混凝土耐久性.doc

混凝土和砂浆制作采用强制式小型搅拌机拌合，为保证纤维均匀分布，采用了先干拌后湿拌的拌合工艺。混凝土的工作性依据GB/T50081-2002进行；混凝土的抗压强度、劈拉强度、抗折强度的试验依据GB/T50082-2002进行，其中抗压和劈裂抗拉试件尺寸150 mm 150 mm 150 mm，抗折强度试件尺寸100 mm 100 mm 400 mm；砂浆抗裂性试验依据CECS38：2004的方法进行；保水性试验参照德国瓦克公司提供的方法进行；抗渗性试验参照DL-T5150-2001的方法进行；弯曲韧性试验依据ASTM-1089和CECS13：1989的方法进行；抗冲击试验采用美国ACI544委员会提出的方法进行，抗冲击试件尺寸为?150 mm 60 mm。试件在振动台上振动成型，并在标准养护条件下养护28 d后进行性能测试提高混凝土耐久性的措施在土建工程中，混凝土是用途最广、用量最大的建筑材料之一。近百年来，混凝土强度不断的提高成为它主要的发展趋势。发达国家越来越多的使用50MPa以上的高强混凝土。有些远见卓识的专家考虑到某些工程的需要，在提出高强度的同时，也提出耐久性和施工和易性的要求，尤其是近5年，在很多重要工程中都成功地采用高性能混凝土。 高性能混凝土具有丰富的技术内容，尽管同业对高性能混凝土有不同的定义和解释，但彼此均认为高性能混凝土的基本特征是按耐久性进行设计，保证拌和物易于浇筑和密实成型，不发生或尽量少发生由温度和收缩产生的裂缝，硬化后有足够的强度，内部孔隙结构合理而有低渗透性和高抗化学侵蚀。基于上述特点，高性能混凝土成为我国近期混凝土技术的主要发展方向。高性能混凝土的核心是保证耐久性。耐久性对工程量浩大的混凝土工程来说意义非常重要，若耐久性不足，将会产生极严重的后果，甚至对未来社会造成极为沉重的负担。据美国一项调查显示，美国的混凝土基础设施工程总价值约为6万亿美元，每年所需维修费或重建费约为3千亿美元。美国50万座公路桥梁中20万座已有损坏，平均每年有150-200座桥梁部分或完全坍塌，寿命不足20年；美国共建有混凝土水坝3000座，平均寿命30年，其中32%的水坝年久失修；而对二战前后兴建的混凝土工程，在使用30-50年后进行加固维修所投入的费用，约占建设总投资的40%-50%以上。回看中国，我国50年代所建设的混凝土工程已使用40余年。如果平均寿命按30-50年计，那么在今后的10-30年间，为了维修这些建国以来所建的基础设施，耗资必将是极其巨大的。而我国目前的基础设施建设工程规模宏大，每年高达2万亿人民币以上。照此来看，约30-50-年后，这些工程也将进入维修期，所需的维修费用和重建费用将更为巨大。因此，高性能混凝土更要从提高混凝土耐久性入手，以降低巨额的维修和重建费用。一般混凝土工程的使用年限约为50-100年，不少工程在使用10-20年后，有的甚至使用9年以后，即需要维修。用普通水泥混凝土所完成的工程不能满足耐久性要求的根本原因，在于混凝土本身的内部结构。影响混凝土耐久性的主要因素大致可以分为以下几点：首先，在混凝土工程中为了满足混凝土施工工作性要求，即用水量大、水灰比高，因而导致混凝土的孔隙率很高，约占水泥石总体积的25%-40%，特别是其中毛细孔占相当大部分，毛细孔是水分、各种侵蚀介质、氧气、二氧化碳及其它有害物质进入混凝土内部的通道，引起混凝土耐久性的不足；其次，水泥石中的水化物稳定性不足也会对耐久性产生影响。例如，波特兰水泥水化后的主要化合物是硷度较高的高硷性水化矽酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙。此外，在水化物中还有数量很大的游离石灰，它的强度极低、稳定性极差，在侵蚀条件下，是首先遭到侵蚀的部分。要大幅度提高混凝土的耐久性，就必须减少或消除这些稳定性低的组分，特别是游离石灰。根据对影响混凝土耐久性的主要因素的分析，就可以找出提高混凝土耐久性的主要技术途径。如上分析，要提高混凝土的耐久性，必须降低混凝土的孔隙率，特别是毛细管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但如果纯粹的降低用水量，混凝土的工作性将随之降低，又会导致捣实成型共所困难，同样造成混凝土结构不致密，甚至出现蜂窝等宏观缺陷，不但混凝土强度降低，而且混凝土的耐久性也同时降低。目前提高混凝土耐久性基本有以下几种方法：一、 掺入高效减水剂：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，减少水灰比，使混凝土的总孔隙，特别是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水搅拌后，会产生一种絮凝状结构。在这些絮凝状结构中，包裹着许多拌和水，从而降低了新拌混凝土的工作性。施工中为了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必须在拌和时相应地增加用水量，这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂的定向排列，使水泥质点表面均带有相同电荷。在电性斥力的作用下，不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态，还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，同时使水泥絮凝体内的游离水释放出来，因而达到减水的目的。许多研究表明，当水灰比降低到0.38以下时，消除毛细管孔隙的目标便可以实现，而掺入高效减水剂，完全可以将水灰比降低到0.38以下。二、 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。活性矿物掺料中含有大量活性Si02及活性Al203，它们能和波特兰水泥水化过程中产生的游离石灰及高硷性水化矽酸钙产生二次反映，生成强度更高、稳定性更优的低硷性水化矽酸钙，从而达到改善水化胶凝物质的组成，消除游离石灰的目的，使水泥石结构更为致密，并阻断可能形成的渗透路。此外，还能改善集料与水泥石的界面结构和界面区性能。这些重要的作用，对增进混凝土的耐久性及强度都有本质性的贡献。三、 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，水化性过热过高引起的温度裂缝，硫酸铝的延迟生成，以及混凝土的碱骨料反映等。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、S03、C1- 等可以引起破坏结构和侵蚀钢筋物质的含量，加强施工控制环节，避免收缩及温度裂缝产生，以提高混凝土的耐久性。四、 保证混凝土的强度：尽管强度与耐久性是不同概念，但又密切相关，它们之间的本质联系是基于混凝土的内部结构，都与水灰比这个因素直接相关。在混凝土能充分密实条件下，随着水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的强度不断提高。与此同时，随着孔隙率降低，混凝土的抗渗性提高，因而各种耐久性指标也随之提高。在现在的高性能混凝土中，除掺入高效减水剂外，还掺入了活性矿物材料，它们不但增加了混凝土的致密性，而且也降低或消除了游离氧化钙的含量。在大幅度提高混凝土强度的同时，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。此外，在排除内部破坏因素的条件下，随着混凝土强度的提高，其抵抗环境侵蚀破坏的能力也越强。高性能混凝土在配制上的特点是低水灰比，选用优质原材料，除水泥、水和骨料外，必须掺加足够数量的矿物集料和高效减水剂，减少水泥用量，减少混凝土内部孔隙率，减少体积收缩，提高强度，提高耐久性。总之，提高混凝土的耐久性是混凝土发展的必然趋势。 混凝土耐久性的简介 在土建工程中，混凝土是用途最广、用量最大的建筑材料之一。近百年来，混凝土强度不断提高成为它主要的发展趋势。发达国家越来越多的使用50MPa以上的高强混凝土。有些远见卓识的专家考虑到某些工程的需要，在提出高强度的同时，也提出耐久性及施工和易性的要求，尤其是近几年，在很多重要工程中都成功地采用高性能混凝土。 高性能混凝土具有丰富的技术内容，但同行们均认为高性能混凝土的基本特征就是耐久性。混凝土的耐久性对方量大的工程来说意义非常重要，若耐久性不足，将会产生极严重的后果，甚至对未来社会造成极为沉重的负担。 然而影响混凝土耐久性的主要因素大致可以分为以下几点：首先，在混凝土工程中为了满足混凝土施工工作性要求，就会产生用水量大、水灰比高的情况，因而导致混凝土的孔隙率很高，约占水泥总体积的25%-40%，特别是其中毛细孔占相当大部分，毛细孔是水分、各种侵蚀介质、氧气、二氧化碳及其它有害物质进入混凝土内部的通道，引起混凝土耐久性的不足；其次，水泥的水化物稳定性不足也会对耐久性产生影响。水泥在水化的过程中生成强度低，稳定性差的游离物，在侵蚀条件下，它便是首先遭到侵蚀的部分，进而打开了进入混凝土内部的通道。 据对影响混凝土耐久性的主要因素进行分析，便可以找出提高混凝土耐久性的主要技术途径。如上分析，要提高混凝土的耐久性，必须降低混凝土的孔隙率，特别是毛细管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但如果纯粹的降低用水量，混凝土的工作性将随之降低，又会导致捣实成型有所困难，同样会造成混凝土结构不致密，甚至出现蜂窝等宏观缺陷，不但混凝土强度降低，而且混凝土的耐久性也同时降低。目前提高混凝土耐久性基本有以下几种方法： 一、掺入高效减水剂：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，减少水灰比，使混凝土的总孔隙，特别是毛细管孔隙率大幅度降低。 二、掺入高效活性矿物掺料：普通混凝土的水泥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的胶凝物质的组成，让其在水化过程中生成强度更高，稳定性更好的生成物，以增进混凝土的耐久性。 总之，随着混凝土孔隙率降低，混凝土的抗渗性提高，因而各种耐久性指标也随之提高。在现在的高性能混凝土中，除掺入高效减水剂外，还掺入了活性矿物材料，它们不但增加了混凝土的致密性，而且也降低或消除了游离氧化钙的含量，在大幅度提高混凝土强度的同时，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。 浅谈混凝土耐久性 混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用，长期保持强度和外观完整性的能力。影响结构耐久性的因素很多，砼质量及其保护层是内在因素；环境与载荷作用则是外在因素，不同的原因会造成不同的后果。首先讨论了混凝土耐久性的概念，接着分析了混凝土冻融作用破坏机理分析混凝土缺陷检测提高混凝土耐久性的措施，最后做了总结。 一、混凝土耐久性的概念 混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内，在各种环境条件作用下，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。现行国家标准混凝土结构设计规范(GB50010-2002)中，明确规定混凝土结构设计采用极限状态设计方法。但现行设计规范只划分成两个极限状态，即承载能力极限状态和正常使用极限状态，而将耐久性能的要求列入正常使用极限状态之中。且以构造要求为主。混凝土的耐久性与工程的使用寿命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能力，这一正常功能不仅包括结构的安全性，而且更多地体现在适用性上。 二、混凝土冻融作用破坏机理分析 混凝土的抗冻 性是混凝土受到物理作用(干湿变化、温度变化、冻融变化等)后反映混凝土耐久性的重要指标之一。混凝土冻融作用破坏机理是混凝土在其冻融的过程中，遭受的破坏应力主要由两部分组成。其一是当混凝土中的毛细孔水在某负温下发生物态变化，由水转变成冰，体积膨胀9%，因受毛细孔壁约束形成膨胀压力，从而在孔周围的微观结构中产生拉应力；其二是当毛细孔水结成冰时，由凝胶孔中过冷水在混凝土微观结构中迁移和重分布引起的渗管压。由于表面张力的作用，混凝土毛细孔隙中的水的冰点随着孔径的减小而降低。当胶凝孔水形成冰核的温度在-78 以下时，由冰与过冷水的饱和蒸汽压差和过冷水之间的盐分浓度差引起水分迁移而形成渗透压。另外胶凝不断增大，形成更大膨胀压力，当混凝土受冻时，这两种压力会损伤混凝土内部微观结构，当经过反复多次的冻融循环以后，损伤逐步积累不断扩大。发展成互相连通的裂缝，使混凝土的强度逐步降低，最后甚至完全丧失。 三、混凝土缺陷检测 （一）声发射法。声发射法是利用材料或结构受力时发出瞬态振动现象的原理，在混凝土构件表面的不同部位上放置声传感器，并将传感器与信号放大器、信号调节器和磁带记录仪等组成测量系统。当混凝土构件受力产生的应变超过其弹性极限点时就会产生小振幅弹性波，波向构件表面传播，会被放置在构件表面上的传感器探测到，根据不同探测位置上的应力波到达时间差可以确定变形点的位置，即混凝土构件由于受力而发生损伤的位置。用声发射法可以检测结构遭受损伤的程度。但是，该方法只能在结构变形和应力增加时才能应用，在静荷载下不能单独测量混凝土的损伤或破坏。 （二）雷达法。雷达法是利用频率为1001200MHz的电磁波扫描混凝土构件表面，当混凝土构件存在孔洞、裂缝、分层等缺陷时，雷达扫描波形图会发生改变，根据雷达扫描波形图，即可分析混凝土的缺陷。 （三）红外线热谱法。红外线热谱法又称红外扫描，是通过测量和记录混凝土结构热发射来分析判断混凝土构件缺陷的方法。当混凝土中存在裂缝或不连续时，扫描仪上将显示完好和有缺陷混凝土热发射的差异。 四、提高混凝土耐久性的措施 （一）预防钢筋的锈蚀。常用的方法有环氧涂层钢筋，采用静电喷涂环氧树脂粉末工艺在钢筋表面形成一定厚度的环氧树脂防腐涂层，这种钢筋保护层能长期保护钢筋使其免遭腐蚀。此外，在混凝土表面涂层也是简便有效的方法，但涂料 的材料。还可掺加高效减水剂，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，使混凝土的总孔隙率，特别是毛细孔隙率大幅度降低。还可研究新技术，开发新产品，如耐锈钢筋、阻锈钢筋等。 （二）避免或减轻碱集料反应。混凝土碱集料反应危害很大，一旦发生很难修复。当混凝土使用有碱活性反应的骨料时，必须从配合比出发，严格控制混凝土中的总碱含量以保证混凝土的耐久性。此外，外加剂特别是早强剂带来高含量的碱，为预防碱集料反应，在设计上应对外掺剂的使用提出要求。 （三）加强施工管理。严格控制施工配合比，搅拌必须均匀，振捣必须到位，要严格遵守养护制度，可以用表面养护剂来改善养护条件，提高保水性，加速表面硬化。混凝土构件的侵蚀病害都是从表面开始的，在混凝土终凝前做好原浆抹面压光，增强表面密实度，也可采用表面浸渍和表面涂覆的手段来降低混凝土表面渗透性。 （四）防止混凝土的冻融破坏。混凝土的组成、配合比、养护条件和密实度决定了其在饱水状态下抵抗冻融破坏的能力，目前只有加气混凝土才能有效提高混凝土的抗冻性。引气是提高混凝土抗冻性的主要参数。一般引气量4-8，同时，应避免采用吸水率较高的集料， 加强排水以免混凝土结构被水饱和。在混凝土中掺加优质引气型高效减水剂，既能获得大量均匀分布的微小气泡，显著提高抗冻性，又能大幅度减小WC，从而保证混凝土强度不降低，甚至有所提高。 （五）拌合及养护用水。混凝土拌合及养护用水，应考虑其对混凝土强度的影响。水灰比的大小很大程度影响混凝土强度值的大小。拌合水应检查其杂质情况，防止影响砂浆及混凝土生成时杂质影响其耐久性。海水中含有硫酸盐、镁盐和氯化物，除了对水泥石有腐蚀作用外，对钢筋的腐蚀也有影响，因此在腐蚀环境中的混凝土不宜采用海水拌制和养护。 （六）针对不同的腐蚀环境应设计不同的保护层厚度。如一类环境(室内正常环境)，设计使用年限为100年的结构混凝土应符合下列规定：混凝土保护层厚度应按规范的规定增加40；当采取有效的表面防护措施时，混凝土保护层厚度可适当减少。混凝土结构及构件宜整体浇筑，不宜留施工缝。当必须有施工缝时，其位置及构造不得有损于结构的耐久性。 五、总结 混凝土结构的耐久性是一个涉及环境、材料、设计、施工等多种因素的复杂问题，要解决好这个问题需要进行多方面的工作。钢筋混凝土结构耐久性应由正确的结构设计、材料选择以及严格的施工质量来保证，同时应注意对其在使用阶段实行必要的管理和维护。只有这样，才能保证和提高混凝土结构的耐久性，才能保证我国建筑事业的可持续发展。 混凝土是土建工程中用途最广、用量最大的建筑材料之一。近百年来，混凝土的发展趋势是强度不断提高。发达国家愈来愈多使用50MPa以上的高强混凝土。 有些远见卓识的专家考虑到某些工程的需要，在提出高强度的同时，也提出耐久性和施工和易性的要求，尤其是近5年，在很多重要工程中成功地采用高性能混凝土。 尽管同业对高性能混凝有不同的定义和解释，但彼此均认爲高性能混凝土的基本特徵是按耐久性进行设计，保证拌和物易於浇筑和密实成型，不发生或尽量减少由温度和收缩産生的裂缝，硬化後有足够的强度，内部孔隙结构合理而有低渗透性和高抗化学侵蚀。 高性能混凝土是21世纪的混凝土，是近期混凝土技术的主要发展方向。高性能混凝土具有很丰富的技术内容，其核心是保证耐久性。 (1) 混凝土工程耐久性不足的後果 混凝土工程因其工程量浩大，将会因耐久性不足对未来社会造成极爲沉重的负担。据美国一项调查显示，美国的混凝土基础设施工程总价值约爲6万亿美元，每年所需维修费或重建费约爲3千亿美元。美国50万座公路桥梁中20万座已有损坏，平均每年有150-200座桥梁部分或完全坍塌，寿命不足20年；美国共建有混凝土水坝3,000座，平均寿命30年，其中32%的水坝年久失修。 美国对二战前後兴建的混凝土工程，在使用30-50年後进行加固维修所投入的费用，约占建设总投资的40%-50%以上。中国50年代所建设的混凝土工程已使用40余年，如果我国混凝土工程的平均寿命按30-50年计，在今後的10-30年内，爲了维修建国以来所建基础设施的费用，将是极其巨大的。 目前，我国的基础设施建设工程规模宏大，每年高达万亿元人民币以上，约30-50年後，这些工程也将进入维修期，所需的维修费或重建费将更爲巨大。作爲21世纪的高性能混凝土，更要从提高混凝土耐久性入手，以降低巨额的维修和重建费用。 (2) 影响混凝土耐久性的主要因素 一般混凝土工程的使用年限约爲50-100年，不少工程在使用10-20年後，有的甚至使用9年以後，即需要维修。用普通水泥混凝土所完成的工程不能满足耐久性(超耐久)要求的根本原因，在於混凝土本身的内部结构。 首先，爲满足混凝土施工工作性要求，即用水量大、水灰比高，因而导致混凝土的孔隙率很高，约占水泥石总体积的25%-40%，特别是其中毛细孔占相当大部分，毛细孔是水分、各种侵蚀介质、氧气、二氧化碳及其它有害物质进入混凝土内部的通道，引起混凝土耐久性的不足。 其次，水泥石中的水化物稳定性不足。波特兰水泥水化後的主要化合物是硷度较高的高硷性水化矽酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙。此外，在水化物中还有数量很大的游离石灰，它的强度极低，稳定性极差，在侵蚀条件下，是首先遭到侵蚀的部分。要大幅度提高混凝土的耐久性，就必须减少或消除这些稳定性低的组分，特别是游离石灰。 (3) 提高混凝土耐久性的技术途径 如前分析，要提高混凝土的耐久性，必须降低混凝土的孔隙率，特别是毛细管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但是如果纯粹的降低用水量，混凝土的工作性将随之降低，又会导致捣实成型工作困难，同样造成混凝土结构不致密，甚至出现蜂窝等宏观缺陷，不但混凝土强度降低，而且混凝土的耐久性也同时降低。目前减少孔隙率的途径往往是掺入高效减水剂。3.1 掺入高效减水剂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。 水泥在加水搅拌後，会産生一种絮凝状结构。在这些絮凝状结构中，包裹着许多拌和水，从而降低了新拌混凝土的工作性。施工中爲了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必须在拌和时相应地增加用水量，这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂後，减水剂的定向排列，使水泥质点表面均带有相同电荷。在电性斥力的作用下，不但使水泥?#27700;体系处於相对稳定的悬浮状态，还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，同时使水泥絮凝状的絮凝体内的游离水释放出来，因而达到减水的目的。许多研究表明，当水灰比降低到0.38以下时，消除毛细管孔隙的目标便可以实现，而掺入高效减水剂，完全可以将水灰比降低到0.38以下。 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，在於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SiO2及活性A12O3，它们能和波特兰水泥水化过程中産生的游离石灰及高硷性水化矽酸钙産生二次反应，生成强度更高，稳定性更优的低硷性水化矽酸钙，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，其平均粒径小於水泥粒子的平均粒径，能填充於水泥粒子之间的空隙中，使水泥石结构更爲致密，并阻断可能形成的渗透路。此外，还能改善集料与水泥石的界面结构和界面区性能。这些重要的作用，对增进混凝土的耐久性及强度都有本质性的贡献。 3.3 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、C1-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産生，提高混凝土的耐久性。 3.4 保证混凝土的强度 尽管强度与耐久性是不同概念，但又密切相关，它们之间的本质联系是基於混凝土的内部结构，都与水灰比这个因素直接相关。在混凝土能充分密实条件下，随着水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的强度不断提高，与此同时，随着孔隙率降低，混凝土的抗渗性提高，因而各种耐久性指标也随之提高。在现代的高性能混凝土中，除掺入高效减水剂外，还掺入了活性矿物材料，它们不但增加了混凝土的致密性，而且也降低或消除了游离氧化钙的含量。在大幅度提高混凝土强度的同时，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。此外，在排除内部破坏因素的条件下，随着混凝土强度的提高，其抵抗环境侵蚀破坏的能力也越强。 (4) 结论 高性能混凝土在配制上的特点是低水灰比，选用优质原材料，除水泥、水和骨料外，必须掺加足够数量的矿物集料和高效减水剂，减少水泥用量，减少混凝土内部孔隙率，减少体积收缩，提高强度，提高耐久性。 混凝土工程的超耐久化，并不意味混凝土成本一定增加，甚至还可能导致成本的降低。例如，应用耐久性高的高性能混凝土，由於强度提高，结构造价降低；又如掺入粉煤灰等工业废料取代部分水泥，可以降低混凝土材料成本。高抗裂、高抗渗复合材料在某地下室工程中的应用1 工程概况南京六合区金盾押运中心金库是南京市重点工程。金库为地下1 层混凝土结构,因其功能的特殊性,对混凝土结构的自防水性能要求较高。根据甲方及设计的多次调研,选用DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料配制高抗裂、高抗渗混凝土。工程应用取得了显著的效果,达到了设计的要求。2 混凝土配合比设计金盾金库地下室设计底板混凝土强度等级为C50 ,侧墙混凝土为C30 ,抗渗等级S8 。根据施工要求,DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料的掺量确定为胶凝材料用量的8 % ,等量取代水泥。1) 原材料水泥PO 42.5 级普通硅酸盐水泥; 粉煤灰级粉煤灰; 砂中砂, 细度模数2.6 ,含泥量1.2 %; 石子531.5mm 连续级配玄武岩碎石; DoublexTM高抗渗、高抗裂复合材料,基本型(DB) ; 减水剂萘系高效减水剂。2) 混凝土配合比底板C50 水泥粉煤灰DB砂石减水剂水= 441.64038.46341 1267.8160 ,水灰比0.31 ,砂率为36 % ,坍落度17.0cm; 侧墙C30 水泥粉煤灰DB砂石减水剂水= 257.66022.48061 1224.2170 ,水灰比0.50 ,砂率为42 % ,坍落度18.0cm。3 施工工艺1) 混凝土拌合在搅拌楼进行,投料顺序为:石砂水泥DB粉煤灰干拌加水,搅拌时间比普通混凝土延长15s。2) 混凝土施工运输混凝土用搅拌车运输;浇灌施工现场用1 台42m 泵车连续进行浇筑,并备用1 台42m泵车。浇灌的自由落距不大于2m; 振捣振捣时间比普通混凝土约多振10s ,避免过振、漏振或欠振; 抹面混凝土终凝前反复抹压,防止表面收缩裂缝产生。3) 混凝土养护底板混凝土采取蓄水养护措施,控制内外温差小于30 ; 侧墙墙体用胶合板作模板,混凝土浇完1d 后,松动模板螺丝离缝23mm,然后从顶部浇水养护。为防止早期产生温差裂缝,3d 后拆模,拆模喷水养护14d。4 混凝土检测结果经测定,混凝土出厂坍落度为1718cm。经0.5h运输,到现场时入模坍落度在16cm 左右,工作性良好,可保证泵送施工。经泵送后,混凝土和易性、保水性好,不产生离析、流浆等现象。经后期检测,混凝土相关性能如表1 所示。5 DoublexTM复合材料的作用机理分析DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料由聚丙烯纤维、膨胀组分、保水组分等多种功能材料复合而成,各种组分在混凝土中发挥其特有的功能。1) 聚丙烯的网状承托作用聚丙烯掺入混凝土中,可产生微细配筋作用及网状承托作用,提高混凝土的抗拉强度,阻止微裂纹的扩展并延缓新裂缝的出现,提高混凝土的变形能力并改善其韧性、抗冲击性。2) 膨胀组分的补偿收缩作用膨胀组分掺入混凝土中,通过与水泥水化产生的氢氧化钙及水反应形成钙矾石,可使混凝土产生适度的膨胀,并在混凝土中建立0.20.7MPa 的预压应力,从而抵消混凝土在硬化过程中产生的部分或全部拉应力,达到抗裂的目的。此外,膨胀组分的水化产物可形成致密的水泥石结构,从而大大提高混凝土的抗渗能力。3) 保水组分的促进水化作用保水组分具有很强的吸水能力,并可通过其毛细作用调整水分的分布,保证胶凝材料正常的水化进程,使混凝土在同等养护条件下获得更好的养护效果。DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料在混凝土中各种组分既能独立作用,又能相互促进。复合化的叠加效应将使混凝土获得优异的性能。6 结论DoublexTM高抗渗、高抗裂复合材料在防止混凝土开裂,减少、阻止混凝土非结构性裂缝,提高混凝土抗渗性能等方面,可发挥重要作用。其工作性良好,对泵送施工无特别要求。 原作者： 朱瑾郭进刘超 DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料的综合性能作用机理及其应用 混凝土的开裂、渗漏一直时困扰建筑工程界的一个技术难题，开裂和渗漏给各种混凝土结构的承载能力和耐久性会带来严重的负面影响。如何有效地解决混凝土的开裂、渗漏问题一直是材料界和建筑工程界的研究热点。虽然已有一些材料如膨胀剂、聚丙烯纤维以及膨胀剂与聚丙烯纤维双掺的技术已逐步应用于混凝土的防裂防渗工程，但是工程效果依然不甚理想，而且，膨胀剂类产品在施工过程中的养护困难也是一个突出的问题。 为有效解决混凝土的开裂、渗漏及养护困难问题，南京派尼尔科技实业有限公司开展了“高抗裂、高抗渗复合材料的研究与应用”的新材料研究开发项目。通过两年多的努力，研究开发出了以高效膨胀组分、合成纤维、保水组分和改性组分组成的DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料，并在有关工程中得到应用，取得了良好的效果。该项目研究成果于2007年9月15日通过了南京市科技局组织的科技成果鉴定，鉴定委员会对该项研究成果给予了高度评价，一致认为该研究成果处于国内领先水平。DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料的综合性能、作用机理及其应用 介绍DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料的综合性能、作用机理及其工程应用情况。1 原材料与试验方法 1.1 试验原材料 试验所用原材料为中国水泥厂产P?O 42.5级水泥、细度模数2.6的黄砂、531.5 mm连续级配碎石、市售PP聚丙烯纤维（直径48 m，长度12 mm）、HEA高效膨胀剂和DB-型（基本型）和DB-型（泵送型）。 1.2 试验配合比 混凝土和砂浆性能试验用配合比见表1和表2。 2 DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料的性能试验结果与讨论 2.1 混凝土的工作性及力学性能 表3是掺加不同外加剂的新拌混凝土的工作性和硬化混凝土试件的力学性能。从试验结果可知，C2、C3、C4和C5混凝土的坍落度较小，这是由于纤维、膨胀剂和DB-的加入，在一定程度上降低了混凝土的流动性；但掺入DB-不会降低混凝土的流动性，在降低水胶比的情况下混凝土的坍落度仍略有增加，这是由于其中含有缓凝高效减水剂结果。 掺有膨胀剂的混凝土，包括DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料，其抗压、劈拉和抗折强度都不同程度地高于基准混凝土C1和单独掺加纤维的混凝土C2，这是由于膨胀剂的加入提高了混凝土的密实性。由于DB-高抗裂、高抗渗复合材料中含有高效减水组分，混凝土成型水胶比低，因此C6混凝土试件的力学性能明显优于其它混凝土试件。2.2 混凝土弯曲韧性 各种混凝土试件的弯曲韧性试验结果见表4。与基准混凝土相比，单掺纤维、单掺膨胀剂、“双掺”纤维和膨胀剂及掺入DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料均显著提高了混凝土的弯曲韧性，其中又以DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料对混凝土弯曲韧性的提高幅度最大，达到35从表8可以看出，与基准混凝土相比，纤维混凝土的抗渗性能提高系数仅为45%，说明单掺纤维对混凝土的抗渗性提高不明显；膨胀混凝土由于膨胀剂的补偿收缩及膨胀水化物的填充密实作用，抗渗能力大大提高，抗渗性能提高系数可达70%；聚丙烯纤维与膨胀剂的“双掺”混凝土由于聚丙烯纤维与膨胀剂的复合作用，抗渗能力进一步提高，抗渗性能提高系数可达72%；而掺入DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料的混凝土抗渗效果明显优于单掺聚丙烯纤维、单掺膨胀剂及“双掺”聚丙烯纤维与膨胀剂的混凝土，抗渗性能提高系数高达75%以上，具有更高的抗渗防水能力。 为了确定DB-高抗裂、高抗渗复合材料混凝土可能的抗渗等级，我们按照DL-T5150-2001水工混凝土试验规范规定的“混凝土抗渗性试验”对C6混凝土进行试验，逐级升压至3.0 MPa后，保持水压8 h，6个试件均未渗透水，各试件的平均渗水高度为8.5 cm。因此，DB-高抗裂、高抗渗复合材料混凝土的抗渗等级可高于P30。 3 DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料作用机理 从上述研究结果可知，DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料具有显著提高水泥混凝土和砂浆的抗裂、抗渗和保水性能的作用。DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料的卓越性能源于材料的复合技术。根据复合材料理论：“多种单一材料结合或混合之后所构成的材料可整体看作一个多相系统，其性能乃是各个相的性能的加和值”。中国工程院院士吴中伟教授认为5，“复合化是水泥基材料高性能化的主要途径”，“复合化的技术思路超叠加效应，对材料高性能化有重要意义，可用公式1+23表示。” DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料是由高效膨胀组分、合成纤维、保水组分和改性组分组成的，各种组分在水泥混凝土和砂浆中各自发挥其特有的作用，同时又互为补充，相互增强。其作用机理特点如下： 3.1 双重抗裂、双重保护 高效膨胀组分是DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料的主要功能材料，它在混凝土中的作用是在水泥水化过程中形 成大量的膨胀结晶体钙矾石。图1是水泥砂浆中钙矾石的形成与分布的电子显微镜照片。钙矾石的形成可起到填充、堵塞混凝土毛细孔的作用，同时由于在钢筋和邻位的约束下产生的压应力，在硬化早期可部分抵消混凝土干缩引起的拉应力，避免或减少混凝土裂缝的产生。 聚丙烯纤维是DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料的另一主要功能材料，当它均匀分布于混凝土内部时（见图2），可使混凝土在塑性初期形成的微裂纹在发展过程中受到阻挡，难以进一步发展。纤维的加入犹如在混凝土中掺入数量巨大的微细筋，抑制了混凝土开裂的进程，提高了混凝土的断裂韧性，从而达到改善混凝土性能的目的。聚丙烯纤维和膨胀剂分别从物理和化学两方面提高混凝土的抗裂能力，为混凝土提供双重保护。 3.2 阶段抗裂、层次抗裂 膨胀剂与聚丙烯纤维的防裂原理、作用层面、作用方式及最有效的作用时段不尽相同。膨胀剂主要通过化学作用补偿混凝土硬化阶段的收缩，对控制混凝土早期塑性收缩作用不大；聚丙烯纤维对于控制混凝土早期的塑性收缩开裂有明显的作用，但在硬化阶段却很难再有帮助。DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料将二者复合使用，这种复合不是两种抗裂组分多余的重复叠加，而是互为补充，相互 加强，从不同的层面、以不同的方式以及在不同的时段对混凝土的抗裂作出最有效的贡献。 孙伟院士指出6，“微膨胀剂与聚丙烯纤维的复合体现了层次抗裂、阶段抗裂的科学理念，符合裂缝控制抗与放的原则，是传统的补偿收缩理论与复合材料理论的有机结合。” 3.3 三重防水、高度抗渗 混凝土结构自防水即依靠混凝土本体来实现建筑防水，已被证明为最根本的建筑防水技术。由多种功能材料复合而成的DoublexTM高抗裂、高抗渗同时具备三种防水机理，故比单一机理的产品具有更高的抗渗防水能力的。具体防水机理如下：3.3.1 补偿收缩、抗裂防渗 在普通混凝土中加入DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料，其膨胀组分经水化反应可产生大量膨胀性结晶水化产物钙矾石，使混凝土产生适度膨胀，在钢筋和邻位的约束下，其限制膨胀率可在混凝土中建立0.20.7 MPa的预压应力，从而抵消混凝土在硬化过程中产生的部分或全部拉应力，达到抗裂的目的。此外，膨胀组分与水泥水化后形成的针棒状钙矾石晶体，使水泥的总孔隙率降低，而且孔径变小，形成致密的水泥石结构，从而提高混凝土的抗渗能力。 3.3.2 减水密实、减低水化热 DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料泵送型DB-引入的缓凝高效减水剂，可减少单位体积中水泥和水的用量，使混凝土中的水化热减小，推迟水化放热时间。因此，可减少混凝土的收缩裂缝，提高混凝土的密实性，达到密实防水的目的。 3.3.3 物理配筋、抗裂防水 在普通混凝土中加入DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料，其数量众多的合成纤维可阻止混凝土的离析，提高混凝土的整体均匀性，显著减少裂缝的数量、长度和宽度，降低生成贯通型裂缝的可能性。同时，三维乱向分布的网状结构，阻断了混凝土内部的毛细作用，使混凝土抗渗能力明显提高。3.4 有效保水，提高养护效果 特种保水组分是DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料中的主要功能材料，当该产品掺入混凝土中时，其保水组分可吸收保持大量水分并缓慢释放出来，提供水泥、膨胀剂等水化所需的大量水分，提高混凝土的养护效率并保证混凝土的质量。 DoublexTM中独有的特种保水组分具有很强的水分吸附及保持能力，可防止并阻缓混凝土由于离析和蒸发造成的水分流失，提高混凝土的保水能力。同时，保水组分具有反复吸水功能，在混凝土中可反复完成吸水释水干燥再吸水的过程。因此，在保水的同时，可以调整水分的分布，将其吸收的水分迅速地传输至混凝土内的每一个地方，促进水泥和膨胀剂的水化进程。在混凝土的施工过程中，严格的养护制度和混凝土内在保水能力的提高，可提高混凝土的养护效率，使混凝土在同等养护条件下获得更好的养护效果。 综上所述，DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料由多种功能材料复合而成，这种复合不是多余的重复叠加，而是互相补充，互相加强。它们从不同的层面、以不同的方式以及在不同的时段对混凝土性能的改善作出最有效的贡献。 DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料在混凝土中存在着多种作用机理，这些作用机理既能独立工作，又能互相促进，复合化的叠加效应将使混凝土获得优异的性能。 4 DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料的应用 DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料可显著提高混凝土的抗裂抗渗性能，同时可改善混凝土的保水能力，提高混凝土的养护效果，因此可以广泛应用于地下室、地铁、隧道和水利水电、港口码头等有较高防渗要求的工程，可实现超长结构的无缝施工。 DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料已在许多工程中得到广泛应用。在江苏省淮安市淮海第一城地下室施工中，使用C35P8混凝土4434 m3，配合比为水泥：DB-：砂：石子：水390 kg：30 kg：740 kg：1065 kg：175 kg，6个月后检查无任何裂缝和渗漏现象。在南京市公安局金盾押运中心金库施工中，分别在C50（底板）和C30（侧墙）混凝土中，掺加胶凝材料重量8%的DoublexTM材料，12个月后检查未发现裂缝和渗漏现象。工程应用实践充分体现了DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料在可提高混凝土的抗裂抗渗性中卓越作用。 5 结 语根据综合性能的研究、作用机理的分析和工程应用实践可以得出以下结论：DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料是一种机理完善，性能卓越的高性能混凝土外加剂，其对混凝土性能的改善如力学性能、抗裂性能、抗渗性能、保水性能及抗冲击性能明显优于单掺聚丙烯纤维、单掺膨胀剂或“双掺”聚丙烯纤维与膨胀剂。在混凝土中掺加胶凝材料重量68%的DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料，可显著提高混凝土的抗裂性和抗渗性，混凝土的塑性裂缝完全消除，抗渗等级可达P30以上。其独有的特种保水组分可有效改善混凝土的保水性能，因此可提高混凝土的养护效率。DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料可广泛应用于地下室、地铁、隧道和水利水电、港口码头等有较高防渗要求的工程及实现超长结构的无缝施工。