（材料物理与化学专业论文）磷铝酸盐水泥混凝土的耐久性研究.pdf

济南人学硕i ：学位论文 摘要 本论文主要对磷铝酸盐水泥( 简称p a l c ，以下同) 混凝土的耐久性能进行了研 究，并着重研究了混凝土的力学性能、抗疲劳性能、抗冻性能、抗碳化性能和抗渗 性能，同时与相应的传统硅酸盐水泥( 简称p c ，以下同) 混凝土进行了比较，并 利用x 射线衍射( x r d ) 、扫描电镜( s e m ) 和压汞测孔方法等测试手段对磷铝酸 盐水泥水化硬化浆体的相组成、微观结构和形貌以及孔结构进行了研究，分析了磷 铝酸盐水泥混凝土耐久性能优异的原因。本文主要取得了以下结论： 1 、减水剂和聚酯纤维双掺的磷铝酸盐水泥混凝土试样的抗折弹性模量为 2 3 9 3 g p a ，比单掺减水剂的磷铝酸盐水泥混凝土试样的2 0 7 4 g p a 提高了1 5 3 8 ， 同时比磷铝酸盐水泥素混凝土试样的1 8 2 8 g p a 提高了3 0 9 1 ，较同时双掺减水剂 和聚酯纤维的硅酸盐水泥混凝土试样的1 8 4 3 g p a 提高了2 9 8 4 ，从而可以看出磷 铝酸盐水泥混凝土有着较硅酸盐水泥混凝土优异的力学性能。 2 、磷铝酸盐水泥混凝土的疲劳寿命符合威布尔概率分布理论，通过对疲劳寿 命进行统计分析回归得到单掺减水剂( 2 号样) 及减水剂和纤维双掺( 5 号样) 的磷铝酸 盐水泥混凝土的抗折疲劳方程的双对数形式，方程如下： 2 5 可靠度下的疲劳方程：5 0 可靠度下的疲劳方程： 2 号样：l g s = 0 0 3 3 5 0 0 3 6 9 1 9 n2 号样：l g s = 0 0 4 0 3 0 0 4 7 4 1 9 n 5 号样：l g s = 0 0 6 7 6 0 0 3 9 1 1 9 n 5 号样：l g s = 0 0 5 8 8 0 0 4 2 7 1 9 n 7 5 可靠度下的疲劳方程： 2 号样：l g s = 0 0 2 0 2 0 0 5 5 1 1 9 n 5 号样：l g s - - 0 0 7 2 2 0 0 6 9 9 1 9 n 3 、磷铝酸盐水泥素混凝土试样的抗冻级别均达到了f 2 0 0 ；而相应的硅酸盐水 泥素混凝土试样抗冻级别仅为f 1 2 5 ；单掺减水剂的磷铝酸盐水泥混凝土试样抗冻等 级达到f 2 7 5 ；减水剂和聚酯纤维双掺的磷铝酸盐水泥混凝土试样抗冻等级达到 f 5 5 0 ，而相应的硅酸盐水泥混凝土试样抗冻等级仅为f 4 0 0 ；磷铝酸盐水泥素混凝土 试样的抗冻耐久性系数分别达到了1 3 6 6 和1 3 7 8 ，而硅酸盐水泥素混凝土试样的抗 冻耐久性系数为0 7 3 9 ，较磷铝酸盐水泥素混凝土分别降低了8 4 8 4 和8 6 4 7 ；减 磷铝酸盐水泥混凝十- 的耐久性研究 水剂和纤维双掺的磷铝酸盐水泥混凝土试样的抗冻耐久性系数为3 2 2 9 ，较相应的 硅酸盐水泥混凝土的耐久性系数2 3 0 4 高出了4 0 1 5 ，从而磷铝酸盐水泥混凝土表 现出较硅酸盐水泥混凝土优异的抗冻耐久性。 4 、在保护层设计厚度为2 0 m m 时，磷铝酸盐水泥素混凝土的碳化寿命分别达 到了3 2 6 年和3 3 4 年，较硅酸盐水泥素混凝土的2 5 6 年分别提高了2 7 3 4 和3 0 4 7 ； 聚酯纤维和聚羧酸减水剂双掺的磷铝酸盐水泥混凝土的碳化寿命达到了3 1 3 2 年， 较单掺减水剂的磷铝酸盐水泥混凝土1 8 5 6 年的碳化寿命提高了6 8 7 5 ，较相应的 硅酸盐水泥混凝土2 4 0 2 年的碳化寿命提高了3 0 3 9 ；磷铝酸盐水泥混凝土的抗碳 ， 化能力优于硅酸盐水泥混凝土，是因为磷铝酸盐水泥的水化产物为水化磷铝酸钙凝 胶和晶体( c aph ) 、水化磷酸钙凝胶和晶体( c p h ) 以及羟基磷狄石( h a p ) ，没有硅 酸盐水泥的水化产物c a ( o h ) 2 ，所以可以避免与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙， 同时，磷铝酸盐水泥水化的最终产物羟基磷灰石又可吸收二氧化碳形成碳酸磷酸钙 ( c a 3 ( p 0 4 ) o h c 0 3 ) 相，从而大大缓解二氧化碳的碳化作用，而且密实度也比硅酸 盐水泥混凝土要高。 5 、磷铝酸盐水泥素混凝土试样在1 4 m p a 水压下4 h 5 0 m i n 时渗水，较相应的硅 酸盐水泥素混凝土提高了2 个多小时；在恒压1 5 m p a 下，单掺减水剂的磷铝酸盐 水泥混凝土试样的渗水高度为9 6 4 m m ，抗渗等级达到s 1 5 ；掺有聚酯纤维的硅酸盐 水泥混凝土试样渗水高度为7 4 7 m m ，而同样掺纤维的磷铝酸盐水泥混凝土的渗水 高度为5 7 6 m m ，较相应的硅酸盐水泥混凝土降低了2 9 6 9 ，同时又比单掺减水剂 的磷铝酸盐水泥混凝土试样的9 6 4 m m 的渗水高度降低了6 7 3 6 。磷铝酸盐水泥混 凝土的抗渗性能较硅酸盐水泥混凝土更加优异，主要是因为磷铝酸盐水泥浆体的总 孔隙率和粗大孔隙体积较硅酸盐水泥浆体要小，密实度较硅酸盐水泥浆体要高。 关键词：磷铝酸盐水泥；抗疲劳；冻融循环；抗碳化；抗渗性 l i 济南人学硕i j 学位论文 a b s t r a c t t h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e dt h ed u r a b i l i t yo fp h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n tc o n c r e t es u c h a st h ef l e x u r a lf a t i g u eb e h a v i o r , f r o s tr e s i s t a n c ep r o p e r t y , c a r b o n a t i o nr e s i s t a n c ep r o p e r t y a n dt h ep e r f o r m a n c eo fr e s i s t i n go s m o s e ，c o m p a r i n gw i t ht h a to f b o t hp o r t l a n dc e m e n t c o n c r e t e t h et e c h n i q u e so fx - r a yd if f r a c t i o n ，s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p ea n d m e r c u r yo fi n t r u s i o np o r em e a s u r e m e n tw e r ec o n d u c t e dt oa n a l y s et h ep h a s ec o n s t i t u e n t s ， m i c r o s t r u c t u r e ，m o r p h o l o g ya n dt h ep o r es t r u c t u r eo ft h ep h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n t h a r d e n e d t h i sp a p e rd i s c u s s e st h er e a s o no ft h em e c h a n i s mo fe x c e l l e n td u r a b i l i t yo f p h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n tc o n c r e t e t h ef o l l o w i n gc o n s e q u e n c e sw e r ea c h i e v e d ： 1 t h ef l e x u r a le l a s t i cm o d u l u so fs p e c i m e np h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n tc o n c r e t ei n b o t ho fs u p e r p l a s t i c i z e ra n dp o l y e s t e rf i b e ri s2 3 9 3 g p a ，c a nb ei n c r e a s e db y15 3 8 、 3 0 9 1 a n d2 9 8 4 r e s p e c t i v e l yc o m p a r e dw i t ht h ep h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n tc o n c r e t e i n s u p e r p l a s t i c i z e r 、p h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n tp l a i nc o n c r e t ea n dp o r t l a n dc e m e n t c o n c r e t ei nb o t ho fs u p e r p l a s t i c i z e ra n dp o l y e s t e rf i b e r , s ot h em e c h a n i c a lc a p a b i l i t yo f p h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n tc o n c r e t ei ss u p e r i o rt op o r t l a n dc e m e n tc o n c r e t e 2 w e i b u l ld i s t r i b u t i o nw a su s e dt oa n a l y z et h ef a t i g u el i v e sf o rp h o s p h o a l u m i n a t e c e m e n tc o n c r e t ea n dd o u b l e l o g a r i t h m i cf l e x u r a lf a t i g u ee q u a t i o n sw e r er e g r e s s e d 2 5 s u r v i v o r s h i pp r o b a b i l i t y ： n o 2 ：l g s = 0 0 3 3 5 - 0 0 3 6 9 1 9 n n o 5 ：l g s - - - 0 0 6 7 6 0 0 3 9 11 9 n 7 5 s u r v i v o r s h i pp r o b a b i l i t y ： n o 2 ：l g s = 0 0 2 0 2 0 0 5 51l g n n o 5 ：l g s = 0 0 7 2 2 - 0 0 6 9 9 1 9 n 5 0 s u r v i v o r s h i pp r o b a b i l i t y ： n o 2 ：l g s = 0 0 4 0 3 0 0 4 7 4 1 9 n n o 5 ：l g s = 0 0 5 8 8 - 0 0 4 2 7 1 9 n 3 t h eg r a d eo ff r o s t - r e s i s t a n c eo f p h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n tp l a i nc o n c r e t ei sf 2 0 0 ， b u tt h eg r a d eo ff r o s t r e s i s t a n c eo fp o r t l a n dc e m e n tp l a i nc o n c r e t ei sf 1 2 5 ；t h eg r a d eo f f r o s t - r e s i s t a n c eo ft h ep h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n tc o n c r e t eo n l yi ns u p e r p l a s t i c i z e ri sf 2 7 5 ； t h eg r a d eo ff r o s t r e s i s t a n c eo fs p e c i m e np h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n tc o n c r e t ei nb o t ho f s u p e r p l a s t i c i z e ra n dp o l y e s t e rf i b e ri sf 5 5 0 ；b u tt h eg r a d eo ff r o s t r e s i s t a n c eo fp o r t l a n d i i i 磷铝酸盐水泥混凝十的耐久件研究 c e m e n tc o n c r e t ei nb o t ho fs u p e r p l a s t i c i z e ra n dp o l y e s t e rf i b e ri sf 4 0 0 t h ea n t i f r e e z e d u r a b i l i t yc o e f f i c i e n to fp h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n tp l a i nc o n c r e t ei s1 3 6 6a n d1 3 7 8 r e s p e c t i v e l y , c a nb ei n c r e a s e db y8 4 8 4 a n d8 6 4 7 r e s p e c t i v e l yc o m p a r e dw i t h p o r t l a n dc e m e n t p l a i nc o n c r e t e ，t h e a n t i f r e e z e d u r a b i l i t y c o e f f i c i e n t o f p h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n tc o n c r e t ei nb o t ho fs u p e r p l a s t i c i z e ra n dp o l y e s t e rf i b e ri s 3 2 2 9 c a nb ei n c r e a s e db y4 0 15 c o m p a r e dw i t hp o r t l a n dc e m e n tc o n c r e t ei nb o t ho f s u p e r p l a s t i c i z e ra n dp o l y e s t e rf i b e r t h ef r o s tp r o p e r t yo fp h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n t c o n c r e t ei ss u p e r i o rt op o r t l a n dc e m e n tc o n c r e t e 4 t h ec a r b o n a t i o nl i f eo fp h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n tp l a i nc o n c r e t ei s3 2 6y e a r sa n d 3 3 4y e a r sr e s p e c t i v e l y , c a nb ei n c r e a s e db y2 7 3 4 a n d3 0 4 7 r e s p e c t i v e l yc o m p a r e d w i t hp o r t l a n dc e m e n tp l a i nc o n c r e t e ，t h ec a r b o n a t i o nl i f eo fp h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n t c o n c r e t ei nb o t ho fs u p e r p l a s t i c i z e ra n dp o l y e s t e rf i b e ri s313 2y e a r s ，c a nb ei n c r e a s e db y 6 8 7 5 a n d3 0 3 9 r e s p e c t i v e l yc o m p a r e dw i t ht h ep h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n tc o n c r e t e o n l yi ns u p e r p l a s t i c i z e ra n dp o r t l a n dc e m e n tc o n c r e t ei nb o t ho fs u p e r p l a s t i c i z e ra n d p o l y e s t e rf i b e r t h e c a r b o n a t i o n r e s i s t a n c e p r o p e r t yo fp h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n t c o n c r e t ei ss u p e r i o rt op o r t l a n dc e m e n tc o n c r e t e b e c a u s et h e r ei sn o tc a ( o h ) 2w h i c hi s v u l n e r a b l et oc a r b o n a t i o ni nt h eh y d r a u l i cs y s t e mo fp h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n t ，i t s h y d r a u l i cs u b s t a n c e sa r ec - a - p h 、c - p ha n dh y d r o x y a p a t i t e a tt h es a m et i m e , p h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n th y d r a t i o no ft h ef i n a lp r o d u c to fh y d r o x y a p a t i t ec a na b s o r b c a r b o nd i o x i d ef o r m i n gc a 3 ( p 0 4 ) o h c 0 3p h a s e ，t h u sg r e a t l ye a s i 吨t h ec a r b o n a t i o no f c a r b o nd i o x i d e ，a n dd e n s i t ym u s t b eh i g ht h a np o r t l a n dc e m e n tc o n c r e t e 5 u n d e r1 4 m p a ，t h en o 4p h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n tp l a i nc o n c r e t eb e g i n st o i n f i l t r a t ea t4 h 5 0 m i nu n d e r1 4 m p a , t h ep e r m e a t i n gh e i g h to fs p e c i m e n sn o 2 、n o 5a n d n o 7i s9 6 4n l l l l 、5 7 6 m ma n d7 4 7 m mr e s p e c t i v e l y t h er e s i s t a n c et ow a t e rp e r m e a b i l i t y o fp h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n tc o n c r e t eh a v eg o o dp r o p e r t yt h a nt h o s eo fp o r t l a n dc e m e n t c o n c r e t e ，b e c a u s et h et o t a lp o r o s i t ya n dl a r g e s i z ep o r ev o l u m eo fp h o s p h o a l u m i n a t e c e m e n tp a s t ea r es m a l l e rt h a nt h o s eo fp o r t l a n dc e m e n tp a s t e k e yw o r d s ：p h o s p h o a l u m i n a t ec e m e n t ；f a t i g u e ；f r e e z i n ga n dt h a w i n gc y c l e ；c a r b o n a t i o n - r e s i s t a n c e ；p e r m e a b i l i t y i v 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：e l 期：圣! 兰置14 ；至纹 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 苍和群 外彳寸震纽 导师签名：呈1 日期： 济南人学顾f ：学位论文 1 1 概述 第一章绪论弟一早 三百下匕 材料是人类生存和生活必不可缺少的部分，是人类文明的物质基础和先导， 是直接推动社会发展的动力。材料的发展及其应用是人类社会文明和进步的重要罩 程碑。没有材料科学的发展，就不会有人类社会的进步和经济的繁荣。基于材料对 社会发展的作用，使得对材料的性能提出了更高的要求，而对胶凝材料中的混凝土 材料，不能仅仅看其力学性能，还应该更加注重其耐久性的研究。 材料的耐久性，实际上是一项综合性质，它是指材料在使用过程中，抵抗各种 自然因素及其它有害物质长期作用，而尚能持有可使用价值的性质。 建筑结构是建筑物的主要骨架，而结构的物质基础是建筑材料。建筑结构的优 化和发展不断促进建筑材料的更新和发展。混凝土是近现代最广泛使用的建筑材 料，也是当前最大宗的人造材料。进入2 0 世纪以来，以混凝土为建筑材料的工程 结构得到飞速发展，与其他建筑材料相比，混凝土以其良好的综合性能已成为楼宇、 桥梁、大坝、公路和城市运输系统等现代化标志的首选材料。但是，随着时间的推 移，混凝土的耐久性问题同益暴露出来。 如今，发达国家的工程建设已经历了大规模的新建，新建与改造、维修并重， 重点转向旧建筑物的维修改造阶段，由于混凝土耐久性不足造成的维修巨额消费更 是令人触目惊心【l 】：美国1 9 9 1 年仅修复坏损的桥梁就耗资9 1 0 亿美元，英国每年用 于钢筋混凝土结构修复的费用就达2 0 0 亿英镑，日本仅用于房屋维修的费用就达4 0 0 亿日元。据统训2 1 ，美国混凝土基建工程的总价为6 万亿美元，今后每年用于混凝 土工程维修和重建的费用估计将高达3 0 0 0 亿美元。我国区域辽阔，地跨热带、亚 热带、暖温带、温带、寒温带，海岸线长达1 8 0 0 0 公里，因此各国面临的严酷条件 在我国不同地区均有存在。在东北、华北和西北地区，处于水位变动区或受水浸润 的钢筋混凝土结构，在使用2 0 一7 0 年内均因反复冻融而导致破坏，严寒地区不少 水工建筑物不到1 0 年就需要大修；华南、华东海港码头和浙东沿海水闸的钢筋混 凝土结构，处于浪浅区的梁板底部，由于钢筋过早锈蚀而发生顺筋开裂、剥落，问 磷铝酸盐水泥混凝十的耐久性研究 题相当严重，相当普遍，而且开裂、剥落后，破坏日益加剐3 1 。 磷铝酸盐水泥是具有我国自主知识产权的新型特种水泥，具有早强、高强以及 长期强度增长稳定的优点，而研究磷铝酸盐水泥高性能混凝土的目的就是为了更好 地解决环境恶劣地区混凝土结构的耐久性问题，延长混凝土结构的使用年限和提高 资源、能源的利用率，所以希望通过本论文的试验，可以找到一些规律和方法，为 探讨磷铝酸盐水泥混凝土耐久性及影响其耐久性的因素、机理作为借鉴和参考，找 出使磷铝酸盐水泥混凝土耐久性更加优良的途径和方法，为磷铝酸盐水泥混凝土的 实际应用奠定理论基础。 1 2 国内外混凝土耐久性研究动态 由于混凝土所处的环境多种多样，其破坏形式也是多种多样的，并且物理化学 原因及其它因素常常相互影响，相当复杂，现综述混凝土的抗冻性、抗渗性、抗碳 化和抗疲劳性能等方面的国内外研究现状。 1 2 1 混凝土抗冻性的研究 混凝土抗冻性是指混凝土抵抗浸水条件下经受冻融循环破坏作用的能力，其指 标可以反映混凝土的综合耐久性。 2 0 0 0 年，张德剧4 】通过试验研究探讨了强度等级、引气量、水狄比、粉煤扶品 质等因素对普通混凝土和粉煤狄混凝土抗冻融耐久性的影响。结果表明，混凝土的 引气量和强度是影响普通混凝土和粉煤狄混凝土抗冻性的决定因素，满足抗冻性要 求的引气量取决于相应的混凝土强度等级。可以得出，对于同一强度等级的混凝土， 其耐久性系数随气泡的间距指数的增大而显著降低。对于耐久性系数为9 0 的普通 混凝土和粉煤灰混凝土，相对于不同的强度等级，其气泡问距可在o 3 5 0 5 5m m ( 普 通混凝土) 和0 3 3 - 0 5 5m i i l ( 粉煤狄混凝土) 之间变化。 2 0 0 1 年，严捍东【5 1 研究了水胶比为o 5 0 粉煤灰掺量在0 - - 5 5 范围内的高掺量 粉煤灰水工混凝土的气泡参数和抗冻性能。研究结果表明，在同一龄期，混凝土的气 泡参数和粉煤灰掺量间没有一定的关系但气泡结构的稳定性随粉煤灰掺量增加而 提高，混凝土的抗冻性也随粉煤灰掺量的增加而提高，不管对普通混凝土还是粉煤灰 混凝土，气泡间距在0 5 0 m m 以下都是高抗冻混凝土，规定高抗冻混凝土的气泡间距 2 济南人学硕 ：学位论文 必须小于0 2 5 m m 是不适用的。 2 0 0 2 年，高建吲6 】研究了掺矿渣微粉的混凝土的抗冻性能，结果发现：无论矿 渣微粉掺量多少，掺矿渣微粉的混凝土的相对动弹性模量随冻融循环次数的增加而 降低，经过2 5 0 次冻融循环，掺矿渣4 0 的混凝土其相对动弹性模量为9 0 ，重量 损失率仅为0 2 5 ，表现为良好的抗冻性。 2 0 0 2 年，c h a n g w e nm i a o 7 】通过对波特兰混凝土和钢纤维增强混凝土在硫酸钠 溶液中冻融循环的研究发现，在最初3 0 0 次冻融循环中，硫酸钠溶液对混凝土的动 弹性模量影响很小。在进一步动融后，硫酸盐侵蚀影响就很明显，水狄比为0 4 4 的波特兰和纤维增强混凝土在不到3 0 0 个循环就被破坏，无论在硫酸钠溶液还是水 中冻融，动弹性模量也表现为相同的趋势。采用钢纤维增强混凝土能限制动弹性 模量的降低，改变试样由于冻融循环和硫酸盐侵蚀作用引起在跨度方面的脆性失 效。 2 0 0 5 年，k o u b a a ，a m i r 8 】研究了粗骨料对混凝土抗冻性能的影响以及冻融过程 中裂缝产生的原因和预防裂缝的方法，结果表明，这种产于美国明尼苏达州的骨料 较普通其它骨料有更优良的提高混凝土抗冻耐久性的性能。 2 0 0 6 年，f r 耀刚【9 】采用快速冻融法研究了养护制度、轻集料的预湿程度和体积 砂率对高强轻集料混凝土抗冻性能的影响。结果表明，轻集料混凝土具有良好的抗 冻性能，体积砂率对轻集料混凝土的抗冻性能有较明显的影响，随着体积砂率的增 大，轻集料混凝土的抗冻性能有所降低；轻集料的预湿程度对混凝土的抗冻性能影 响不大；养护温度对轻集料混凝土的抗东性能有影响，随着养护温度降低，混凝土 的抗冻性能降低。 2 0 0 6 年，余红则1 0 1 研究了铝酸盐膨胀剂( a l u m i n a t ee x p a n s i v ea g e n t ，a e a ) 、钢纤 维和高强高模聚乙烯纤维( e l a s t i c i t ym o d u l ep o l y e t h y l e n ef i b e r , h e m p f ) ) 3 乏其复合对双 掺硅灰与粉煤灰的高性能混凝- - ( h i g h p e r f o r m a n c ec o n c r e t e ，h p c ) 抗冻性的影响。结 果表明，强度等级c 8 0 的非引气h p c 具有较好的抗冻性，但是其抗冻性对养护环境的 相对湿度( r e l a t i v e h u m i d i t y , r h ) 具有敏感性。a e a 和h e m p f 对h p c 的抗冻性存在 负效应，钢纤维则对h p c 的抗冻性存在正效应。在改善h p c 抗冻性及其对养护环境 湿度的敏感性方面，a e a 和钢纤维复合的改善效果明显好于a e a 和h e m p f 复合。 a e a 和钢纤维的综合效应可以保证h p c 的抗冻融循环次数不低于7 5 0 次，在3 0 r h 环境养护时的抗冻融循环次数能够达到标准养护时的8 0 以上。 3 磷铝陵盐水泥混凝十的耐久性研究 2 0 0 7 年，b a s h e e r , l 1 l 】等人通过对表面进行处理的混凝土试样的冻融试验和砂 浆中细孔分布实验等试验手段，研究了淡水和氯盐环境下以及不同水灰比下，混凝 土的抗冻性及其内部孔结构特征。研究表明表面的处理及水灰比对混凝土的抗冻耐 久性有着明显的影响，在氯盐环境下，降低水狄比、适当的表面处理可以有效提高 混凝土的抗冻性。 2 0 0 7 年，张弛等研究了聚丙烯腈纤维对引气混凝土抗冻性的影响。他们采用 快速冻融法，以质量变化和相对动弹性模量作为混凝土抗冻性能的评定指标，研究 了聚丙烯腈纤维在三个体积掺量0 0 7 、0 1 、0 1 3 时对c 3 0 和c 6 0 引气混凝土 抗冻性的影响，其中引气混凝土含气量为4 。结果表明掺加聚丙烯腈纤维的引气 混凝土的c 4 5 冻融破坏形念为表面剥落破坏，纤维混凝土在冻融作用下的内部损伤 减轻。掺加聚丙烯腈纤维的c 3 0 、c 4 5 引气混凝土的抗冻性得到了很大的改善，纤 维体积掺量为o 1 时，抗冻性最好；但聚丙烯腈纤维对高强度等级的c 6 0 引气混 凝土的抗冻性提高幅度不明显。 2 0 0 7 年，潘志峰【1 3 】等人对植生型多孔混凝土的抗冻性进行了试验研究，提出了 适用于多孔混凝土特点的测定抗冻性能的试验方法一单面冻融循环试验。此法考虑 了多孔混凝土在实际应用中的受冻情况，以此法对掺加矿粉、粉煤狄的多孔混凝土 的抗冻性能进行了试验研究，结果表明矿粉的掺入能改善多孔混凝土的抗冻性能。 小结：我国对混凝土抗冻性的试验方法有慢冻法和快冻法，而且目前对改善混 凝土抗冻性的研究主要集中在：掺入引气剂：这是提高混凝土抗冻性的最常见的 方法；控制水灰比：水灰比越大，混凝土的孔隙率越高，则较大孔的数量也越多， 可冻孔越多；掺入适量的优质混合料：如硅粉，粉煤灰等可以改善孑l 结构，使孔 细化，从而降低冰点，减少可冻孔数量；掺入纤维：掺入适量的纤维可以改善其 力学性能和耐久性。但是存在不足的是：慢冻法周期长、工作量大、误差较大、可 重复性差，而且采用抗压强度的损失来衡量混凝土的抗冻性存在不合理性。而快冻 法与它相比，实验周期短，采用相对动弹性模量进行评价混凝土的抗冻性而且无破 损性，可以进行重复性试验，提高了试验的效率，所以在研究磷铝酸盐水泥混凝土 的抗冻性时，应该采取快冻法。 4 济南人学硕i j 学位论文 1 2 2 混凝土抗渗性的研究 混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透的性能。如果抗渗性能不足，一些 有害液体和气体会渗入混凝土内部，发生侵蚀作用，使混凝土变质，还会使钢筋锈 蚀，导致体积膨胀，造成保护钢筋的混凝土丌裂或者剥落；如果抗渗性能不足，混 凝土吸水量就会大，导致其抗冻融循环的能力显著下降，等等。这都会使混凝土的 耐久性受到影响。 1 9 9 9 年，肖树剐1 4 】研究了塑性混凝土防渗墙的抗渗性和耐久性。结果表明：影 响塑性混凝土抗渗性和耐久性的主要因素是胶凝材料的性质、用量和水胶比，其中， 膨润土的作用是不可取代的，水泥用量不宜太少，水泥与膨润土的合计用量不宜少于 1 6 0 k g m 3 ，掺用加气剂能显著提高塑性混凝土的抗渗性。 2 0 0 0 年，赵丁【1 5 】对水泥混凝土抗渗性的影响因素进行了分析，并介绍了抗渗混 凝土配合比的设计方法，得出结论：为了制得抗渗性好的混凝土，必须降低水狄比， 如可掺减水剂、防水剂等；选用级配良好的骨料，严格控制骨料的最大粒径；选用 强度稳定、细度好的水泥；掺入定量的磨细粉煤扶；实施潮湿条件养护等均能提高 混凝土的抗渗性。 2 0 0 0 年，贺鸿喇】等应用交流阻抗谱方法研究了混凝土的抗渗性和氯离子扩散 性，通过对掺粉煤狄混凝土和基准混凝土的性能对比表明：掺粉煤灰混凝土的氢氧 离子扩散系数和氯离子扩散系数均小于基准混凝土；在长期海水侵蚀下，掺粉煤灰 混凝土的氢氧离子扩散系数的氯离子扩散系数亦均远小于基准混凝土。氢氧离子的 扩散系数可以用来表征混凝土试件的抗渗性，氯离子的扩散系数与钢筋锈蚀密切相 关，这两个扩散系数都对混凝土的耐久性有重大影响。 2 0 0 3 年，k g a n e s hb a b u t l 7 】等人对掺有硅粉的聚合物轻集料混凝土的抗渗性和 力学性能的关系做了一些研究，并利用极差分析的方法确定了硅粉影响混凝土强度 与抗渗性各因素的主次顺序，从而找出利用硅粉配制轻集料聚合物混凝土的最佳配 比，以使这种混凝土的强度、抗渗性、经济性均达到最佳状态。结果表明：掺加硅 粉对混凝土的抗渗性提高有利，尤其对混凝土的长期抗渗性提高更加明显。 2 0 0 4 年，赵蕴林【1 8 】通过对粉煤灰混凝土试块进行的试验，探讨了粉煤灰对混凝 土的抗压强度和抗渗性能的影响。结果表明：当在混凝土中掺入粉煤灰，由于粉煤 灰的火山灰反应，生成水化硅酸钙，填充在其中孔隙中，因而增强了抗渗能力，且 5 磷铝酸盐水泥混凝十的耐久件研究 随粉煤狄掺量的增加，粉煤灰混凝土的抗渗性能也将提高。另外温度的提高也有利 于粉煤灰的水化，因而也将提高粉煤灰的抗渗性，而养护温度对普通混凝土的抗渗 性影响则不明显。 2 0 0 5 年，d r g a r d n e r t l 9 】研究了由气体渗透性来评估混凝土的耐久性。在气体的 渗透过程中，混凝土中的湿气组分起到了负面作用，所以在做混凝土的气体渗透性试 验前，必须把混凝土试样在大约1 0 5 下烘干。结果表明：可以用一个简单的数学模 型：y = a x 6 来评估普通混凝土和高性能混凝土抗渗性，其中，瘌b 是混凝土抗渗参数， v 为混凝土试样龄期的一半( 以分钟计) ，x 为试样的质量损失率。 2 0 0 5 年，庄占龙【2 0 】等利用砌块厂的设备和原料试制2 4 0 m m x l 8 0 m m x 9 0 m m 混 凝土空心砌块，测试在不同水泥掺量的情况下，聚丙烯纤维对混凝土砌块抗压强度 和抗渗性的影响规律。试验结果和理论分析表明：聚丙烯纤维不仅能提高砌块的抗 渗性，而且能提高砌块的抗压强度。 2 0 0 5 年，n b a n t h i a 2 l 】等研究了在有一定压力存在f 混凝土的抗渗性，并重点 研究了在混凝土早期( 1 3 天) 所施加的压力对混凝土的抗渗性的影响。结果表明： 当所施加的压力低于某个极限值时，会提高混凝土的抗渗性，反之，混凝土的抗渗 性则会急剧下降。 2 0 0 5 年，赵庆新【2 2 】等以干缩及变形“落差”指标并结合抗渗性试验方法，评价 自密实混凝土的抗渗性能，系统研究了膨胀剂用量、水胶比、引气剂及养护制度对 c 4 0 自密实混凝土干缩和抗渗性的影响规律。试验结果表明，收缩及抗渗性能受到 水胶比及体系的自密实能力的共同影响，引气剂可以有效减少收缩，提高抗渗性， 膨胀剂最佳掺量为3 0 k g m 3 。 2 0 0 5 年，刘娟红等研究了粉煤灰和磨细矿渣对高强轻骨料混凝土抗渗及抗冻 性能的影响，结果表明：粉煤灰和磨细矿渣的复合掺入能显著提高高强轻骨料混凝 土的强度、抗渗及抗冻性能，在不掺入引气剂的情况下，轻骨料混凝土的抗冻性达 f 2 0 0 以上。轻骨料混凝土的扫描电镜照片表明：粉煤灰和磨细矿渣的综合效应，使 火山灰反应更加充分，c a ( o h ) 2 含量降低，轻骨料与水泥石的界面过渡区得到强化， 混凝土结构更加密实，其抗渗、抗冻性能得到进一步提高。 2 0 0 5 年，陈立军【矧等根据d a r c y 公式和c a n t o r 方程，研究了混凝土孔径尺寸 对其抗渗性的影响，重点探讨了在不同水压力作用下，毛细孔半径对混凝土渗透速 率和渗透深度的不同影响，指出用d a r c y 公式中的渗透系数反映混凝土抗渗性的不 6 济南人学硕 ：学位论义 足及国家标准中混凝土抗渗等级确定方法的不足。混凝土中毛细孔半径越小，混凝 土的抗渗性越差；非毛细孔和超微孔孔径越小，混凝土的抗渗性越好。同时，提出 测试混凝土抗渗性的改进方法和提高混凝土抗渗性的两种途径。 2 0 0 6 年，简斌强【2 5 】通过素混凝土、层布式钢纤维混凝土及层布式混杂纤维混凝 土抗渗性及孔隙率的对比试验，研究了层布式钢纤维与聚丙烯纤维混杂应用对混凝 土耐久性能的增强影响。试验结果表明：层布式混杂纤维的掺入，明显提高了混凝 土的抗渗性能，减小了混凝土内部的微观孔隙率。 2 0 0 6 年，p c h i n d a p r a s i r t 2 6 】等用棕榈油燃料狄和稻壳、稻皮狄来作为掺合料替 代部分水泥来制备混凝土，分别试验了3 种质量掺量：2 0 、4 0 和5 5 ，并测试 了加入了这两种灰的混凝土的抗压强度和抗渗性。结果表明：含有2 0 这两种灰的 混凝土试样抗压强度和普通硅酸盐水泥混凝土强度一样高，随着掺量的增加，强度 丌始下降，但含有这两种灰的混凝土的抗渗性要比普通硅酸盐水泥混凝土的要好。 2 0 0 6 年，a n d r e a sl e e m 锄【2 7 1 等人研究了混凝土界面过度区的密实度对混凝土的 抗渗性的影响。界面区的结构和性能对混凝土的耐久性有很重要的作用，他们对自密 实混凝土( s c c ) 和常规振动密实混凝土( c v c ) 进行了对比并研究了界面过渡区孔结构 对密实性的影响，同时还试验了混凝土的透氧性和导水性。结果证明，通过光学显微 镜和电子显微镜分析可以看到，c v c 中孔的数量和分布要比s c c 中要大得多，而且透 氧性和导水性也e l - , s c c 提高很多。 2 0 0 6 年，t o m m yy l o t 2 8 l 等人研究了含气量对混凝土抗渗性能的影响。在轻集料 混凝土中使用引气剂可以有效控制轻集料的和易性，并降低混凝土的离析，但同时又 会影响混凝土对水的吸附。试验过程中选用含气量分别为1 3 5 和3 1 9 ，密度为1 0 0 0 k g m 3 的两种混凝土作为对比，并研究了引气剂对轻集料混凝土的强度、表面吸附和 氯离子渗透的影响。结果证明：多孔性的轻集料的使用并没有降低混凝土的抗渗性能， 但加入的引气剂对氯离子渗透有很大的作用，水泥浆体中有害孔的网络分布是造成普 通混凝土的氯离子渗透能力比轻集料混凝土高的直接原因。研究还发现虽然轻集料混 凝土的抗氯离子渗透性的能力随着龄期的延长而增加，但是这种混凝土不足够密集而 导致在9 0 天之前不能阻止氯离子的渗入。 2 0 0 7 年，h a - w o ns o n 9 2 9 】等人研究了毛细孔结构对碳化后混凝土试样的抗水渗 透性能的影响，研究结果表明，混凝土渗水的过程首先是混凝土中毛细孔的毛细现 象，毛细孔吸水饱和后，才是压力水的通过，碳化后的混凝土试样中毛细孔的数量 7 磷铝酸盐水泥混凝十的耐久性研究 有所减少，改善了孔的级配，使得部分毛细孔的渗水通道减少，因此在一定程度上 提高了混凝土的抗渗性能。 2 0 0 7 年，陈月顺【3 0 】等通过不同的抗渗性能测试手段，研究了粉煤灰、聚丙烯纤 维和u e a 复掺对自密实轻骨料防水混凝土( s c l c ) 抗渗性的影响，并利用s e m 、 孔结构试验探讨了s c l c 的抗渗机理，结果表明：粉煤扶、聚丙烯纤维和u e a 复 掺能显著提高s c l c 的抗渗性和耐久性。 2 0 0 7 年，邓世汉【3 l 】研究了纤维掺量0 9 k g m 时，纤维素纤维u f 5 0 0 、聚丙烯纤 维对混凝土抗渗性能的影响。试验结果表明，这两种纤维均可以明显改善混凝土的 抗渗性，改善程度均在8 0 以上；且纤维素纤维u f 5 0 0 的改善效果较聚丙烯纤维高 出1 6 。结合压汞法对纤维掺量0 - 0 3 ( 质量百分比) 的各2 8 d 硬化水泥浆体的孔结 构进行了测试与分析，探讨纤维对硬化水泥浆体孔结构的影响，结果表明，相同纤 维掺量下，u f 5 0 0 纤维对水泥浆体孔隙率、平均孑l 径以及孔径分布的改善效果都明显 高于聚丙烯纤维；综合孔结构参数测试结果，试验掺量范围内纤维素纤维u f 5 0 0 的最佳掺量为0 2 3 ，聚丙烯纤维以0 1 5 最佳。 小结：研究混凝土渗透性方法大致有：水压力法、氯离子渗透法、透气法等。 提高混凝土