提高混凝土抗凍耐久性技術(shù)的研究綜述（下）
2005-09-30 00:00
3 活性的礦物摻合料改善混凝土抗凍耐久性技術(shù)研究動態(tài)
混凝土是各種建筑工程上應(yīng)用最廣泛、用量最多的人造建筑材料，目前，我國正處在大規(guī)模的基礎(chǔ)建設(shè)時期，對混凝土的需求量也就更大。因此，有效地降低混凝土的成本，提高混凝土的各項技術(shù)性能，對于充分利用有限的投資，延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，減少自然資源的消耗，保護(hù)生態(tài)平衡，有著非常巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。
在混凝土的基本組成材料中，水泥的價格最貴，因此，在滿足對混凝土質(zhì)量要求的前提下，單位體積混凝土的水泥用量愈少愈經(jīng)濟。因此，用一些具有活性的摻和料(硅粉、礦渣、粉煤灰) 來替代一部分水泥正在被廣泛的應(yīng)用。
3. 1 硅粉的摻入
近年來，硅粉混凝土也已應(yīng)用于混凝土工程各個領(lǐng)域，其抗凍耐久性問題已引起人們的普遍重視，在丹麥、美國、挪威等國家，硅粉作為混凝土混合材已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但關(guān)于硅粉混凝土的抗凍耐久性，各國學(xué)者結(jié)論各異。
日本的Yamato 等人[18 ] 通過試驗得出結(jié)果： 非引氣混凝土當(dāng)水/ (水泥+ 硅粉) = 0. 25 ，不管硅粉的摻量如何，皆具有良好的抗凍耐久性。加拿大的Malhotra 等人[19 ] [20 ]通過試驗得出:引氣硅粉混凝土不管水灰比多少，硅粉摻量15 %以下時都具有較高的抗凍耐久性。我國學(xué)者丁雁飛，孫景進(jìn)(1991) 通過實驗探討了硅粉對混凝土抗凍耐久性的影響，得出結(jié)論[21 ] ：非引氣硅粉混凝土的抗凍耐久性與基準(zhǔn)混凝土比較，在膠結(jié)材總量相同，塌落度不變的條件_下，非引氣硅粉混凝土的抗凍能力高。范沈撫(1990) 得出[22 ] ：在相同含氣量的情況下，摻15 %的硅粉混凝土比不摻硅粉的基準(zhǔn)混凝土，氣孔結(jié)構(gòu)有很大的改善。硅粉對抗凍耐久性有顯著的效果，但硅粉的產(chǎn)量有限而且成本較高。
3. 2 礦渣的摻入
磨細(xì)礦渣與混凝土內(nèi)水泥水化生成的Ca (OH) 2結(jié)合具有潛在的活性，但磨細(xì)礦渣對提高混凝土的抗凍融性目前也不少研究。張德思，成秀珍(1999)通過試驗得出結(jié)論[23 ] ：隨著礦渣摻量的增加，其混凝土的抗凍融性能愈差，但摻合比例合適時，抗凍性能與普通混凝土相比有較大改善。
3. 3 粉煤灰的摻入
國內(nèi)外粉煤灰應(yīng)用已有幾十年的歷史。最早研究粉煤灰在混凝土中應(yīng)用的是美國加洲理工學(xué)院的R. E.Davis ，1993 年他首次發(fā)表了關(guān)于粉煤灰用于混凝土的研究報告。到本世紀(jì)五、六十年代，粉煤灰作為一種工業(yè)廢料，其活性性能被進(jìn)一步研究和推廣，不僅僅是為了節(jié)約水泥，更主要是為了改善和提高混凝土的性能。美國加洲大學(xué)Mehta 教授指出[24 ] ，應(yīng)用大摻量粉煤灰(或磨細(xì)礦渣) ，是今后混凝土技術(shù)進(jìn)展最有效、也是最經(jīng)濟的途徑。
國內(nèi)外有關(guān)資料表明[25 ] [26 ] ：粉煤灰混凝土的抗凍能力隨粉煤灰摻量的增加而降低，和相同強度等級的普通混凝土相比較，28d 齡期的粉煤混凝土試件抗凍耐久性試驗結(jié)果偏低，隨著粉煤灰混凝土技術(shù)的深入研究和發(fā)展，引氣粉煤灰混凝土的抗凍耐久性研究已越來越多地引起人們的關(guān)注。LinhuaJiang 等學(xué)者[27 ] (2000) 通過研究高摻量粉煤灰混凝土水化作用得出:粉煤灰的摻量和水灰比影響了高摻量粉煤灰混凝土的孔結(jié)構(gòu)，并且隨著摻量和水灰比的增加而孔隙率增加，但隨時間的延長，孔隙率會下降。這是因為粉煤灰的摻入改善了混凝土的孔尺寸，但最大摻量不得超過70 %。游有鯤、繆昌文、慕儒等[28 ] (2000) 對粉煤灰高性能混凝土抗凍耐久性的研究表明:水膠比在0. 25 - 0. 27 范圍內(nèi)，隨著粉煤灰內(nèi)摻量的提高，不摻引氣劑，混凝土抗凍耐久性隨粉煤灰增加而增加。當(dāng)摻引氣劑后，混凝土抗凍耐久性有先升后降的趨勢，既存在最佳的粉煤灰摻量為30 %。習(xí)志臻(1999) 認(rèn)為[29 ] :相對于許多混凝土而言，粉煤灰高性能混凝土提高了混凝土的抗?jié)B、抗凍、抗碳化能力。田倩、孫偉[30 ] (1997) 討論了摻入硅灰、超細(xì)粉煤灰及兩者的復(fù)合物對抗凍耐久性能的影響以及鋼纖維的阻裂效應(yīng)對混凝土抗凍耐久性能的作用。實驗證明:當(dāng)超細(xì)粉煤灰與硅灰相摻時，提高抗凍耐久性的效果尤為顯著，其凍融循環(huán)300 次以后，動彈性模量與重量基本無變化，而鋼纖維的進(jìn)一步復(fù)合有利于混凝土抗凍耐久性的改善。由此可見，雙摻或多摻礦物的復(fù)合效應(yīng)對混凝土抗凍耐久性的提高是值得研究的課題。
4 高強混凝土抗凍融技術(shù)現(xiàn)狀
目前，高強度混凝土已在工程中得到廣泛應(yīng)用，但是，由于理論上認(rèn)為高強度混凝土應(yīng)具有較高的抗凍能力，所以對高強度混凝土的抗凍性的研究并不多。
由于試驗結(jié)果限制，高強混凝土本身抗凍融能力仍有爭論。Marchand et al . (1995) 認(rèn)為[31 ] :當(dāng)水膠比為0. 3 ，并且硅灰摻量為20 % - 30 %時，混凝土需要適當(dāng)?shù)囊龤鈦碓鰪娍箖鋈谀芰?，只有?dāng)水灰比低于0. 25 時，混凝土不需要引氣。李金玉[32 ] (1998) 從宏觀和微觀結(jié)構(gòu)兩個方面研究高強度混凝土的抗凍性及其凍融的破壞規(guī)律，并配制出C60. C80. C100 高強混凝土。在C60 高強混凝土的基礎(chǔ)上，摻用優(yōu)質(zhì)引氣劑配制成C60 引氣混凝土，該混凝土具有超高抗凍性，進(jìn)行1200 次快速凍融循環(huán)后，相對凍彈性模量僅為92. 6 % ，為開發(fā)研制高強度高耐久性能的混凝土提供基礎(chǔ)。然而，21 世紀(jì)的混凝土是高性能混凝土，是混凝土技術(shù)的主要發(fā)展趨勢。著名的中國工程院資深院士吳中偉教授對高性能混凝土下的定義是：高性能混凝土是一種新型高技術(shù)制作的混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代技術(shù)制作的混凝土，以耐久性作為設(shè)計的主要指標(biāo)，高性能混凝土具有很豐富的內(nèi)容，但核心是保證耐久性，不能片面追求單一性。
5 結(jié)語
雖然各國學(xué)者研究成果各異，但是，我國地域遼闊，環(huán)境條件復(fù)雜，雖經(jīng)幾十年的努力，但混凝土工程的抗凍耐久性尤其在三北地區(qū)混凝土工程的抗凍耐久性問題仍未得到根本解決。由以上文獻(xiàn)綜述可以看出，摻入活性的礦物摻和料是解決混凝土抗凍耐久性問題的有效措施之一，也是21 世紀(jì)混凝土技術(shù)的主要發(fā)展趨勢。單摻礦物摻合料來配制高性能混凝土的文獻(xiàn)資料及工程報道很多，并已取得了一定成果。然而，對于多種礦物摻合料復(fù)摻并研究其復(fù)合疊加效應(yīng)目前尚少系統(tǒng)研究，也是解決問題的難點和關(guān)鍵所在。本論文為解決這一難點，對寧夏這一典型區(qū)域進(jìn)行了提高建筑物抗凍耐久性的技術(shù)研究。采用多種礦物摻合料復(fù)摻能否提高混凝土抗凍耐久性、其復(fù)合疊加效應(yīng)能否實現(xiàn)及采用的最優(yōu)配合比都要進(jìn)行大量的試驗，并從宏觀和微觀的角度來進(jìn)一步研究和分析。該項目的研究克服了目前針對凍融破壞在分析研究方面的不足，有著廣泛的_理論與工程應(yīng)用價值和重要的學(xué)術(shù)意義。同時，該項研究大量利用了寧夏廢料資源，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，更重要的是為西部經(jīng)濟大開發(fā)解決能源危機。該項目的研究和推廣有著不可估量的經(jīng)濟效益和社會效益。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 亢景富，馮乃謙. 水工混凝土耐久性問題與水工高性能混凝土.混凝土與水泥制品，1997 ，8(4) :4 - 10
[2] Report of the National Materiale Advisorys Board ，Concrete Durability – A Multibillion Dollar Opportunity ，Publication No. NMAB - 437 ，National Academy of Sciences ，Washingtion ，D. C. PP. 94 ，1987.
[3] 黃士元. 近代混凝土技術(shù). 陜西省科學(xué)技術(shù)出版社
[4] M. Pigeon and R. Plean ，Durability of Concrete in Cold climates ， Imprint of m Chapman and Hall ，1997.
[5] 蔣元炯，韓素芬. 混凝土病害與修補加固. 海洋出版社，1996
[6] 李金玉. 混凝土抗凍安全性總結(jié)報告. 1998
[7] 范沈撫. 摻引氣劑混凝土性能的研究. 混凝土與水泥制品，1991 ，(1) :11 - 13
[8] E. Seibel ，ACLSP - 119 ，1989 :297 - 320.
[9] V.MMalhotra ，Cement ，Concrete and Aggregate ，1982 ( summer) :4 (1) 3- 23
[10] MPigenon ，R. Gagne ，and C. Foy ，Cement and concrete research ，1987 :17(6) 896 - 906.
[11] Stark ，H - MLudwing ， Intren ，Workshorp on the Resistance of Concrete to Scsling due to Freezing in the Presence of Deicing Salt ，Vol . 1 ，P. 95- 107 ，Quebec Sept ，1993
[12] Osama A.Mohamed ，F(xiàn)actors Affecting Resistance of Concrete to Freezing and Thawing Damage ，Journmof Materials in Civil Engineering ，Vol . 12 ， NO. 1 ，F(xiàn)ebruary ，2000.
[13] 關(guān)英俊，范沈撫. 提高水工混凝土抗凍耐久性技術(shù)措施. 混凝土，1990 ，10 (5) :32 - 30
[14] 范沈撫，硬化混凝土氣泡結(jié)構(gòu)性質(zhì)的實驗研究. 混凝土與水泥制品，1993 ，4(2) :29 - 26
[15] 宋擁軍. 含氣量對混凝土抗凍耐久性能的影響. 中國三峽建設(shè)，1999(11) :45 - 47.
[16] 朱蓓蓉，吳學(xué)禮，黃士元. 混凝土中氣泡體系形成及其穩(wěn)定性的影響因素. 混凝土，1999 ，4(2) :13～16
[17] 遲培云，李金波，楊旭. 提高混凝土技術(shù)經(jīng)濟性的有效途徑. 低溫建筑技術(shù)，2000 ， (4) :58～59
[18] Yamato ，T. ，Emotoy ，Soeda M，Strength and Thawing Resistance of Concrete Incorporating Condensed Silica Fume. ACI SP - 91 ，1986 ，PP. 1095- 1117.
[19] Malhotra ，V.M，Mechanical Properties and Thawing Resistance of Non -air - entrained and Air - entrained Condensed Silica Fume Concrete Using ASIM Test c666 ProceedingsA&B. ACI SP - 91 ，1986 ，pp. 1069 -1094.
[20] Darette ， G. G. ，Malhotra ，V. M，Mechanical Properties ， durability and drying shrinlage of Portland Cement conrete incorporating silica fume. Cement ，concrete and aggregtes ，ASTM，Vo1. 5 ，No. 1 ，1983 ，pp. 3 - 13.
[21] 丁雁飛，孫景進(jìn). 硅粉混凝土抗凍性研究. 混凝土，1991 ，6 (3) :41～45
[22] 范沈撫. 高強硅粉混凝土抗凍性及氣泡結(jié)構(gòu)的試驗研究. 水利學(xué)報，1990 ，7(7) :20 - 24
[23] 張思德，成秀珍. 礦渣混凝土的長期強度和抗凍融耐久性研究.西北建筑工程學(xué)院學(xué)報，1999 ，9(3) :6 - 9
[24] PKMehta Advancements in Concrete Technology Concrete International
June 1999.
[25] Powers T C. Void spacing as basis for producing air - entrained concrete [J ] . ACI Joumal ，Proceedings ，1954 ，50 (9) :741 - 760.
[26] Powers T C. Freezing effect in concrete [J ] . ACI Publication SP 47 ，durability of Concrete 1975 ，sp ，47 - 1 :1 - 10.
[27] Linhua Jiang Baoyu Lin ，and Yuebo Cai ，Studies on Hydration in High -Volum Fly Ash Concrete Binders. ACI Matenals Journd ，V96 ，No. 6 ，Novenmber -December1999
[28] 游有鯤，繆昌文，慕儒等. 粉煤灰高性能混凝土的研究. 混凝土與水泥制品，2000 ，10(5) :14 - 15
[29] 習(xí)志秦. 粉煤灰高性能混凝土. 混凝土，1999 ，8(4) :17 - 18
[30] 田倩，孫偉. 高性能水泥基復(fù)合材料抗凍耐久性能的研究. 混凝土與水泥制品，1997 ，2(1) :12 - 15
[31] Marchand ，J . ， Gagn ，R. ， Pigeon ，M. ，Jacobsen ， S. ， and Sellvold. E. J (1995) . The frost durability of high - performance concrete. Concrete under severe conditions : Environment and loading ，vol . 1 ， K. Sakai ，N.Barothia and O. E. Gjªrv ，ed. ，E&FN Spon ，london ，273 - 288.
[32] 李金玉，曹建國. 高強度混凝土抗凍耐久性的研究. 1998 ，中國水利水電科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)材料所 編輯：
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