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。     

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。     

粉煤灰混凝土耐久性的研究

本文对粉煤灰混凝土的主要耐久性能:渗透性、抗冻性、碳化、钢筋锈蚀和碱-集料反应进行了讨论。分析了粉煤灰对混凝土耐久性的影响规律和作用机理,为粉煤灰混凝土的配合比设计提供了理论依据。     

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。     

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。     

超细石灰石粉对混凝土性能影响研究

本文主要研究单掺超细石灰石粉,粉煤灰与超细石灰石粉,矿粉超细石灰石粉力学性能和抗氯离子扩散性能的影响。试验结果表明:相同工作性能条件下超细石灰石粉等量取代水泥后混凝土强度和抗氯离子渗透性能略有降低,其中后期抗压强度降低更为明显,并随超细石灰石粉取代量的增大降低更为显著;超细石灰石粉等量取代粉煤灰后混凝土抗压强度有一定的提高,早期强度提高更为明显,抗氯离子渗透性能略有降低;超细石灰石粉等量取代矿粉后,混凝土抗压强度有一定的提高,早期强度提高更为明显,抗氯离子渗透性能略有降低。     

现场测试混凝土抗氯离子渗透性方法的应用研究

为快速、准确地测定混凝土中氯离子的含量,以实现对混凝土耐久性的有效评价和钢筋腐蚀的适时防护与有效修复,研究现场测试氯离子渗透性的方法是非常必要的。结合客运专线工程施工情况,分别按矿物掺合料不同掺量以及不同的强度等级进行配合比设计试验,采用PERMIT离子迁移仪对混凝土试件进行氯离子扩散系数的测定,并采用电通量法进行验证。结果表明：随着电通量的增加,氯离子扩散系数呈现增加的趋势,二者存在很好的线性关系;双掺粉煤灰＋矿粉的混凝土抗氯离子侵入性优于单掺粉煤灰的混凝土;PERMIT离子渗透试验方法测得的试验结果准确可靠,具有很强的实用性。可以为混凝土耐久性的判定提供依据。     

混凝土氯离子渗透试验研究

钢筋混凝土结构耐久性是目前土木工程界需要重点解决的问题之一。通过对混凝土抗氯离子渗透性指标之间的对比试验研究,提出了初始电流计算电通量的方法,并论证了该方法在施工中应用的可行性;并进一步对渗透系数和电通量试验时的初始电流相关性进行分析,提出对电通量和渗透性试验的综合法,可以使指标一致,有利于实际应用和对比。     

粉煤灰对高性能砼收缩开裂性能影响试验研究

设计收缩、小圆环约束开裂、水化热、极限拉伸率以及抗氯离子渗透性等5种试验方法来考核粉煤灰对高性能混凝土收缩开裂性能的影响。研究结果表明:粉煤灰能够改善高性能混凝土的工作性、降低早期弹性模量和水化热、7 d后强度能够快速增长并逼近基准混凝土,能够有效地提高混凝土的抗裂性能。     

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.     

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。     

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.     

混凝土早期裂缝成因分析及控制措施

分析了混凝土早期裂缝形成的原因，并从材料和施工方面提出了减少或防止混凝土开裂的措施。研究结果表明，选择适宜的水泥．引入一定量的矿渣粉或粉煤灰取代水泥，掺入一定量的膨胀剂和减缩剂，施工中控制内外温差，浇水养护，可以减少或防止混凝土早期开裂。     

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。     

粉煤灰需水量比测定方法的探讨

现行规范测定粉煤灰需水量比的试验方法主要是胶砂法,操作过程较繁琐,不能快速测定。试验提出使用净浆流动度法可以简便、快速测定粉煤灰需水量比,并且试验结果准确,能够节约成本和降低试验误差,提高试验准确性和工作效率。     

复掺粉煤灰与矿渣粉的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矿渣粉海工自密实高性能混凝土的试验研究。试验结果表明,在复掺粉煤灰和矿渣粉掺量为60%～70%的条件下,掺入20%～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。