提高混凝土抗凍耐久性技術(shù)的研究綜述（下）
2005-09-30 00:00
3 活性的礦物摻合料改善混凝土抗凍耐久性技術(shù)研究動(dòng)態(tài)
混凝土是各種建筑工程上應(yīng)用最廣泛、用量最多的人造建筑材料，目前，我國(guó)正處在大規(guī)模的基礎(chǔ)建設(shè)時(shí)期，對(duì)混凝土的需求量也就更大。因此，有效地降低混凝土的成本，提高混凝土的各項(xiàng)技術(shù)性能，對(duì)于充分利用有限的投資，延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，減少自然資源的消耗，保護(hù)生態(tài)平衡，有著非常巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
在混凝土的基本組成材料中，水泥的價(jià)格最貴，因此，在滿足對(duì)混凝土質(zhì)量要求的前提下，單位體積混凝土的水泥用量愈少愈經(jīng)濟(jì)。因此，用一些具有活性的摻和料(硅粉、礦渣、粉煤灰) 來(lái)替代一部分水泥正在被廣泛的應(yīng)用。
3. 1 硅粉的摻入
近年來(lái)，硅粉混凝土也已應(yīng)用于混凝土工程各個(gè)領(lǐng)域，其抗凍耐久性問(wèn)題已引起人們的普遍重視，在丹麥、美國(guó)、挪威等國(guó)家，硅粉作為混凝土混合材已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但關(guān)于硅粉混凝土的抗凍耐久性，各國(guó)學(xué)者結(jié)論各異。
日本的Yamato 等人[18 ] 通過(guò)試驗(yàn)得出結(jié)果： 非引氣混凝土當(dāng)水/ (水泥+ 硅粉) = 0. 25 ，不管硅粉的摻量如何，皆具有良好的抗凍耐久性。加拿大的Malhotra 等人[19 ] [20 ]通過(guò)試驗(yàn)得出:引氣硅粉混凝土不管水灰比多少，硅粉摻量15 %以下時(shí)都具有較高的抗凍耐久性。我國(guó)學(xué)者丁雁飛，孫景進(jìn)(1991) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)探討了硅粉對(duì)混凝土抗凍耐久性的影響，得出結(jié)論[21 ] ：非引氣硅粉混凝土的抗凍耐久性與基準(zhǔn)混凝土比較，在膠結(jié)材總量相同，塌落度不變的條件_下，非引氣硅粉混凝土的抗凍能力高。范沈撫(1990) 得出[22 ] ：在相同含氣量的情況下，摻15 %的硅粉混凝土比不摻硅粉的基準(zhǔn)混凝土，氣孔結(jié)構(gòu)有很大的改善。硅粉對(duì)抗凍耐久性有顯著的效果，但硅粉的產(chǎn)量有限而且成本較高。
3. 2 礦渣的摻入
磨細(xì)礦渣與混凝土內(nèi)水泥水化生成的Ca (OH) 2結(jié)合具有潛在的活性，但磨細(xì)礦渣對(duì)提高混凝土的抗凍融性目前也不少研究。張德思，成秀珍(1999)通過(guò)試驗(yàn)得出結(jié)論[23 ] ：隨著礦渣摻量的增加，其混凝土的抗凍融性能愈差，但摻合比例合適時(shí)，抗凍性能與普通混凝土相比有較大改善。
3. 3 粉煤灰的摻入
國(guó)內(nèi)外粉煤灰應(yīng)用已有幾十年的歷史。最早研究粉煤灰在混凝土中應(yīng)用的是美國(guó)加洲理工學(xué)院的R. E.Davis ，1993 年他首次發(fā)表了關(guān)于粉煤灰用于混凝土的研究報(bào)告。到本世紀(jì)五、六十年代，粉煤灰作為一種工業(yè)廢料，其活性性能被進(jìn)一步研究和推廣，不僅僅是為了節(jié)約水泥，更主要是為了改善和提高混凝土的性能。美國(guó)加洲大學(xué)Mehta 教授指出[24 ] ，應(yīng)用大摻量粉煤灰(或磨細(xì)礦渣) ，是今后混凝土技術(shù)進(jìn)展最有效、也是最經(jīng)濟(jì)的途徑。
國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料表明[25 ] [26 ] ：粉煤灰混凝土的抗凍能力隨粉煤灰摻量的增加而降低，和相同強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土相比較，28d 齡期的粉煤混凝土試件抗凍耐久性試驗(yàn)結(jié)果偏低，隨著粉煤灰混凝土技術(shù)的深入研究和發(fā)展，引氣粉煤灰混凝土的抗凍耐久性研究已越來(lái)越多地引起人們的關(guān)注。LinhuaJiang 等學(xué)者[27 ] (2000) 通過(guò)研究高摻量粉煤灰混凝土水化作用得出:粉煤灰的摻量和水灰比影響了高摻量粉煤灰混凝土的孔結(jié)構(gòu)，并且隨著摻量和水灰比的增加而孔隙率增加，但隨時(shí)間的延長(zhǎng)，孔隙率會(huì)下降。這是因?yàn)榉勖夯业膿饺敫纳屏嘶炷恋目壮叽?，但最大摻量不得超過(guò)70 %。游有鯤、繆昌文、慕儒等[28 ] (2000) 對(duì)粉煤灰高性能混凝土抗凍耐久性的研究表明:水膠比在0. 25 - 0. 27 范圍內(nèi)，隨著粉煤灰內(nèi)摻量的提高，不摻引氣劑，混凝土抗凍耐久性隨粉煤灰增加而增加。當(dāng)摻引氣劑后，混凝土抗凍耐久性有先升后降的趨勢(shì)，既存在最佳的粉煤灰摻量為30 %。習(xí)志臻(1999) 認(rèn)為[29 ] :相對(duì)于許多混凝土而言，粉煤灰高性能混凝土提高了混凝土的抗?jié)B、抗凍、抗碳化能力。田倩、孫偉[30 ] (1997) 討論了摻入硅灰、超細(xì)粉煤灰及兩者的復(fù)合物對(duì)抗凍耐久性能的影響以及鋼纖維的阻裂效應(yīng)對(duì)混凝土抗凍耐久性能的作用。實(shí)驗(yàn)證明:當(dāng)超細(xì)粉煤灰與硅灰相摻時(shí)，提高抗凍耐久性的效果尤為顯著，其凍融循環(huán)300 次以后，動(dòng)彈性模量與重量基本無(wú)變化，而鋼纖維的進(jìn)一步復(fù)合有利于混凝土抗凍耐久性的改善。由此可見(jiàn)，雙摻或多摻礦物的復(fù)合效應(yīng)對(duì)混凝土抗凍耐久性的提高是值得研究的課題。
4 高強(qiáng)混凝土抗凍融技術(shù)現(xiàn)狀
目前，高強(qiáng)度混凝土已在工程中得到廣泛應(yīng)用，但是，由于理論上認(rèn)為高強(qiáng)度混凝土應(yīng)具有較高的抗凍能力，所以對(duì)高強(qiáng)度混凝土的抗凍性的研究并不多。
由于試驗(yàn)結(jié)果限制，高強(qiáng)混凝土本身抗凍融能力仍有爭(zhēng)論。Marchand et al . (1995) 認(rèn)為[31 ] :當(dāng)水膠比為0. 3 ，并且硅灰摻量為20 % - 30 %時(shí)，混凝土需要適當(dāng)?shù)囊龤鈦?lái)增強(qiáng)抗凍融能力，只有當(dāng)水灰比低于0. 25 時(shí)，混凝土不需要引氣。李金玉[32 ] (1998) 從宏觀和微觀結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面研究高強(qiáng)度混凝土的抗凍性及其凍融的破壞規(guī)律，并配制出C60. C80. C100 高強(qiáng)混凝土。在C60 高強(qiáng)混凝土的基礎(chǔ)上，摻用優(yōu)質(zhì)引氣劑配制成C60 引氣混凝土，該混凝土具有超高抗凍性，進(jìn)行1200 次快速凍融循環(huán)后，相對(duì)凍彈性模量?jī)H為92. 6 % ，為開(kāi)發(fā)研制高強(qiáng)度高耐久性能的混凝土提供基礎(chǔ)。然而，21 世紀(jì)的混凝土是高性能混凝土，是混凝土技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)。著名的中國(guó)工程院資深院士吳中偉教授對(duì)高性能混凝土下的定義是：高性能混凝土是一種新型高技術(shù)制作的混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代技術(shù)制作的混凝土，以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，高性能混凝土具有很豐富的內(nèi)容，但核心是保證耐久性，不能片面追求單一性。
5 結(jié)語(yǔ)
雖然各國(guó)學(xué)者研究成果各異，但是，我國(guó)地域遼闊，環(huán)境條件復(fù)雜，雖經(jīng)幾十年的努力，但混凝土工程的抗凍耐久性尤其在三北地區(qū)混凝土工程的抗凍耐久性問(wèn)題仍未得到根本解決。由以上文獻(xiàn)綜述可以看出，摻入活性的礦物摻和料是解決混凝土抗凍耐久性問(wèn)題的有效措施之一，也是21 世紀(jì)混凝土技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)。單摻礦物摻合料來(lái)配制高性能混凝土的文獻(xiàn)資料及工程報(bào)道很多，并已取得了一定成果。然而，對(duì)于多種礦物摻合料復(fù)摻并研究其復(fù)合疊加效應(yīng)目前尚少系統(tǒng)研究，也是解決問(wèn)題的難點(diǎn)和關(guān)鍵所在。本論文為解決這一難點(diǎn)，對(duì)寧夏這一典型區(qū)域進(jìn)行了提高建筑物抗凍耐久性的技術(shù)研究。采用多種礦物摻合料復(fù)摻能否提高混凝土抗凍耐久性、其復(fù)合疊加效應(yīng)能否實(shí)現(xiàn)及采用的最優(yōu)配合比都要進(jìn)行大量的試驗(yàn)，并從宏觀和微觀的角度來(lái)進(jìn)一步研究和分析。該項(xiàng)目的研究克服了目前針對(duì)凍融破壞在分析研究方面的不足，有著廣泛的_理論與工程應(yīng)用價(jià)值和重要的學(xué)術(shù)意義。同時(shí)，該項(xiàng)研究大量利用了寧夏廢料資源，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，更重要的是為西部經(jīng)濟(jì)大開(kāi)發(fā)解決能源危機(jī)。該項(xiàng)目的研究和推廣有著不可估量的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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