新疆地区多年龄期静置下混凝土耐久性能对比研究

2021-07-29罗志明洪军刘海顺李涵

商品混凝土 2021年7期

罗志明，洪军，刘海顺，李涵

（1. 新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院，新疆乌鲁木齐 830013； 2. 新疆和兴恒石建材科技研发有限公司，新疆乌鲁木齐 830013）

0 引言

高性能混凝土（HPC）系指一种新型高技术混凝土，其采用常规材料和工艺生产，满足混凝土结构所要求的各项力学性能，具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。新疆地区高性能混凝土的推广运用始自 2014 年，乌鲁木齐及周边现已经普及。就混凝土耐久性而言，现主要涉及指标有混凝土抗水渗透、抗氯离子渗透、抗硫酸盐侵蚀以及抗冻性能等，主要依据标准为 GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》。其检测方法则是分别通过施加压力，导入直流电，提高温度以及提高循环次数等。与混凝土在实际环境中的服役特性存在一定的差异。

基于以上现状，本研究对混凝土配合比设计与试配、新拌混凝土工作性能检测，混凝土强度及电通量数据收集，并同步对比开展室内加速检测和多年龄期静置下的混凝土氯离子迁移系数、抗硫酸侵蚀、抗冻性能等性能检测与分析。

1 试验方案

1.1 原材料

（1）水泥（C）：青松 P·O42.5 水泥，主要指标见表 1。

表1 水泥主要技术指标

（2）粉煤灰（FA）：Ⅱ级粉煤灰，细度 21.6%，需水量比 97%，烧失量 3.3%，7d 和 28d 活性指数分别为 65% 和 71%。

（3）矿粉（K）：S75 级，比表面积 435m2/kg，流动度比 97%，烧失量 0.8%，7d 和 28d 活性指数分别为 67% 和 97%。

（4）骨料：砂（S）：天然砂；石（G）：三级配（5～10mm、5～20mm 和 20～40mm）卵石。骨料的主要技术指标见表 2。

表2 粗细骨料主要技术指标

（5）减水剂（PCA）：五家渠格辉生产的标准型聚羧酸系高性能减水剂。主要技术指标见表 3。（6）水：自来水。

表3 PCA 主要技术指标

1.2 混凝土配合比设计

混凝土配合比设计综合标准 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》及经验选取常用的水胶比，总胶材用量以及单方水上限用量等，采用单掺粉煤灰、双掺粉煤灰和矿粉，同时考虑到砂中含石量大（大于 20%）的应用现状，将砂进行 5mm 过筛处理，5～10mm 部分以粗骨料的形式掺入，而减水剂的掺量以新拌混凝土拌合物状态确定。混凝土设计配合比见表 4。

表4 混凝土配合比设计

1.3 混凝土耐久性对比研究方案设计

依据标准 GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》，以混凝土 28d 电通量、28d 氯离子迁移系数、抗硫酸侵蚀以及抗冻性能（快速法）进行混凝土室内加速模拟检测。同步开展以 24d 标准养护、4d 自来水浸泡的混凝土抗冻试件室外自然条件静置的模拟试验，主要收集数据则依旧为试件质量和谐振频率；抗硫酸盐侵蚀试件采用 (100×100×100)mm3立方体试件标准养护 26d 及 80℃ 烘干 2d 后，留一侧面为原浆面，其余五面蜡封处理后放入常温下饱和的硫酸钠溶液中，并加盖密封，多年静置浸泡，检测混凝土抗压强度；氯离子侵蚀则采用 (Φ100×50)mm 的电通量试件标准至 28d 后磨平上下底面，留一底面不作处理，蜡封处理另一底面和圆弧面后静置放入常温下 15% 质量浓度（即为 150000mg/L）的氯化钠溶液中，并加盖密封，多年静置浸泡，检测氯离子侵入深度和试件中部氯化钠含量。其中，所用的化学试剂均为化学纯。图 1 为混凝土试件静置浸泡图。

图1 混凝土试件静置浸泡图

2 结果分析

2.1 混凝土工作性能及力学性能

根据混凝土特性，针对性开展了混凝土坍落度、含气量、表观密度等工作性能的检测，以保持水胶比尽可能的与混凝土配合比设计一致，动态调整减水剂（引气剂复配掺入）掺量。以实际水胶比对试验数据进行排序，具体数据见表 5。

由表 5 可知，单掺粉煤灰的混凝土强度随着粉煤灰掺量的提高而呈现降低的发展趋势；在一定范围内，矿物掺和料掺量的增加可以改善混凝土拌合物性能，降低减水剂掺量，且强度影响程度较小；混凝土拌合物含气量总体上随着总胶材的增加而降低；混凝土表观密度在水胶比大于 0.30 时，皆小于设计容重；此外，同水胶比下，除了矿物掺和料掺量的影响外，含气量的大小变化对混凝土强度影响不容忽视。

表5 新拌混凝土工作性能及混凝土强度数据收集

2.2 室内加速模拟检测混凝土耐久性

根据混凝土耐久性对比研究方案设计对混凝土室内加速模拟检测，依据标准为 GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》，数据见表 6。

由表 6 可知，总体上混凝土 28d 电通量小于 1000C，28d 氯离子迁移系数与 28d 电通量呈现相同的变化规律；抗硫酸盐侵蚀 60 次对混凝土侵蚀破坏影响较小（除编号 LZB-15，其抗蚀系数最小，为 89%，其余均大于 90%）；快冻试验中大部分混凝土能达到 350 次的抗冻融循环次数（其中编号 LZB-10 和 LZB-15：250 次，LZB-9：150 次）。

表6 混凝土室内加速模拟检测数据

试件异常描述：电通量、氯离子迁移试件（编号 LZB-4、LZB-16、LZB-17）在自来水浸泡阶段破坏（见图 2）。

图2 电通量、氯离子迁移试件水浸泡破坏图

2.3 多年龄期静置下混凝土耐久性能

依据混凝土耐久性对比研究方案，对混凝土试件进行养护、烘干、磨平、蜡封等处理后进行侵蚀介质、外界环境等静置 3 年后检测数据见表 7。

由表 7 可知，在饱和的硫酸盐溶液中单面浸泡 3 年后，大部分试件混凝土抗压强度大于 28d 标准养护试件抗压强度值，而在水中浸泡破坏的电通量试件对应的试件抗压强度均小于 28d 标准养护试件抗压强度值；常温下 15% 氯化钠溶液中单侧面浸泡 3 年后，试件的氯离子迁移深度总体呈现出随着水胶比的降低而减小的发展趋势，同时试件中部氯化钠含量与氯离子迁移深度存在一定的一致性，总体呈现随着氯离子迁移深度的降低而呈现氯化钠含量降低的发展趋势；自然环境下静置 3 年的混凝土抗冻试件的质量损失率和相对动弹模量降低值都比较小（除编号 LZB-15、LZB-10）。

表7 多年龄期静置下混凝土耐久性能数据收集

2.4 室内加速模拟与多年龄期静置下混凝土耐久性能对比分析

由 JGJ/T 193—2009《混凝土耐久性检验评定标准》可知，室内加速模拟检测可以根据检测结果划分混凝土所能到达的性能等级。GB/T 50476—2019《混凝土结构耐久性设计标准》则针对性的对混凝土抗冻性能及抗氯离子渗透性能提出了具体指标要求。本文所述多年龄期静置下混凝土耐久性则是在无外力扰动下的特定介质浸泡或自然环境条件下进行。

分析图 4～6：

图4 硫酸盐介质侵蚀下混凝土抗压强度对比研究试验结果

（1）在常温下饱和的硫酸钠溶液中单侧面静置浸泡 3 年后的抗压强度大部分等同于室内加速模拟 30 次循环，除编号 LZB-4、LZB-16、LZB-17 外均大于 28d 标样强度。

（2）15% 质量浓度氯盐溶液中静置浸泡 3 年后氯离子迁移深度与室内加速检测下发展规律相同，大体呈现出水胶比在 0.30～0.45 范围内具有一定的等同性，作为辅助校验方法，多年龄期静置后试件中部氯盐浓度波动范围较大，分析价值较低。

（3）在自然环境下放置 3 年的混凝土抗冻性对比试验中，室内加速检测混凝土相对动弹模量结果随循环次数变化不大（LZB-2、LZB-3、LZB-4、LZB-16）时呈现出自然环境下放置 3 年的混凝土与快速法循环 350 次结果相近，室内加速检测混凝土相对动弹模量结果随循环次数变化大（LZB-5、LZB-8、LZB-15、LZB-9、LZB-10）时呈现出自然环境下放置3年的混凝土呈现与快速法循环 100 次到 200 次范围内的结果相近。同时，也有经过 3 年室外自然环境下静置相对动弹模量大于 100% 的（编号LZB-11、LZB-13、LZB-14），经分析发现其均体现出矿物掺和料掺量较大，拌合物含气量较大的特点。