C100高性能混凝土耐久性研究

樸志海,姚瑞珊,計偉帥,孫明剛,冉欣鑫,孫佳煜,高彥寶

(1.龍建路橋股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150009；2.黑龍江建筑職業技術學院，黑龍江 哈爾濱 150000)

1 前 言

眾所周知，土木工程領域應用的混凝土是一種極其重要的傳統建筑材料，截止目前，土木工程使用的混凝土強度等級絕大多數局限在C60以下。但隨著技術進步，時代發展，建筑工程對混凝土不斷提出新的要求，尤其是超高層建筑不斷刷新城市天際線，大跨度建筑物雨后春筍般涌現，其他特殊構造物客觀上的需要等等，以上這些因素催生了高強、超高強混凝土的出現。近30年來，強度等級C70以上混凝土陸續開發出來并成功應用于工程中，特別是近20年來，C100高性能混凝土也已有許多有工程應用實例。

那么，在倡導可持續發展的今天，C100高性能混凝土具有哪些優勢呢？

首先，新拌C100高性能混凝土在運輸和澆筑過程中，具有超大的流動性、良好的粘聚性和保水性，易于施工。

其次，傳統普通混凝土隨齡期增長體積會產生不同程度收縮，隨著收縮的發生，混凝土內外部均會產生收縮裂縫，外界各種侵蝕性介質會沿裂隙侵入，導致混凝土內部鋼筋逐漸銹蝕。鐵銹是一種膨脹劑，會使鋼筋周圍的混凝土膨脹開裂，從而使混凝土產生比收縮裂縫更深更寬的裂隙，從而加劇了混凝土的劣化速度。C100高性能混凝土因其高體積穩定性而很好的克服了這一缺點，其抗滲性、抗凍性、抗碳化性、抗侵蝕性等性能都較傳統混凝土得到了及大提高。C100高性能混凝土提高了混凝土耐久性，延長了混凝土結構物的壽命，從而節省了大量社會資源。

2 原材料

以下為C100高性能混凝土研究使用的原材料信息。

(1)碎石：5～20 mm連續級配，壓碎值13.5，針片狀4.0，表觀密度2.812 g/cm3。

(2)砂：中砂，細度模數2.51，含泥量0.9，表觀密度2.776 g/cm3。

(3)水泥：P.O52.5，28 d抗壓強度55.0 MPa～58.0 MPa。

(4)粉煤灰：Ⅰ級，細度4.6，燒失量3.3，需水量比90.4%。

(5)礦渣粉：S95級，比表面積412，28 d活性指數95.2%。

(6)硅灰：SIO295%，燒失量3.7，需水量比87.9，28 d活性指數105%。

(7)外加劑：聚羧酸系緩凝高效減水劑，含固量25%，減水率25%～30%。

3 混凝土配合比

以下為C100高性能混凝土配合比及工作性信息。

表1 C100高性能混凝土配合比

表2 C100砼工作性

該配合比7 d抗壓強度94.8 MPa，28 d抗壓強度118 Mpa。

4 C100高性能混凝土耐久性研究

眾所周知，混凝土耐久性是工程界一個永恒的課題，尤其是在普遍重視環境的今天，這個問題愈發顯得重要，有鑒于此，筆者除了研究C100高性能混凝土的工作性和力學性能外，還著重研究了耐久性問題。在涉及的系列耐久性參數中，重點研究了C100高性能混凝土的抗滲性、抗凍性、抗氯離子滲透性、抗碳化性、徐變性能及收縮性能。

4.1 C100高性能混凝土抗滲性能

混凝土抗滲性能是反映混凝土耐久性能最重要參數之一，為了驗證C100高性能混凝土抗滲性能，本研究特地將C50普通混凝土與C100高性能混凝土的抗滲性能進行了對比，本實驗室采用的抗滲試驗機最大可做到P35，采用逐級加壓法。研究結果表明：當加壓到3.6 MPa時，C50普通混凝土六個試件中有兩個試件周邊有少許滲水，經檢查，這只是密封圈局部損壞造成的結果，并不是試件本身滲水；C100高性能混凝土六個試件中均沒有任何滲水現象。由此可知，這兩種混凝土抗滲等級均超過P35。

4.2 C100高性能混凝土抗凍性能

混凝土抗凍性是指其在飽水狀態下遭受凍融循環時，抵抗破壞的能力，它也是反映混凝土耐久性能最重要參數之一。為了驗證C100高性能混凝土抗凍性能，本研究特地將C50普通混凝土與C100高性能混凝土的抗凍性能進行了對比，為了較全面檢驗這一參數，本研究采用兩種方法檢驗這兩種混凝土的抗凍性能，這兩種方法分別是：快凍法和鹽凍法。

(1)鹽凍法C100高性能混凝土抗凍性能

鹽凍法C50混凝土和C100高性能混凝土凍融試驗對比，見表3、表4。

表3 鹽凍法C50混凝土凍融試驗數據

表4 鹽凍法C100高性能混凝土凍融試驗數據

鹽凍法達到28次凍融循環時，C50混凝土和C100高性能混凝土各5個試件表面積剝落物總質量均為零。為進一步驗證這兩種混凝土抗鹽凍性能，特地增加了28次凍融循環，使總凍融循環達到56次，結果表明，單位表面積剝落物總質量均不超過1 500 g/m2這一規范規定值，由此可見，這兩種混凝土具有及其優異的抗鹽凍性能。同時，從以上兩表中可看出C100高性能混凝土較C50混凝土具有更高的抗鹽凍融循環能力。

(2)快凍法C100高性能混凝土抗凍性能

快凍法C100高性能混凝土和C50混凝土凍融試驗對比，見表5、表6。

表5 快凍法C100高性能混凝土凍融試驗數據

表6 快凍法C50混凝土凍融試驗數據

C100高性能混凝土和C50混凝土采用快凍法達到相同的凍融循環次數時，試件相對動彈模量下降值和質量損失率均遠小于規范的規定值，表明這兩種混凝土具有極強的抗凍融循環能力。同時，從以上兩表中可看出C100高性能混凝土較C50混凝土具有更高的抗凍融循環能力。

4.3 C100高性能混凝土抗氯離子滲透性

抗氯離子滲透性是衡量混凝土耐久性重要參數之一，它可以間接反映鋼筋混凝土中的鋼筋或其他金屬受腐蝕快慢、難易程度。為了驗證C100高性能混凝土抗氯離子滲透性能，本試驗特地將C50普通混凝土與C100高性能混凝土的抗氯離子滲透性能進行了對比，為了較全面檢驗這一參數，本試驗采用兩種常用方法來檢驗這兩種混凝土抗氯離子滲透性能，這兩種方法分別是：電通量法、快速氯離子遷移系數法(RCM法)。

(1)RCM法C100高性能混凝土抗氯離子滲透試驗

C100高性能混凝土和C50混凝土抗氯離子滲透試驗對比，見表7、表8。

表7 C100高性能混凝土與C50

表8 技術等級評定

快速氯離子遷移系數法(RCM法)試驗結果表明，C100高性能混凝土較C50混凝土具有更加優異的抗氯離子滲透性能。

(2)電通量法C100高性能混凝土抗氯離子滲透試驗

C100高性能混凝土和C50混凝土抗氯離子滲透試驗對比，見表9、表10。

表9 電通量法C100高性能混凝土與

表10 技術等級評定

電通量法試驗結果表明，C100高性能混凝土較C50混凝土具有更加優異的抗氯離子滲透性能。

4.4 C100高性能混凝土抗碳化性能

抗碳化性能是衡量混凝土耐久性的重要參數之一，為了驗證C100高性能混凝土抗碳化性能，本試驗特地將C50普通混凝土與C100高性能混凝土的抗碳化性能進行了對比。

C50普通混凝土與C100高性能混凝土的28 d和60 d碳化深度均為0，說明該兩種混凝土抗碳化能力非常突出。

4.5 C100高性能混凝土徐變性能

為了概略了解C100高性能混凝土的徐變性能，課題組用C50普通混凝土與C100高性能混凝土做徐變性能對比，盡管徐變試驗過程對兩組試件施加的荷載不同，但通過徐變性能參數的對比，仍可了解這兩種混凝土不同的徐變性能。見表11、表12。

表11 C50高性能混凝土徐變性能試驗數據表

表12 C100高性能混凝土徐變性能試驗數據表

徐變試驗是長期的研究工作，因本研究周期的限制，試件加載時間僅有6個月，但不管怎樣，本試驗通過對C50普通混凝土、C100高性能混凝土對比研究，課題組仍然得出了這樣的結論：后者的徐變性能較前者要優異得多，這得益于后者的密實度和強度要遠遠高于前者。

4.6 C100高性能混凝土收縮性能

混凝土的收縮性能是指混凝土在規定溫度、濕度和界面條件下，不受任何外力作用而引起的長度方向的變化，它是衡量混凝土體積穩定性和耐久性的重要參數之一，為了驗證C100高性能混凝土收縮性能，本研究特地將C50普通混凝土與C100高性能混凝土的收縮性能進行了對比。

(1)C100高性能混凝土非接觸法收縮試驗

C50混凝土收縮率和C100高性能混凝土收縮率對比，見表13、表14。

表13 C50混凝土收縮率(非接觸法)

表14 C100高性能混凝土收縮率(非接觸法)

(2)C100高性能混凝土接觸法(立式)收縮試驗

C50混凝土收縮率和C100高性能混凝土收縮率對比，見表15、表16。

表15 C50混凝土收縮率(接觸法立式)

表16 C100高性能混凝土收縮率(接觸法立式)

(2)C100高性能混凝土接觸法(臥式)收縮試驗

C50混凝土收縮率和C100高性能混凝土收縮率對比，見表17、表18。

表17 C50混凝土收縮率(接觸法臥式)

表18 C100高性能混凝土收縮率(接觸法臥式)

從表13～表18可以得出這樣一個共同結論：不論采用非接觸法還是用接觸法(立式和臥式)測試C100高性能混凝土和C50混凝土的收縮性能，C100高性能混凝土比C50混凝土的性能(收縮值)都優越得多，這得益于前者的密實度要遠遠大于后者的緣故。

5 結 語

從以上研究結果可以清楚看出，C100高性能混凝土的力學性能、體積穩定性能、尤其是以抗滲性、抗凍性、抗氯離子滲透性、抗碳化性、徐變性能及混凝土收縮性能等參數為代表的耐久性能等諸方面都大大優于普通C50混凝土，其中有些參數性能高于對比普通C50混凝土幾個等級。

可以預見，在廣大專家學者的努力推動下，在可持續發展的大背景下，C100高性能混凝土在不遠的將來必將在土木、石油、核電、海洋及軍事領域得到廣泛的應用。