自密實(shí)混凝土耐久性及影響因素研究

許 悅 鄭慶康 敬和平

0 引言

自密實(shí)混凝土(Self-Compacting Concrete，簡(jiǎn)稱SCC)，指混凝土拌合物不需要振搗、僅依靠自重就能填充模板、包裹鋼筋，并能夠保持不離析和均勻性，達(dá)到充分密實(shí)和獲得最佳的性能。限制骨料用量、降低水粉比和使用高效減水劑是配制自密實(shí)混凝土的特點(diǎn)，但與此同時(shí)也造成混凝土粘聚性大、收縮大、容易開(kāi)裂等。國(guó)內(nèi)外專家紛紛展開(kāi)了針對(duì)性的研究。

1 自密實(shí)混凝土的耐久性能

1.1 抗凍性能

一般認(rèn)為氣孔性能對(duì)自密實(shí)混凝土的抗凍性影響最大。

Bruce J.Christensen研究了自密實(shí)混凝土的抗凍性能，認(rèn)為高效減水劑將使自密實(shí)混凝土氣孔結(jié)構(gòu)變差，但研究后也認(rèn)為氣孔間隔系數(shù)在小于0.4 mm時(shí)自密實(shí)混凝土依然具有抗凍融循環(huán)能力［1］。

余躍雄研究了減水劑、水膠比和引氣劑對(duì)自密實(shí)混凝土抗凍性能的關(guān)系，他認(rèn)為，含氣量損失是自密實(shí)混凝土抗凍性較差的主要原因［2］，在自密實(shí)混凝土利用過(guò)程中需重點(diǎn)控制含氣量損失、調(diào)整含氣量摻量和控制出機(jī)含氣量在5%～7%為宜。

1.2 抗碳化性能

部分學(xué)者認(rèn)為，自密實(shí)混凝土的抗碳化性能良好，宗蘭等［3］研究干拌自密實(shí)混凝土的碳化性能，認(rèn)為混凝土中的水泥在終凝后，水化產(chǎn)物的繼續(xù)生成填充了毛細(xì)孔，使二氧化碳?xì)怏w難以深入混凝土內(nèi)部。但也有學(xué)者認(rèn)為，水膠比較大，漿體含量多的特性使得自密實(shí)混凝土抗碳化性能如何還需要進(jìn)一步探討。石明霞等人研究了中等強(qiáng)度自密實(shí)混凝土中水膠比、粗骨料體積含量、砂漿稠度、減水劑摻量等因素對(duì)碳化的影響，推導(dǎo)了自密實(shí)混凝土碳化速率，預(yù)測(cè)了在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下自密實(shí)混凝土的碳化壽命。他認(rèn)為，自密實(shí)混凝土和普通混凝土一樣具有相似的碳化規(guī)律，28 d碳化深度與抗壓強(qiáng)度有良好的線性關(guān)系［4］。綜合歷年的研究成果，我們可以得出用天然骨料制作自密實(shí)混凝土具有較好的抗碳化性能。

1.3 抗氯離子侵蝕性能

王海娜等對(duì)比研究了自密實(shí)混凝土和普通混凝土的抗氯離子滲透性能。在摻入了粉煤灰和礦粉后，能夠優(yōu)化混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高了混凝土密實(shí)度，同時(shí)由于粉煤灰和礦粉的二次水化效應(yīng)，優(yōu)化了水泥石—骨料的接口過(guò)渡區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)，阻礙了氯離子的進(jìn)一步擴(kuò)散;同時(shí)粉煤灰和礦粉對(duì)氯離子的吸附和固化也組織了氯離子進(jìn)入混凝土內(nèi)部。自密實(shí)混凝土也具備良好的抗氯離子侵蝕性能。

1.4 抗硫酸鹽性能

同濟(jì)大學(xué)的鮑明軒研究了雙摻粉煤灰和硅灰的自密實(shí)混凝土抗硫酸鹽性能。認(rèn)為粉煤灰和硅灰的摻入加大了混凝土的塑性粘度和剪切屈服力;自密實(shí)混凝土抗硫酸鹽性能優(yōu)于普通混凝土，且粉煤灰摻量越大抗硫酸鹽性能越強(qiáng)［5］。

2 影響自密實(shí)混凝土耐久性的因素

因自密實(shí)混凝土的自收縮引起開(kāi)裂影響耐久性，繆漢良等系統(tǒng)的研究了化學(xué)外加劑和礦物外加劑對(duì)自密實(shí)混凝土的影響［6］。

2.1 減水劑對(duì)自密實(shí)混凝土耐久性的影響

高效減水劑是自密實(shí)混凝土重要的不可缺少的一部分，相對(duì)于普通混凝土，自密實(shí)混凝土特點(diǎn)之一就是使用高效減水劑，但是高效減水劑通常對(duì)于混凝土的氣孔結(jié)構(gòu)有不良影響，影響自密實(shí)混凝土的抗?jié)B性，抗凍融等性質(zhì)。因此要改善這類的狀況需要配合引氣劑共同使用。

自密實(shí)混凝土的高流動(dòng)性可以通過(guò)選用適合的高效減水劑來(lái)達(dá)到。常用的減水劑有:萘系、聚羧酸系、三聚氰胺系和氨基磺酸系。加入減水劑之后，水泥顆粒被減水劑分子的憎水基團(tuán)包裹而引發(fā)分散并提高了水泥顆粒之間的潤(rùn)滑性;同時(shí)高效減水劑對(duì)混凝土的氣泡結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生不良影響，但為了使自密實(shí)混凝土具備更大的流動(dòng)度，必須添加比普通混凝土更多的高效減水劑，從而使得對(duì)氣泡結(jié)構(gòu)的不良影響更大。

2.2 引氣劑對(duì)自密實(shí)混凝土耐久性的影響

針對(duì)自密實(shí)混凝土加入高效減水劑，改變氣泡結(jié)構(gòu)，對(duì)其凍融性有不良影響，為達(dá)到一定抗凍融性，自密實(shí)混凝土中必須添加一定量的引氣劑。根據(jù)前人的研究，高效減水劑和引氣劑的配比不同，所得到的氣孔結(jié)構(gòu)也不同。

2.3 粉煤灰、礦渣和硅灰對(duì)自密實(shí)混凝土耐久性的影響

雙摻粉煤灰與礦渣，能夠使混凝土內(nèi)部空隙減小，使得氯離子進(jìn)入混凝土困難，可以提高自密實(shí)混凝土的抗氯離子侵蝕的能力。硅灰顆粒比粉煤灰小得多，可以更好地降低水泥石的空隙率和孔徑，提高抗凍融性，一般把硅灰量控制在凝膠材料的10%內(nèi)提高自密實(shí)混凝土的抗凍融性。由于硅灰的火山灰效應(yīng)，可以水化成凝膠物質(zhì)，改善孔結(jié)構(gòu)，使得混凝土的抗碳化能力增強(qiáng)［7］。

M.Nehdi用純水泥、粉煤灰、礦粉、硅粉互摻后制作二組分、三組分和四組分的復(fù)合水泥作為膠凝材料制成的自密實(shí)混凝土，研究了這些條件下混凝土的抗氯離子侵蝕、抗硫酸鹽侵蝕和抗凍性能，得出以下結(jié)論［8］:大摻量礦物外加劑代替水泥后，可以制作出工作性能良好的自密實(shí)混凝土;和純水泥制作的自密實(shí)混凝土相比，用粉煤灰代替50%水泥后早期抗壓強(qiáng)度有所降低，但28 d和91 d強(qiáng)度均要高;三組分和四組分的復(fù)合水泥制作的混凝土抗氯離子性能更高。二組分、三組分和四組分的復(fù)合水泥抗硫酸鹽侵蝕性能也比純水泥自密實(shí)混凝土性能更高?？偠灾?，復(fù)合水泥制作的自密實(shí)混凝土有更好的工作性能，和普通混凝土相比耐久性能也更為顯著。

2.4 非活性礦物摻合料對(duì)自密實(shí)混凝土作用

G.Ye研究了石灰石粉作為自密實(shí)混凝土的填料對(duì)于水泥漿體的水化和微結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)摻加石灰石粉后混凝土中的孔徑大小、孔徑分布、孔體積等的孔結(jié)構(gòu)性能和高性能混凝土中的孔結(jié)構(gòu)相似。通過(guò)熱力學(xué)分析和背散射電子分析發(fā)現(xiàn)石灰石粉并不參與化學(xué)反應(yīng)。

3 結(jié)語(yǔ)

自密實(shí)混凝土由于小的水灰比使得收縮變大，從而影響其他耐久性能;而化學(xué)外加劑和礦物摻合料的加入使其氣泡特征、結(jié)構(gòu)密實(shí)性能等有所改變，從而改變了自密實(shí)混凝土的耐久性能。礦物外加劑的加入，尤其是硅灰，由于其較小的粒度，進(jìn)一步提高了自密實(shí)混凝土的密實(shí)性，提高了自密實(shí)混凝土抗?jié)B抗凍融等方面的性質(zhì)。

注:潘云峰同志也參加了本文的撰寫。

［1］ Bruce J.Christensen，F(xiàn)rank S.Ong.自密實(shí)混凝土的抗凍融性能研究［J］.混凝土，2005(9):20-24.

［2］ 余躍雄.三峽工程自密實(shí)混凝土抗凍性的論證［J］.水電施工技術(shù)，2010(1):67-71.

［3］ 宗 蘭，曾麗娟.干拌自密實(shí)混凝土抗碳化性能的試驗(yàn)［J］.江蘇建材，2008(4):22-26.

［4］ 石明霞，龍廣成.中等強(qiáng)度自密實(shí)混凝土的碳化性能［J］.新型建筑材料，2009(5):1-5.

［5］ 鮑明軒，賀鴻珠，薛 明，等.雙摻粉煤灰和硅灰的大流動(dòng)度自密實(shí)混凝土的抗硫酸鹽性能［J］.粉煤灰，2006(1):6-8.

［6］ 繆漢良，杜艷靜，朱國(guó)平，等.外加劑及礦物細(xì)摻料對(duì)自密實(shí)混凝土耐久性的影響［J］.建筑技術(shù)，2009(1):74-77.

［7］ 付亞偉，王碩太，崔云長(zhǎng).硅灰對(duì)自密實(shí)混凝土性能的影響［J］.四川建筑科學(xué)，2009(1):191-203.

［8］ M.Nehdi，M.Pardhan，S.Koshowski.Durability of self-consolidating concrete incorporating high-volume replacement composite cements［J］.Cement and Concrete Research，2004(34):2103-2112.