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高混凝土抗冻耐久性的措施

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  混凝土的耐久性是混凝土抵抗气候变化、化学侵蚀、磨损或任何其它破坏过程的能力,当在暴露的环境中,能耐久的混凝土应保持其形态、质量和使用功能。本文探讨了高混凝土抗冻耐久性的主措施以及配合比设计参数控制。 
  关键词混凝土 抗冻 耐久性 
  中图分类号TU37文献标识码 A 
   
  一、前言 
  混凝土耐久性是指结构在所使用的环境下,由于内部原因或外部原因引起结构的长期演变,最终使混凝土丧失使用能力。尤其是在季节温差大、霜冻期长的北方寒冷地区,混凝土的抗冻能力直接影响整个混凝土结构的耐久性。因此,耐久性不仅是近年来混凝土材料科学研究的焦点,也是我国大规模公路建设期间确保混凝土结构工程质量的核心问题。 
  二、高混凝土抗冻耐久性的主措施 
  混凝土的外部环境、内部孔结构、原材料、密实度和抗渗性是影响混凝土耐久性能的重因素。因此,工程中应根据具体情况,有针对性地采取相应措施,高混凝土的耐久性。从高混凝土材料抗冻性而言,主有两个技术手段一是供冻胀破坏的缓冲空腔,加引气剂就是最重的手段;二是增强材料本身的冻胀抵抗力,控制较小水灰比和较高的抗压强度。 
  1、原材料的选择 
  选用合适的原材料,采用较小的水灰比,减少拌和用水,使水泥水化反应剩余的水量减少,可以大大减少由这些水造成的孔隙和渗水通道,从而高混凝土的密实性,增强抗渗性能。因此,经常把水灰比控制在.55以内。严格控制水灰比,高混凝土的密实度及强度。水泥品种对抗冻性也有影响,主是因为其熟料部分的相对体积不同和硬化速度的变化。实践及试验表明,对有抗冻求的混凝土应优先选择硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。集料的选择应考虑其碱活性,防止碱集料反应造成的危害,同时还应兼顾集料的坚固性和吸水性;选择合理的级配,改善混凝土拌和物的和易性,高混凝土密实度。大量研究表明,掺加粉煤灰、矿粉等混合材料能有效改善混凝土的物理化学性能,改善混凝土内孔结构,填充内部空隙,高密实度,高混凝土的抗渗性。另外,高掺量混凝土还能抑制碱集料反应,因而掺加混合材料的混凝土,也是高混凝土耐久性的有效措施。 
  2、加强早期养护 
  混凝土早期冻害直接影响混凝土的正常硬化及强度增长,因而冬季施工时必须对混凝土加强早期养护或适当加入早强剂或防冻剂,严防混凝土早期受冻。 
  (1)引气剂。长期的工程实践与室内研究资料表明高混凝土抗冻耐久性的一个十分重而有效的措施是在混凝土拌合物中掺入一定量的引气剂。引气剂是具有憎水作用的表面活性物质,它可以明显的降低混凝土拌合水的表面张力,使混凝土内部产生大量的微小稳定的封闭气泡。这些气泡由于具有弹性,能使混凝土结冰时产生的膨胀压力得到缓解,起到缓冲减压的作用,溶解时这些气泡可恢复原状,因此孔隙内自由水反复冻融也不会对孔壁产生太大的压力。另外,这些气泡可以阻塞混凝土内部毛细管与外界的通路,使外界水分不易浸入,减少了混凝土的渗透性。同时大量的气泡还能起到润滑作用,改善混凝土和易性,施工时新拌混凝土易于填充模具,硬化后混凝土密实度高。因此,掺用引气剂,使混凝土内部具有一定的含气量,可以高混凝土的抗冻耐久性。国内外的大量研究成果与工程实践均表明掺入引气剂后混凝土的抗冻性可成倍高。 
  (2)减水剂。目前,减水剂已成为混凝土不可缺少的组成部份,使用减水剂可以大幅度降低混凝土的水灰比(水胶比)。拌和混凝土时加入适量的减水剂,可使水泥颗粒分散均匀,同时将水泥颗粒包裹的水分释放出来,从而能明显减少混凝土用水量,使得混凝土中气泡平均尺寸及其间距减小,水泥浆中可冻水的百分率随之降低。高混凝土的强度和致密性,使混凝土抵抗冻融破坏的能力高,从而高混凝土的抗冻耐久性。 
  三、配合比设计参数控制 
  1、水胶比 
  水胶比是决定高性能混凝土孔结构和孔隙率的主因素,低水胶比是高性能混凝土的配制特点之一,为达到高性能混凝土的低渗透性,保证其耐久性,无论设计强度高低,水胶比一般都不大于.42,以保证高性能混凝土的密实。 
  2、胶凝材料用量 
  基于耐久性的需,单位体积高性能混凝土的胶凝材料用量不能太小,但也不能过大,过大会增大高性能混凝土的收缩,使结构产生裂纹。在强度、原材料相同的条件下,胶凝材料用量小的混凝土耐久性通常优于胶凝材料用量大的混凝土 。一般情况下,C3及以下高性能混凝土不宜超过4kg/m3,C35、C4高性能混凝土不宜超过45kg/m3。,C5~C6高性能混凝土不宜超过5kg/m3。 
  3、砂率 
  砂率主影响高性能混凝土的工作性,可根据胶凝材料用量、粗细集料的级配及泵送求等因素进行选择。一般情况下,高性能泵送混凝土的砂率控制在36% 一43%较理想,小于36% 时和易性变差,施工操作困难,密实度降低,超过43% 时将增大高性能混凝土的收缩,对抗裂不利。 
  4、单位用水量 
  单位用水量是保证高性能混凝土拌和物流动性的基本因素,但用水量大,胶凝材料用量增大,高性能混凝土结构易产生干缩裂纹。一般情况下,高性能混凝土的单位用水量应小于16kg/m3。减小单位用水量除掺加高效减水剂、优质粉煤灰外,可适当掺加引气剂。掺入引气剂后,配制的高性能}昆凝土中形成很多封闭的气泡,切断毛细管的通路,可使结构的抗冻性得以高。 
  四、活性的矿物掺合料改善混凝土抗冻耐久性技术研究动态 
  1、硅粉的掺入 
  在相同含气量的情况下,掺入硅粉混凝土比不掺硅粉的基准混凝土,气孔结构有很大的改善。硅粉对抗冻耐久性有显著的效果,但硅粉的产量有限而且成本较高。 
  2、矿渣的掺人 
  磨细矿渣与混凝土内水泥水化生成的ca(OH)结合具有潜在的活性,随着矿渣掺量的增加,其混凝土的抗冻融性能愈差,但掺合比例合适时,抗冻性能与普通混凝土相比有较大改善。 
  3、粉煤灰的掺入 
  粉煤灰作为一种工业废料,其活性性能被进一步研究和推广,不仅仅是为了节约水泥,更主是为了改善和高混凝土的性能。应用大掺量粉煤灰(或襄细矿渣),是今后混凝土技术进展最有效、也是最经济的途径。粉煤灰混凝土的抗冻能力随粉煤灰掺量的增加而降低,和相同强度等级的普通混凝土相比较,28d龄期的粉煤混凝土试件抗冻耐久性试验结果偏低,随着粉煤灰混凝土技术的深入研究和发展,引气粉煤灰混凝土的抗冻耐久性研究已越来越多地引起人们的关注。通过研究高掺量粉煤灰混凝土水化作用得出粉煤灰的掺量和水灰比影响了高掺量粉煤灰混凝土的孔结构,并且随着掺量和水灰比的增加而孔隙率增加,但随时间的延艮,孔隙率会下降。这是因为粉煤灰的掺人改善了混凝土的孔尺寸,但最大掺量不得超过7%。对粉煤灰高性能混凝土抗冻耐久性的研究表明水胶比在.25~.27范围内,随着粉煤灰内掺量的高,不掺引气剂,混凝土抗冻耐久性随粉煤灰增加而增加。当掺引气剂后,混凝土抗冻耐久性有先升后降的趋势,既存在最佳的粉煤灰掺量为3%。相对于许多混凝土而言,粉煤灰高性能混凝土高了混凝土的抗渗、抗冻、抗碳化能力。实验证明当超细粉煤灰与硅灰相掺时,高抗冻耐久性的效果尤为显著,其冻融循环3次以后,动弹性模量与重量基本无变化,而钢纤维的进一步复合有利于混凝土抗冻耐久性的改善。 
  结论 
  对于掺加引气剂可大大高混凝土的抗冻性,虽然得到所有工程及研究人员的认可,但在实际工程中,根据不同的情况来使用不同配比,不同各类的引气剂有一定的实验研究才能真正用于施工中,否则会适得其反。另外,掺入活性的矿物掺合料也是解决混凝土抗冻耐久性问题的有效措施之一,也是21世纪混凝土技术的主发展趋势。 
  参考文献 
  1 王永祥.混凝土抗冻理论及应用J.西北水力发电,25,(1). 
  2 杜天玲.高混凝土抗冻耐久性技术的研究综述M.中国水力工程出版社。25.