提高混凝土抗冻耐久性技术的研究综述（下）

 

3 　活性的矿物掺合料改善混凝土抗冻耐久性技术研究动态

     混凝土是各种建筑工程上应用最广泛、用量最多的人造建筑材料，目前，我国正处在大规模的基础建设时期，对混凝土的需求量也就更大。因此，有效地降低混凝土的成本，提高混凝土的各项技术性能，对于充分利用有限的投资，延长混凝土结构的使用寿命，减少自然资源的消耗，保护生态平衡，有着非常巨大的经济效益和社会效益。

 

     在混凝土的基本组成材料中，水泥的价格最贵，因此，在满足对混凝土质量要求的前提下，单位体积混凝土的水泥用量愈少愈经济。因此，用一些具有活性的掺和料(硅粉、矿渣、粉煤灰) 来替代一部分水泥正在被广泛的应用。

 

3. 1 　硅粉的掺入

     近年来，硅粉混凝土也已应用于混凝土工程各个领域，其抗冻耐久性问题已引起人们的普遍重视，在丹麦、美国、挪威等国家，硅粉作为混凝土混合材已经得到了广泛的应用。但关于硅粉混凝土的抗冻耐久性，各国学者结论各异。

 

     日本的Yamato 等人^{[18 ]} 通过试验得出结果： 非引气混凝土当水/ (水泥+ 硅粉) = 0. 25 ，不管硅粉的掺量如何，皆具有良好的抗冻耐久性。加拿大的Malhotra 等人[19 ] ^{[20 ]}通过试验得出:引气硅粉混凝土不管水灰比多少，硅粉掺量15 %以下时都具有较高的抗冻耐久性。我国学者丁雁飞，孙景进(1991) 通过实验探讨了硅粉对混凝土抗冻耐久性的影响，得出结论^{[21 ]} ：非引气硅粉混凝土的抗冻耐久性与基准混凝土比较，在胶结材总量相同，塌落度不变的条件_下，非引气硅粉混凝土的抗冻能力高。范沈抚(1990) 得出[22 ] ：在相同含气量的情况下，掺15 %的硅粉混凝土比不掺硅粉的基准混凝土，气孔结构有很大的改善。硅粉对抗冻耐久性有显著的效果，但硅粉的产量有限而且成本较高。

 

3. 2 　矿渣的掺入

     磨细矿渣与混凝土内水泥水化生成的Ca (OH) ₂结合具有潜在的活性，但磨细矿渣对提高混凝土的抗冻融性目前也不少研究。张德思，成秀珍(1999)通过试验得出结论^{[23 ]} ：随着矿渣掺量的增加，其混凝土的抗冻融性能愈差，但掺合比例合适时，抗冻性能与普通混凝土相比有较大改善。

 

3. 3 　粉煤灰的掺入

     国内外粉煤灰应用已有几十年的历史。最早研究粉煤灰在混凝土中应用的是美国加洲理工学院的R. E.Davis ，1993 年他首次发表了关于粉煤灰用于混凝土的研究报告。到本世纪五、六十年代，粉煤灰作为一种工业废料，其活性性能被进一步研究和推广，不仅仅是为了节约水泥，更主要是为了改善和提高混凝土的性能。美国加洲大学Mehta 教授指出^{[24 ]} ，应用大掺量粉煤灰(或磨细矿渣) ，是今后混凝土技术进展最有效、也是最经济的途径。

 

     国内外有关资料表明^{[25 ] [26 ]} ：粉煤灰混凝土的抗冻能力随粉煤灰掺量的增加而降低，和相同强度等级的普通混凝土相比较，28d 龄期的粉煤混凝土试件抗冻耐久性试验结果偏低，随着粉煤灰混凝土技术的深入研究和发展，引气粉煤灰混凝土的抗冻耐久性研究已越来越多地引起人们的关注。LinhuaJiang 等学者^{[27 ]} (2000) 通过研究高掺量粉煤灰混凝土水化作用得出:粉煤灰的掺量和水灰比影响了高掺量粉煤灰混凝土的孔结构，并且随着掺量和水灰比的增加而孔隙率增加，但随时间的延长，孔隙率会下降。这是因为粉煤灰的掺入改善了混凝土的孔尺寸，但最大掺量不得超过70 %。游有鲲、缪昌文、慕儒等^{[28 ]} (2000) 对粉煤灰高性能混凝土抗冻耐久性的研究表明:水胶比在0. 25 - 0. 27 范围内，随着粉煤灰内掺量的提高，不掺引气剂，混凝土抗冻耐久性随粉煤灰增加而增加。当掺引气剂后，混凝土抗冻耐久性有先升后降的趋势，既存在最佳的粉煤灰掺量为30 %。习志臻(1999) 认为^{[29 ]} :相对于许多混凝土而言，粉煤灰高性能混凝土提高了混凝土的抗渗、抗冻、抗碳化能力。田倩、孙伟^{[30 ]} (1997) 讨论了掺入硅灰、超细粉煤灰及两者的复合物对抗冻耐久性能的影响以及钢纤维的阻裂效应对混凝土抗冻耐久性能的作用。实验证明:当超细粉煤灰与硅灰相掺时，提高抗冻耐久性的效果尤为显著，其冻融循环300 次以后，动弹性模量与重量基本无变化，而钢纤维的进一步复合有利于混凝土抗冻耐久性的改善。由此可见，双掺或多掺矿物的复合效应对混凝土抗冻耐久性的提高是值得研究的课题。

 

4 　高强混凝土抗冻融技术现状

     目前，高强度混凝土已在工程中得到广泛应用，但是，由于理论上认为高强度混凝土应具有较高的抗冻能力，所以对高强度混凝土的抗冻性的研究并不多。

 

     由于试验结果限制，高强混凝土本身抗冻融能力仍有争论。Marchand et al . (1995) 认为^{[31 ]} :当水胶比为0. 3 ，并且硅灰掺量为20 % - 30 %时，混凝土需要适当的引气来增强抗冻融能力，只有当水灰比低于0. 25 时，混凝土不需要引气。李金玉[32 ] (1998) 从宏观和微观结构两个方面研究高强度混凝土的抗冻性及其冻融的破坏规律，并配制出C60. C80. C100 高强混凝土。在C60 高强混凝土的基础上，掺用优质引气剂配制成C60 引气混凝土，该混凝土具有超高抗冻性，进行1200 次快速冻融循环后，相对冻弹性模量仅为92. 6 % ，为开发研制高强度高耐久性能的混凝土提供基础。然而，21 世纪的混凝土是高性能混凝土，是混凝土技术的主要发展趋势。著名的中国工程院资深院士吴中伟教授对高性能混凝土下的定义是：高性能混凝土是一种新型高技术制作的混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代技术制作的混凝土，以耐久性作为设计的主要指标，高性能混凝土具有很丰富的内容，但核心是保证耐久性，不能片面追求单一性。

 

5 　结语

     虽然各国学者研究成果各异，但是，我国地域辽阔，环境条件复杂，虽经几十年的努力，但混凝土工程的抗冻耐久性尤其在三北地区混凝土工程的抗冻耐久性问题仍未得到根本解决。由以上文献综述可以看出，掺入活性的矿物掺和料是解决混凝土抗冻耐久性问题的有效措施之一，也是21 世纪混凝土技术的主要发展趋势。单掺矿物掺合料来配制高性能混凝土的文献资料及工程报道很多，并已取得了一定成果。然而，对于多种矿物掺合料复掺并研究其复合叠加效应目前尚少系统研究，也是解决问题的难点和关键所在。本论文为解决这一难点，对宁夏这一典型区域进行了提高建筑物抗冻耐久性的技术研究。采用多种矿物掺合料复掺能否提高混凝土抗冻耐久性、其复合叠加效应能否实现及采用的最优配合比都要进行大量的试验，并从宏观和微观的角度来进一步研究和分析。该项目的研究克服了目前针对冻融破坏在分析研究方面的不足，有着广泛的_理论与工程应用价值和重要的学术意义。同时，该项研究大量利用了宁夏废料资源，保护了生态环境，更重要的是为西部经济大开发解决能源危机。该项目的研究和推广有着不可估量的经济效益和社会效益。

 

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