高性能混凝土氯离子、碱含量控制及抗裂技术措施研究.pdf
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1、141交通科技与管理工程技术0引言混凝土结构在服役过程中常常因氯离子和碱集料反应的发生而对混凝土的耐久性产生重要影响。氯离子渗透会导致钢筋锈蚀,而碱集料反应则可能引起混凝土的开裂和体积变化。因此,在进行混凝土配合比设计时应控制氯离子和碱含量,在混凝土的施工过程中应采取相应的抗裂技术措施以提高混凝土的抗裂性能。1混凝土腐蚀机理与改善措施混凝土耐久性的影响因素较多,该文在研究以往文献的基础上,结合混凝土耐久性的特点,总结出材料、结构和构件三个方面。由于目前对混凝土耐久性的研究都是基于无荷载的前提下进行的,因此,所得出来的结论与实际工程中的情况有较大的差别。针对混凝土耐久性的影响因素,该文重点分析和
2、探讨混凝土碳化、钢筋锈蚀和碱骨料反应。1.1腐蚀机理(1)碳化:混凝土中水泥水化的产物主要包括氢氧化钙和 C-S-H 凝胶等。混凝土强度形成之后,在混凝土结构后续服役过程中,空气中的二氧化碳,尤其在高温、高湿的环境下,会进入混凝土内部,与混凝土中氢氧化钙反应生成碳酸盐,使得混凝土中游离钙离子含量减少,并且形成了新的固体产物 碳酸钙(CaCO3)。碳酸钙的形成会导致混凝土表面和内部的 pH 值降低,从而破坏了混凝土的碱性环境,改变了混凝土的原有物质结构,导致混凝土强度的下降。(2)钢筋锈蚀:在钢筋混凝土结构中,由于各种原因(如荷载、温度变化等),混凝土会发生收缩和膨胀,从而导致裂缝的形成,这些裂
3、缝使得氧气和水进入混凝土内部,导致钢筋暴露在潮湿的环境中,并发生氧化反应,引起钢筋的锈蚀。当钢筋锈蚀时,锈层会不断向里扩展并剥落,导致钢筋抗拉强度的下降,在外部荷载下,混凝土结构容易发生脆性破坏1。从钢筋锈蚀机理来看,钢筋锈蚀通常是由于氯离子的侵入导致。在混凝土中,当含有盐类或氯化物的水渗透到混凝土中时,氯离子可以通过渗透作用累积在钢筋周围。当氯离子浓度超过了钢筋表面钝化膜所能承受的临界浓度时,电化学腐蚀就会发生。正常情况下,钢筋表面会形成一层薄而致密的钝化膜,该膜能够防止钢筋与周围环境发生电化学反应。然而,氯离子的存在破坏了这层钝化膜,从而使钢筋暴露在电化学腐蚀的环境中。(3)碱集料反应:碱
4、集料反应主要有硅酸盐反应和碳酸盐反应两种形式。硅酸盐反应主要包括三个反应阶段。一是液相反应阶段,碱性物质溶解在混凝土中的孔隙水中,并与硅酸盐矿物表面的氢氧根离子(OH)反应生成阳离子交换产物(如 Na+、K+)2;二是凝胶阶段,交换产物会与硅酸盐骨料中的硅酸铝钙骨架发生反应,形成胶凝物质(主要是碳酸钙胶凝物和碱金属硅酸盐胶凝物);三是膨胀阶段,胶凝物质在水的作用下膨胀,导致混凝土内部产生应力,最终引起开裂、变形和性能下降。碳酸盐反应:碳酸盐反应是一种相对较慢的反应,涉及混凝土中的碳酸盐矿物(如方解石、菱镁矿等)与碱性物质之间的反应。碱性物质溶解在孔隙水中,钠离子(Na+)和钾离子(K+)会与碳
5、酸盐矿物表面的钙离子(Ca2+)发生阳离子交换,交换后的钠离子和钾离子与碳酸盐矿物中的 CO32等离子反应,产生新的化合物如碳酸钠和碳酸钾。新生成的化合物会吸湿并扩大体积,导致微观孔隙的扩大和混凝土结构的破坏,最终影响混凝土的强度和耐久性3。收稿日期:2023-08-20作者简介:张晶元(1986),男,本科,工程师,研究方向:试验检测。高性能混凝土氯离子、碱含量控制及抗裂技术措施研究张晶元(中交三航局第三工程有限公司,江苏 南京 210011)摘要高性能混凝土(HPC)由于其独特的物理力学性能,在工程领域得到了广泛应用。然而,HPC 在长期服役过程中可能面临氯离子侵蚀、碱骨料反应以及开裂等问
6、题,影响着混凝土结构的耐久性和安全性。基于此,文章以高性能混凝土为背景,首先阐述了混凝土的腐蚀机理和改善措施,然后从氯离子、碱含量的控制和混凝土性能的角度出发进行了高性能混凝土的配置,最后结合具体工程实例,分析和探讨了高性能混凝土抗开裂的技术措施。关键词高性能混凝土;氯离子;碱含量;抗裂技术中图分类号TU528文献标识码A文章编号2096-8949(2023)18-0141-032023 年第 4 卷第 18 期142交通科技与管理工程技术表 3高性能混凝土 C50 配合比编号水胶比 水泥 粉煤灰 河砂碎石510 mm碎石1025 mm减水剂水A10.32465356802228886.001
7、60A20.29513396432198766.62160A30.35425327152248945.48160表 4高性能混凝土 C50 拌和物性能结果编号容重/(kg/m3)坍落度/mm 含气量/%凝结时间抗压强度/MPa 初始值 60 min初凝终凝7 d28 dA12 4301951804.69 h50 min 11 h40 min57.274.8A22 4601851754.49 h50 min 11 h45 min63.773.5A32 4402001904.69 h35 min 11 h35 min51.366.21.2混凝土耐久性改善措施(1)采用低碱水泥、骨料等原材料和通过控
8、制水胶比的方法配制高性能混凝土,提高混凝土的密实性,增强混凝土的抗裂性能。(2)优化施工工艺,在混凝土浇筑后及时进行养护,并提供适宜的湿度、温度等养护条件4。养护期间,通过覆盖保湿、喷雾养护或使用养护剂等方式,保持混凝土表面的湿润状态,促进水泥水化反应和强度发展,减少早期裂缝的产生。2高性能混凝土试验配合比2.1碱集料反应的预防措施(1)通过限制原材料中碱含量来降低碱集料反应发生的概率。首先选用低碱度水泥,使水泥中碱含量控制在 0.6%以下5。然后,选用低碱含量的外加剂。其次,选择自然骨料或经过处理去除氯盐的骨料,对于水源,可以使用清洁的淡水。最后,掺加粉煤灰、矿渣粉等活性掺和料。这些掺和料中
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