高強(qiáng)混凝土的抗?jié)B性試驗(yàn)研究

摘要：通過對水灰比分別為0.25、0.30、0.50 的混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d 抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B等級研究，并根據(jù)低滲透性混凝土的特點(diǎn)，測量了壓力水滲透的深度，利用公式初步估計(jì)了混凝土的滲透系數(shù)。采用硅灰與高效減水劑雙摻的方法，可以制備抗?jié)B透性能極為優(yōu)異的混凝土。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)混凝土；硅灰；減水劑；抗?jié)B性

中圖分類號：TU528.32 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1001- 702X（2006）10- 0059- 02

0 前言

　　在過去的幾十年中，高強(qiáng)混凝土（HSC）的研究與應(yīng)用取得了突破性的進(jìn)展，80~130 MPa 的HSC 成功地應(yīng)用在許多建設(shè)工程中，包括高層或超高層建筑、橋梁、路面、橋面和海洋結(jié)構(gòu)等。但大型水工工程的建設(shè)，諸如混凝土水壩、水渠、涵管及位于地下水位線以下的地下結(jié)構(gòu)如隧道等要求混凝土必須有高的抗?jié)B性，一旦混凝土的抗?jié)B性能不足或受到破壞，就會降低這些結(jié)構(gòu)的使用效能，造成污染、滲漏等事故。從20 世紀(jì)80 年代起，由于混凝土的耐久性問題日益為人們所關(guān)注，各國學(xué)者重新對混凝土抗?jié)B性能產(chǎn)生了興趣。混凝土的耐久性，與水和其它有害液體、氣體向其內(nèi)部滲透的數(shù)量、范圍等有關(guān)，因此，抗?jié)B性能高的混凝土，其耐久性就好。近年來，高性能混凝土的概念大有取代高強(qiáng)混凝土概念的趨勢，因?yàn)槿藗冋J(rèn)識到強(qiáng)度這一單一的指標(biāo)并不足以揭示結(jié)構(gòu)材料的工作狀態(tài)。高強(qiáng)混凝土也要保證耐久性，因此，要研究高性能混凝土，就不能不關(guān)注混凝土的抗?jié)B性能[1]。

　　為提高基材的膠結(jié)強(qiáng)度和混凝土的密實(shí)性，僅靠高強(qiáng)度等級水泥和提高水泥用量是不夠的，而且水泥用量過大對混凝土的耐久性并不完全有利。因此，必須用極細(xì)的優(yōu)質(zhì)活性顆粒摻入混凝土，使它們在水泥漿的細(xì)微孔隙中水化減少和填充混凝土中的毛細(xì)孔，達(dá)到密實(shí)和增強(qiáng)的作用。而這些微集料水化需要大量的水，若用水量過少則對和易性不利，這時(shí)加入減水劑在減少用水量的同時(shí)，能保證微集料水化。在雙摻技術(shù)下，混凝土拌和物的和易性得到改善，減少了離析和泌水現(xiàn)象，水泥漿和集料界面密實(shí)程度提高，混凝土強(qiáng)度提高，耐久性得到改善[2]。

　　本試驗(yàn)擬充分利用高效減水劑和高活性摻和料硅粉的超疊加效應(yīng)，采用雙摻技術(shù)，配制出強(qiáng)度高、抗?jié)B性好的混凝土。

1 試驗(yàn)原材料和試驗(yàn)方法

1.1 原材料

　　水泥：四川都江堰拉法基水泥廠生產(chǎn)的42.5 級普通硅酸鹽水泥；

　　硅灰：EBS- S 硅灰，活性SiO2 含量大于95%，市售；

　　減水劑：市售聚羧酸系高效減水劑；

　　集料：細(xì)集料為四川金堂中砂，粗集料為河卵石，粒徑5～20 mm。

1.2 試驗(yàn)方法

　　為了研究不同配比、不同強(qiáng)度等級混凝土的抗?jié)B性能，并且為便于和普通混凝土進(jìn)行對比，我們成型了1#、2#、3# 3 組混凝土，其水膠比分別為0.25、0.30、0.50，1#、2# 組混凝土摻加了占膠體材料質(zhì)量10%的硅灰和適量的高效減水劑，3# 組混凝土作為對比組。3 組混凝土的配比見表1。

　　3 組混凝土均由強(qiáng)制攪拌機(jī)拌制，1# 和3# 混凝土在振動(dòng)臺上成型，2# 混凝土由于流動(dòng)性極好，用搗棒插搗后直接成型。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至齡期28 d 后測試其抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B性，試驗(yàn)結(jié)果見表1?？箟簭?qiáng)度試件尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7mm。表1 所示為3 個(gè)試件的平均值?？?jié)B試驗(yàn)按GBJ 82—85《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行。

2 抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果和分析

　　混凝土的抗?jié)B性是指混凝土抵抗壓力水滲透的能力。采用6 個(gè)尺寸為Ф180 （175）mm×150 mm 的圓臺形試件從0.1MPa 開始施加水壓，每隔8 h 水壓增加0.1 MPa，直至6 個(gè)試件中有3 個(gè)被壓力水穿透時(shí)，停止試驗(yàn)，記錄此時(shí)的水壓力值；通過抗?jié)B等級公式S=10H- 1，將停止試驗(yàn)時(shí)的水壓力值換算成整數(shù)，這個(gè)整數(shù)即混凝土的抗?jié)B標(biāo)號[1]。但對于水膠比為0.25 和0.30 的高強(qiáng)混凝土在壓力分別加到2 MPa 和3 MPa時(shí)還沒有一個(gè)出現(xiàn)表面滲水。我們將這2 組混凝土的試塊全部從中劈裂后發(fā)現(xiàn)水滲入的高度非常小，滲水的最高部位往往是有大粒徑粗集料的地方。以水膠比為0.25 的混凝土為例。有大粒徑粗集料的地方滲水最高的為2.0 cm，沒有大粒徑粗集料的部位滲水最高的也僅有1.5 cm，也就是說硬化水泥漿體的抗?jié)B能力是非常高的。而此時(shí)的抗?jié)B等級公式對該混凝土顯然失去了意義，因此，我們采用適用于低抗?jié)B性混凝土的滲透深度法[1]來初步估計(jì)混凝土的滲透系數(shù)。滲透系數(shù)的計(jì)算由式（1）表示：

式中：K—滲透深度法測量的滲透系數(shù)；

　　　d—平均滲透高度；

　　　v—混凝土孔隙率；

　　　t—恒定壓力時(shí)間；

　　　H—水頭高度。

　　式（1）中的d 值我們分別取試驗(yàn)中測試的最大滲透高度、最小滲透高度和平均滲透高度3 組值來計(jì)算；t值僅僅取了最大水頭作用的時(shí)間8 h；孔隙率估計(jì)為20%。滲透系數(shù)估算結(jié)果如表2 所示，實(shí)際的混凝土滲透系數(shù)應(yīng)該比表2 中給出的數(shù)據(jù)要小得多。

　　水灰比為0.5 的3# 普通混凝土試件有3 個(gè)表面出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，開始滲水時(shí)的壓強(qiáng)分別為1.1 MPa、1.4 MPa、1.5 MPa，由S=10H- 1，取H=1.5，則S=14，該混凝土的抗?jié)B等級為14。

　　采用硅灰與高效減水劑雙摻的方法，可以制備抗?jié)B透性能極為優(yōu)異的混凝土，這是因?yàn)椋汗杌业幕钚院芨?，?dāng)與高效減水劑配合摻入混凝土?xí)r，硅灰與Ca（OH）2 反應(yīng)生成水化硅酸鈣凝膠體，填充水泥顆粒間的空隙，改善界面結(jié)構(gòu)和粘聚力，可以顯著提高混凝土強(qiáng)度。減水劑分子吸附在水泥顆粒表面，其親水基團(tuán)攜帶大量水分子，在水泥顆粒周圍形成一定厚度的吸附水層，增大了水泥顆粒間的可滑性，減水劑還可使溶液的表面張力降低，在機(jī)械攪拌作用下使?jié){體內(nèi)引入部分氣泡，這些都使拌和物的和易性提高。因此，水泥石中的大孔隙和連通孔隙減少，超細(xì)微孔隙增加，阻斷了滲透通道，抗?jié)B性也顯著提高[2]。但是，必須說明，并不是混凝土強(qiáng)度越高，混凝土的抗?jié)B性就越好。在本次試驗(yàn)中，1# 混凝土由于流動(dòng)性較2# 混凝土差，且拌和物比較黏稠，在澆筑成型時(shí)，試件內(nèi)部的氣泡很難排出，導(dǎo)致硬化后的混凝土內(nèi)部存在較多的缺陷，雖然其強(qiáng)度較高，但是其抗?jié)B性卻較2# 混凝土差。

3 結(jié)論

　　采用雙摻硅灰和高效減水劑的方法，可以配制出強(qiáng)度較高、抗?jié)B透性能極為優(yōu)異的混凝土。由于其滲透系數(shù)極低，采用常規(guī)的抗?jié)B標(biāo)號法基本上無法成功完成試驗(yàn)。建議采用滲透深度法來研究此類混凝土的抗?jié)B性能。

參考文獻(xiàn):

　　[1] 易成，謝和平.混凝土抗?jié)B性能研究的現(xiàn)狀與發(fā)展.混凝土，2003，（2）：7- 11，34.

　　[2] 李亞杰.建筑材料（第四版）.武漢：中國水利水電出版社，2001，3.