氯盐环境下混凝土耐久性多因素模型的试验研究及统计分析*

为了准确评估混凝土的抗氯离子渗透性和耐久性,开展了不同矿物掺合料混凝土的制备和电通量测试,根据试验数据和文献数据分析了水胶比(水灰比)、粉煤灰掺量、矿渣掺量、硅灰掺量对混凝土电通量的影响,通过回归分析研究建立了混凝土电通量的多因素计算模型,通过对试验数据和文献数据的统计分析验证了该计算模型的正确性和广泛适用性。在此基础上,通过定量计算氯盐环境下混凝土结构服役寿命,分析了混凝土水胶比、掺合料组合及其掺量对混凝土耐久性的影响。结果表明,降低混凝土的水胶比、或提高掺合料掺量均能提高混凝土耐久性;使用矿物掺合料的高性能混凝土,其耐久性明显优于普通混凝土;矿渣对混凝土耐久性的改善优于粉煤灰;复合掺加粉煤灰和矿渣对提高混凝土结构耐久性的效果更加明显。     

矿物掺合料对混凝土性能影响的研究

研究了不同种类的矿物掺合料对混凝土的力学性能和抗氯离子渗透性能的影响。试验结果表明,对单掺矿物掺合料的高性能混凝土而言,在水胶比和坍落度相同的情况下,掺硅灰的混凝土的抗压强度最高,其次是掺粉煤灰的混凝土,掺矿渣的混凝土强度最低。矿物掺合料的掺入能改善混凝土抗氯离子渗透的能力,其中以硅灰为最好,其次是矿渣,粉煤灰稍差。     

矿物掺合料对混凝土性能的影响

介绍了不同种类的矿物掺合料对混凝土的力学性能和抗氯离子渗透性能的影响试验.试验结果表明,对单掺矿物掺合料的高性能混凝土而言,在水胶比和坍落度相同的情况下,掺硅灰的混凝土的抗压强度最高,其次是掺粉煤灰的混凝土,掺矿粉的混凝土强度最低.矿物掺合料的掺入能改善混凝土抗氯离子渗透的能力,其中以硅灰为最好,其次是矿粉,粉煤灰稍差.     

矿物掺合料与表面涂层对混凝土抗氯离子侵蚀能力的影响

试验研究了矿物掺合料(不同掺量下单掺粉煤灰、矿渣或硅粉)、表面涂层材料(环氧树脂或聚合物水泥基防水材料)以及两者共同作用对混凝土抗氯离子侵蚀能力的影响。研究结果表明:矿物掺合料和表面涂层材料均可显著地提高混凝土的抗氯离子渗透能力;矿物掺合料的改善效果随着掺量的增加而增加,改善能力为硅粉>矿渣>粉煤灰;环氧树脂的作用效果比聚合物水泥基防水材料更明显;矿物掺合料与表面涂层结合使用效果更优。对混凝土抗氯离子渗透性能的作用机理分析表明:矿物掺合料的火山灰效应、填充效应和对氯离子的初始固化能力是改善混凝土的抗氯离子渗透性能的三个重要因素。     

复杂氯盐溶液和冻融循环作用下混凝土的氯离子扩散行为

对青海盐湖浸泡1 425 d的普通混凝土(OPC)、高强混凝土(HSC)、高性能混凝土(HPC)、钢纤维增强高性能混凝土(SFRHPC)、高强高弹模聚乙烯纤维增强高性能混凝土(PFRHPC)采用化学分析方法定量分析其氯离子含量。结果表明:普通混凝土结构疏松,氯离子易于进入其中,氯离子含量较多;高强和高性能混凝土结构致密,氯离子不易进入其中,氯离子含量较少。高强和高性能混凝土对氯离子侵蚀有较好的抵抗作用。     

混凝土的剥蚀与破坏

建筑物的设计使用年限是根据工程的实际需求而确定的。某高速公路设计使用年限为100a，但是工程尚未竣工，在特大桥、中桥和互通立交桥的墩台身、盖梁混凝土部位出现了严重的混凝土剥蚀现象。通过工程的实际调查及现场取样分析表明，引起混凝土劣化的原因是粗骨料的石粉含量、混凝土掺入硅灰后没有采取更好的养护措施，加上重度盐雾区氯盐的影响，加快了混凝土劣化现象。因此，必须引起设计和施工单位的重视。     

混合掺合料高性能混凝土的力学和耐久性研究

对掺入掺合料（1种或2种）的高性能混凝土力学特性和耐久性进行了研究。实验参数变化量包括掺入掺合料的种类和数量以及混凝土的水胶比。实验表明：掺合料硅灰在对提高混凝土强度和渗透性方面明显优于粉煤灰。2种掺合料的高性能混凝土（粉煤灰＋硅灰）在抗氯离子渗透方面表现最优。所有的2种掺合料的高性能混凝土样品均表现出很突出的耐久特性。     

基于SEM和XRD微观测试下单掺矿物掺合料透水混凝土性能分析

透水混凝土是海绵城市建设中广泛应用的路面材料,但其强度在一定程度上仍难以满足工程需求,而矿物掺合料可有效改善混凝土的力学性能,故在透水混凝土中掺加矿物掺合料成为新的增强措施.文中对比分析了单掺15%的粉煤灰、矿粉、硅灰在7 d、28 d和56 d养护龄期的基本性能,并通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对透水混凝土胶结层的微观结构和化学组成进行分析.结果表明:掺入粉煤灰、矿粉、硅灰使透水混凝土的孔隙率和透水系数依次递减,其孔隙率和透水系数均随着养护龄期的增长而减小;但3种掺合料的掺入均可较大幅度地提升透水混凝土的中后期强度,其中以矿粉的改性效果最佳,其抗压强度可达31.8 MPa,满足轻型机动车路面的强度要求;微观测试表明,掺入15%矿粉的透水混凝土水化产物表面晶体排布整齐,水化反应更彻底,生成大量C-S-H凝胶,内部微孔被填充,结构变得致密,抗压强度最大,与宏观分析结果一致.     

日本韩国海工高性能混凝土研究及发展趋势

高性能混凝土（high performance concrete,HPC)是近年来混凝土材料发展的一个重要方向，对于海洋环境中混凝土结构，高耐久性远比高强重要，日本和韩国非常重视海工HPC的研究，并已有在桥梁，码头等易腐蚀结构成功应用的实例，他们主要采用外掺磨细矿渣粉，粉灯灰，硅粉等活性掺合料配制出HPC，尤其是日本的研究工作更为深入和全面，如开展了HPC对海洋生态环境的影响研究，对采用新材料对周围环境的影响持慎重态度，他们的经验和做法有许多值得我们借鉴。     

掺合料对胶凝材料水化热及混凝土氯离子扩散系数的影响

分别利用水化热测定仪和自然浸泡法研究了掺合料对胶凝材料水化热及对混凝土内氯离子扩散系数的影响,结果表明:单掺粉煤灰或矿渣时,胶凝材料的放热总量和最大放热速率随掺合料掺量的增加而降低,粉煤灰混凝土内的氯离子扩散系数随粉煤灰掺量的增加先减小后增大,当掺量为30%时氯离子扩散系数最小,矿渣混凝土的扩散系数随矿渣掺量的增加而降低;复掺粉煤灰和矿渣时,复合胶凝材料的放热总量及最大放热速率均低于单掺粉煤灰或矿渣时的胶凝材料,且放热总量随着复合胶凝材料掺量的增加而降低,复合掺合料混凝土内的氯离子扩散系数随掺量的增加而降低,且均低于同比例单掺粉煤灰或矿渣时混凝土内的氯离子扩散系数.     

九江长江公路大桥超宽箱梁C55粉煤灰高性能混凝土配合比设计

针对九江长江公路大桥超宽箱梁混凝土的配合比设计,研究了粉煤灰掺量、水胶比、砂率等参数对箱梁C55高性能混凝土物理力学性能的影响。结果表明:采用42.5 P.Ⅱ水泥掺入25%Ⅰ级粉煤灰,水胶比0.305、砂率39%的箱梁C55高性能混凝土具有良好的工作性,较高的早期强度和较大的后期强度增长,很高的抗氯离子渗透性;特别是具有较低水化热温升,有利于改善箱梁混凝土的抗裂性。     

九江长江公路大桥索塔高性能清水混凝土耐久性研究*

九江长江公路大桥索塔施工采用C50高性能粉煤灰混凝土并要求外观达到清水混凝土质量目标。针对索塔混凝土结构施工实践及实际的使用环境,提出索塔高性能清水混凝土的外观质量控制指标及其结构的耐久性设计要求,通过试验研究骨料的碱反应活性及粉煤灰掺量对索塔清水混凝土的抗碳化、抗酸雨侵蚀、抗渗透性、抗冻融等耐久性能的影响。结果表明:选用的砂石骨料不具有碱活性,在索塔混凝土中掺入22.5%粉煤灰能改善其综合耐久性,并满足耐久性设计指标要求。     

鄂东长江公路大桥宽箱梁C55高性能混凝土试验研究

结合鄂东长江公路大桥边跨预应力混凝土宽箱梁的施工，重点研究了掺入适量矿物掺合料、聚丙烯纤维对箱梁C55高性能混凝土的物理力学性能和长期耐久性的影响。试验结果表明，采用聚羧酸盐高效减水剂，掺入20％Ⅰ级粉煤灰或15％粉煤灰与10％矿粉复掺配制的箱梁C55高性能混凝土具有良好的工作性能、较高的早期强度和较大的后期强度增长，以及很高的抗氯离子渗透性和抗冻性，特别是具有较低水化热温升、较小收缩和徐变变形特性，有利于改善箱梁混凝土的抗裂性。     

滨海环境下清水防腐蚀混凝土配制技术

通过改变原材料种类、胶凝材料总量、水胶比、矿物掺合料用量和比例以及模板体系等因素,探索混凝土抗压强度、抗氯离子渗透性以及外观质量的变化规律。水胶比为0.34~0.38,胶凝材料用量不小于420 kg/m3,以1∶2比例掺入30%~60%的粉煤灰与矿粉,掺入20%以下的超细石灰石粉,同时运用消泡剂与引气剂对聚羧酸减水剂加以改进,严格控制原材料性能指标,并在钢模板中涂覆聚氨酯模板漆,可制备出强度等级大于C40,56 d氯离子迁移系数小于3.0×10-12m2/s,外观质量满足JGJ 169—2009《清水混凝土应用技术规程》的清水防腐蚀混凝土。     

复掺粉煤灰与石灰石粉海工自密实高性能混凝土试验研究

为满足海洋环境下高性能混凝土的施工要求,开展了复掺粉煤灰与石灰石粉海工自密实高性能混凝土的试验研究。试验结果表明,在复掺粉煤灰和石灰石粉掺量为40%的条件下,掺入10%～30%粉煤灰自密实混凝土具有较高的流动性、填充性、间隙通过性和抗离析性等工作性,满足自密实混凝土的施工要求;28 d抗压强度大于50 MPa,56 d的电通量小于1 000 C,90 d扩散系数小于1.5×10-12 m2/s,具有较高的抗压强度和抗氯盐侵蚀性能,满足海洋环境下抗氯盐侵蚀的耐久性要求。     

Chloride diffusion models for Type I and fly ash cement concrete exposed to field and laboratory conditions

The exposure temperature significantly affects the diffusion of chloride ions in concrete, and, as such, it must be taken into consideration in the development of service-life prediction models for structures exposed to chloride-bearing environments. Most of the earlier studies have used cement paste to assess the effect of exposure temperature on chloride diffusion. In the reported study, chloride diffusion in Type I and fly ash (20% fly ash) cement concrete was evaluated under field and laboratory conditions. The laboratory concrete specimens were exposed to chloride solution maintained at four temperatures (22, 35, 50 and 60 °C) for 365 days. Beam specimens were exposed in the tidal zone of a marine exposure site, along the Arabian Gulf coast, for up to 10 years to study the chloride diffusion in the field specimens. The coefficient of chloride diffusion (D_a) in the concrete specimens exposed to 22 or 35 ᵒC in the laboratory was less than that in the concrete specimens exposed to 50 and 60 ᵒC. The D_a for Type I cement concrete specimens increased by 3.6 times as the temperature was increased from 22 to 60 ᵒC while this increase was 2.3 times for the fly ash cement concrete specimens for a similar increase in the temperature. The D_a decreased with the period of exposure in the field specimens. The values of activation energy that can be used for predicting the chloride diffusion for exposure temperature within the range of 22–60 °C were developed based on the laboratory data. In addition, mathematical models were developed relating the coefficient of chloride diffusion in the field and laboratory concrete specimens. The developed models can be utilized to ascertain chloride diffusion in field specimens, utilizing the laboratory values, and hence calculate the useful service-life of structures.     

Predicting the chloride penetration of fly ash concrete in seawater

In this study, a model for predicting chloride penetration in fly ash concrete under long-term exposure in a marine environment is developed. The empirical model was based on 2-, 3-, 4-, and 5-year investigation of concretes in a marine site. Regression analysis of the data was carried out by applying Fick's second law of diffusion to generate an empirical formula for predicting chloride concentration in concrete. The model uses the water to binder (W/B) ratio, fly ash content, distance from the concrete surface, and exposure time. Model validation revealed that the predicted chloride concentration levels were within a ±25% error margin (R² = 0.91 ? 0.99) in the samples used to develop the model. The model was also verified using data from previous laboratory and field studies. Most predicted chloride concentration levels were within a ±30% margin of error from field samples. The model also predicted the strong effect of fly ash and W/B ratio on reducing chloride diffusion in concrete. Results clearly indicated that a high volume fly ash replacement (up to 50% by weight of binder) and a low W/B ratio will yield good chloride resistance in concrete under long-term exposure in a marine environment.     

硅灰对高石粉含量机制砂制备混凝土的影响

针对天然砂日渐匮乏,而机制砂中石粉含量偏高所制备的混凝土工作性、泵送性差等问题,研究硅灰对机制砂混凝土的工作性、力学和体积稳定性的影响,并分析硅灰的作用机理。结果表明:适量硅灰可以增加混凝土工作性和稳定性,解决机制砂高石粉含量引起的混凝土黏度大和泌水问题,改善浆体微观形貌,提高混凝土力学和耐久性能,且28 d干燥收缩率400×10-6。机制砂中石粉含量为10%左右时,硅灰掺量6%~9%,制备的C50机制砂混凝土匀质性好,浆体旋转黏度约2.5 Pa·s,泌水率为0,工程应用效果良好。