(3.3)-第4章 開放實驗-混凝土耐久性試驗研究指導書

混凝土耐久性試驗研究（綜合型.開放實驗）實驗指導書

一、實驗意義和目的混凝土耐久性指混凝土結構在自然環(huán)境、使用環(huán)境及材料內部因素的作用下，在設計要求的目標使用期內，不需要花費大量資金加固處理，保持其安全、使用功能和外觀要求的能力。耐久性研究是世界性課題，也土木工程領域的關注重點。耐久性研究對新建結構及維修改造都極為重要。統(tǒng)計表明，目前我國處于第二階段?；炷两Y構耐久性不足的問題，要比安全性不足更為嚴重，更迫切需要解決。

混凝土結構的耐久性研究可分為材料、構件和結構三個層次。在材料學科領域，目前對結構耐久性研究較多的是混凝土凍融和抗?jié)B。為了提高混凝土的抗凍性和抗?jié)B性，可以從原材料的優(yōu)選、配合比的優(yōu)化方面進行大量的試驗研究工作。

通過本實驗，不但可以掌握相關的實驗方法與技能，而且，通過設計混凝土耐久性試驗研究方案，分析研究混凝土密實度、孔隙及孔隙的充水程度對抗?jié)B性和抗凍性等性能的影響，提出提高混凝土耐久性的措施，從而加深對該重點研究領域的了解和認識。二、實驗原理（一）混凝土耐久性主要包括抗?jié)B性、抗凍性等性質。抗?jié)B性指混凝土抵抗壓力水滲透的能力。是混凝土耐久性的一個重要標志。衡量抗?jié)B性的指標是抗?jié)B等級：以28天齡期標準試件，按下述規(guī)定方法檢驗混凝土所能承受的最大壓力（MPa），例如，P2、P4、P8分別表示混凝土能抵抗0.2、0.4、0.8Mpa的水壓力而不滲水。混凝土的凍融循環(huán)試驗按照GBJ82－85《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》中抗凍性能試驗的“快凍法”進行。本方法適用于在水中經(jīng)快速凍融來測定混凝土的抗凍性能?？靸龇箖鲂阅艿闹笜丝捎媚芙?jīng)受快速凍融循環(huán)的次數(shù)或耐久性指數(shù)來表示。本方法特別適用于抗凍性要求高的混凝土。根據(jù)凍融循環(huán)后的相對動彈模量和質量損失來確定最大循環(huán)次數(shù)和耐久性指數(shù)。（二）抗?jié)B性和抗凍性的影響因素及其改善措施。混凝土的密實度、孔隙數(shù)量及構造、孔隙的充水程度均是決定抗凍性和抗凍性的重要因素。因此，通過選材和配合比設計，可以提高混凝土的密實度，降低孔隙率，改善孔隙構造，提高抗?jié)B性和抗凍性，從而提高混凝土的耐久性。1、混凝土抗?jié)B性的影響因素混凝土抗?jié)B性影響因素很多，包括混凝土水灰比、水泥細度、水泥品種、集料品種、施工質量、養(yǎng)護條件和環(huán)境介質等。水灰比對混凝土抗?jié)B性的影響最大。水灰比越大，混凝土抗?jié)B性就越差；采用細顆粒含量多的水泥，可以提高抗?jié)B性，但使用細水泥需要增加其用水量，會導致混凝土抗裂性下降，應引起注意；采用水中養(yǎng)護或潮濕養(yǎng)護的混凝土，水泥水化處于十分優(yōu)越的條件，其抗?jié)B性明顯提高，加熱養(yǎng)護混凝土的耐久性將大大低于水中或潮濕養(yǎng)護的混凝土。混凝土的抗?jié)B措施（1）提高混凝土自身的抗?jié)B能力

增加自身的抗?jié)B能力是混凝土提高抗?jié)B性的最根本的方法，主要的措施有：設計合理的混凝土配合比，嚴格控制混凝土的水灰比。在混凝土中摻入粉煤灰等外加劑，提高混凝土的抗?jié)B性。對砂石的清潔度特別是含泥量，提出嚴格的要求。采用機械振搗和機械攪拌，保證混凝土的密實度。加強混凝土的養(yǎng)護。（2）采用表面涂層或覆蓋層。（3）浸漬混凝土。3、混凝土抗凍性主要影響因素（1）水灰比

水灰比越大，混凝土中可凍水的含量越多，混凝土的結冰速度越快；氣泡結構越差，平均氣泡艱巨越大；混凝土強度月底，抵抗凍融的能力越差。國內外規(guī)范對混凝土抗凍性有要求的混凝土結構都規(guī)定了水灰比最大允許值，我國各行業(yè)規(guī)范都根據(jù)不同受凍環(huán)境提出了水灰比最大允許值，如《水運工程混凝土施工規(guī)范》(JTJ268-96)規(guī)定海水水位變動區(qū)的鋼筋混凝土結構的水灰比最大允許值為0.45-0.55；《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2002)規(guī)定非海水受凍環(huán)境的混凝土結構的水灰比最大允許值為0.5～0.6。水灰比小于0.35、完全水化的混凝土，即使不引氣，也有較高的抗凍性，因為除去水化結合水和凝膠孔不凍水外，混凝土中的可凍水含量很少。（2）含氣量引氣劑引入空氣，混凝土的抗凍性就會提高。在一定范圍內，含氣量越多，混凝土的抗凍性越好。國內外部分規(guī)范都規(guī)定了含氣量的合理范圍。標準名稱骨料最大粒徑(mm)含氣量范圍(%)中國《水運工程混凝土質量控制標準》(JTJ269-96)10.0

20.0

31.5

40.0

63.05.0～8.0

4.0～7.0

3.5～6.5

3.0～6.0

3.0～5.0歐洲《FIP海工混凝土結構設計與施工建議》(1986)10

20

407～10

5～8

4～7美國ACI318(1989)10

20

406(7.5)

5(6)

4.5(5.5)（3）混凝土的飽水狀態(tài)。（4）混凝土的受凍齡期。（5）水泥品種混凝土的抗凍性隨水泥活性增高而提高。普通硅酸鹽水泥混凝土的抗凍性優(yōu)于混和水泥混凝土，更優(yōu)于火山灰水泥混凝土。（6）骨料質量混凝土骨料對混凝土抗凍性影響主要體現(xiàn)在骨料吸水率及骨料本身的抗凍性。吸水率大的骨料對抗凍性不利。（7）外加劑及摻和料減水劑、引氣劑及引氣減水劑等外加劑均能提高混凝土的抗凍性。引氣劑能增加混凝土的含氣量，并使氣泡均勻；而減水劑則能降低混凝土的水灰比，從而減少孔隙率，最終都能提到混凝土的抗凍性。粉煤灰摻和料對混凝土抗凍性的影響，主要取決于粉煤灰本身的質量。4、混凝土的抗凍措施摻用引氣劑、減水劑和引氣減水劑。嚴格控制水灰比，提高混凝土密實度。加強早期養(yǎng)護或滲入防凍劑，防止混凝土早期受凍。三、實驗裝置、流程和儀器混凝土抗?jié)B儀、壓力試驗機、加壓裝置、QHKD-1全自動混凝土快速凍融系統(tǒng)、DT-10W動彈儀。

圖1混凝土抗?jié)B試驗裝置圖2混凝土抗凍試驗裝置四、實驗方法和步驟（一）選材與配合比設計選擇合適的原材料，調整W/C、C、W0、Sp和外加劑，配制C60/F100/S8。（二）抗?jié)B性能試驗1、試件成型和養(yǎng)護應按標準有關規(guī)定執(zhí)行，以六個試件為一組。2、試驗前一天取出養(yǎng)護試件，用鋼絲刷刷去兩端面水泥漿膜。在其側面涂一層熔化的石蠟密封材料，放入烘箱預熱過的試件套中。在壓力機上將試件壓入試件套中。連同試件套固定在抗?jié)B儀上進行試驗。3、打開閥門，調整抗?jié)B儀指針初讀數(shù)，使水壓為0.1Mpa。每隔8h增加水壓0.1Mpa，并且隨時注意觀察試件端面的滲水情況。當?shù)谝粔K試件出現(xiàn)滲水時，關閉相應閥門。當?shù)诙K試件出現(xiàn)滲水時，關閉相應閥門。當?shù)谌龎K試件出現(xiàn)滲水時，即可停止試驗，記下此時的水壓值。(注：當加壓至設計抗?jié)B等級，經(jīng)8h后第三個試件仍不滲水，表明混凝土已滿足設計要求，也可停止試驗。)4、根據(jù)公式計算混凝土的抗?jié)B等級。5、將試件劈裂，觀察內部滲水情況。測量試件內部滲水高度，可進一步比較不同試件的抗?jié)B性能，滲水高度越小，抗?jié)B性能越好。（三）抗凍性能試驗1、如無特殊規(guī)定，試件應在28d齡期時開始凍融試驗。凍融試驗前4d應把試件從養(yǎng)護室取出，進行外觀檢查，然后在溫度為15～20℃的水中浸泡（包括測溫試件）。浸泡時水面至少要高出試件頂面20mm，試件浸泡4d后進行凍融試驗。2、浸泡完畢后取出試件，用濕布擦除試件表面水分，稱重，測量其橫向基頻的初始值。3、將試件放入試件盒內，為了使試件受溫均衡，并消除試件周圍因水分結冰引起的附加應力，試件的側面與底部應墊放適當寬度與厚度的橡膠板，在整個試驗過程中，盒內水位高度應始終保持高出試件頂面5mm左右。4、把試件盒放入凍融箱內。其中裝有測溫試件的試件盒放在凍融箱的中心位置。此時即可開始凍融循環(huán)。5、凍融循環(huán)過程應符合下列要求：每次凍融循環(huán)應在2～4h內完成，其中用于融化的時間不得小于整個凍融時間的1/4。在凍結和融化終了時，試件中心溫度應分別控制在－17±2℃和8±2℃。每塊試件從6℃降至－15℃所用的時間不得少于凍結時間的1/2。每塊試件從－15℃升至6℃所用的時間也不得少于整個融化時間的1/2。試件內外的溫差不宜超過28℃。凍和融之間的轉化時間不宜超過10min。6、試件一般應每隔25次循環(huán)做一次橫向基頻測量，測量前應把試件表面浮渣清洗干凈，擦去表面積水，并檢查其外部損傷及重量損失。測完后，應把試件掉一個頭重新裝入試件盒內。試件的測量、稱量以及外觀檢查應盡量迅速，以免水傷損失。7、為保證試件在冷液中凍結時溫度穩(wěn)定均衡，當有一部分試件停凍取出時，應另用試件填充空位。

如凍融循環(huán)因故中斷，試件應保持在凍融狀態(tài)下，并最好能將試件保存在原容器內用冰塊圍住。如無這一可能，則應將試件在潮濕狀態(tài)下用防水材料包裹，加以密封，并存放在－17±2℃的冷凍室或冰箱中。試件處在溶解狀態(tài)下的時間不宜超過兩個循環(huán)。特殊情況下，超過兩個循環(huán)周期的次數(shù)，在整個試驗過程中只允許1～2次。8、凍融達到以下三種情況之一即可停止試驗：已達到300次循環(huán)。相對動彈性模量下降到60％以下。重量損失率達5％。實驗數(shù)據(jù)記錄（供參考）表1混凝土試配配合比試驗用原材料品種來源性能指標水泥粉煤灰骨料外加劑混凝土配合比試驗編號材料用量(kg/m3)WCSG粉煤灰外加劑T1T2T3T4混凝土試驗結果試驗編號水灰比含氣量(%)外加劑強度（MPa）強度(MPa)抗凍等級重量損失率(%)抗?jié)B等級品種摻量(%)3d28dT11T12T13T14T21T22T23T24T31T32T33T34T41T42T43T44六、實驗結果分析與討論1.混凝土強度、抗凍等級和抗?jié)B等級能否滿足