高性能混凝土配方化学机理探究

李 文 莉

(河南省水利科学研究院 河南省水利工程安全技术重点实验室, 河南 郑州 450003 )

高性能混凝土配方化学机理探究

李 文 莉

(河南省水利科学研究院 河南省水利工程安全技术重点实验室, 河南 郑州 450003 )

当前，我国高性能混凝土配方机理研制还处于较落后状态，我国经济高速发展，各种复杂情况需要高性能混凝土，化工企业建筑由于所处环境多为酸碱性较高区域，加之易燃易爆，这就需要对建筑施工中采用的混凝土进行研制。结合相关室内实验，对高性能混凝土配方过程中的化学机理进行探究。

高性能混凝土；室内实验；化学机理

由于混凝土随着气候变化、化学侵蚀、磨损或其他的原因而受到不同程度的破坏，而承受各种破坏的能力就是混凝土的耐久性。耐久的混凝土在暴露的条件下一般会保持其形态、质量及使用功能。

我国大部分地区在冬季都处于严寒状态，因此建筑物的冻融现象时常发生。特别在寒冷的东北，水工混凝土结构的建筑物，其工程局部几乎 100%或大面积都会遭受不同程度的冻融现象。在寒冷的东北地区会普遍遭受冻融破坏的同时气候较为温和的华东地区也时常会遭受到冻融的破坏。

因此，我国的建筑发生老化病害的主要问题就是混凝土的冻融破坏问题。从而影响了建筑物的使用寿命和安全指数。为了使工程提高效益使其继续发挥作用，其维修和重建的代价是很大的。因此对混凝土耐久行方面的研究是非常有必要的。

本文选取合适配比，进行实验得出结论与机理分析验证，力求提高混凝土性能，作用国民经济建设[1-5]。

1 混凝土冻融理论研究

对于混凝土冻融破坏的研究一直是国内外建筑行业的热点议题。它的理论研究有很长的历史，如今的研究也很深入。其大部分的研究方法是以纯物理模型为出发点，通过假设、推到得出结论。而对于部分水泥净浆或砂浆的检测结果是由试验得来的。因此，对于混凝土的动容破坏理论迄今为止在国内外尚没有一个统一的认知和结论。

在一般情况下，冻融过程中的吸水饱和混凝土遭到的破坏的主要因素有两种。第一种是由于混凝土毛细管中的水在负温的的条件下由水转化成冰，其膨胀率为 9%，从而形成膨胀压力，这种膨胀压力是由毛细孔壁的约束形成的，进而在孔周围的微观结构中产生拉应力。第二种是在混凝土毛细管中的水转化成冰时，由于凝胶孔中的过冷水在其微观的结构中进行迁移和重新分布，从而形成渗管压。并由于其表面张力，造成混凝土毛细孔孔径变小，同时毛细孔中的水的冰点会随着其孔径减小而降低。一般情况下，凝胶孔中的水想要形成冰核的温度一般要在零下 87 ℃以下，因而冰与过冷水的饱和蒸汽压差、过冷水之间的盐的浓度差会引起水分迁移，进而形成渗透压。

当混凝土在低温的环境下，其膨胀压力和渗透压力会对混凝土内部微观结构造成损伤。当混凝土经过多次反复的冻融循环之后，其损伤会逐步扩大，并将原有的裂缝互相连通，从而降低了混凝土强度，直至其强度完全丧失。在实践中，当混凝土在干燥的条件下不会发生冻融破坏情况，一次混凝土的饱水状态是其发生冻融的必要因素之一。此外，环境的气温正负变化也是混凝土发生冻融的必要条件，温度的正负变化会造成凝土孔隙中的水发生反复的冻融循环。而这两个必要条件决定了混凝土冻融破坏的现象，即混凝土表面发生层层剥蚀。

2 选择配合比参数

（1）C30混凝土及其低于C30的混凝土，其凝胶材料的使用总量不应高于 400 kg/m3，而C35～C40混凝土的凝胶材料用量不应高于 450 kg/m3，C50混凝土及高于C50的混凝土凝胶材料的使用量不应高于500 kg/m3。

（2）混凝土中应加入适宜量的优质粉煤灰、矿渣粉及硅灰等矿物掺合料。当在混凝土中掺入大于30%的粉煤灰时，水胶的掺入量不应大于0.45。有预应力的混凝土及处于冻融环境的混凝土的粉煤灰掺入量不应大于30%。

（3）在混凝土中应加入适量的符合技术条件的外加剂，而选用的外加剂应选择多功能复合外加剂。

（4）混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量应满足设计要求，当设计无要求时，钢筋混凝土及预应力混凝土应满足相应的要求；而素混凝土也应该满足相应的技术要求。

（5）当混凝土结构在硫酸盐侵蚀环境中时，下表是混凝土的凝胶材料组成要求，胶凝材料的抗蚀系数应不小于0.80。

（6）当骨料的碱—硅酸反应砂浆棒膨胀率0.10%～0.20%时，混凝土的碱含量应满足下表的规定；当骨料的碱—硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.20%～0.30%时，除了混凝土的碱含量应满足下表的规定外，还应在混凝土中掺加具有明显抑制效能的矿物掺合料和复合外加剂，并应通过试验证明抑制有效。

（7）钢筋混凝土中氯离子总含量（包括水泥、矿物掺合料、粗骨料、细骨料、水、外加剂等所含氯离子含量之和）不应超过胶凝材料总量的0.10%，预应力混凝土的氯离子总含量不应超过胶凝材料总量的0.06%。

（8）干硬性混凝土外的混凝土若无抗冻要求，其含气量不应小于2.0%。当混凝土有抗冻要求时，应根据抗冻等级的要求经试验确定混凝土的含气量。

3 改善混凝土抗冻耐久性的主要措施

3.1 使用外加剂

（1）引气剂的掺入。很多室内研究资料及长期的工程实践都表明，在混凝土掺合物中掺入一定量的引气剂可以提高混凝土抗冻耐久性。引气剂是一种表面活性物质，它具有憎水作用，引气剂的掺入可以使混凝土拌合水的表面张力明显降低，并在混凝土内部产生微小稳定的封闭气泡。而由于这种气泡具有弹性，能缓解混凝土在结冰过程中产生的压力，并可以缓冲减压。在溶解时，这些气泡得到恢复，这时即使空隙内的自由水反复冻融也不会对孔壁产生过大的压力。此外，这些气泡足可以使混凝土内部毛细管与外界环境的通路堵塞，并可以阻挡外界环境的水分进入，从而减少了混凝土的渗透性。与此同时，这些气泡还可以起到润滑的作用，混凝土的和易性得到改善。在施工时新拌的混凝土在模具中有很强的填充性，在其硬化后密度得到很大的提高。因此，引气剂的掺入，能使混凝土内部含有一定量的气体，从而混凝土的抗冻耐久性得到提高。

（2）减水剂的掺入。减水剂是混凝土调配过程中不可缺少的一部分，减水剂的使用大大降低了混凝土的水灰比（水胶比）。在拌和混凝土时加入一定量的减水剂，可使水泥颗粒得到均匀的分散，与此同时可将水泥颗粒包裹的水分得到充分的释放，从而使混凝土用水量得到明显减少，并减小了混凝土中气泡平均尺寸及其间距。进而降低了水泥浆中可冻水的百分比。混凝土的强度和致密性的提高，可以增强混凝土抵抗冻融破坏的能力，即提高了混凝土的抗冻耐久性。

3.2 使用活性矿物掺合料

目前，我国的建设正处在大规模基础建设阶段，因而在建筑行业对混凝土的需求就也来越大，对混凝土的品质要求就越来越高。而混凝土在各种建筑上又是应用最广、用量最多的建造材料，因此，有效的降低其成本，提高其各种技术性能，改善其结构提高使用其寿命是混凝土行业发展的大趋势。与此同时减少自然资源的消耗、保护生态平衡也是提高经济效益和社会效益的大前提。

水泥是混凝土基本材料中最昂贵的材料，所以在满足混凝土质量的前提下，单位体积越少使用水泥就越节省资金。因此，掺入一些具有活性的矿物掺和料(硅灰、矿渣、粉煤灰)来代替一部分水泥是具有非凡的意义。

4 混凝土抗冻性试验方法

试件：100×100×400，三个为一组;

试验设备：案秤、冻融试验机、动弹性模量测定仪;

冻结温度：(－17±2)℃;

融化温度：(8±2)℃;

循环一次：2～4 h。

试验结束标志：

抗冻次数已经达到设计要求；

相对动弹性模量降至60%；

试件重量损失达5%。

5 结束语

虽然所有的工程研究人员都认可在混凝土中加入一定量的引气剂可以提高混凝土的耐冻性，但在实际的工程建设中引气剂是要根据实际情况来配比的，而且对于不同种类的引气剂是需要经过试验研究才能正式的投入与工程之中，这样才能保证工程的安全性。

此外，对于解决混凝土抗冻耐久性的问题，掺入活性矿物掺和料也是一项重要而有效的措施。21世纪，随着科技的发展混凝土技术也沿着替代水泥化发展，因此添加活性矿物掺和料意义重大。目前，对于单矿掺和料的配置及对高生能混凝土的研究有很多，取得一定成果的也不占少数。然而，对于多种掺合料复掺来提高混凝土抗冻性的研究甚少，还希望在以后的研究中能在些方面取得一定进展。

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表3 可靠性统计结果Table 3 Statistic result for reliability %

3 结 论

由上述分析比较可知，每种油液故障诊断分析技术各有其适用范围和优缺点，采用单一的油液分析技术无法全面分析飞机发动机的故障。综合应用多种油液分析技术，从不同角度分析整合获得的数据信息，才能对发动机进行科学、高效、全面、准确和快速的故障诊断。

参考文献：

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Chemical Mechanism of High Performance Concrete Formula

LI Wen-li
（ Henan Water Conservancy Engineering Safety Technology Key Laboratory, Henan Province Water Conservancy Research Institute, Henan Zhengzhou 450003, China）

At present, study on the mechanism of high performance concrete formula is still in a relatively backward state. With rapid development of the economic in our country, all kinds of complicated conditions need high performance concrete, especially chemical enterprise construction whose environment is high acid or high alkaline area, so suitable concrete formula for building construction need be developed. In this paper, combined with the related indoor experiments, the chemical mechanism of high performance concrete formula was explored.

High performance concrete; Indoor experiment; Chemical mechanism

TU 528

A

1671-0460（2014）11-2423-03

2014-05-17

李文莉 (1967-)，女，河南平顶山人， 高级工程师，研究方向：水利水电工程。