商品混凝土強(qiáng)度等級(jí)與氯離子擴(kuò)散系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系研究

1、第1期（總第120期）試驗(yàn)研究商品混凝土強(qiáng)度等級(jí)與氯離子擴(kuò)散系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系研究胡紅梅，曾韶崟，余彬彬（廈門大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，福建廈門361005）摘要采用RCM法，對不同強(qiáng)度等級(jí)、外摻不同減水劑的商品混凝土的抗氯離子滲透性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)普遍對混凝土的耐久性重視不夠，所配制的商品混凝土雖然滿足工作性能和強(qiáng)度等級(jí)要求，然而耐久性只能滿足一般環(huán)境要求，不能滿足沿海工程等有嚴(yán)重侵蝕作用的環(huán)境要求。運(yùn)用數(shù)學(xué)分析方法，得到了外摻2種不同減水劑系列的商品混凝土強(qiáng)度等級(jí)與氯離子擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系式。結(jié)果表明：商品混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高而相應(yīng)減少，兩者之

2、間存在著線性關(guān)系；相對于萘系高效減水劑而言，摻入聚羧酸系高性能減水劑對混凝土各方面的改性效果更優(yōu)。關(guān)鍵詞商品混凝土；強(qiáng)度等級(jí)；氯離子擴(kuò)散系數(shù)；減水劑ResearchonrelationshipbetweenthestrengthclassofmerchandiseconcreteandchlorideiondiffusioncoefficientHUHong-mei，ZENGShao-yin，YUBin-bin（SchoolofArchitectureandCivilEngineering，XiamenUniversity，Xiamen361005，China）Abstract：Formerc

3、handiseconcretewithdifferentstrengthclassandmixeddifferentsuperplasticizer，useRCMlawtoresearchtheresistancetochlorideionpermeability.Foundthatmerchandiseconcreteproducersgenerallypaidinsuffi-cientattentiontothedurabilityofconcrete，althoughtheworkabilityandstrengthofconcretecanbereached，durabilitycan

4、onlymeettherequirementsofgeneralenvironment，itcannotmeettherequirementsofcoastalengineeringwhichwasseriouseroded.Formerchandiseconcretemixeddifferertsuperplasticizer，usemathematicalanalysistoobtaintherelationshipbetweenthestrengthclassandchlorideiondiffusioncoefficient.Theresultsshowthatthechloridei

5、ondif-fusioncoefficientreducesasthestrengthclassofconcreteincreases，thereexistanapproximatelinearrelationshipbe-tweenthem.Comparedtotheconcretewithnaphthalene-basedsuperplasticizer，theperformanceoftheconcretewithpolycarboxylate-basedsuperplasticizerismuchbetter.Keywords：merchandiseconcrete；strengthc

6、lass；chlorideiondiffusioncoefficient；superplasticizer0引言近30年來，隨著我國大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)對混凝土的巨大需求，商品混凝土以其專業(yè)化生產(chǎn)、精確的質(zhì)量控制、文明和快速施工等優(yōu)點(diǎn)在我國得到了快速發(fā)展，形成了一個(gè)頗具規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008年我國混凝土年使用量約25億從理論上分析，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)與抗氯離子滲透性有一定的關(guān)聯(lián)。強(qiáng)度等級(jí)越高，意味著混凝土結(jié)構(gòu)越密實(shí)，內(nèi)部孔隙率越小，抗氯離子滲透性因此越好。對于現(xiàn)階段不同強(qiáng)度等級(jí)的商品混凝土而言，其抗氯離子滲透性的實(shí)際狀況如何，能否滿足沿海工程對混凝土耐久性的特殊要求？強(qiáng)度等級(jí)與抗氯離子滲透性

7、的對應(yīng)關(guān)系能否用數(shù)學(xué)公式定量描述？本文以此為出發(fā)點(diǎn)，采用試驗(yàn)研究與數(shù)學(xué)分析相結(jié)合的方法，對不同強(qiáng)度等級(jí)、分別摻入萘系與聚羧酸系不同減水劑的商品混凝土的抗氯離子滲透性能及其與強(qiáng)度等級(jí)的關(guān)系進(jìn)行了研究。m3，其中商品混凝土產(chǎn)量為6.9億m3，同比2007年的5.9億m3增長了16.95%。如需達(dá)到發(fā)達(dá)國家商品混凝土占現(xiàn)澆混凝土的60%以上，設(shè)20102017年按年增長率15%遞增，我國將在2017達(dá)此目標(biāo)，這同時(shí)說明商品混凝土在中國的發(fā)展空間依然很大1。在大部分的商品混凝土攪拌站，由于觀念和試驗(yàn)條件的制約，一般只是對混凝土的強(qiáng)度與和易性2項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)檢測，有關(guān)混凝土抗氯離子滲透性及其他耐久性的檢

8、測相對較少，甚至沒有。而在福建等沿海地區(qū)，混凝土耐久性對結(jié)構(gòu)性能的影響尤為突出。其中，由于氯離子的侵蝕導(dǎo)致鋼筋銹蝕、承載力下降，混凝土保護(hù)層開裂、剝落，從而使混凝土結(jié)構(gòu)過早劣化的問題不容忽視2。1試驗(yàn)過程與方法1.1試驗(yàn)原材料（1）水泥：“龍麟牌”P.O42.5普通硅酸鹽水泥，所檢項(xiàng)目均符合GB175-2007的技術(shù)要求。（2）骨料：細(xì)骨料為河砂，細(xì)度模數(shù)2.7，級(jí)配合格；粗骨料為直徑531.5mm的碎石，級(jí)配合格。·1·試驗(yàn)研究（3）礦物摻合料：粉煤灰：漳州市益材粉煤灰開發(fā)有限公司生產(chǎn)的級(jí)粉煤灰，細(xì)度8.9%；礦粉：廈門市吉佰利建材有限公司生產(chǎn)S95級(jí)礦粉。（4）水：攪拌

9、用水為自來水。（5）化學(xué)外加劑：福建科之杰新材料有限公司生產(chǎn)2011年凝土的結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，孔隙細(xì)化，使混凝土的耐久性和體積穩(wěn)定性得到改善。同時(shí)，還可以利廢環(huán)保，并且降低商品混凝土的配制成本，給商品混凝土企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益4。1.3試驗(yàn)方法按照普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法JG/T50080-Point-S聚羧酸系高效減水劑（PS），減水率26.3%；Point-400萘系緩凝高效減水劑（P），減水率19.9%。2002和普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法JG/T50081-2002測定不同配合比混凝土的坍落度、坍?dāng)U度和抗壓強(qiáng)度。按照普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T50082-1.2配合比設(shè)

10、計(jì)現(xiàn)階段，我國商品混凝土在工程實(shí)際中應(yīng)用的主要強(qiáng)度等級(jí)為C20C50。專家預(yù)測，2010年之后，C30C60級(jí)商品混凝土將成為工程應(yīng)用的主流3。與此同時(shí)，外摻少量高效減水劑作為第5組分，內(nèi)摻礦物摻合料作為第6組分替代一部分水泥的技術(shù)手段在商品混凝土生產(chǎn)中廣泛運(yùn)用?？紤]到萘系高效減水劑仍是目前數(shù)量最多的減水劑品種，而聚羧酸系高性能減水劑近年來用量有上升的趨勢；粉煤灰和礦粉來源廣泛、價(jià)格低廉，現(xiàn)已成為商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)首選的2種礦物摻合料，在對混凝土材料組成、顆粒級(jí)配和配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，按照等量內(nèi)摻方式復(fù)摻一定比例的磨細(xì)礦粉和級(jí)粉煤灰，同時(shí)分別外摻萘系和聚羧酸系減水劑，相應(yīng)設(shè)計(jì)了2

11、種系列、共計(jì)14組的混凝土配合比試驗(yàn)方案，分別列于表1、表2。2009，混凝土試件的氯離子擴(kuò)散系數(shù)采用非穩(wěn)態(tài)氯離子遷移試驗(yàn)方法（RCM法）測定，根據(jù)其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)混凝土的抗氯離子滲透性。2試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1試驗(yàn)結(jié)果先后測試了各組混凝土拌合物的初始坍落度和坍?dāng)U度、標(biāo)養(yǎng)7d和28d齡期的抗壓強(qiáng)度值、標(biāo)養(yǎng)28d的氯離子擴(kuò)散系數(shù)等技術(shù)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果列于表3。2.2結(jié)果分析（1）工作性能分析。預(yù)拌商品混凝土在施工現(xiàn)場均采用泵送工藝澆注，因此要求混凝土具有較好的流動(dòng)性與可泵性，由于預(yù)拌混凝土需要遠(yuǎn)途運(yùn)輸，也要求具有較好的坍落表1混凝土配合比試驗(yàn)方案一配比編號(hào)強(qiáng)度等級(jí)混凝土各種材料用量/（kg/m3）水泥

12、水砂碎石粉煤灰礦粉減水劑水膠比SC30SC35SC40SC45SC50SC55SC60C40C30C35C40C50C55C6026024527028431031031017517016516015815415075772768065064062060010631065107510791106111011228375858778100120495663656973743.414.885.125.820.5090.4510.3940.3660.3450.3180.296注：外摻聚羧酸系減水劑表2混凝土配合比試驗(yàn)方案二配比編號(hào)強(qiáng)度等級(jí)混凝土各種材料用量/（kg/m3）水泥水砂

13、碎石粉煤灰礦粉減水劑水膠比PC30PC35PC40PC45PC50PC55PC60C40C30C35C40C50C55C6021523026027028529030017817216816616015715375772768065064062060010601063105510801075108810908996110110118120125546065707072788.039.2910.2511.2311.8412.5513.580.4970.4660.3860.3670.3380.3260.304注：外摻萘系減水劑需要指出的是，在混凝土中復(fù)合摻入礦粉與粉煤灰，不僅僅是兩種礦物摻和料的簡單

14、混合，而是使兩者相互取長補(bǔ)短，相得益彰，產(chǎn)生單一材料所沒有的“超疊加效應(yīng)”。兩種礦物摻和料的復(fù)合摻入使混凝土拌和物的和易性更好，硬化混度保持性（保坍性）。泵送混凝土的坍落度通常要求在150220mm。表3的試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，試驗(yàn)各組混凝土拌合物的工作性能均滿足泵送施工要求。筆者認(rèn)為，這正是粉煤灰和礦粉的稀釋效應(yīng)與形第1期（總第120期）表3混凝土各項(xiàng)性能的測試結(jié)果編號(hào)坍落度坍?dāng)U度試驗(yàn)研究相比而言，聚羧酸系高性能減水劑對于混凝土的增強(qiáng)效D28×1011·/（m2S-1）/mm180190210240220220220110140200200210170110/mm45045048

15、05105106005604004204704704804404007d抗壓強(qiáng)度/MPa32.640.047.359.628.336.541.046.145.346.750.328d抗壓強(qiáng)度/MPa果，無論是早期還是后期均明顯優(yōu)于萘系高效減水劑。這主要得益于它的減水率和保水性都要優(yōu)于萘系減水劑，它的摻入使得混凝土的用水量更少，水膠比更低，不容易泌水，所以有利于混凝土強(qiáng)度的提高。我們前期有關(guān)試驗(yàn)研究亦證實(shí)了這一點(diǎn)6。（3）抗氯離子滲透性結(jié)果分析。表3顯示，外摻聚羧酸系減水劑系列的混凝土試塊的氯離子滲透系數(shù)D28在1.36×SC30SC35SC40SC45SC50

16、SC55SC60PC30PC35PC40PC45PC50PC55PC6042.553.776.170.640.951.751.955.961.063.664.03.232.902.442.031.731.621.363.573.102.662.241.861.711.4810-113.23×10-11m2/s之間，外摻萘系減水劑系列的混凝土試塊的氯離子滲透系數(shù)D28稍大，在1.48×10-113.67×10-11m2/s之間。按照RCM法的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)和普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T50082-2009，14組試塊的抗氯離子滲

17、透性能一般，只能用于一般環(huán)境工程。分析認(rèn)為，作為預(yù)拌泵送的商品混凝土，通常拌合物的坍落度偏大，有可能導(dǎo)致硬化后的混凝土結(jié)構(gòu)不夠密實(shí)；此外由于考慮成本因素，攪拌站普遍采用粉煤灰、礦粉等價(jià)格相對廉價(jià)的礦物摻合料，它們對混凝土耐久性的改善作用在28d齡期并不能明顯顯現(xiàn)。試驗(yàn)結(jié)果說明2個(gè)問題：現(xiàn)階段，我國商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)普遍對混凝土的耐久性重視不夠，所配制的商品混凝土耐久性只能滿足無凍融、鹽、酸等作用的一般環(huán)境要求，不能滿足D級(jí)以上，例如沿海工程等有嚴(yán)重侵蝕作用的環(huán)境要求。這一現(xiàn)象應(yīng)該引起商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)的警惕。對于有抗凍、抗鹽、抗酸等耐久性要求的混凝土工程，應(yīng)根據(jù)不同設(shè)計(jì)使用年限的結(jié)構(gòu)物在不同環(huán)

18、境作用等級(jí)下，按照混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南CCES01要求，對混凝土材料進(jìn)行必要的耐久性設(shè)計(jì)與試驗(yàn)檢測。例如對于近?；蚝Ｑ蟓h(huán)境等氯鹽腐蝕嚴(yán)重的工程，有必要采用硅粉等顯著提高耐久性的礦物摻合料來配制商品混凝土；對于商品混凝土而言，滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)要求并不一定滿足耐久性要求，兩者之間不能劃上等號(hào)。據(jù)報(bào)道，我國建筑的平均使用壽命僅30年，偷工減料、以次充好是造成建筑“短命”的原因之一，過低的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)乃是“潛伏”在建筑物壽命周期中的“致命基因”。因此，從現(xiàn)在開始，在進(jìn)行商品混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)建筑設(shè)計(jì)使用年限和所處環(huán)境條件，加強(qiáng)對混凝土耐久性有關(guān)指標(biāo)的檢驗(yàn)和控制。態(tài)效應(yīng)，外加減水劑的減水增塑效應(yīng)的綜合反映。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與摻萘系高效減水劑相比，摻入聚羧酸系高性能減水劑不僅使減水劑摻量大幅度降低，且在相同摻量時(shí)，其拌合物的流動(dòng)性和保坍性明顯要好于萘系。兩種系列減水劑所表現(xiàn)出來的差異主要是由于它們的分子結(jié)構(gòu)與作用機(jī)理不同所致。關(guān)于減水劑的作用機(jī)理可以歸納為五個(gè)方面：降低水泥顆粒固液界面能、靜電斥力作用、空間位阻斥力作用、