高强混凝土力学性能及渗透性研究.pdf

6 低温建筑技术 2 0 1 0年第 1 1 期( 总第 1 4 9 期) 高强混凝土力学性能及渗透性研究 程志敏 ， 李培鹏 ， 吕建福 ， 巴恒静 ， 王立国 ( 1 ，深封 I I 市兰江房地产 开发有 限公司 ， 广东 深圳5 1 8 0 5 4； 2 海南珠江 管桩有 限公司 ， 海口5 7 0 0 0 1 ； 3 哈尔滨工业大学交通科学与工程学院。 哈尔滨1 5 0 0 9 0 ； 4 哈尔滨工业大学土木工程学院 ， 哈尔滨1 5 0 0 9 0； 5 江南 一小野田水泥有限公司 。 南京2 1 0 0 3 3 J 【 摘要】 进行了低水灰比混凝土在不同养护方式 、 不同龄期的力学性能、 渗透性和微观结构研究。结果表 明： 低水胶比混凝土力学性能先增大后减小， 存在一个极大值； 加速养护促进了这一过程。库仑电量同样先增大， 后减小， 其在标准养护 1 8 0 d时， 混凝土的库仑电量达到最小值， 在 7 0 热水中养护 1 d后， 混凝土的库仑电量为最 小。两种养护方式在 3 8 0 d时混凝土库仑电量都急剧增加。微观结构显示养护热养 7 d后混凝土内部具有较多微 裂缝 ， 阐明了混凝土性能下降的内在原因。 【 关键词】 高强混凝土； 渗透性； 力学性能 【 中图分类号】 T U 5 2 8 3 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 1 1 - 0 0 0 6 0 2 随着混凝土应用技术进步， 高强、 超高强混凝土在实际 工程中得到了越来越广泛的应用。但高强混凝土 自身也存 在着很多缺点 和不足 ， 容 易 发生 脆断 和抗裂 性能 差便 是其 主要缺点， 而其裂缝扩展和混凝土耐久性密切相关 。与 普通 昆凝土相比， 高强混凝土配合比有两大特点： 低水灰比 和高胶凝材料用量。根据 P o w e r s和 B r o w n y a r d提出的水泥 水化理论 J ， 当水灰 比小于0 4 2时， 水泥就不能完全水化。 若水分子扩散进入硬化后的高强混凝土 ， 未水化水泥将产 生继续水化， 水化后的水泥凝胶体的体积是未水化水泥的 2 1 倍， 日后水化会造成混凝土损伤， 对混凝土的耐久性产 生影 响。 1 实验设计 ( 1 ) 试验原材料：本试验采用天鹅牌 5 2 5 R早强水 泥， 细集料为松花江江砂， 砂 为 级区 中砂， 细 度模数为 2 4 ； 粗集料为辉绿岩碎石， 连续级配， 最大粒径为2 0 m m； 减 水剂为迈地 一1 0 0萘系高效减水剂。 ( 2 ) 混凝土配合 比： 对高胶凝材料含量、 低水灰比混 凝土， 采用掺加高掺量高效减水剂， 配合比见表 1 。 表 1 混 凝 土 配 合 比 ( 3 ) 混凝土试件养护： 将混凝土试件拆模后放入标准 养护室内养护 6 0 d ， 然后将其从标准养护室中拿出， 放人盛有 自来水中的养护箱内， 使试件完全浸泡于水中， 然后以小于 1 O h的速度加热， 直到7 0 ， 然后保持恒温直到7 d 。 ( 4 ) 混凝土电通量测试：根据改进 的 A S T MC 1 2 0 2 法 ， 进行了电通量的测试。改进仪器主要有以下优点： 增 大了阴极室、 阳极室体积， 减小由于温度引起的氯离子扩散 系数变化； 用永不锈蚀纳米电极取代铜电极减小 电极本身 电阻变化引起的误差； 增加 固定样品室减小环境对试件影 响。并利用数据采集器， 每隔5 m i n采集一次数据 ， 增加数据 的准确性。 2实验 结果和讨论 ( 1 ) 混凝土强度 ： 各龄期 、 各种养护条件下混凝土抗 压强度见图 1 。 龄期， d a )标养6 0 d + 7 0 C 养护7 d I l 0 1 0 0 9 0 蚕 8 0营 7 0 6 0 7 b 1 1 8 0 d 和3 8 0 d 图1混凝土抗压强度发展规律 图1 a ) 中的结果显示， 在标准养护条件下， 在0 6 0 d的 龄期内， 随着龄期增长 ， 混凝土强度逐渐增大。其 3 d 强度就 达到 6 0 d强度6 2 3 ， 7 d强度达到了6 0 d强度7 6 4 ， 早期 强度增加幅度很大 ， 到了后期， 其强度增加速率逐渐减缓。 混凝土在标准养护 6 0 d后， 放人热水中养护 l d 时混凝土强 = 2 ：。i 己：2 重 雠嚼幽 程志敏 等 ： 高强混凝土力学性能及渗透性研 究 7 度从 9 6 2 MP a增加到 1 0 0 5 M P a ， 此后逐渐下降， 到 了第 7 d 时强度降低到 9 5 6 MP a ， 小于热水养护前的 9 6 2 M P a 。 图l b ) 中的结果显示 ， 标准养护 1 8 0 d ， 混凝土强度达到 最大值， 为 1 0 4 1 MP a ， 3 8 0 d的混凝土抗压强度 9 4 2 MP a ； 标 准养护 6 0 d+热水 养护 7 d再标养， 1 8 0 d混凝 土强 度为 9 6 2 M P a ， 3 8 0 d为 6 8 0 MP a 。并且抗压试验时有爆裂现象， 尤其是标准养护 6 0 d+热水养护 7 d标养到 3 8 0 d的混凝土 强度， 其各个试件在 6 0 0 k N左右时就表现出脆性， 有小的碎 片从试件上脱落下来， 并发出细密的断裂声 ， 在达到极限强 度时发生爆裂， 并成为了一堆粗骨料粒径大小的块状物体， 呈片状、 针状的较多。 因此， 在标准养护条件下， 随着养护龄期增加， 水泥水 化率逐渐提高， 其强度在01 8 0 d内逐渐增大。随着未水化 的水泥颗粒继续水化 ， 水化产物体积膨胀 ， 其水泥凝胶体的 体积是未水化水泥颗粒体积的2 1 倍， 填充直至内部没有可 供凝胶生长所必需的空间， 由此可能导致混凝土的内应力 增大， 产生微裂纹。对于标准养护6 0 d+热水养护 7 d+标准 养护到测试龄期时混凝土强度， 其 由于在 6 0 d后进行 7 0 C 热水养护， 热蒸汽快速进入混凝土内的微孔中， 继续和未水 化的水泥颗粒继续反应， 生成水化产物产生体积膨胀 ， 快速 填充满混凝土内部， 在 1 d时达到最大值 ， 过大的体积膨胀导 致混凝土内部产生微裂缝， 使混凝土强度降低， 且低于 6 0 d 标准养护的强度。3 8 0 d抗压强度值时最高强度的 6 7 7 ， 并发生了脆断现象。 ( 2 ) 混凝土电通量： 混凝土的电通量结果见图2 。 3 5 0 3 0 0 强 世1 0 0 5 0 O 1 8 o 0 1 6 0 0 u 1 枷 雪 ； 垂 2 0 0 2 8 6 0 l 8 0 3 8 0 龄期 d 标准养护下混凝土的库仑 电量 电量为最小， 为 1 2 0 1 C， 热水养护7 d后为2 6 0 C ， 然后标准养 护到 1 8 0 d ， 其库仑电量略有减小 ， 到了龄期 3 8 0 d时， 混凝土 库仑电量急剧增加， 为 1 8 0 d时的3 6 7倍。 其变化的规律表明： 当混凝土内部的微孑 L 被水化产物 填充后， 随着水泥的进一步水化， 混凝土内部没有多余的空 间填充由于水泥水化增加的体积 ， 产生微裂缝， 并为进一步 的水泥水化提供条件， 如此往复， 裂缝逐渐扩展， 导致混凝 土抗渗性降低 ， 库仑电量大幅度增加。 ( 3 ) 微观结构分析。从图 3 a ) 中可以看出， 标准养护 6 0 d混凝土内部有很多的针状 C S - H晶体镶嵌在未水化的 水泥颗粒间； 图 3 b ) 中混凝土的微观结构很致密， 针状晶体 消失， 但是出现了一些细小的裂缝 ， 说明水泥较充分水化， 由于水灰比较小， 混凝土内部的孔隙率较小 ， 新增加的水泥 水化产物的膨胀应力和热应力存在使内部出现了较多的微 裂缝。微观结构揭示了混凝土强度下降和抗渗性增加的根 本原 因。 一 一 a ) 标准养护 6 0 d b ) 标养6 0 d+ 热养7 d 图3 混凝土 S E M图片 3结 语 ( 1 ) 随着龄期增长 ， 高强混凝土抗压强度先增大后减 小， 并且在热水养护的情况下加速 了这一过程； 高强混凝土 电通量先减小后增大， 同样在热水养护的条件下速度加快。 ( 2 ) 微观结构结果显示， 标养 6 0 d高强混凝土的微观 形貌存在较多的针状晶体 ， 结构疏松， 标准养护 6 0 d+热水 养护7 d的混凝土的微观形貌结构更加致密， 针状晶体消失， 但出现了较多的微裂缝 ， 进一步证实了高强混凝土水泥水 化导致内部结构破损的现象。 参考文献 1 A i t c i n P C T h e d u r a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c s o f h i g h p e rf o r m a n c e C O i l c r e t e ：a l v i e w J C e m C o n c C o mp ， 2 0 0 3 ， 2 5 ( 4 )： 4 0 9 42 0 2 张欣梁 ， 桂萍 高强混凝土的特点及 其应用 J 山西水利科 技 ， 2 0 0 3， 1 4 7 ( 1 ) ： 6 9 7 0 3 T a y l o r H F w C e m e n t C h e m i s t r y M Lon d o n ： T h o m a s l e l f o r d P u b l i s h i n g， Th o ma s T e l f o r d S e r v i c e s hd，L o n d o n ，1 9 9 7： 1 0 01 0 3 4 张武 满 混凝 土结 构 中 氯离 子加 速 渗透 试验 与 寿命 预测 D 哈尔滨： 哈尔滨工业大学， 2 0 0 6 ： 3 2 ， 4 5- 5 2 收稿日期】 2 0 1 0- 0 8一 l l 作者简介】 程志敏( 1 9 8 3 一) ， 男， 湖北仙桃人， 工程师， 从事 结构工程专业。 曩 一 一 一 日 I ， ， 、I 日II矗 二 I