,因此,混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)對(duì)耐久性病害進(jìn)行全方位考量。在對(duì)其進(jìn)行研究的過程中,可以利用礦物質(zhì)超細(xì)粉對(duì)水泥進(jìn)行適量替換,促使其水灰比得到優(yōu)化,進(jìn)而提升混凝土的耐久性。

        綜上所述,耐久性混凝土配合比設(shè)計(jì)的最優(yōu)化途徑就是以設(shè)計(jì)強(qiáng)度為基準(zhǔn),對(duì)混凝土耐久性配合比設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行全面考量,通過將混凝土外部環(huán)境條件與劣化外力相協(xié)調(diào),就能在分析基礎(chǔ)上明確混凝土配合比設(shè)計(jì)要點(diǎn),而后根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)的使用期間及彈性劣化指標(biāo),將減水劑適量融入,就能進(jìn)一步降低水灰比,促使混凝土強(qiáng)度相對(duì)提升。通過將礦物質(zhì)超細(xì)粉及水泥替代物適量摻入,還能增強(qiáng)混凝土本身的抵抗能力,促使其耐久性不斷提升。

        三、耐久性混凝土試驗(yàn)檢測(cè)方法

        1.鹽害

        從本質(zhì)上來說,鹽害就是當(dāng)鋼筋混凝土的環(huán)境指標(biāo)中摻雜有大量的氯離子,再加之混凝土本身保護(hù)層難以達(dá)到較強(qiáng)的厚度標(biāo)準(zhǔn),就會(huì)為氯離子在混凝土內(nèi)部的游離提供便利條件,鋼筋則會(huì)受其直接影響出現(xiàn)腐蝕問題,混凝土也會(huì)隨之遭到嚴(yán)重破壞。其中混凝土中的氯離子主要有:拌合水中含的氯離子,水泥中含的氯化物,化學(xué)外加劑中含的氯離子等。為防止混凝土由于氯離子含量高引起鋼筋銹蝕造成混凝土破壞,混凝土中氯離子含量應(yīng)小于0.3kg/m。我國混凝土滲透性試驗(yàn)方法有抗?jié)B標(biāo)號(hào)法、滲水系數(shù)法、滲水高度法三種,但對(duì)一些強(qiáng)度等級(jí)高,結(jié)構(gòu)較密實(shí)的混凝土,上述三種方法有其局限性,不適應(yīng)其檢測(cè)?,F(xiàn)介紹國際上常用的直接電量法(即AASHTO·T259和ASTMC1202-94所示方法),試驗(yàn)前試件在真空下飽水,再經(jīng)側(cè)面密封,安裝到試驗(yàn)箱上并密封進(jìn)行檢測(cè),試驗(yàn)時(shí)每隔30min記錄一次電流,持續(xù)試驗(yàn)6h,計(jì)算6h中通過的總電量(單位:C)評(píng)定混凝土的滲透性。

        2.凍害

        一般情況下,混凝土凍害最初出現(xiàn)在混凝土表層,這是因?yàn)榛炷帘韺訙囟绕毡椴桓撸?dāng)這部分水分受到環(huán)境作用出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象時(shí),就會(huì)直接導(dǎo)致膨脹問題發(fā)生,凍結(jié)部分將不斷向未凍結(jié)部分發(fā)展,進(jìn)而逐漸將凍害問題轉(zhuǎn)向混凝土內(nèi)部。一旦混凝土直接與水分接觸,再加之表面溫度較低,就會(huì)降低混凝土本身的抗凍優(yōu)勢(shì),脫落及混凝土裂縫等問題也會(huì)頻繁發(fā)生??焖賰鋈谠囼?yàn)按照J(rèn)TGE30--2005/I"0565法進(jìn)行試驗(yàn),凍結(jié)最低溫度為一18~C,融解溫度+5℃;經(jīng)過一定凍融循環(huán)之后,測(cè)定質(zhì)量損失與動(dòng)彈性模量降低,按下式計(jì)算耐久性指數(shù):DF=P×N/M(P為相對(duì)動(dòng)彈性系數(shù);J7\,為動(dòng)彈性模量降至60%的循環(huán)次數(shù);M一般設(shè)定為300次)。一般認(rèn)為凍融循環(huán)一定次數(shù)直至質(zhì)量損失超過5%或相對(duì)動(dòng)彈模量降至60%以下,即為凍壞。此時(shí)次數(shù)為可接受的凍融循環(huán)次數(shù)。

        3.中性化

        當(dāng)空氣中的二氧化碳與混凝土的堿性物質(zhì)直接接觸就會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),并生成加碳酸鈣及水,促使混凝土本身堿度指標(biāo)下降,這是混凝土的中性化現(xiàn)象,如果不能做到及時(shí)處理及優(yōu)化,將直接降低混凝土耐久性,因此可以說中性化是影響混凝土耐久性的關(guān)鍵因素。以ph值的正常標(biāo)準(zhǔn)為主導(dǎo),一旦低于10,混凝土中的鋼筋就會(huì)被腐蝕,銹跡會(huì)逐漸擴(kuò)大,并快速膨脹,這就會(huì)相對(duì)增加混凝土裂縫風(fēng)險(xiǎn),基于此,混凝土與鋼筋的之間的粘接力也會(huì)遭到嚴(yán)重破壞,如果混凝土與之剝離,耐久性指標(biāo)將大幅度下降。在對(duì)混凝土中性化進(jìn)行檢測(cè)時(shí),可以將酚酞試液直接噴在混凝土表面上觀察其顏色,如果不是紅色,則代表其處于中性化狀態(tài)中。在工程項(xiàng)目中進(jìn)行檢測(cè),則應(yīng)當(dāng)以碳化深度為基準(zhǔn),用電鉆鉆到混凝土內(nèi)部,而后再用酚酞試液觀察紅色區(qū)域分色點(diǎn)深度,就能進(jìn)一步明確碳化深度。

        4.硫酸鹽腐蝕

        當(dāng)混凝土與所處環(huán)境中的硫酸鹽離子直接接觸時(shí),腐蝕概率將相對(duì)增加,這就需要開展相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)方法,一般情況下浸烘循環(huán)的試驗(yàn)方法的應(yīng)用頻率較高。其主要的檢測(cè)流程為:根據(jù)施工要求及實(shí)際情況,對(duì)試驗(yàn)檢測(cè)方法的合理性進(jìn)行判斷,并在精細(xì)混凝土試件中放入將5%Na2SO溶液中浸漬干濕循環(huán),確保將施工階段的各個(gè)齡期都能涵蓋其中,對(duì)施工的各個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)把控,只有這樣才能相對(duì)提升試驗(yàn)檢測(cè)的規(guī)范性,促使其耐久性與抗壓強(qiáng)度比重達(dá)到預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

        四、結(jié)語

        綜上所述,在工程施工階段應(yīng)當(dāng)根據(jù)施工要求及實(shí)際情況將混凝土耐久性配合比設(shè)計(jì)納入重點(diǎn)優(yōu)化范疇,通過積極落實(shí)可行性措施提高混凝土耐久性配合比設(shè)計(jì)質(zhì)量,相對(duì)的還應(yīng)當(dāng)應(yīng)用科學(xué)有效的試驗(yàn)檢測(cè)方法,對(duì)施工項(xiàng)目中涵蓋的各個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行精細(xì)化控制,促使混凝土耐久性能持續(xù)提升,延長工程使用期間,促使其社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益雙向提升。

        參考文獻(xiàn):

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        (作者單位:中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司)

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