張舉鵬

（甘肅路橋公路投資有限公司 中川機(jī)場 T3 航站樓連接線建設(shè)項(xiàng)目管理辦公室，甘肅 蘭州 710010）

0 引言

混凝土的耐久性是土木工程一個重要的課題。由于混凝土組分及使用環(huán)境等原因，其耐久性已成為制約混凝土發(fā)展的一個重要因素，特別是經(jīng)常暴露于室外環(huán)境的混凝土結(jié)構(gòu)，耐久性問題更為突出?；炷磷陨砟途眯缘奶岣咭话阋蕾囋牧虾同F(xiàn)場施工兩方面，只有通過原材料的嚴(yán)格選擇，配合比的優(yōu)化等措施的使用［1，2］，才能達(dá)到保證混凝土耐久性的目的。

受混凝土原材料材質(zhì)的劣化和環(huán)境侵蝕作用的影響，長期耐久性能失效是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)在正常使用環(huán)境狀態(tài)下失效的最主要原因之一。因此從原材料的質(zhì)量控制及配合比的優(yōu)化方面來提高混凝土自身的性能研究越來越引起人們的重視［3］。國外學(xué)者T.E.Stanton 在研究混凝土耐久性過程中，發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)部的骨料可以與其他添加劑進(jìn)行反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而影響到其耐久性和穩(wěn)定性，并提出堿骨料反應(yīng)［4，5］。國內(nèi)對混凝土的研究較晚，并且研究具有典型性，多數(shù)是集中在混凝土中鋼筋腐蝕以及混凝土碳化問題，對更加細(xì)致的研究如原材料性能指標(biāo)、配合比比例等較少。近幾年來，國內(nèi)在混凝土細(xì)致化研究方面日益增多，如杭州灣跨海大橋，根據(jù)該地地質(zhì)特點(diǎn)，測試混凝土耐久性時(shí)重點(diǎn)關(guān)注了氯離子的控制，并設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)措施，研究得出的混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的耐久性能［6，7］。

本文以原材料指標(biāo)控制及配合比優(yōu)化為基礎(chǔ)作為研究對象，選取不同原材料質(zhì)量指標(biāo)、礦物摻合料摻配等方面進(jìn)行配合比優(yōu)化，對混凝土的耐久性指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)測試，研究影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性指標(biāo)的因素，得出混凝土耐久性對原材料指標(biāo)及配合比的要求。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)原材料

1）水泥：設(shè)計(jì)為硅酸鹽水泥（P·II 42.5）和普通硅酸鹽水泥（P·O 42.5），基本性能指標(biāo)如表 1 所示。

表1 水泥基本性能指標(biāo)

2）粉煤灰：F 類 II 級粉煤灰，基本性能指標(biāo)如表 2 所示。

表2 F 類 Ⅱ 級粉煤灰基本性能指標(biāo)

3）礦粉：S95 級高爐礦渣鐵礦粉，基本性能指標(biāo)如表 3 所示。

表3 S95 級?；郀t礦渣基本性能指標(biāo)

4） 細(xì)集料：水洗砂，基本性能指標(biāo)如表 4 所示。

表4 細(xì)集料基本性能指標(biāo)

5）粗集料：碎石選用三級配和五級配兩種，其中三級配為 4.75～9.5 mm，9.5～19 mm，19～31.5 mm，五級配為 4.75～9.5 mm，9.5～16 mm，16～19 mm，19～26.5 mm，26.5～31.5 mm。粗骨料的基本性能指標(biāo)如表 5 所示。

表5 粗集料基本性能指標(biāo)

6）水：飲用水。

7）減水劑：TJXC-B 聚羧酸高性能減水劑，減水率為 29 %，摻量為 1.0 %。

8）阻銹劑：HJ-ZX 阻銹劑，摻量為 4.0 %。

1.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)及優(yōu)化

混凝土配合比試配階段，通過對碎石級配、礦物摻合料“單摻”及“雙摻”比例等方面進(jìn)行配合比試配，限制每立方米混凝土中膠凝材料的最多和最高用量，在保證強(qiáng)度的前提下，降低膠凝材料中水泥用量；在保證滿足混凝土施工性能前提下，降低混凝土的坍落度；在摻合料粉煤灰和磨細(xì)礦渣不同比例的多次試驗(yàn)下選擇最優(yōu)性能、強(qiáng)度最高的混凝土配合比。最終確定的配合比如表 6 所示。

表6 對比試驗(yàn)所用配比信息

1.3 試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)分析

1.3.1 試驗(yàn)方法

1）混凝土抗凍性試驗(yàn)方法。試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》，采用 KDR-V3 混凝土快速凍融試驗(yàn)機(jī)對試件進(jìn)行凍融試驗(yàn)，并利用 DT-W18 動彈性模量測定儀測定其動彈性模量。

2）混凝土抗?jié)B性試驗(yàn)方法。試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中有關(guān)混凝土抗?jié)B性試驗(yàn)方法，利用 HP-4.0 混凝土滲透儀對混凝土抗?jié)B性進(jìn)行測試。試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)期 28 d，隨后進(jìn)行抗?jié)B性試驗(yàn)，試件以 4 個未滲水時(shí)的最大壓力為抗?jié)B等級。

3）混凝土抗氯離子滲透性試驗(yàn)方法。試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》的電通量法，采用 BSJ-A 全自動真空飽鹽飽水機(jī)進(jìn)行混凝土氯離子抗?jié)B性試驗(yàn)，并采用 DTL-6T 混凝土氯離子電通量測定儀對混凝土抗氯離子滲透性進(jìn)行測試。

4）混凝土抗壓彈性模量試驗(yàn)方法。試驗(yàn)采用 TM-3 混凝土彈性模量測定儀、CXYAW-3 000H 微機(jī)控制電液伺服壓力機(jī)。采用試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》。試驗(yàn)是測定材料形變時(shí)與相應(yīng)應(yīng)變之比，即為混凝土在靜力作用下的受壓彈性模量。

5）混凝土堿含量試驗(yàn)方法。試驗(yàn)采用 NELDAL491 堿含量快速測定儀對混凝土試件堿含量進(jìn)行試驗(yàn)測試。本儀器采用離子選擇電極法，在室溫下測定水溶液中堿含量，為使溶液 pH 值為 10 以上，在待測溶液中加入離子穩(wěn)定劑，以保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

6）混凝土氯離子含量試驗(yàn)方法。試驗(yàn)采用 NELD -CL420 氯離子含量快速測定儀。試驗(yàn)前應(yīng)先將氯離子選擇電極浸入活化液中活化 1 h；應(yīng)將按規(guī)定獲得的兩份懸濁液分別搖勻后，以快速定量濾紙過濾，獲取兩份濾液，每份濾液均不少于100 mL；分別測量兩份濾液的電位值，將氯離子選擇電極和參比電極插入濾液中，經(jīng) 2 min 后測定濾液的電位值；測量每份濾液前應(yīng)采用蒸餾水對氯離子選擇電極和參比電極進(jìn)行充分清洗，并用濾紙擦干；應(yīng)分別測量兩份濾液的溫度，并對建立的電位-氯離子濃度關(guān)系曲線進(jìn)行溫度校正；應(yīng)根據(jù)測定的電位值分別從E-lgC關(guān)系曲線上推算兩份濾液的氯離子濃度，并應(yīng)將兩份濾液的氯離子濃度的平均值作為濾液的氯離子濃度的測定結(jié)果。

7）混凝土抗壓強(qiáng)度試壓方法。試驗(yàn)利用 CXYAW-3 000 H 微機(jī)控制電液伺服壓力機(jī)，采用試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的混凝土抗壓強(qiáng)度試壓方法，進(jìn)行混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度測試，試驗(yàn)加載速度為 0.5 MPa/s。3 個試件為一組按規(guī)定計(jì)算結(jié)果。

1.3.2 不同碎石含泥量對耐久性影響

1）選用含泥量不同的碎石，分別為含泥量 0.9 %、含泥量 0.2 %，分別配置表 6 中所列配合比，共制作試件 445 組，對其進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、彈性模量、抗凍指數(shù)、電通量、抗?jié)B性能、堿含量、氯離子含量指標(biāo)開展試驗(yàn)，具體結(jié)果如表 7 所示。

表7 碎石不同含泥量混凝土耐久性檢測結(jié)果

2）數(shù)據(jù)分析。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可看出含泥量小的碎石，混凝土抗壓強(qiáng)度提高 8 %～11 %，彈性模量提高 5 %～8 %，抗凍指數(shù)提高 4 % 左右，堿含量降低 22 %左右，氯離子含量降低 27 % 左右。含泥量對混凝土耐久性具有較大影響，充分說明碎石清洗的必要性。

1.3.3 不同種類水泥對耐久性影響

1）選用硅酸鹽水泥（P·II）42.5 和普通硅酸鹽水泥（P·O）42.5，水泥中所含的熟料組分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）有所區(qū)別，即（P·II）42.5 水泥中熟料與石膏含量為 95 %；（P·O）42.5 泥中熟料與石膏含量為 80 %，共制作試件 42 組，針對水泥種類不同對混凝土耐久性指標(biāo)開展試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)具體結(jié)果如表 8 所示。

表8 水泥不同品種相同強(qiáng)度等級混凝土耐久性檢測結(jié)果

2）數(shù)據(jù)分析。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)（見表9）可得出，利用 P·II 42.5 水泥與 P·O 42.5 水泥分別進(jìn)行混凝土配置，P·Ⅱ 42.5 水泥制得的混凝土抗壓強(qiáng)度、彈性模量、堿含量、氯離子含量均優(yōu)于 P·O 42.5 水泥制得的混凝土。其中混凝土抗壓強(qiáng)度提高 7 %～11 %，彈性模量提高 5 %～7 %，抗凍指數(shù)提高 8 %～9 % 左右，堿含量降低 15 % 左右，氯離子含量降低 32 % 左右。

表9 不同級配試驗(yàn)數(shù)據(jù)一覽表

1.3.4 不同級配對耐久性影響

1）選用三級級配與五級級配碎石分別進(jìn)行混凝土配置，共制作試件 105 組，針對骨料級配不同對混凝土耐久性指標(biāo)開始試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)具體結(jié)果如表 9 所示。

2）數(shù)據(jù)分析。相比于粗集料采用三級配混凝土，五級配混凝土抗壓強(qiáng)度提高了 8%～11 %，彈性模量提高了 5 %～8 %，抗凍指數(shù)提高了約 4 %，電通量降低約 10 %，顯著提高了混凝土的密實(shí)性。

2 結(jié)論

1）降低骨料含泥量，可有效提高混凝土抗壓強(qiáng)度和彈性模量，改善抗凍指數(shù)、堿含量、氯離子含量等耐久性指標(biāo)。

2）相比于普通硅酸鹽水泥，硅酸鹽水泥可以有效降低水泥用量，降低了混凝土的堿含量、氯離子含量等有害物質(zhì)，防止水泥的過量使用引起混凝土收縮和水化熱過大而產(chǎn)生裂縫，提高混凝土耐久性。

3）通過“不摻-單摻-雙摻”及最佳摻配比例進(jìn)行配合比優(yōu)化，改善混凝土中膠凝材料物質(zhì)組成，使摻合料顆粒填充到水泥顆粒中間的空隙中，提高混凝土的抗?jié)B性能、抗凍性能及抗氯離子滲透性能，提高混凝土的耐久性。

4）骨料采用五級配配置的混凝土與三級配配置的混凝土相比，可有效降低混凝土用水量、孔隙率，提高混凝土耐久性。Q