高強度透水混凝土實驗的分析與研究

田岸平

遼寧省東煤測試分析研究院有限責任公司 遼寧沈陽 110016

在凍土區進行建筑、橋梁施工時，為保證結構的安全穩定，通常要用到樁基礎形式，例如青藏鐵路工程的橋梁中就大多數采用了鉆孔灌注樁基礎．為減小對凍土的擾動，鉆孔灌注樁混凝土入模溫度一般控制在5℃左右，混凝土澆筑之后，自身攜帶的熱量和水化產生的水化熱會向凍土中傳輸，導致樁身混凝土出現了數天在0℃以上且后期在負溫下持續養護的特點，有研究表明，低、負溫的養護環境下混凝土中水泥也會繼續水化，但水化速率緩慢，水化會不斷產生水化產物，混凝土強度也會持續增長，由此，即可通過延長低、負溫下混凝土養護齡期的措施來使混凝土抗壓強度達到與標養28d相等的強度值，即“等強度”混凝土．

1 高性能混凝土綠色化的途徑

如何發展綠色混凝土，許多學者提出了許多中肯的意見和建議現歸納如下。（1）加強混凝土科研開發、標準制定、工程設計和施工人員等的環保意識，加大綠色概念的宣傳力度，以引起混凝土工程領域各個環節的高度重視。（2）大力發展高標號熟料水泥生產，提高高標號熟料在整個熟料生產中的比重；研究改進熟料礦物組分，對傳統的熟料礦物、水泥進行改性、改型發展生產能耗低的新品種，調整水泥產品結構，及發展滿足配制高性能混凝土和綠色高性能混凝土要求的水泥，并在滿足這一要求的前提下，盡量減少混凝土中的水泥用量；研究開發、改進、提高和發展水泥生產工藝及技術裝備，采用新技術、新工藝、新裝備改造淘汰落后技術和裝備，以提高水泥質量，達到節能、節約資源的目的。（3）大力發展人造骨料，特別是利用工業固體廢棄物粉煤灰、煤矸石生產制造輕骨料；積極利用城市固體垃圾，特別是拆除的舊建筑物和構筑物的廢棄物混凝土、磚、瓦及廢物，以其代替天然砂石料，減少砂石料的消耗。（4）更新傳統的混凝土設計方法，提高施工質量意識，嚴格施工，以保證混凝土的施工質量。（5）研究和制定綠色高性能混凝土的設計規程、質量控制方法、驗收標準、施工工藝等。（6）加強對綠色高性能混凝土配套技術的研究開發，使之向理想化發展，并使其適合于各種應用場合，擴大其應用范圍。著重解決高性能混凝土和綠色高性能混凝土由于低水膠比引起的自收縮問題、進一步水化造成的裂紋問題、由于高強度帶來的脆性問題等[1]。

2 實驗

2.1 試驗配合比

試驗選用6組混凝土配合比，如表2所列．通過調整混凝土減水劑的用量，使各個配合比混凝土坍落度保持在180±20mm．其中A-1、A-2、A-3組配合比水膠比為0．32，A-2組中利用15%的礦粉和2%的硅灰等量替代水泥，A-3組中利用15%的礦粉和2%的硅灰等量替代水泥，且通過摻加引氣劑使混凝土含氣量達到4．8%．B-1、B-2、B-3組配合比水膠比為0．36，B-2組中利用15%的礦粉和2%的硅灰等量替代水泥，B-3組中利用15%的礦粉和2%的硅灰等量替代水泥，且通過摻加引氣劑使混凝土含氣量達到4．8%．

2.2 試驗方案

（1）等強度試件制備在標養（20℃）和恒定負溫（-3℃）條件下養護混凝土抗壓強度試件（100mm×100mm×100mm），測試混凝土在標養和恒定負溫條件下28d抗壓強度，并以標養條件下的測試值作為等強度參考值；延長-3℃條件下的養護齡期，每隔28d測試一次混凝土強度，直到-3℃養護條件下的混凝土強度達到強度參考值。（2）含氣量測定方法按規范測定混凝土拌合物的和易性和含氣量，含氣量采用SANYO直讀式精密混凝土含氣量測定儀測定。（3）養護方法標養條件下的試件在室溫下覆蓋養護24h后脫模放入標養室；恒定負溫條件下養護的試件澆筑后帶模直接放入大氣環境模擬箱，該模擬系統溫度可控制在-20至80℃之間，溫度波動不大于0．5℃，養護過程中試模采用保濕措施，使養護濕度達到95%以上。

3 結果與分析

3.1 骨料粒徑對強度和孔隙率的影響

隨著粗骨料粒徑的增大，透水混凝土的7d、28d抗壓強度均呈現出先升高后降低的趨勢，骨料粒徑為5-10mm時透水混凝土的抗壓強度最高。這是因為，相比于粒徑大的骨料，較細的骨料比表面積較大，而膠凝材料的量有限，所以使得骨料表面的包裹層相對較薄，骨料之間的粘結力弱，所以強度較低。而在大粒徑骨料的透水混凝土中，雖然骨料表面的包裹層較厚，但骨料之間的接觸面積偏小，孔隙率高，難以承受較大的破壞力。隨著粗骨料粒徑的增大，透水混凝土的孔隙率逐漸升高。綜合考慮，優選粒徑為5-10mm的骨料進行后續實驗。

3.3 骨膠比對強度、孔隙率和透水系數的影響

骨膠比即骨料與膠凝材料的質量比，骨膠比越大膠凝材料越少，漿體對骨料的包裹層越薄；骨膠比過小，說明膠凝材料的量多，骨料表面的包裹層越厚。骨膠比過大或者過小，都會影響新拌混凝土的均勻性，并且會對孔隙率造成影響，因此選擇合適的骨膠比極其重要。

4 高性能混凝土的發展前景

（1）高性能自密實混凝土。自密實混凝土是一種免振搗，在自身重力作用下就可以使配筋密集的模板充滿，并具有一定勻質性的混凝土。與傳統混凝土相比較起來最顯著的區別是，自密實混凝土具有勻質性和填密性，其能夠在自身重力的作用下自流平填密實，從而有利于結構物中混凝土的密實性，此外它還具有良好的力學性能、耐久性和體積穩定性；自密實混凝土的配置成本較高，進行配合比的設計時也比較復雜，一般適用于沉井連續墻、預制混凝土、鋼管柱以及水壩擋水墻等一些較為復雜的工程結構。自密實混凝土具有良好的填充性、抗離析性、障礙間距的通過性等工作性能，這種混凝土在通過鋼筋間隙時可以自行流入而不會產生阻塞離析的現象，而且能夠在自身重力的作用下使模板各部位充滿混凝土。使用自密實混凝土有利于減少大量勞動力、使施工速度略有提高并且減少施工工期，有利于提高經濟效益。（2）高性能補償收縮混凝土。補償收縮混凝土主要是由水泥、膨脹劑、外加劑礦物摻合料以及集料組成。補償收縮混凝土與普通混凝土的區別在于補償收縮混凝土在進行配置時摻入了一定量的膨脹水泥，使其有一定的膨脹性能，以補償它的干縮狀態，這也是其自身所具有的補償收縮機理。補償收縮混凝土具有良好的抗滲能力，這是由于混凝土中有膨脹劑的加入，鈣礬石膨脹的結晶具有填充和堵塞毛細孔徑的作用，使混凝土中的孔徑變小，水也就不容易滲透進去；此外，其也具有一些抗化學侵蝕能力，例如，抗酸、抗堿、抗硫酸鹽侵蝕，補償收縮混凝土已經推廣應用在了濱海地區及其周邊的鹽堿地區、含有酸根物質的污水處理工程，在這些高鹽漬、高硫酸的環境中經受住了考驗，也證明了它具有較強的抗化學侵蝕能力。試驗證明，這種抗化學侵蝕性能優于傳統混凝土。補償收縮混凝土中膨脹劑的加入給它的工作性帶來了一定的影響，膨脹劑的加入使混凝土坍落度的損失加重，然而這種損失也是可以消除的，消除此種現象的方法就是通過加入緩凝劑、泵送劑和其他化學添加劑來進行調節，以此來減弱損失率。由于膨脹劑和化學外加劑的添加，也使混凝土的泌水性降低、凝結時間有所延長，減少了經濟損失。此種混凝土主要適用于水池、水塔、地下室等防水部位以及易產生溫差收縮裂縫的大體積混凝土、沉降縫等后澆帶的混凝土澆筑等[2]。

4 結語

（1）隨著骨料粒徑的增大，透水混凝土的孔隙率逐漸增大，強度先提高后降低，骨料粒徑為5～10mm的透水混凝土強度最高。（2）隨著硅灰摻量增大，透水混凝土的7d、28d抗壓強度先提高后降低，當硅灰摻量為15%時抗壓強度達到最高，7d、28d抗壓強度較未摻硅灰的分別提高了32．3%和27．7%；而孔隙率持續降低。微觀分析發現，采用適量硅灰取代水泥后，促進了膠凝材料的二次水化，使水化產物增多，從而提高了透水混凝土的強度。