混凝土的性能及检测（精选9篇）
混凝土的性能及检测 篇1
1 混凝土的定义及性能
混凝土, 简称为“砼”:是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料, 砂、石作集料;与水按一定比例配合, 经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土, 也称普通混凝土, 它广泛应用于建筑工程中。
1.1 和易性:
混凝土拌合物最重要的性能。它综合表示拌合物的稠度、流动性、可塑性、抗分层离析泌水的性能及易抹面性等。
1.2 强度:
混凝土硬化后的最重要的力学性能, 是指混凝土抵抗压、拉、弯、剪等应力的能力。水灰比、水泥品种和用量、集料的品种和用量以及搅拌、成型、养护, 都直接影响混凝土的强度。
1.3 变形:
混凝土在荷载或温湿度作用下会产生变形, 主要包括弹性变形、塑性变形、收缩和温度变形等。混凝土在短期荷载作用下的弹性变形主要用弹性模量表示。
1.4 耐久性:
在一般情况下, 混凝土具有良好的耐久性。但在寒冷地区, 特别是在水位变化的工程部位以及在饱水状态下受到频繁的冻融交替作用时, 混凝土易于损坏。为此对混凝土要有一定的抗冻性要求。
2 商品混凝土的特点和原材料的选择
商品混凝土是以集中搅拌的方式向建筑工地供应一定要求的混凝土。它包括混合物搅拌、运输、泵送和浇筑等工艺过程。降低成本的技术途径是正确选择原材料和配合比。
2.1 商品混凝土的特点。
2.1.1 由于是集中搅拌, 因此能严格在线控制原材料质量和配合比, 能保证混凝土的质量要求;
2.1.2 要求拌合物具有好的工作性, 即高流动性、坍落度损失小, 不泌水不离析、可泵性好;
2.1.3 经济性, 要求成本低, 性能价格比高。
2.2 原材料的选择与要求。
2.2.1 水泥的选择。
通常采用硅酸盐水泥、普硅水泥或矿渣水泥, 对水泥的基本要求是:
(1) 相同标号时, 选择富裕系数大的水泥, 因为水泥是使混凝土获得强度的“基础”; (2) 相同强度时选择需水量小的水泥。水泥的标准稠度需水量在21%~27%, 在配制混凝土时采用需水量小的水泥可降低水泥用量; (3) 合理使用不同标号的水泥。配制C40以下的流态混凝土时应用32.5MPa普硅水泥;配制C40以上的高性能混凝土应用42.5MPa硅酸盐水泥或普硅水泥; (4) 针对不同用途的混凝土正确选择水泥品种, 如要求早强或冬季施工尽量采用R型硅酸盐水泥, 大体积混凝土采用矿渣水泥或普硅水泥。
2.2.2. 矿物细掺料的选择。
常用的矿物细掺料有粉煤灰、磨细矿渣、沸石粉等。配制商品混凝土时对矿物细掺料的基本要求是:
(1) 售价低、具有一定的水化活性, 能替代部分水泥, 在保证强度和其它性能的情况下, 应多掺矿物细掺料, 使混凝土的成本降低; (2) 需水量比小 (<100%) , 颗粒级配合理能提高拌合物的流动性; (3) 合理使用不同品种的细掺料, 配制C60以下的流态混凝土时采用II级粉煤灰, C60~C80采用I级粉煤灰或磨细矿渣, 100MPa以上的高性能混凝土掺硅粉。
2.2.3 外加剂的选择。
商品混凝土所用的外加剂应包括:高效缓凝引气减水剂、高效缓凝减水剂、泵送剂、高效泵送剂等。选择外加剂的原则:
(1) 根据所配制的混凝土类型选择相应的外加剂品种; (2) 根据混凝土的原材料、配合比和标号确定对外加剂的减水率和掺量的要求; (3) 根据工程类型、气候条件、运输距离, 泵送高度等因素, 确定对坍落度损失程度、凝结时间和早期强度的要求; (4) 其它特殊要求 (如抗渗性、抗冻性、抗浸蚀性、耐磨性等) 。
3 混凝土的检测
3.1 混凝土样。
3.1.1 取样方法:
在砼浇筑现场随机取样。
3.1.2 取样数量:
(1) 每拌制100般且不超过100m3的同配比的砼, 不少于一组 (3块) 。 (2) 每工作班拌制的同配比的砼, 不是100盘时, 不少于一组。 (3) 对于现浇结构:a.每浇注楼层, 同配比不少于一组;b.同一单位工程, 每一验收批, 同配比砼不少于一组;c.标准养护试件一组, 同条件养护试件, 按实际工程的需要砼定取样数量; (4) 防水砼:施工现场连续浇注砼量500m3以下, 留置两组抗渗试件, 每增加250~500m3应留置两组, 立方体抗压试件的留置, 执行 (1) 、 (2) 、 (3) 的规定。
3.2 检测方法。
3.2.1 数据采集。
(1) 工程资料。
用回弹法检测前, 应全面、正确了解被测结构的情况, 如混凝土设计参数、混凝土实际所用混合物材料、结构名称、结构形式等。
(2) 测区回弹值。
测区的选定采用抽检的方法, 在0.2m×0.2m范围内测点均匀分布。所选测区相对平整和清洁, 不存在蜂窝和麻面, 也没有裂缝、裂纹、剥落, 层裂等现象。按照利用回弹仪进行无损检测的规范, 即根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规范》 (JG J/T23-2001的规定, 在每一个检测区测取16个回弹值。每一读数都精确到1。测点间距不小于20mm, 测点距构件边缘不小于30mm。在检测时, 回弹仪的轴线始终垂直于被检测区的测点所在面。
(3) 碳化深度。
在有代表性的测区进行碳化深度测定。当碳化深度大于2.0mm时, 应在每个测区进行碳化深度测定。
3.2.2 强度计算。
(1) 回弹值计算。
从每一个测区所得的16个回弹值中, 剔除3个最大值和3个最小值后, 将余下的10个回弹值按下列公式计算平均值:
式中, Rm为测区平均回弹值, 精确至0.1;Ri为第i个测点的回弹值。
(2) 回弹值修正
①对于回弹仪非水平方向检测混凝土浇筑侧面时, 回弹值按下式校正。
Rm=Rmα+Raα
式中, Rmα为非水平方向检测时测区的平均回弹值, 精确至0.1;Raα为非水平方向检测时测区的平均回弹值的修正值。
②将回弹仪水平方向检测混凝土浇筑表面时得的回弹值, 或相当于水平方向检测混凝土浇筑面时的回弹值, 按下式修正:
Rm=Rmt+Rat, Rm=Rmb+Rab
式中, Rmt, Rmb为水平方向 (或相当于水平方向) 检测混凝土浇筑表面、底面, 测区的平均回弹值, 精确至0.1;Rat, Rab为混凝土浇筑表面、底面回弹值的修正值。
(3) 碳化深度计算。
对于抽检碳化深度的计算, 用数理统计方法计算, 以平均值作为测区碳化深度。
(4) 测强曲线应用。
对于没有可以利用的地区和专用混凝土回弹测强曲线, 测区混凝土强度的求取, 可以按规范附录中所提供的“测区混凝土强度换算表”换算。
3.2.3 异常数据分析。
混凝土强度不是定值, 它服从正态分布。混凝土强度无损检测属于多次测量的试验, 可能会遇到个别误差不合理的可疑数据, 应予以剔除。根据统计理论, 绝对值越大的误差, 出现的概率越小, 当划定了超越概率或保证率时, 其数据合理范围也相应确定。因此, 可以选择一个“判定值”去和测量数据比较, 超出判定值者则认为包含过失误差而应剔除。
3.2.4 强度推定。
按批量检测, 其混凝土强度推定值由下式计算:
式中, Rm, mine为该批构件中最小的测区混凝土强度换算值的平均值 (MPa) , 精确至0.1MPa。
该批构件混凝土强度推定值取上述公式中 (Rm或R2) 较大值。
对于按批量检测的构件, 当该批构件混凝土强度标准差出现下列情况之一时, 则该批构件应该全部按单个构件进行检测:①当该批构件混凝土强度平均值小于25MPa时, S大于4.5MPa。②当该批构件混凝土强度平均值不小于25MPa时, S大于5.5MPa。
参考文献
[1]JG J/T23-2001回弹法检测混凝土抗压强度技术规范[S].
混凝土的性能及检测 篇2
【关键词】综合性能检测站；工艺布局；工位设置；计算机应用
汽车综合性能检测站是综合运用现代检测技术、电子技术、计算机应用技术，对汽车实施不解体检测、诊断的企业。它具有能在室内检测、诊断出车辆的各种性能参数、查出可能出现故障的状况，为全面、准确评价汽车的使用性能和技术状况提供可靠依据。
汽车综合性能检测站既能担负车辆动力性、经济性、可靠性和安全环保管理等方面的检测，又能担负车辆维修质量的检测以及在用车辆技术状况的检测评定，还能承担科研、教学方面的性能试验和参数测试，检测项目广且有深度，能为汽车使用、维修、科研、教学、设计、制造等部门提供可靠技术数据。
汽车综合性能检测站主要由一条至数条检测线组成。独立完整的检测站，除检测线之外，还应有停车场、试车道、清洗站、电气站、维修车间、办公区和生活区等。
1.汽车综合性能检测站的工艺布局
汽车综合性能检测站的功能包含了汽车的安全环保、动力性、经济性和可靠性等检测，其工藝设计布局通常可分为：双线综合式、单线综合式和工位综合式三种。
双线综合式——即安全环保检测项目设计布局为一条线；其动力性、经济性、可靠性检测项目设计布局成另一条线。两条并列的检测线工艺布局特点是：安全环保项目检测可进入一条线检测，且因所检项目比较单一和工位停留时间较短，各工位的连接及工艺节拍性好，有较好的工艺调整和组合能力。
单线综合式——即综合性能检测的所有项目及设备均布局在一条直线的各个工位上，各个工位的检测项目与设备布局的组合是多种形式的。因检测项目的不同或设备功能的不同，而使工位停留时间长短不一，这是单线综合式工艺布局的一大困难。
工位综合式——即把各检测项目及设备按几个组合工位进行排列的工艺布局方式。例如：分为检测和诊断两大部分进行工艺布置。在大型综合性能检测站的工艺布局中，也有按车间布置综合式的方案，即安全环保检测车间、动力经济性检测车间、可靠性检测车间等。这种按检测项目划分检测间可并行排列，也可以U型排列布局。
汽车综合性能检测站的工艺布局与检测站规模大小、设备功能程度等因素有很直接的关系，在实际工作中可根据具体要求进行布局。在检测工艺设备平面布置设计上，首先尽可能采用直通顺序检测方式。车辆排放检测在车间入口，排污较大的检测项目靠近大门，并在主风向的下风位，减少车间内部污染。前照灯检测布置于车间中央，避免阳光照射引起的检测误差。第二方面，应考虑每个工位的检测等时性，即各工位检测时间大体上相等，后面工位比前面工位检测的时间短一些，以保证线上检测车辆顺畅。第三方面，在空间布置上要合理，保证绝大部分车型不会发生空间上的干涉，占地面积少。
总之任何一种工艺布局，都应遵循工艺布局合理、科学、适用的原则，从而达到满足汽车综合性能工作的需要。
2.汽车综合性能检测站的工位设置
汽车综合性能检测站与汽车安全检测站有很大不同，除增加了动力性、经济性、可靠性等检测内容外，还增加了诊断功能，如发动机故障诊断、前轮定位、四轮定位故障诊断等功能。所以在工位设置上要认真研究。目前常用的工位布局方式有两种：
（1）按汽车安全检测线的工位进行布置。即保持一条安全环保检测线，而把底盘测功、发动机分析、四轮定位等项目的检测设置为另一条检测线。这种工位布置的方式较简单，有利于原有检测线的改造。
（2）按汽车性能检测项目进行工位布置。工位按动力性、经济性检测、制动性能检测、操纵稳定性能检测、灯光、废气、噪声、外检和整车、发动机故障诊断等布置。这种工位布置的方式比较科学合理，适用于新建的综合性能检测线。
3.汽车检测站的计算机应用
计算机应用技术在全自动汽车检测站管理中的作用已是众所周知的。将计算机技术应用于汽车检测线，称为全自动汽车检测系统，又称计算机管理系统。它由硬件和软件两部分组成，硬件部分由计算机和辅助设备组成，计算机又因使用不同可分为申报机、工位测控机、主控机等。辅助设备有显示屏、稳压电源、程序提示显示器（屏）、光电开关、模拟转换等设备。软件部分则有检测程序、数据采集程序、数据库、打印、存贮、检索程序、设备标定程序、检测标准设置及判定程序、系统自检及诊断程序等。系统软件功能还可根据具体需要而增加，例如互联网及通讯软件等。
计算机控制系统的控制方式一般有集中式、分级式等控制方式。
集中式除登录资料由一台计算机（单板机）完成外，全线的检测流程、数据采集、处理、判定、显示、打印、存贮等均由一台主控计算机来完成。这种方式的优点是结构简单、价格低。缺点是主控计算机负担重、可靠性差、发生故障时易造成全线停工。
分级式一般采用二级分布方式。一级为测控工位控制，各工位分布有工位计算机来完成本工位的控制、数据采集处理和通讯等任务；二级具有排列检测程序，全线调度、汇总综合判定、打印结果和存贮管理数据库等管理。
90年代中期，计算机网络技术又逐步应用到汽车性能检测站中，各检测站陆续装备了“汽车综合性能检测站计算机测控、管理网络系统”。该系统包含了检测登录子系统、测控子系统、监控子系统、系能检测子系统、业务管理子系统、财务管理子系统及其他辅助子系统等。运用现代通讯网络技术将这些系统连接成一个局域网，用于实现汽车综合性能检测站的全自动检测、管理、财务结算等。
各检测站可根据自己的规模、经济成本等条件，合理地选择计算机测控、管理方式。
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混凝土的性能及检测 篇3
1.1 调查与评价目的
路面调查的目的是运用各种仪器设备对路面状况的各种指标进行检测, 以了解现有路面的使用性能, 为制定养护管理方案提供依据, 以便进行科学管理和长远规划。
水泥混凝土路面路段结构检测主要包括路面调查、FWD动态弯沉检测、钻芯取样试验检测与排水系统调查几大方面内容, 其中路面调查包括破损状况、结构强度、平整度及抗滑能力等4项内容。
对水泥路面进行的FWD动态弯沉检测的主要目的是通过测量水泥混凝土板的动态弯沉, 了解板的工作性能, 以及估算水泥混凝土路基与路面各结构层的模量, 为路面大、中修加铺层设计和罩面设计提供参数。
钻芯取样试验检测主要是配合其他项目检测、钻取结构层芯样进行物理和力学试验, 了解实际结构层厚度及使用现状, 为分析路面破损原因及确定维修方案提供强度和变形指标。
排水系统调查主要是了解该路段当前排水情况及排水设施的损坏情况, 以便为今后大中修排水系统设计和保养提供依据。
结构调查的目的主要是:①路面调查主要用于该路段的现状分析与评定;②检测项目主要为今后大中修提供设计依据或参数, 同时, 辅助路面调查, 对该路段现状进行分析。
1.2 调查与评价方法
根据《公路水泥混凝土路面养护技术规范》 (JTJ 073.1-2001) , 对水泥混凝土路面结构进行调查检测。
水泥混凝土路面使用质量采用路面状况指数PCI、断板率DBL、行驶质量指数RQI、横向力系数SFC来评价, 为了评价路面的综合性能, 参考《公路养护技术规范》 (JTJ 073-96) , 采用路面综合评定指标SI来评价。评价的标准分为优、良、中、次、差5个等级。
1) 路面状况指数。路面状况指数数值范围为0～100, 数值越大, 路况越好。依据路段破损状况调查得到的病害类型、轻重程度和密度数据按下列公式计算
式中:i和j分别为病害种类和轻重程度;n为病害种类总数;mi为i种病害的轻重程度等级数;DPij为i种病害j种轻重程度的单项扣分值, 它是破损密度Dij的函数;Dij为i种病害j种轻重程度的板块数占调查路段板块总数的比例, %;Aij和Bij为系数;Wij为同时出现破损时, i种病害j种轻重程度扣分值的修正系数;Rij为各单项扣分值占总扣分值的比值。
2) 表面功能主要指路面行驶质量与表面抗滑能力。行驶质量指数RQI以10分制表示, 同路面平整度指数IRI之间的关系可参考下式计算
本项目采用3 m直尺连续测量, 并以检测数据的标准差分析路段平整度, 为了求得RQI, 通过比较《公路水泥混凝土路面养护技术规范》 (JTJ 073.1-2001) 中RQI的评价标准和《公路养护技术规范》 (JTJ 073-96) 中σ的评价标准, 采用回归分析可得到RQI和σ的相关关系为
由此, 可采用上式由3 m直尺得到的标准差计算行驶质量指数RQI。同时, 本项目的表面抗滑能力采用摆式仪测得的数据进行评价, 其标准参考《公路沥青路面养护技术规范》 (JTJ 073.2-2001) 选取, 对比BPN和SFC的评价标准, 通过回归分析, 可得到二者之间的相关关系为
上式可作为由摆值BPN计算横向力系数SFC的换算公式。
3) 路面综合评定指标SI。其值用分项指标加权计算得出, 取值范围为0～10, 用SI表示, 采用下列公式计算
式中:S1为路面损坏状况所占分数;S2为行驶质量所占分数;S3为抗滑系数所占的分数;P1、P2和P3为相应指标的权重, 按公路性质、等级和相应指标的重要性确定。根据许昌地区水泥混凝土路面的实际情况, 当无条件确定时, 推荐P1=0.6, P2=0.2, P3=0.2。
4) 依据路段破损状况调查得到的断裂类病害的板块数, 按断裂种类和严重程度的不同, 采用不同的权系数进行修正后, 由下式确定该路段的断板率DBL, 以百分数表示为
式中:DBij为i种裂缝病害j种轻重程度的板块数;W′ij为i种裂缝病害j种轻重程度的修正权系数 (按表1确定) ;BS为评定路段的板块总数。
1.3 数据处理方法
1) 测定值的平均值、标准差、变异系数按下列各式分别进行计算
式中:Xi为各测点的测定值;N为一个评定路段内的测点数;X为一个评定路段内测定值的平均值;S为一个评定路段内测定值的标准差;CV为一个评定路段内测定值的变异系数, %。
2) 计算一个测定路段内测定值的代表值时, 对单侧的检验的指标和双侧的检验指标, 单侧检验公式为
双侧检验公式为
式中:X为一个评定路段内测定值的代表值;ta或ta/2为t分布表中随自由度 (N-1) 和置信水平a (保证率) 而变化的系数。
3) 可疑数据舍弃。若无特殊要求时, 可疑数据的舍弃宜按照k倍标准差作为舍弃标准, 即在资料分析中, 舍弃那些在X±kS范围以外的测定值, 然后再重新计算整理。当试验数据N为3、4、5、6个时, k值为1.15、1.46、1.67、1.82, ≥7时, k值宜采用3。
2 路况调查及性能评价结果
2.1 检测频率
根据该路段实际情况及检测要求, 各调查项目的检测频率见表2。
2.2 检测结果及路段评定
按前述检测路段数据整理方法及水泥混凝土路面使用质量评价方法对G107国道K759+000-K759+500段检测数据进行统计评定。其中, 平整度指标是由3 m直尺连续测量时路段检测数据的标准差σ, 路面行驶质量指数为RQI;抗滑系数是由摆式仪实测的摆值BPN换算成横向力系数SFC结果, 路段检测结果为具有95%保证率的单侧检验统计代表值。
FWD动态弯沉检测时, 共设定50 kN、60 kN和70 kN 3级荷载, 每级荷载作用2锤, 共6锤, 作用在板中, 测点间距为20 m。为了便于分析, 仅采用50kN荷载第二锤的弯沉检测结果, 其中D1表示荷载中心处的弯沉, D9表示第9个传感器 (即距荷载中心1 800 cm) 处的弯沉。D1反映了路面结构的综合强度, D9则基本反映了路基强度, 同时, 根据实测弯沉盆采用弹性双层体系理论对结构层动态模量进行反算。钻芯取样试验检测, 按检测路段数据整理方法, 整理相关数据, 求出混凝土的劈裂强度。
2.3 检测结果分析
由统计结果可知, 该路段的横向力系数SFC为29.3, 其等级为差, 可见抗滑性能差是该路段的主要病害, 主要因为水泥混凝土板在重载、超载的作用下, 随着时间的增长, 出现磨光现象。行驶质量指数为10.0, 评价等级为优, 说明路基、路面施工良好。FWD动态弯沉检测结果表明, 中央弯沉D1平均值为45.58 (远低于规范值80) , 变异系数为0.0783, 说明该路段路面结构强度较强, 且较为均匀;D9平均值为25.81, 变异系数为0.0974, 说明路基压实良好、均匀。从目测及调查来看, 普通混凝土路面仅有几块断板和少许裂缝, 路况指数为84.2%, 评定等级为良。但连续配筋路段裂缝较宽, 为2.11 mm, 表明在施工时, 配筋率及配筋间距没有把握好, 路面综合评定为良。
3 存在的主要问题及解决措施
3.1 设计方面
该路段现有的交通量已达11681辆旧 (标准轴载) , 是《公路水泥混凝土路面设计规范》 (JTG D40-2004) 中二级公路标准上限值的1.56倍 (二级公路标准上限值为7500辆旧) , 而且还有逐年增长的趋势 (年平均增长率约为5.4% ) 。虽然该路段在1997年大修设计时已考虑到超重交通荷载这一情况, 混凝土面层设计厚度为24～26 cm, 但就现今类似路面设计来看, 混凝土面板推荐厚度为27 cm左右, 所以从理论上讲, 混凝土面板设计过薄, 不能满足超重荷载的要求。
该路段连续配筋, 混凝土路面裂缝缝宽较大, 因而极易造成路面雨水进入基层, 引起路面结构层破坏, 这是本路段存在的一大工程隐患。
3.2 养护管理方面
个别路段路肩杂草堆积, 杂物未及时清除, 使路面纵、横向排水不畅, 容易引发路面破坏。边沟及其路面设施未及时清理养护, 特别是汛前暴雨后, 应及时检查各种路用设施, 清除沟中淤泥、杂草, 确保排水畅通, 降低水位。超载、重载严重, 且未能采取有效对应措施。
4 结 论
l) 进行气候、材料、施工资料、土质与路面结构和路况等现场调查, 并收集了大量数据和资料, 整理4条调查路段混凝土路面的工程概况和路面结构情况。同时, 根据各路段实际情况及检测要求, 进行野外钻芯、FWD弯沉检测、平整度与抗滑性能等现场检测和试验。
2) 根据各路段性能评价结果, 从设计、施工和养护等方面分析了工程存在的隐患, 为确定合理的养护管理维修方案和对策提供依据, 并为以后的大修改建提供相关参数。
摘要：水泥混凝土路面是高等级公路路面结构的主要形式之一, 由于各种主客观原因, 容易产生板底脱空、卿泥、裂缝和断板等病害。结合工程实践, 通过对路况调查及性能评价方法分析, 得出检测的评价结果及方法, 为水泥混凝土路面养护维修提供合理依据。
关键词：水泥混凝土路面,性能评价,养护维修,落锤弯沉仪
参考文献
[1]中华人民共和国行业标准.JTJ073.1-2001公路水泥混凝土路面养护技术规范[S].北京:人民交通出版社, 2001.
[2]潘玉利.路面管理系统原理[M].北京:人民交通出版社, 1998.
[3]彭文俊, 蒋美云, 张雪华.水泥混凝土在耐久性路面中的应用[J].黑龙江工程学院学报, 2007, 21 (9) :16-19.
[4]李余良.高速公路水泥混凝土路面配合比设计及应用[J].石家庄铁道学院学报, 2005, 18 (3) :107-110.
混凝土的性能及检测 篇4
【关键词】混凝土；结构耐久性高；性能混凝土应用
混凝土是现代建筑工程中大量使用的一种主体结构材料，该材料有着较好的结构性能，这对于建筑工程的质量提升来说有着极大的益处。但是在实际应用混凝土的过程中，必须要保证合理的应用，才能够使得建筑工程的质量能够有所保障。并且在当前科技书飞速发展的情况下，有越来越多的新型高性能混凝土涌现出来，而在这些混凝土被逐渐推广应用之后，建筑工程的质量也得到了极大的提高。但是在实际应用的过程中，暴露出了大量的问题，例如混凝土耐久性不足等问题，这类问题会对于建筑工程的质量带来直接的影响，同时还影响到了建筑行业的可持续发展。下文主要针对混凝土结构耐久性以及高性能混凝土的应用进行了全面详细的阐述。
1.混凝土工程耐久性不足的后果
混凝土主要就是指使用水泥、砂、细石等材料经过一定比例混合，并且搅拌之后所获得集料，同时在完成造型、养护之后，便得到了硬化后的水泥混凝土成品。该技术在逐渐应用的过程中，其技术性能得到了极大的提升，同时也增强了建筑工程的质量，这对于建筑工程行业的发展来说起到了极其重要的作用。但是通过对大量混凝土的实际应用情况来看，由于混凝土应用的工程量较大，这也就导致部分工程出现了无法对每一个环节的质量进行监督，从而使得混凝土的耐久性能无法得到切实有效的保证。当建筑工程的混凝土结构出现耐久性不足的现象之后，必然就会导致混凝土工程埋下巨大的安全隐患，这对于整个社会来说都是一个极大的不稳定因素。就目前来说，我国每年需要进行修建的建筑工程規模都在不断的扩大，而这些工程在使用大约30-50年之后就会进入到一个必须维修的阶段，而在这一过程中，如果建筑工程自身没有良好的耐久性能，就必然会导致大量的维修资金浪费，这就使得建筑工程的经济效益较低。
2.影响混凝土耐久性的主要因素
通常情况下，混凝土工程自身的使用年限都为50-100年左右，但是在对大量建筑工程的使用情况调查来看，现代建筑工程在使用10-20年，甚至于数年之后就出现重大的质量问题，需要其进行修缮。而出现这方面问题的一个主要原因就在于建筑工程在进行修建的过程中，仅仅只是使用的普通性能的混凝土，这就使得混凝土的性能无法充分的满足建筑工程的质量需要。此外，部分工程在进行施工的过程中，施工技术不当，导致混凝土水灰比、用水量过大，直接使得混凝土内部的孔隙率抄表，严重情况下甚至达到了混凝土结构本身体积的25%-40%，尤其是这其中所存在的毛细孔，占有了极大的构成部分。混凝土中所存在的毛细孔是促使水分、氧气、二氧化碳等各种侵蚀物质进入到混凝土内部的一个通道，长久侵蚀以后，混凝土的耐久性就会在这一个过程中出现大量的不足。
3.提高混凝土耐久性的技术途径
为了使得混凝土的耐久性获得极大提升，可以针对混凝土的性能来进行改进，从而使得混凝土性能得到提高，达到提升建筑工程质量的目的。例如最简单措施的就是降低混凝土自身的孔隙率，使得混凝土密度、强度得到一定程度的提升，这都是一个切有效的提升混凝土耐久度的方式。而降低混凝土孔隙率的方法则可以采取减少配合比中水的用量来实现。但考虑到水的配比减小会导致混凝土的和易性受到很大影响，因此也不是最佳的技术方法。目前，常用的降低混凝土孔隙率的方法主要是采用加入添加剂的方法来实现。另外，若能够采取措施解决混凝土自身所存在的破坏结构的因素问题，也是能够很好的提高混凝土的耐久性的。
3.1掺入高效减水剂
掺入高效的减水剂能够使混凝土在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减小水灰比，使混凝土的总孔隙，特别是毛细管孔隙率大幅度降低。这种高效的减水剂是当前很多对混凝土强度等级提出较高要求的简述施工中最常采用的混凝土外加剂。
3.2掺入高效活性矿物掺料
普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足，是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中掺入活性矿物的目的，在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成。活性矿物掺料（矽灰、矿渣、粉煤灰等）中含有大量活性SiO-2及活性Al-20-3，它们能和水泥水化过程中产生的游离石灰及高碱性水化矽酸钙产生二次反应，生成强度更高，稳定性更优的低碱性水化矽酸钙，从而达到改善水化胶凝物质的组成，消除游离石灰的目的。有些超细矿物掺料，其平均粒径小于水泥粒子的平均粒径，能填充于水泥粒子之间的空隙中，使水泥石结构更为致密，并阻断可能形成的渗透路。
3.3混凝土的养护
混凝土养护要注意湿度和温度两个方面。养护不仅是浇水保湿，还要注意控制混凝土的温度变化。在湿养护的同时，应该保证混凝土表面温度与内部温度和所接触的大气温度之间不出现过大的差异。采取保温和散热的综合措施，防止温降和温差过大。因此，综合考虑，蒸汽养护能较好地解决以上两个方面的问题。
3.4消除混凝土自身的结构破坏因素
除了环境因素引起的混凝土结构破坏以外，混凝土本身的一些物理化学因素，也可能引起混凝土结构的严重破坏，致使混凝土失效。例如，混凝土的化学收缩和干缩过大引起的开裂，水化热过性过高引起的温度裂缝，硫酸铝的延迟生成，以及混凝土的碱集料反应等。因此，要提高混凝土的耐久性，就必须减小或消除这些结构破坏因素。限制或消除从原材料引入的碱、SO3、Cl-等可以引起结构破坏和钢筋蚀物质的含量，加强施工控制环节，避免收缩及温度裂缝产生，提高混凝土的耐久性。
4.结语
综上所述，在当前科技水平不断提升的情况下，有越来越多的新型高性能混凝土开始涌现出来，在这类高性能混凝土持续应用的情况下，现代建筑工程的质量水平必然会得到极大的提升。而在这其中，对于建筑质量起到极大影响的耐久性方面必须要加以重视，使用高性能混凝土来让其能够得到良好控制，这对于我国建筑行业的发展来说有着极其重要的作用。 [科]
【参考文献】
[1]潘秋景，曾志刚.浅谈高性能混凝土及其耐久性[J].科技信息，2010（19）.
[2]饶佑志.浅谈高性能混凝土耐久性的特点以及应用[J].现代商贸工业，2007（07）.
准确检测混凝土抗渗性能的思考 篇5
关键词：混凝土,渗透性,抗渗性能,渗水法
混凝土, 又可称为砼, 是一种由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料, 广泛应用于土木、建筑工程。混凝土的渗透性作为其重要性质之一, 对于自身的耐久性和整个工程的施工质量都具有重要意义, 因此, 正式施工之前, 准确检测混凝土的渗透性, 是一项必不可少且十分关键的工作。目前, 我国对于混凝土渗透性的检测主要集中于渗水法, 但是其操作过程繁杂、且要求严格, 因此, 本文即在试验的基础上, 分析这些渗水法及国外一些其他检测方法的实施过程和效果, 进而为准确检测混凝土的渗透性提供参考和借鉴。
1 混凝土渗透性
混凝土的渗透性, 即是指在物力压力、化学势或电场的作用下, 相关液体、气体或离子等在混凝土中进行渗透、扩散或迁移的难易系数。对于混凝土而言, 其结构的多孔性使得水可以很简单的通过自身的孔隙而到达内部, 进而减弱混凝土孔隙中液体的酸碱性系数, 与此同时, 水在进入混凝土的时候, 也可携带一些有害离子, 如Cl-、Na+等, 引起混凝土内部的钢筋发生锈蚀、若混凝土内部存在活性骨料的时候, 还会使得混凝土产生碱集料反应, 最终导致混凝土胀裂甚至损坏, 因此, 可以说, 混凝土的渗透性在较大程度上决定着其自身的劣化速度和工程使用耐久性。根据国内外众多学者的相关研究, 混凝土的渗透性应重点包含渗水性、透气性、氯离子扩散性、吸水率4个元素, 也是对混凝土渗透性进行具体检测和评估的四个主要系数。通常情况下, 混凝土的孔隙率越低, 其渗透值就会越低, 耐久性也就会越强;而当混凝土的孔隙率降低, 渗水性较弱, 扩散系数越小, 混凝土的渗透性就会随之有所下降, 其抗腐蚀性就会越高, 使用寿命也会越长。
2 国标渗水法
渗水法是我国建筑工程行业所通用的检测混凝土抗渗性能的标准方法, 《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》和建设部标准《普通混凝土配合比设计规程》都有所体现。渗水法, 即给予待检混凝土一定的水压, 使得水在混凝土中扩散、迁移, 然后按照预设的标准和时间检测混凝土所承受的不断增长的各级水压, 或者, 观察、分析水在混凝土中的不同扩散或变迁的区别, 进而描述和测试待检混凝土的抗渗性能。采用渗水法检测混凝土之后, 可将试验混凝土劈裂, 用人体肉眼或直尺测量其渗透深度。此方法的标准操作过程较为繁杂, 且对材料的密封、配置等具有较高要求, 可能难以把握。
2.1 渗水法试验
根据上述分析, 采用渗水法测量混凝土的抗渗性时, 为了获取更精确的结果, 试验中应采取合适的、满足要求的密封材料及其套压方式, 笔者即为了探究密封材料的具体密封效果而进行了一系列的试验。该试验方法的确定和具体过程的执行主要以国标《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》为借鉴。首先, 取得具有充分代表性的一些待测混凝土作为试验试件, 并放置于合适的环境中进行养护;次然, 在正式试验的前一天, 试验人员应将标准养护室中的试验试件拿出, 晾干试件表面的水分, 将其侧面选择采用各不相同的密封材料涂抹, 同时应立刻将试件压入预先准备好的试件套中;最后, 将试件套中的试件防于混凝土抗渗仪上, 并依照相关设计步骤进行试验。在具体试验过程中, 最初的水压应设置为0.1MPa, 并在每过8h提升0.1MPa, 同时, 应实时观察试件端面的渗水情况。直至6个试件中的一半以上的端面都出现渗水或密封层被损坏透水情况, 才可终止试验, 记录水压值。本文选取了抗渗性能标号为P8的混凝土试件, 采用石蜡、黄油+石蜡+滑石粉、黄油+石蜡+滑石+辅助密封方法三种不同的密封形式进行试验, 以期寻求较为有效的混凝土密封方法和材料。
2.2 试验结果
根据试验, 对于同样的混凝土试件采取三种不同的密封材料进行试验。第一, 石蜡密封, 即将待测的混凝土试件直接放入盛有已经熔化的石蜡的浅盘之中, 并四周滚动一圈, 保证混凝土试件的侧面都均衡的粘覆着一层石蜡, 随之把试件压入已经预热好的试件套之中, 然后放置于抗渗仪上进行正式试验。试验结果:当混凝土的施加水压增至0.3MPa时, 试件即产生了边缘透水情况, 而当水压增至0.6MPa试件中的一半即产生边缘透水现象, 继续不断增高水压至0.7MPa, 此时所以试件中的2/3即产生边缘透水。第二, 黄油+石蜡+滑石粉, 其各自的比例为1∶0.7∶2.5, 将这些密封材料进行加热过程中, 应不间断的持续搅拌, 以保证其其充分、均匀、且不存在任何气泡, 直至三种材料充分混合并形成具有一定粘度的胶糊状物质时, 停止加热;然后, 竖向放置试件, 把制作完成的密封材料均匀抹涂于试件侧面, 这一过程应使用专门的油灰刀;最后, 压入已经预热后的试件套, 放在在抗渗仪上, 即可进行试验。试验结果:当混凝土的施加水压为0.6MPa时, 其中的2个试件开始出现边缘透水现象, 继续增加水压直至0.8MPa时, 4个试件边缘透水。第三, 黄油+石蜡+滑石粉+试件套底部内侧涂硅胶环。试验结果:当施加水压为0.8MPa时, 试件没有出现边缘透水或表面渗水情况。
基于上诉试验和试验结果, 笔者采取第三种密封材料, 通过不断增加水压以检测混凝土的抗渗性能。试验结果:施加水压在2.0MPa之前, 试件边缘都没有透水, 即说明, 此种密封方法满足针对一般混凝土抗渗性且能于小于或等于P20时的试验要求, 且不会因密封操作不合理而造成错误判断。
2.3 试验结果分析
通过对上诉密封材料的配制过程, 笔者发现, 黄油的比例越高, 试件的边缘则越容易缠身水样油渗出情况, 从而影响对于试件边缘渗水亲口的观察分析;而黄油比例较低时, 则不利于混凝土试件的脱模处理。其次, 对于石蜡而言, 其比例较高, 就越易产生边缘透水现象, 若比例较低, 则封闭存在困难。再者, 在混合材料之中, 滑石粉主要具有增强材料粘度的作用, 保证试件与试件套直接的密封性, 过多或多少都不会达成预想的效果。然后, 混凝土试件在具体试验过程中之所以会产生边缘透水情况, 主要原因即是密封材料的封闭不佳, 而并非是试件自身渗透性能的作用。最后, 第三种密封材料的密封效果更好, 可帮助准确的测量混凝土的抗渗性能。
3 国际其它混凝土渗透性能测试法
除了我国较为常用的渗水法之外, 国际上还存在许多其他的混凝土渗透性测试方法, 笔者在进行试验的基础上, 重点对其中的两种方法展开介绍与分析:
3.1 透气法
检测待测混凝土的渗透性能, 透气法也是国内外常会用到的方法, 其形式多样, 但基本原理都大略相同。即对混凝土试件施加一定的气体压力, 测量混凝土试件在气体压力下的气压值, 并观察、比较其变化, 进而在逐次分析混凝土渗透性的基础上计算其渗透系数。透气法检测混凝土的抗渗性, 不仅简单方便、而且耗费的时间较短;但其对于温度的要求较高, 试验之前必须将试件进行烘干, 直至重量不再发生变化, 然而, 烘干后的混凝土试件与混凝土的实际情况具有较大的差别。
3.2 氯离子渗透法
当前, 国内外通常采用的氯离子渗透法主要是指利用氯离子浓度差和氯离子的渗透作用来进行检测试验。首先应在混凝土试件的两端形成不同的氯离子浓度值, 即两端具有一定的浓度差, 这种情况下, 氯离子就会从混凝土试件的其中一个侧表面向自己的内部渗透, 这里需要说明的还, 检测试验中运用的溶液应是饱和的Ca (OH) 2, 进而在最大程度上模拟混凝土孔隙溶液中的碱性成份;然后, 再经过一段时间后, 将试件取下, 进行烘干操作, 并沿着较为靠近氯离子溶液的一侧向试件内部的方向进行切片;最后, 取样磨细各种不同的试验样片分析其中的氯离子含量, 得出沿渗透方向的氯离子的含量梯度, 进而在此基础上分析试件混凝土的渗透系数。
结语
综上所述, 混凝土的抗渗性能对于工程建设至关重要, 检测人员为了取得较为准确的检测结果, 必须注重选取切合的、效果良好的密封材料, 同时还应积极借鉴国内外的先进检测方法和检测过程, 进而不断精进混凝土抗渗性检测技术。
参考文献
[1]GBJ82-85, 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法[S].
[2]JGJ55-2000, 建设部标准普通混凝土配合比设计规程[S].
普通混凝土力学性能检测 篇6
1.1《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080-2002)。
1.2《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)。
2 设备
2.1 试模
100mm×100mm×100mm、150mm×150mm×150mm、200mm×200mm×200mm 3种试模。应定期对试摸进行自检,自检周期宜为3个月。
2.2 振动台
振动台应符合《混凝土实验室用振动台》(JG/T 3020-199.4)中技术要求的规定并应具有有效期内的计量检定证书。
2.3 压力试验机
压力试验机除满足液压式压力试验机中的技术要求外,其测量精度为±1%,试件破坏荷载应大于压力机全量程的20%,且小于压力机全量程的80%,还应具有加荷速度指示装置或加荷控制装置,并应能均匀、连续地加荷。压力机应该具有有效期内的计量检定证书。
2.4 其他量具及器具
2.4.1 量程大于600mm、分度值为1mm的钢板尺。
2.4.2 量程大于200mm、分度值为0.02mm的卡尺。
2.4.3 符合《混凝土坍落度仪》(JC 3021-1994)规定的直径为16mm、长600mm、端部呈半球形的捣棒。
3 混凝土抗压强度试验
3.1 试验目的
测定混凝土立方体抗压强度,作为评定混凝土质量的主要依据之一。
3.2 主要仪器设备
压力试验机(200t)、振动台、搅拌机、试模、捣棒、抹刀等。
3.3 试验步骤
3.3.1 基本要求
a.混凝士立方体抗压试件以3个为1组,每组试件所用的拌合物应从同1盘混凝土或同1车混凝土中取样。
b.尺寸按粗骨料的最大粒径来确定,见表1。
3.3.2 成型
a.成型前,应检查试模,并在其内表面涂1薄层矿物油或脱模剂。
b.坍落度不大于70mm宜采用振动台成型。其方法是将混凝土拌合物1次装入试模,装料时应用抹刀沿各试模壁插捣,并使混凝土拌合物高出试模,然后将试模放到振动台上并固定,开动振动台,至混凝土表面出浆为止。振动时试模不得有任何跳动,不得过振。最后沿试模边缘刮去多余的混凝土,用抹刀抹平。
c.坍落度大于70mm宜采用捣棒人工捣实。其方法是将混凝土拌合物分2次装入试模,分层的装料厚度大致相等,插捣应按螺旋方向从边缘向中心均匀进行。在插捣底层混凝土时,插捣应达到试模底部;插捣上层混凝土时,捣棒应贯穿上层后插入下层20~30mm。插捣时捣棒应保持垂直,不得倾斜,然后用抹刀沿试模内壁插拨数次。每层插捣次数一般不得少于12次,插捣后应用橡皮锤轻轻敲击试模四周,直至插捣棒留下的空洞消失。最后刮去多余的混凝土井抹平。
3.3.3 试件的养护。
试件的养护方法有标准养护、与构件同条件养护两种方法。
a.采用标准养护的试件成型后应立即用不透水的薄膜覆盖表面,在温度为(20±5)t的环境中静止1~2昼夜,然后编号拆模。拆模后立即放入温度为(20±2)℃,相对湿度为95%以上的标准养护室中养护,或在温度为(20±2)℃的不流动的Ca(OH)2饱和溶液中养护。试件应放在支架上,其间隔为10~20mm。试件表面应保持潮湿,并不得被水直接冲淋,至试验龄期28d。
b.同条件养护试件的拆模时间可与实际构件的拆模时间相同。拆模后,试件仍需保持同条件养护。
3.3.4 抗压强度测定
a.试件从养护地点取出后,应及时进行试验并将试件表面与上下承压板面擦干净。
b.将试件安放在试验机的下压板或垫板上,试件的承压面应与成型时的顶面垂直。试件的中心应与试验机下压板中心对准,开动试验机,当上压板与试件或钢垫板接近时,调整球座,使接触均衡。
c.在试验过程中应连续均匀地加荷,混凝土强度等级小于C30时,加荷速度取每秒钟0.3~0.5MPa;混凝土强度等级大于C30且小于C60时,取每秒钟0.5~0.8MPa;混凝土强度等级大于C60时,取每秒钟0.8~1.0MPa。
d.当试件接近破坏开始急剧变形时,应停止调整试验机油门,直至破坏,记录破坏荷载。
4 结果计算与评定
4.1 混凝土立方体抗压强度按下式计算,精确至0.1MPa。
式中f——混凝土立方体抗压强度(MPa);
F——试件破坏荷载(N);
A——试件承压面积(mm2)。
4.2 评定
a.以3个试件测定值的算术平均值作为该组试件的强度值,精确至0.1MPa。
b.3个测定值中的最大值或最小值中如有1个与中间值的差值超过中间值的15%时,则把最大值及最小值一并舍除,取中间值作为该组试件的抗压强度值。
c.如最大值和最小值与中间值的差值均超过中间值的15%,则该组试件的试验结果无效。
d.混凝土强度等级小于C60时,用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数,其值为对200mm×200mm×200mm试件为1.05、对100mm×100mm×100mm试件为0.95。当混凝土强度等级大于等于C60时,易采用标准试件;使用非标准试件时,尺寸换算系数应由试验确定。
摘要：普通混凝土的取样应符合《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T 50080-2002)中的有关规定,普通混凝土力学性能试验应以3个试件为1组,每组试件所用的拌合物应从同1盘混凝土或同1车混凝土中取样。
混凝土的性能及检测 篇7
天津市引入滦塘输水管道工程于1984年修建，分别使用了覫1200mm和覫1400mm两种规格的一阶段预应力混凝土管(以下简称为一阶段管)。2009年，为检测使用25年后的一阶段管的性能，从现场选取了二根承插口工作面基本完整的一阶段管(见图1和图2)，对其进行性能检测。
1 一阶段管的原始设计参数及检测项目
1.1 原始设计参数
一阶段管的埋设条件为天津低洼盐碱地区，原始设计参数如下：
(1)试验管的规格：
管内径1200mm，壁厚80mm。配筋为直径5mm的预应力钢丝双排，钢丝强度1570MPa，螺距25mm，保护层厚15mm。
(2)管的有效长度5000mm。
(3)工作压力0.6MPa。
(4)管的埋设条件为沟埋式，如图3所示，覆土2m。
(5)地下水位高，水位深度1.2m，管的地基为砂土，以开挖土回填。
(6)设计素土平基(20°砂弧基础)。
1.2 检测项目
为了解使用了25年后的一阶段管的性能，进行了如下几项试验：
(1)内水压试验;
(2)外压试验;
(3)管体混凝土性能试验;
(4)预应力钢丝性能检测;
(5)回填土盐分含量测定。
2 检测方法和检测结果
2.1 内水压试验
为检测使用25年后老管的内压性能，采用新管与老管搭配的方法同时进行水压试验，以便对比老管和新管的抗内水压性能。如图4所示，水压机上安装于左侧的管为老管，安装于右侧的管为用于对比试验的新管。
内水压试验制度：
管在水压机上用圆形橡胶圈与接口连接。管内满水后，水压由0.1MPa升至0.5MPa往返加压二次，然后再升至0.9MPa稳压10min，管体未发现渗漏后，继续以0.05MPa的速度升压，用以测定开裂内压力。
内水压试验时，由于接口采用的是已反复使用多次的试压机上的胶圈，且胶圈已变形，另外，因试压机在室外，当时气温较低，故胶圈弹性降低，两次升压至1.58MPa时，胶圈虽跑水，但未能将管打裂，且已达到国家标准GB5696-2006《预应力混凝土管》规定的工作压力为0.6MPa等级的内水压力试验要求。
试验结果具体见表1。
注：根据GB5696-2006的要求，工作压力0.6MPa时的一阶段管的抗渗压力=0.9MPa，开裂压力=1.56MPa，本实验的内水压达1.58MPa，故满足标准要求。
2.2 外压试验
外压试验方法如图5所示。荷载按每级5kN/m的速度加压至70kN/m，往返二次，接着加载至产生0.20mm宽度的裂缝，然后再降至70kN/m，最后继续加载至破坏荷载。
在135kN/m时产生初裂，至221kN/m时荷载停止增大，管扁塌变形严重，预应力钢丝未断，因而管的破坏荷载为221kN/m。
2.3 管体混凝土试验
从外压试验后的管子上取管体混凝土试件，分别进行表观密度、吸水率、抗压强度、碳化深度、透水系数和氯离子扩散试验。
2.3.1 混凝土抗压强度试验
混凝土抗压强度试件采用钻芯取样，芯样取自承口端共计3件，芯样厚度为100mm，直径为100mm。检测时芯样上下表面用环氧树脂进行了修补，平行度小于1mm。依据CECS03-88《钻芯法检测混凝土强度技术规程》对芯样进行抗压强度检测，实际检测强度换算成150mm立方体试件强度为52.5 MPa(见图6)。
2.3.2 表观密度和吸水率试验
将试件在水中浸泡至饱和状态，擦干表面附着水份，测定其在空气中的质量和在水中的质量，依据其在空气中和水中的质量差求出其表观密度。表观密度试验完毕后将试件在70℃温度下烘干至恒重，测定其绝对干燥时空气中的质量，依据试件在饱水状态和绝对干燥状态下的质量差求出其吸水率。
2.3.3 碳化深度试验
在试验试件的破断面上涂抹1%浓度的酚酞试剂，着色后从管体混凝土内表面等效面测定其着色深度。
2.3.4 透水试验
在管体混凝土上钻取Ø100mm×60mm圆柱体作为试件，为使加压水完全由试件内圆表面浸透，将试件圆侧面涂抹环氧树脂作密封，将试件充分干燥后称重并装入试验容器，向试验容器内注水加压1.0MPa、恒压3h后，取出试件称其重量。从试件重量变化求出浸透量，从破断面测出水的浸透深度。
2.3.5 氯离子扩散试验
从外压试验后的管子上，用钻芯取样机钻取覫100mm×60mm试件3个作为一组，经饱和氢氧化钙溶液浸泡26d后，将试件圆侧面用乳胶套封闭后，再用带有120目铜网的塑料试验槽将试块夹紧，在试件两端的试验槽内分别注入3%NaCl(负极黑线)和0.3mol/L NaOH溶液(正极红线)静置2min后，依据SL352-2006《水工混凝土试验规程》中规定的混凝土氯离子扩散系数试验方法(RCM法)，按图7所示，利用万用电桥测量混凝土电导值(电阻的倒数)。依据电导值推算混凝土相对氯离子扩散系数。
2.3.6 管体混凝土试验结果
试验结果平均值见表2。
注：按有关规定，混凝土的透水系数为K=10-10cm/s，可判定为高水密性混凝土。
2.4 预应力钢丝的性能检测
为进行预应力钢丝的性能检测，取5环(双根并绕)长度为110～115cm的试样，共计10根，作外观、力学性能检测。预应力钢丝取自插口端，取样位置见图8，力学性能见表3。
由图8可得，埋设于盐碱地25年的一阶段管内钢筋仍然光亮如新，表面无锈蚀;由表3预应力钢丝力学性能检测结果得知，上述钢筋均符合GB T5223-2002标准中5.00-1570-WLR-P-GB/T5223级钢丝力学性能的要求。
2.5 回填土盐分含量实验结果
回填土盐度试验委托天津市水利科学研究院检测，检测结果见表4。
3 结语
使用25年后的一阶段管，通过上述试验检测，结果表明，其质量无明显下降，仍能达到现行预应力混凝土管产品标准要求的指标。
(1)内压达到或超过标准要求的抗渗和开裂指标。
(2)外压试验说明管体环向弹性良好，承压能力较高。
(3)管体混凝土抗压强度仍能满足管道现行标准的要求，碳化深度小。
(4)表观密度达到2485kg/m3，高于普通混凝土5%以上，说明一阶段管的混凝土密实度明显高于普通混凝土。
(5)由于混凝土密实度高，虽然保护层厚度只有15mm，并且处在高含盐量的土质中，但钢筋仍然无锈蚀，保护非常好。
(6)氯离子扩散系数为1.05×10-8cm2/s，小于普通混凝土的氯离子扩散系数1.57×10-6cm2/s，也说明一阶段管的混凝土属于高密实度混凝土。
(7)埋设于盐碱地25年的一阶段管内钢筋仍然光亮如新，表面无锈蚀，强度无影响。在输水管道中长期压力波动作用下，无疲劳现象显现，各项指标均达现行国标。
以上检测试验说明，一阶段管的耐腐蚀性能优异，是经济、耐久的输水管道材料。
摘要：对使用了25年的一阶段预应力混凝土管进行了性能检测,其目的是为了检验预应力混凝土管在运行了25年后的质量变化情况。结果表明,一阶段预应力混凝土管的质量无明显下降,仍能达到产品标准要求的指标。
混凝土的性能及检测 篇8
混凝土自保温砌块是由混凝土拌合料,经过砌块成型机成型的,不需再做保温处理的,能满足建筑物力学性能和保温隔热性能要求的砌块。国外混凝土空心砌块建筑已有上百年的历史,我国混凝土空心砌块也有超过70年的历史,随着我国节能政策的逐步推进,节能设计标准的不断提高,从30%、50%到65%节能目标的提出与实施,对建筑外墙传热性能的要求越来越高。
作为墙体材料的混凝土空心砌块,为了能满足新形势下热工性能的要求,各种结构形式的砌块不断推陈出新,新型砌块在广泛推广应用之前,对其热工性能指标的检测与研究是其推广应用前必须做的工作。
1 混凝土自保温砌块墙体热工性能评价指标
对于匀质材料的传热性能通常用导热系数来表征,仅反映材料本身的性能,与材料的形状、厚度无关,导热系数越大材料传热能力就越强,其保温隔热能力越差;对于非均质材料,通常用热阻或传热系数来表征其传热性能,其值与基础材料的导热系数、构件的形状、三维尺寸、温度、含水率等有关,热阻越大,构件的传热能力越小,即保温隔热能力越强。混凝土空心砌块从传热角度来说是一种不均匀的材料,所以混凝土砌块没有一个严格意义上的导热系数,只能针对某种具体的块型测其热阻或传热系数来表征其传热性能,传热系数是评价复合墙体热工特性的最主要参数。
1.1 砌块墙传热阻
传热阻是指砌块墙体(包括两侧表面空气边界层)阻抗传热能力的物理量,为结构热阻与两侧表面换热阻之和。
式中,Ri—内表面换热阻,(m2·K)/W(一般取0.11);
Re—外表面换热阻,(m2·K)/W(一般取0.04);
R—墙体热阻,m2·K/W。
(1)单一材料层的热阻按下式计算:
式中,R—材料层的热阻,(m2·K)/W;
δ—材料层的厚度,m;
λ—材料的导热系数,W/(m·K)。
(2)多层材料组成的墙体热阻按下式计算:
式中,R1、R2……Rn—各层材料的热阻,m2·K/W。
(3)由两种以上材料组成的、两向非均质围护结构(包括各种形式的空心砌块,填充保温材料的墙体等),其平均热阻可根据GB50176-93《民用建筑热工设计规范》的规定,按下式计算:
式中,—平均热阻;
F0—与热流方向垂直的总热阻面积;
F1、F2…Fn—按平行于热流方向划分的各个传热面积;
R0.1、R0.2…R0.n—各个传热部位的传热阻;
φ—修正系数,按表1选用。
1.2 砌块墙传热系数
墙体传热系数,也称为总传热系数,它是指在稳态条件下,墙体两侧表面温差为1K时,1h内通过1m2面积所传递的热量,传热系数为传热阻的倒数。
式中,R0—墙体传热阻,(m2·K)/W。
1.3 外墙平均传热系数
建筑物在结构及抗震设计时,主体墙周边往往需要设置混凝土圈梁和抗震柱,这些部位与主体墙材料、构造不同,形成热流密集的通道,称为“热桥”。外墙平均传热系数指主墙体及其周边结构性热桥(构造柱、圈梁以及楼板伸入外墙部分等)部位在内的传热系数平均值[1]。因此,在进行围护结构热工性能评价时,必须计算外墙的平均传热系数。
外墙平均传热系数的计算值按外墙主墙体及周边热桥部位的传热系数对其面积的加权平均计算求得,计算公式如下:
式中,Km—外墙的平均传热系数,W/(m2·K);
Kp—外墙主体部位的传热系数,W/(m2·K);
Fp—外墙主体部位的面积,m2;
KB1、KB2、KB3—外墙周边热桥部位传热系数,W/m2·K;
FB1、FB2、FB3—外墙周边热桥部位的面积,m2。
外墙主体部位和周边热桥部位如图1所示。
2 自保温砌块墙热阻检测方法
对于自保温混凝土空心砌块砌体的热阻,目前有两种方法,一是按标准规定的方法直接检测得到墙体的热阻;二是先检测砌块基材的导热系数,然后按热工设计规范规定的计算方法算出墙体的传热阻值或传热系数。
2.1 直接法
(1)热箱法
热箱法是基于一维稳态传热的原理,在试件两侧的热箱和冷箱内,分别建立所需的温度、风速和辐射条件,达到稳定状态后,测量空气温度、试件和箱体内壁的表面温度及输入到计量箱内的功率,按公式计算出试件的传热系数。因为要检测通过被测对象的热量,所以要把传向别处的热量进行剔除,根据处理方式不同,分为标定热箱法和防护热箱法。
(1)标定热箱法[2]
标定热箱法检测原理如图2所示。将标定热箱法的装置置于一个温度受到控制的空间内,该空间的温度可与计量箱内部的温度不同。采用高比热阻的箱壁使得流过箱壁的热流量Q3尽量小。输入的总功率Qp应根据箱壁热流量Q3和侧面迂回热损Q4进行修正。Q3和Q4应该用已知比热阻的试件进行标定,标定试件的厚度、比热阻范围应同被测试件,其温度范围亦应与被测试件试验的温度范围相同。
被测试件的热阻及传热系数如式(7)所示。
式中,Q1—通过试件的功率,W;
Qp—输入的总功率,W;
Q3—箱壁热流量,W;
Q4—侧面迂回损失,W;
A—热箱开口面积,m2;
Tsi—试件热侧表面温度,K;
Tse—试件冷侧表面温度,K;
Tni—试件热侧环境温度,K;
Tne—试件冷侧环境温度,K。
(2)防护热箱法[3]
防护热箱法检测原理示意图如图3所示。在防护热箱中,将计量箱置于防护热箱内,使防护箱内温度与计量箱内温度相同,使试件内不平衡热流量Q2和流过计量箱壁的热流量Q3减小至最小可以忽略。按式(8)计算热阻和传热系数。
式中,Q2—试件内不平衡热流,W;
其它符号同公式(7)。
(2)热流计法
热流计法检测的前提条件也是一维稳定传热。采用热流计及温度传感器测量通过构件的热流值和表面温度,通过计算得出其热阻和传热系数。测量和读取通过砌体构件两侧的温度差和通过墙体的热流量,通过计算公式(9)计算出墙体的热阻、得出砌体的热阻,并进一步算出墙体的传热阻和传热系数,进而判断墙体是否达到节能标准要求。
式中,t2—热端温度,K;
t1—冷端温度,K;
E—热流计读数,m V;
C—热流计测头系数,W/(m2·m V),热流计出厂时已标定。
2.2 间接法
由于受现场测试的各种影响,不同测试方法的测试结果可能有很大的差异,有时会得出完全不同的结论。即使采用正确的测试手段或方法,也有可能对现场的某些影响因素估计不足,而得到不理想的测试结果,对采用直接法检测热阻的实验结果解释是一项复杂的工作,因此,在很多情况下使用间接法来检测热阻,其步骤如下:
(1)通过查表或者实验室检测等方法,获得制作砌块基材的导热系数;
(2)按公式(4)计算砌块传热阻;
(3)根据墙体工程做法,按照公式(1)和(5)计算主墙体传热系数;
(4)若建筑物在设计中存在有“热桥”的情况,则按公式(6)计算墙体平均传热系数。
3 间接法应用实例
某厂生产的芯核发泡混凝土自保温砌块作为墙体基材(如图4),建筑物开间3.6m,层高2.9m,窗墙面积比0.3,外墙结构层厚度为190 mm,钢筋混凝土构造柱、圈梁和楼板设置同图2,构造柱截面尺寸为190mm×190mm,外墙抹30厚水泥砂浆,内墙20厚混合砂浆,外墙平均传热系数计算如下。
3.1 计算砌块热阻
(1)确定砌块材的导热系数
实验室测得该砌块基材的导热系数为0.44W(m·K),干密度为1100kg/m3,内填干密度为500kg/m3、导热系数为0.19W/(m·K)的泡沫混凝土的单排孔砌块。
(2)计算砌块传热阻
砌块规格尺寸为390mm×190mm×190mm,外壁厚30mm,肋厚30mm。由于砌块是两种以上、两向非均质组成的材料,其热阻可按上述公式(2)计算。
在与传热方向垂直的面上,将砌块分为5个传热单元,如图5所示,各个单元的面积分别为:
(1)传热单元面积Fn计算
总面积F0=0.39×0.19=0.0741m2
第1、3、5单元面积F1=F3=F5=0.03×0.19=0.0057(m2)
第2、4单元面积F2=F4=(0.39-0.03×3)÷2×0.19=0.0285(m2)
(2)传热单元热阻R0.n的计算
第1、3、5单元热阻R0.1=R0.3=R0.5=0.19÷0.44=0.432[(m2·K)/W]
第2、4单元热阻R0.2=R0.4=(0.03÷0.44)+(0.13÷0.19)+(0.03÷0.44)=0.821[(m2·K)/W]
(3)砌块热阻
在砌块热阻计算公式中,Ri=0.11、Re=0.04、φ=0.96
3.2 计算主墙体传热系数
砌体是由砌块与灰缝两部分组成,分别将砌块和灰缝都作为匀质材料来考虑,按加权平均法计算墙体的传热阻,最后再加上两面抹面的热阻,得出砌体传热阻。取1m2墙为计算单元,灰缝面积包括水平缝和竖直缝两部分,设灰缝厚为10mm,则灰缝面积F1=(1×5+0.19×12)×0.01=0.0728(m2),砌块面积F2=1-F1=1-0.0728=0.9272(m2)[4]。
砌筑砂浆的导热系数为0.93W/(m·K),则灰缝热阻为0.19/0.93=0.204[(m2·K)/W]。
(1)砌体墙热阻(不包括两侧抹灰):
式中,R1—灰缝热阻;
F1—灰缝面积;
R2—砌块热阻;
F2—砌块面积。
(2)主墙体传热系数
主墙体包括三层,即砌体墙及两侧抹灰,内抹灰20mm厚混合砂浆,外抹灰30mm厚水泥砂浆,砌体墙热阻0.479(m2·K)/W,水泥砂浆导热系数为0.93 W/(m·K),混合砂浆导热系数为0.87 W/(m·K),则主墙体传热系数为:
式中,R1—外抹灰热阻;
R2—内抹灰热阻。
3.3 外墙周边热桥部位传热系数计算
当建筑物各朝向窗墙面积比的平均值不大于0.31时,可按表2列出的外墙计算单元各部位面积计算整幢建筑的外墙平均传热系数[5]。
(1)构造柱部位传热系数KB1
以丁字墙部分构造柱为例说明KB1的计算,如图6,构造柱采用钢筋混凝土,材料的导热系数计算值为1.74 W/(m·K)。
式中,R1—外抹灰热阻;
Rw—构造柱部分热阻;
R2—厚度为20mm的砌体墙热阻。
(2)圈梁及板端头部位传热系数
圈梁及板端头示意图如图7所示。
圈梁部位传热系数KB2
式中,R1—外抹灰热阻;
Rw—圈梁部分热阻;
R2—内抹灰热阻。
楼板端部传热系数KB3
式中,R1—外抹灰热阻;
Rw—楼板端部热阻;
R2—20mm厚钢筋混凝土部分热阻。
3.4 外墙平均传热系数计算
按公式(6)计算外墙平均传热系数
4 结论
(1)混凝土自保温砌块热工性能检测,可采用直接法和间接法两种。由于直接法检测的不确定因素较多,对检测结果的判定、解释需做大量的分析、论证,相比而言间接法检测更适用。
(2)间接法检测混凝土自保温砌块,主要是通过计算外墙传热阻、外墙平均传热系数,来判定墙体热工性能是否满足要求。
参考文献
[1]俞力航.外墙平均传热系数的计算与分析[J].新型建筑材料,2003(11).
[2]GB/T 13475-2008《绝热稳态传热性质的测定标定和防护热箱法》.
[3]GB/T 13475-2008《绝热稳态传热性质的测定标定和防护热箱法》.
[4]宋岩丽.寒冷地区节能65%与自保温砌块的研究[J].混凝土与水泥制品,2011(7).
粉煤灰高性能混凝土的性能及应用 篇9
粉煤灰对混凝土性能的改变可分为三个阶段: (1) 新拌混凝土阶段:影响混凝土的凝结时间, 改善和易性, 改变流变性质, 提高可泵性等; (2) 硬化中的混凝土阶段:调节硬化过程, 降低水化热; (3) 硬化后的混凝土阶段: 提高后期强度, 提高各项耐久性, 如抗渗性、抗硫酸盐侵蚀性, 抑制碱—集料反应等。
1.1 强度
粉煤灰对混凝土强度有三种影响: (1) 减少用水量, (2) 增大胶结材含量, (3) 通过长期火山灰反应提高其强度。
低钙粉煤灰中的微粒为硅氧四面体结构, 自身的活性很低。在水泥的最终产物中, 高碱性水化硅酸钙和Ca (OH) 2胶体的结晶强度很低, 特别是Ca (OH) 2仅是托勃莫来石强度的1%-2%, 而Ca (OH) 2 的体积占整个水泥石体积的25%。粉煤灰中含有的大量的硅、铝氧化物, 能逐步与Ca (OH) 2及高碱性水化硅酸钙发生二次反应, 生成强度较高的低碱性水化硅酸钙, 这样, 不但使水泥石中水化胶凝物质的数量增加, 而且也使其质量得到大幅度提高, 有利于混凝土强度的提高。同时, 粉煤灰的掺入可分散水泥颗粒, 使水泥水化更充分, 提高水泥浆的密实度, 使混凝土中骨料与水泥浆的界面强度提高。粉煤灰对抗拉强度和抗弯强度的贡献比抗压强度还要大, 这对混凝土的抗裂性能有利。粉煤灰混凝土的弹性模量与抗压强度相类似, 早期偏低, 后期逐步提高, 到28 d时可比基准混凝土提高5%～10%。与钢筋的握裹力, 粉煤灰混凝土的28 d粘结强度基本与等标号的基准混凝土相同, 但粉煤灰混凝土的均匀性好, 粘结强度试验值的离散性比基准混凝土好。
粉煤灰的二次水化反应一般在混凝土浇筑14 d以后才开始进行, 在温度低时, 该反应所需的时间更长。如果对混凝土的早期强度有严格要求, 粉煤灰的掺量不宜超过30%, 冬季施工非大体积混凝土时, 粉煤灰的掺量不宜超过20%。由于现代混凝土中外加剂的使用, 一方面, 可减少混凝土拌和用水量, 减小水灰比, 提高混凝土中水泥的浓度;另一方面, 减水剂能使水泥中硅酸钙水化所产生的Ca (OH) 2增多, 有利于粉煤灰与Ca (OH) 2的二次水化反应, 激发粉煤灰的活性, 这对于改善粉煤灰的早期强度是有效的。另外, 使用粉煤灰活性激发剂或在非大体积混凝土中使用早强型水泥, 也可以补偿粉煤灰的掺入对混凝土早期强度的影响。
1.2 和易性
粉煤灰对混凝土和易性的改善作用有以下几点:
(1) 优质粉煤灰中含有70%以上的球状玻璃体, 这些球状玻璃体表面光滑无棱角, 性能稳定, 在混凝土的泵送、振捣过程中起着一种类似于轴承的润滑作用;
(2) 新拌混凝土中水泥颗粒易聚集成团, 粉煤灰的掺入可有效分散水泥颗粒, 释放更多的浆体来润滑骨料, 有利于混凝土工作性能的提高;
(3) 掺入粉煤灰可以补偿细骨料中细屑的不足, 中断砂浆基体中泌水渠道的连续性, 同时品质良好的粉煤灰在同样的稠度下能减少混凝土的拌和用水量, 使混凝土中的水灰比降低到更小水平, 减少泌水和离析现象。
1.3 收缩
混凝土的收缩与混凝土的拌和用水量和浆体体积有关, 用水量越少, 收缩也越小。优质的粉煤灰需水量比小于100%, 拌和水量的减少使掺粉煤灰混凝土28 d后的自干燥收缩和干燥收缩都小。粉煤灰混凝土的干缩也随粉煤灰掺量的提高而降低。但由于粉煤灰混凝土的水化反应慢, 水分蒸发快, 所以粉煤灰对混凝土的早期干缩影响很大。为防止粉煤灰混凝土的早期收缩开裂, 对其更应加强早期养护。
1.4 徐变
28 d龄期以前, 混凝土的强度较低, 其相应龄期的徐变应变也较普通混凝土的大, 然而与普通混凝土等强度的粉煤灰混凝土在此后所有龄期的徐变均小于普通混凝土。
1.5 碳化性能
粉煤灰混凝土的抗碳化性能较差。粉煤灰混凝土中的水泥用量减少, 水泥水化析出的Ca (OH) 2数量也相应减少。而且, 火山灰反应也消耗了一定量的Ca (OH) 2, 使混凝土的pH值降低, 会增加混凝土的碳化速度。特别在水化早期, 粉煤灰火山灰反应程度低, 粉煤灰-水泥体系孔结构疏松, CO2、O2、水分等入侵阻力小, 因此碳化深度较大。随着龄期的增长和粉煤灰火山灰效应的逐渐发挥, 碳化速度将逐渐降低。粉煤灰混凝土的碳化深度随水灰比及粉煤灰掺量的增加而有所增加。在水灰比为0.5～0.55, 粉煤灰掺量不大于30%和一般施工水平的情况下, 15～17年混凝土的碳化深度可达20 mm左右。
碳化反应在一定的相对湿度范围内进行最快, 否则, 反应较慢。当相对湿度在25%以下或者接近100%, 即混凝土在充分干燥或水饱和的场合, 混凝土都不易产生碳化收缩。在基础工程等不与大气接触的混凝土工程中, 由于与CO2隔绝, 不会发生碳化反应, 因此可较多地掺加粉煤灰, 以充分降低混凝土的水化热, 提高混凝土的耐久性。采用超量取代法, 较低的水胶比, 同时掺加以减水剂为主的外加剂进行配合比设计, 可使粉煤灰混凝土的抗碳化性能有所改善。
1.6 钢筋锈蚀
混凝土中的钢筋能够防锈是由于混凝土的碱性 (pH≥12.5) 在金属表面形成一层致密的钝化膜。在混凝土中掺加粉煤灰, 一方面会消耗Ca (OH) 2 , 降低混凝土的碱环境;另一方面, 粉煤灰又与Ca (OH) 2反应生成水化物, 提高混凝土的密实度, 增加混凝土的不透水性和对氯离子扩散的阻力, 阻碍和防止CO2的侵入, 可对钢筋起保护作用, 所以粉煤灰的掺入, 在防止钢筋锈蚀方面, 可以抵消因碱度降低带来的不利影响。粉煤灰在一定的掺量范围 (FA≤24%) , 对钢筋锈蚀基本无影响, 甚至优于空白混凝土。但是若粉煤灰的掺量大于30%, 混凝土的 碳化可使混凝土的pH值由12.5降至8.5左右, 在这样低的pH值条件下, 钢筋不再钝化。当碳化深度到达钢筋位置, 保护层被完全碳化, 在水与氧气渗入的条件下, 钢筋就会发生锈蚀而导致混凝土的开裂甚至破坏。
1.7 水化热
粉煤灰对降低混凝土水化热的作用十分明显。低钙粉煤灰在头几天的水化程度并不明显, 所产生的水化热仅及水泥的一半。在混凝土中用粉煤灰取代20%的水泥, 可使混凝土7 d的水化热下降11%。1～28 d龄期内, 大致为掺入粉煤灰的百分数, 就是温升和水化热降低的百分数。在大体积混凝土中粉煤灰的掺入一般可使水化热峰出现的时间延缓至3d以后才出现, 可以有效防止混凝土产生温度裂缝。
1.8 碱-集料反应
粉煤灰对有效抑制混凝土碱-集料反应的作用已被世界公认。一方面粉煤灰中的活性成分SiO2、AI2O3与水泥的水化产物Ca (OH) 2反应, 降低混凝土的碱度;另一方面粉煤灰较大的比表面可吸收K+、Na+、OH-, 使之富集在粉煤灰微粒的表面, 使骨料周围的碱金属离子及OH-减少, 降低混凝土孔隙中的碱浓度, 从而削弱了混凝土的碱-集料反应。根据试验结果, 粉煤灰掺量大于20%时, 抑制碱-集料反应才有效, 当掺入30%时可有效抑制碱-集料反应。低钙粉煤灰中的有效Na2O和K2O都能加速水泥的水化反应, 并且能激发粉煤灰中化学活性成分SiO2、AI2O3与Ca (OH) 2的二次水化反应, 因此粉煤灰中的有效碱是有益的。
1.9 抗冻性
粉煤灰混凝土28 d以前龄期, 混凝土的孔结构较纯水泥混凝土的粗, 故粉煤灰混凝土的早期抗冻性要下降。随着粉煤灰掺量的增加, 抗冻性下降的幅度也越大。但随着龄期的增长, 其抗冻性下降的幅度大大缩小。在等强超量取代的条件下, 则对抗冻性的影响不大。在混凝土中以20%的粉煤灰代替相应的水泥, 其抗冻性超过基准混凝土, 但掺量太高 (50%) 时, 经过150～200次冻融, 混凝土出现明显破坏。混凝土的含气量也是影响混凝土抗冻能力的重要因素。对处于严寒地区的粉煤灰混凝土工程, 掺入适量的引气剂, 可提高其抗冻性能。粉煤灰的含碳量、烧失量、碳化性质、细度以及粉煤灰的掺量等会影响混凝土的含气量。随粉煤灰掺量的增加, 在相同引气剂掺量下, 混凝土的含气量呈下降趋势, 影响混凝土的抗冻性。一般认为这是由于引气剂引入的气泡被粉煤灰中的细微颗粒吸附造成的。对引气量小于3.5%的粉煤灰混凝土其水灰比对抗冻性有显著的影响, 水灰比越小, 抗冻性能越好, 如果混凝土中有足够的含气量, 则其水灰比对混凝土的抗冻性能影响不大。
1.10 抗渗性能
影响混凝土抗渗性的主要因素是混凝土的孔结构, 包括孔的大小、数量、曲折度以及分布状况等。粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥颗粒之中, 发生火山灰反应生成二次C-S-H凝胶, 可以填充其中的孔隙, 改善混凝土中水泥石的孔结构, 使总的孔隙率降低, 大孔数量减少, 小孔数量增多, 孔结构进一步细化, 分布更为合理, 混凝土更加密实, 抗渗性能得以提高。粉煤灰的火山灰反应是一个长期进行的过程, 不断进行的火山灰反应, 使粉煤灰混凝土的孔结构进一步优化, 混凝土的抗渗性也进一步改善。
粉煤灰混凝土的抗渗性能与粉煤灰的掺量和混凝土的龄期有关。当粉煤灰的掺量为30%时, 其渗透系数仅为纯水泥混凝土的38.5%, 365 d龄期的渗透系数可比28 d时提高一个数量级。
1.11 抗腐蚀性能
粉煤灰混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力较普通混凝土有所提高。一方面, 由于减少了水泥用量, 也就减少了混凝土受腐蚀的内部因素;另一方面, 粉煤灰的细微颗粒均匀分散到水泥浆体中, 会成为大量水化物沉积的核心, 随着水化龄期的发展, 这些细微颗粒及其水化反应产物填充水泥石孔隙, 改善了混凝土的孔结构 (“微集料效应”) , 逐渐降低混凝土的渗透性, 阻碍侵蚀性介质侵入。
氯盐是促使钢筋锈蚀, 威胁钢筋混凝土建筑物耐久性的最危险物质, 是促使混凝土中钢筋去钝化的无可匹敌的杀手。大量的研究证明, 氯离子从外部环境对粉煤灰混凝土的侵蚀与胶凝系统的密实度和粉煤灰对氯离子的物理化学吸附作用有关。氯离子在硬化粉煤灰水泥浆体中的渗透深度随粉煤灰掺量的增加而增加。
在水化早期, 粉煤灰水泥体系的孔结构比较疏松, 渗透性大, 氯离子的渗透深度随随粉煤灰掺量的增加而增加, 20%以上的粉煤灰掺量将使氯离子侵蚀深度大幅度增加。但混凝土水化后期的抗氯离子的侵蚀能力可有较大的改善。在F/F+C一定的条件下, 水胶比的降低可使粉煤灰的微填充、微晶核效应得到加强, 粉煤灰水泥浆体的密实度得到改善, 因而降低水胶比, 可使氯离子的渗透性减小。
1.12 泵送性能
粉煤灰混凝土具有良好的保水性能, 压力泌水值较小, 其初期的压力泌水率也明显低于不掺粉煤灰的混凝土。由于粉煤灰的缓凝作用, 水化热降低和水化热高峰的推迟, 以及减水剂所引发的大量微小气泡所具有的阻止拌和物沉降分层作用, 使得粉煤灰混凝土塌落度经时损失明显减少。光滑的球状玻璃体类似于一个个滚轴, 使混凝土在泵送、振捣过程中减小了摩擦阻力, 有利于混凝土在泵送时自流和在振捣时的自密。在高强混凝土中, 由于胶凝材料用量增多, 新拌混凝土的粘度较大, 粉煤灰的掺入可以有效减小其粘度, 有利于混凝土的泵送施工。
2 粉煤灰混凝土的配制和施工
2.1 粉煤灰的掺量
粉煤灰混凝土的配制应根据达到一定的目标强度、耐久性和工作性时粉煤灰掺量和水胶比的关系来确定混凝土的配合比。要合理运用“粉煤灰效应”的技术意识, 使粉煤灰对混凝土性能作出更多的贡献。其要点就是:尽量使粉煤灰能在混凝土制备成材过程中, 也就是在新拌、硬化中和硬化后过程中都能充分发挥粉煤灰的“功能”。此外, 要使粉煤灰的应用具备显著的经济效益。
粉煤灰的最佳掺量应根据混凝土的强度等级、水泥品种、工程对象、施工工艺等通过试验确定, 并应限制其不利影响。JGJ28-86《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》规定, 在普通钢筋混凝土中, 粉煤灰的掺量不宜超过基准混凝土水泥用量的35%, 且粉煤灰取代水泥率不宜超过20%;GBJ146-90《粉煤灰混凝土应用技术规范》中则更明确地规定钢筋混凝土、高抗冻融性混凝土、高强混凝土中粉煤灰取代水泥量的限量为≤25%;中低强度、泵送及大体积混凝土中粉煤灰取代水泥量的限量为≤40%。
在相同的水胶比下, 粉煤灰的掺量不超过20%时, 粉煤灰混凝土与基准混凝土的性能不致发生多大的变化, 只是混凝土的温升稍有降低。只有在其掺量超过25%时, 粉煤灰才会显著改变混凝土的性能。但在实际的混凝土生产中, 掺量一般在20%以下, 或采用固定掺量法, 掺量在80 kg/m3以下, 这些做法虽然可以避免粉煤灰掺入过多所带来的负面影响, 但也对粉煤灰的很多功能作了“牺牲”, 也限制了粉煤灰“综合效应”的发挥。
采用超量取代法配制粉煤灰混凝土, 可以改善和提高其性能。超量取代粉煤灰混凝土具有良好的抗渗性能, 以20%粉煤灰取代等量水泥, 对其力学性能与抗渗性能都极为有益。随着粉煤灰取代水泥率的提高, 混凝土强度下降, 特别是3d强度下降幅度较大。粉煤灰对混凝土和易性的改善作用与粉煤灰的取代率有关, 与其超量系数不明显。随着粉煤灰取代水泥率的提高, 其塌落度均有不同程度的提高, 混凝土和易性得以改善。而提高粉煤灰的超量系数, 对混凝土的塌落度影响不大, 但其强度可提高。Ⅱ级粉煤灰取代水泥率10%～35%, 超量系数在1.3-1.7范围内配制的粉煤灰混凝土可以取得良好的效果。
粉煤灰掺量的限制也应区别构件的性质来选用。例如, 受弯构件在荷载作用下, 由于受拉区保护层裂缝的出现和扩展, 混凝土的碳化会降低对钢筋的保护作用。在没有充分实验结果的支持以前, 对用于钢筋混凝土受弯构件的掺和料用量宜偏于保守, 但是对柱、基础等主要受弯构件和外包钢管混凝土则应大大放开。
2.2 粉煤灰高性能混凝土的水胶比
粉煤灰对强度的贡献比水泥对强度的贡献与水胶比的关系更加敏感。因此, 掺有粉煤灰的混凝土应该以尽可能小的W/C+F来配制。低水胶比 (0.3-0.4) 是保证粉煤灰混凝土具有良好的强度和耐久性的必要措施, 同时也是促使粉煤灰在混凝土中充分发挥作用, 保证粉煤灰混凝土质量的重要因素。
在高水胶比水泥浆里, 水泥颗粒被水分隔开, (水所占的体积约为水泥的两倍) 水化环境优异, 可以迅速生成表面积增大1000倍的水化物, 有良好的填充浆体内孔隙的能力。粉煤灰虽然从颗粒形状来说, 易于堆积较为密实, 但它水化缓慢, 生成的胶凝物质少, 难以使颗粒周围的孔隙填充密实, 所以掺粉煤灰水泥浆的强度和其它性能总是随掺量增大呈下降趋势。
而在低水胶比时情况就不一样了, 在低水胶比的纯水泥混凝土中, 高活性的水泥因水化环境较差, 即缺水而不能充分水化, 所以随水灰比的降低, 未水化水泥的内芯增大, 生成产物量下降, 但由于颗粒间的距离减小, 要填充的空隙也同时减小, 因此混凝土强度得到迅速提高, 这种情况下, 掺用粉煤灰并减少水泥用量, 可以使水泥的水化条件相对改善。因为粉煤灰的水化缓慢, 使混凝土的“水灰比”增大, 水泥的水化加快, 这种作用随着粉煤灰掺量增大愈加明显 (如水胶比为0.3, 粉煤灰掺量为50%, 初期的实际水灰比接近0.6) 。水泥水化程度的改善, 有利于粉煤灰作用的发挥, 与此同时, 需要粉煤灰水化产物填充的空隙已经大大减小, 所以其水化能力差的弱点在低水胶比条件下被掩盖, 而它降低温升等其它特点则依然起作用。
水灰比不变时, 混凝土的强度随着粉煤灰掺量的增加而呈非线型的降低, 但是, 当水胶比很低时, 粉煤灰掺量在一定范围内, 上述影响并不显著。
2.3 粉煤灰的质量控制
粉煤灰的质量对混凝土强度影响很大。我国目前受分选技术条件的限制, 一般原状粉煤灰的品质参数不稳定, 难以满足结构混凝土的要求, 故需磨细并应符合相应标准的要求。磨细后的粉煤灰由于颗粒更细, 增加了二次水化反应的新界面, 使粉煤灰的活性提高, 混凝土的早期强度也得以提高。
我国的粉煤灰绝大多数是F级粉煤灰 (CaO≤10%) , 自身活性很低。粉煤灰烧失量的大小在一定程度上反映了燃烧完全的程度和含碳量指标, 烧失量对混凝土的需水性和密实度以及化学外加剂的掺量影响很大。同时, 含碳量高的粉煤灰需水量大, 对混凝土的流变性、强度和变形都有不利的影响。而粉煤灰的颜色可以直观地反映其含碳量、烧失量和细度指标。在混凝土生产中应严格控制粉煤灰的颜色, 只要是含碳量很低, 颜色很浅, 对其细度不必苛求。
粉煤灰中SO3的含量应该控制在一个安全的范围内。适量的SO3含量虽然可以形成较多的钙矾石, 有利于增进混凝土的强度, 但是, 如果生成的钙矾石过多, 会导致粉煤灰混凝土体积不安定。
2.4 粉煤灰混凝土的施工
粉煤灰的种类和掺量对混凝土的用水量影响很大。因为并不是所有的粉煤灰都有减水作用, 即使是有减水作用的粉煤灰, 也有一定的减水范围, 而且不同粉煤灰, 其掺量影响也不同。掺粉煤灰时, 外加剂的选用应先通过试验, 粉煤灰应与外加剂相适应。还有需要注意的是, 无论是抑制硫酸盐的腐蚀, 还是抑制碱-集料反应, 粉煤灰只有低钙 (CaO≤10%) 的才有效。
粉煤灰和硅粉或磨细矿渣的复合使用在HPC和HSC中有良好的效果。由于粉煤灰对混凝土的收缩影响很小, 在HPC和HSC中复合掺入粉煤灰和硅粉或磨细矿渣, 可以补偿硅粉或磨细矿渣所引起的混凝土收缩, 同时, 硅粉和磨细矿渣还可以提高混凝土的早期强度。
粉煤灰混凝土在进行浇筑施工时应严格控制其塌落度, 避免塌落度过大;同时, 在保证充分振捣的前提下, 要防止混凝土的过振, 过振将使混凝土表面出现明显的粉煤灰浮浆层, 影响混凝土的强度、耐久性及外观。
粉煤灰混凝土应及早开始养护, 但与水泥混凝土所进行的湿养护不同的是粉煤灰混凝土只需要及早用塑料薄膜或喷洒养护剂覆盖, 以免水分从表面蒸发, 致使处于表面层的粉煤灰因缺水而不能进行二次水化, 从而导致表面层微结构疏松, 并为内部水分进一步蒸发提供通道, 导致粉煤灰混凝土的密实性下降。而如果对刚硬化不久的粉煤灰混凝土进行浇水等湿养护, 尤其是在水胶比较大或者温度较低时, 会使表层混凝土水胶比加大, 同样也会形成疏松的结构, 并使水分不断向里渗透, 对混凝土整体性能造成类似的影响。这就是长期以来许多粉煤灰混凝土试验研究得出粉煤灰掺量增大时, 性能下降的重要原因。在低温季节施工, 要采取早强和保温措施, 粉煤灰表面最低温度不得低于5℃, 以使混凝土尽快获得所需的强度。
3 结 论
(1) 用粉煤灰配制的高性能混凝土, 其抗渗、抗冻、抑制碱-集料反应效果显著, 体积稳定性和耐久性良好。
(2) 任何强度等级的混凝土以高耐久性来进行设计, 都可以做成高性能混凝土, 从而可以广泛应用于普通建筑工程中。
(3) 粉煤灰混凝土需要在较低的水灰比和适宜的掺量条件下, 才能体现其良好的性能。粉煤灰取代20-35%的等量水泥, 采用适宜的超量系数, 水胶比为0.3～0.4时, 可以制备具有优良耐久性的高性能混凝土。
(4) 应加强对粉煤灰的质量控制, 特别是其颜色和细度, 并应加强对粉煤灰混凝土的早期养护。
参考文献
[1]杨伯科.混凝土实用新技术.吉林科学技术出版社, 1998.
[2]廉慧珍, 吴中伟.混凝土的可持续发展与高性能胶凝材料.混凝土, 1998.
[3]高强混凝土与高性能混凝土译文集 (第四册:高掺量粉煤灰混凝土专集) .清华大学土木系建材教研室, 1994.
[4]吴中伟, 廉慧珍.高性能混凝土.中国铁道出版社, 1999.
[5]王维忠.对粉煤灰混凝土的碳化、钢筋锈蚀的调查研究.粉煤灰, 2000.
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