高性能混凝土配方化学机理研究

高性能混凝土配方化学机理研究

黄泽康

广东南海昵劳利混凝土有限公司广东佛山528000

摘要：我国高性能高性能混凝土配方化学机理研究起步较晚。社会主义市场经济迅猛发展背景下，高性能混凝土需求量不断攀升。对于化工企业建筑，其所处区域较高，且环境多为酸性，易爆炸易燃烧。此种情况下，研制高性能混凝土，满足建筑施工需求尤为必要。本文结合实际试验，从配合比参数的选择、提高混凝土抗冻耐久性的有效策略、混凝土抗冻性试验方法三个方面展开了论述，希望对混凝土配制具有一定的现实指导作用。

关键词：高性能混凝土；配方；化学机理

变化的气候、磨损、化学侵蚀等皆会对混凝土造成破坏，对其的耐久性具有负面影响。暴露环境下，混凝土的使用功能、外观及质量依托耐久性保持。冬季时节，建筑冻融现象均出现于我国很多地区。由此可见，解决混凝土冻融问题是防止建筑老化病害的关键性任务，对提高建筑使用年限具有积极的意义。鉴于此，本文对高性能混凝土配方化学机理进行了深入研究。

一、配合比参数的选择

其一，对于fcu，k＝30N/㎜²的混凝土（C30混凝土）及低于fcu，k＝30N/㎜²的混凝土，所使用的凝胶材料总量不得比400kg/m3高；对于35N/㎜²≤fcu，k≤40N/㎜²的混凝土，所使用的凝胶材料总量不得比450kg/m3高，对于fcu，k＝50N/㎜²的混凝土（C50混凝土）及高于fcu，k＝50N/㎜²的混凝土，所使用的凝胶材料总量不得比500kg/m3高。

其二，适量的矿物掺和料（硅灰、粉煤灰、矿渣粉等）须添加于混凝土中。如果粉煤灰添加量比30%高，则掺入的水胶量不得比0.45大。当混凝土存有预应力和混凝土处于冻融环境中时，掺入的粉煤灰量不得比30%大。

其三，将适量的外加剂添加于混凝土中。值得注意的是，多功能复合外加剂是理想的选择，且外加剂必须与技术条件相符合。

其四，就混凝土胶凝材料用量最小值及混凝土胶水比最大值而言，其一定要与设计要求相符合。缺乏设计要求情况下，预应力及钢筋混凝土须与相应的要求符合；素混凝土须与相应的技术要求符合。

其五，对于硫酸盐侵蚀环境中的混凝土结构，凝胶材料（混凝土）组成要求为下表，其的抗腐蚀系数须≥0.080[1]。

其六，0.10%≤膨胀率（骨料中的碱硅酸反应砂浆棒）≤0.30%情况下，混凝土所含碱量须与有关规定相符合；0.20%≤膨胀率≤0.30%情况下，除了符合有关规定过，还需将符合外加剂及矿物掺和料（两者均具备抑制作用）掺入混凝土，且对抑制作用进行科学试验。

其七，钢筋混凝土中的水泥、粗骨料、外加剂、水、矿物掺和料等所含Cl-总量不得比凝胶材料总量的0.10%高，预应力混凝土所含Cl-总量不得比凝胶材料总量的0.06%高。

其八，混凝土（干硬性混凝土外）如果没有要求抗冻，其所含气体总量不得比2.0%小。如果混凝土要求抗冻，则须对混凝土含气量进行试验及确定。

二、提高混凝土抗冻耐久性的有效策略

（一）使用外加剂

1.掺入引气剂

大量工程实践及相关研究文献资料均表明，将引气剂掺入混凝土可促使其抗冻耐久性大大提高。引气剂属于表面活性物质范畴，其作用为憎水。掺入引气剂可明显降低混凝土拌合水的表面张力，且会形成稳定的封闭气泡（位于混凝土内部，形状微小）。形成的封闭气泡具有弹性[2]，混凝土结冰时所产生的压力会得到一定程度的缓解。与此同时，这种气泡可发挥缓冲减压的作用。溶解过程中，可恢复这些气泡，此时，即便自由水（位于混凝土空隙之内）反复冻融，孔壁所承受的压力也不会很大。在实际研究中，笔者发现开解环境与混凝土内部毛细血管之间的通路可被气泡堵塞，且可防止外部环境中的水分进入混凝土内部。此外，这些气泡具备润滑作用，能够有效改善混凝土的和易性。具体施工过程中，模具中新搅拌的混凝土在填充性方面存有很强的优势，待硬化之后，将会大大提升其的密度。所以，掺入引气剂，能够增加混凝土内部的气体量，对提高混凝土抗冻耐久性能具有非凡的意义。

2.掺入减水剂

在调配混凝土时，必不可少的一部分为减水剂。通过使用减水剂，可促使混凝土水胶比（水灰比）大大降低。混凝土拌和过程中，务必要将减水剂加入其中，以确保均匀分散水泥颗粒。另外，可充分释放水泥颗粒所包裹的水分，有利于减少混凝土用水量，同时混凝土中气泡与气泡之间的间距及尺寸均值会减小。掺入减水剂情况下，水泥浆中存有的可冻水量会大大降低，有利于增强混凝土抗冻性能。

（二）使用活性矿物掺和料

现阶段，我国建设属于基础、大规模建设范畴。所以，我国建筑行业对混凝土具有很大的需求量。近年来，建设企业对混凝土质量提出了极高的要求。从建造材料角度来看，混凝土在其中占据着举足轻重的位置。由此可知，“降本增效”、对各种技术性能加以提高，对混凝土结构加以改善等尤为必要[3]。唯有如此，混凝土服役期限才能得到提高。此外，注重保护生态环境及自然资源，以促使经济和社会效益得到有效提高。

混凝土由水、外加剂、水泥、粗骨料、矿物掺和料等构成。纵观这些基本材料的成本，最昂贵的是水泥。因此，当混凝土质量得到保证时，水泥使用量越少，经济投入额则越少。对此，笔者建议用粉煤灰、矿渣等活性矿物掺和料加入混凝土，以减少水泥用量，进而提升经济与社会效益。

三、混凝土抗冻性试验方法

（一）试验设备：热电偶电位差计，案秤，试件盒，快速冻融实验装置，动弹性模量测定。

（二）试验步骤：

1.制备试样：采用棱柱体混凝土试件（100mm×100mm×400mm），每组根数为3，试验时可对其进行不间断使用。

2.对横向基频进行测定，并对其质量进行称量。将所获得数据作为抗冻性评定的最初值。

3.于橡胶试件盒中放置试件，将清水加入，水面应高于试件上表面0.5cm。而后，将实践和置入冻融试验箱[4]。

4.进行冻融循环试验（必须严格遵循相关规定及标准）。

5.测试横向基频及承重间隔冻融次数为25。间隔次数的确定须以试件抗冻性高低为重要参考依据。

6.具体试验过程中，如果因为事故而发生中断，则须将受冻状态下的试件重新保存于原试验箱内。如果未出现此种情况，试件可两个循环之内处于溶解状态环境下。当情况较为特殊时，试验全过程中仅仅允许1-2次超过两个循环周期[5]。

7.当冻融试验满足以下任一条件时，即可对试验进行终止：（1）冻融试验次数满300；（2）试件质量损失至一半；（3）试件相对动弹性模量下降，且低于60%。

在冻融试验中，冻结及融化温度分别为（-17±2）°C、（8±2）°C，循环一次的时间大于120min、小于240min。

四、结束语

尽管全部工程研究人员认为掺入引气剂可促使混凝土耐冻性提高，但在工程实践中，须依据实际情况选用引气剂，并对各种引气剂进行试验研究，才可应用。如此，工程的安全性才能得到有效保障。与此同时，可采用矿物掺和料掺入方式以对混凝土抗冻耐久性问题进行解决。当前，矿物掺和料研究较多，但对矿物掺和料促使混凝土性能提高的研究较少，希望日后该课题研究可取得长足的进步。

参考文献：

[1]李文莉.高性能混凝土配方化学机理探究[J].当代化工，2014，11：2423-2425.

[2]杨旭辉.高性能混凝土配方化学机理探究[J].科技致富向导，2015，06：98+237.

[3]安宁.高性能混凝土配方优化方法的研究[J].混凝土，2006，09：72-74.

[4]邓军生，李强.HN高强高性能混凝土外加剂的研究与应用[J].四川建材，2013，06：26-31+34.

[5]景淑媛，杜文举，杨元意.T梁C55高性能混凝土配合比设计研究[J].四川理工学院学报（自然科学版），2015，01：36-40.