（材料学专业论文）南水北调中线工程高性能混凝土抗碳化性能研究.pdf

摘要 混凝土对钢筋的保护作用是由于其提供了避免钢筋产生锈蚀的碱性环境，而 碳化作用是使混凝土碱性降低的重要因素之一。高性能混凝上以其良好的抗碳化 性能，存工程中f = = i 益得到广泛应用。本文采用的是以掺加高效减水剂、级粉煤 灰、引气剂及低水胶比方式复合而成的高性能混凝土，结合南水北调中线工程对 其抗碳化巾牛能进行令面系统分析，研究结果呵以作为进一步推广高性能混凝土应 用的参考。 首先，对诸多凼素( 如水胶比、水泥品种、养护龄期等) 对于高性能混凝土 及普通混凝土的抗碳化能力影响程度进行定性和定量分析。 其次，本研究划高性能混凝士和普通混凝土在抗碳化寿命预测方面作了比较 分析。从抗碳化寿命预测来看，高性能混凝十有着普通混凝士无法比拟的优势。 既而，本研究采用x 射线衍射分析( x r d ) 和热晕分析( t g ) 等榆测方法分 析混凝土部分碳化现象。试验结果证明：在混凝土碳化区和未碳化区之间存在着 部分碳化区，而这一中间过渡区域的存在可能使得目前普遍采用的酚酞 ( o h e n f ) 1 p hl h a l e i n ) 试剂测定碳化深度的方法易产生误差。 最后，本研究采用荻色系统理论的关联度分析、g m ( 】，n ) 建模理论，g m ( 1 ，1 ) 预测模型理论三种方法，分别对碳化影响囚素与碳化深度的关联度、碳 化深度州模型、碳化深度预测加以分析，分析结果与实际情况较为接近。 关键词；碳化，高性能混凝土，部分碳化区，灰色理论，g m 模型 a b s t r a c t c o n c r e t ep r o t e c tt h es t e e la g a i n s tc o r r a s i o n f o ri tp r o v i d et h e a l k a l i n ec o n d i t i o n c a r b o n i z a t i o ni sak e yf a c t o rt h a tm a k e sa l k a l e s c e n c e o fc o n c r e t ed e c r e a s e ，t h eh i g hp e r f o r m a n c e c o n c r e t ei sa p p l l e di n e n g i n e e r in g f i e l di n c r e a s i n g l yw i t hi t sg o o dc a r b o n i z a t i o nc a p a b j l i t y t h e h i g hp e r f o r m a n c e c o n c r e t ei s s y n t h e s i z e d b ys u p e r p l a s t i c i z e d a d m i x t u r e 、h i g hq u a l i t yf l ya s h 、a i re n t r a i n i n ga n dl o ww a t e r c e m e n t r a t i oi nt h i sp a p e r 1 h i sp a p e rb a s e do nt h ew a t e rp r o j e c t ( t h et r a n s f u s i o n o fw a t e rf r o mt h es o u t ht o t h en o r t h ) a n a l y z e st h ec a r b o n i z a t i o n p r o p e r t i e ss y s t e m a t i c a l l y ，w h i c h i so n eo ft h ep r o p e r t i e so fc o n c r e t e d u r a b i l i t y i t sr e s u l tc a nb ear e f e r e n c e st oe x p a n s i o nt h ea p p i c a t i o n r a n g eo ft h eh i g hp e r f o r m a n c ec o n c r e t e 、s t r e n g t h e n in gt h er e s e a r c ho f t h e h i g hp e r f o r m a n c e c o n c r e t e f i r s t l y ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h ei n f l u e n c eo fs o m ef a c t o r s ( s u c ha s t h ew a t e r c e m e n t r a t i o 、t y p e so fc e m e n t ，c u r i n gt i m ee t c ) o nt h e c a r b o n i z a t i o np r o p e r t i e so fh i g hp e r f o r m a n c ec o n c r e t ea sw e l la st h a to f c o m m o nc o n c r e t e s e c o n d l y ，t h ep a p e rt r i e st oa n a l y z ea n dm a k eac o m p a r i s o nb e t w e e n t h ec o m m o nc o n c r e t ea n dt h e h i g hp e r f o r m a n c e c o n c r e t e r e g a r d i n g c a r b o n i z a t i o nl i f e s p a n ，c o n s i d e r i n gt h ec a r b o n i z a t i o nl i f es p a n ，t h e h i g hp e r f o r m a n c ec o n c r e t eh a v et h ep r e p o n d e r a n c eo v e rt h ec o m m o no n e t h e n ，t h eh a l f - c a r b o n a t e dz o n e ( t r a n s i t i o nz o n e ) p h e n o m e n o n i s m e n t i o n e da n dv e r i f i e db yw a yo fu s i n gx r d t g ，t h u sg i v i n gc o n t r a d i c t o r o ft h ee x i s t e n c eb e t w e e nt h eh a l f c a r b o n a t e dz o n ea n dt h ep r e m i s eo f p h e n 0 1 p h t h a l e i nt e s tm e t h o d m oe x i s t i n go b v i o u st r a n s i t i o n z o n eb e t w e e n c a r b o n a t e da r e aa n dn o n c a r b o n a t e da r e a f i n a l1 y t h ep a p e rp r e s e n t st h eg r e yc o n n e c t i o nt h e o r y 、g m ( 1 ，n ) g r e y m o d e l l i n gt h e o r y 、g m ( t ，1 ) p r e d i c t i o nm o d e l t h e o r yw h i c hr e s p e c t iv e l y r e s 0 1v es u c ha s p e c t s ：t h e o r y 。fc 。r r e l l t v e d e g r e ei 、e l a t e d t 。l h 。 in f l u e n c eo ft h ec a r b o n i z a t i o nd e p t h 、e s t a b i s h i n g t h em o d e lo f c a r b 。n iz a t j 。nd e p t h s 、m 。d e l h n gl h e 。r y 。f e s t i m a t i n gc a r b o n i z a t i o n d e p t h s a n dt h c y a c h i e v eab e t t e rr c s u i tw i t h h i g h ( ”“。i 5 i 。“ k e yw o r d s ：c a r b o n iz a ti 。n ，l l i g hp e r f 。r “8 “。c 。”。t 。 h a l f c a r b o n a t e dz 。n e ，g r e y t h e o r y ，g m ( 1 ，n ) m 。d e l l j ”gt h 8 。y 河拇人学硕f 学位论文 第一章绪论 1 - 1 研究背景 “问渠哪得清如许，唯有源头活水来”的南水北调中线，【：程是一项惠及千秋的 重大工程，其目的是将中国南方的部分水资源调往干旱的北方，地理位置是从长 江支流汉江上的丹汀口水库引水，沿唐白河平原北部及黄淮海平原西部边缘，终 点北京、天津，工程为鄂、豫、冀、津、京五省市提供城市生活、工业、农业及 其它用水。这一人类历史上罕见的大型水利工程，会根本扭转中国水资源分布严 重不均的被动局面，对中围的长远发展具有至关重要的意义，它的重要作用必将 随着历史的推进而不断呈现出来。 作为关系国际重大名声的工程，其工程的可靠性显得更加突出。工程可靠性 一般包含结构的安全性、实用性和耐久性。在当今的设计中，对结构的安全性设 计比较成熟，对于结构物的耐久性则起步比较晚，在土木工程中，混凝土结构是 基本建设中最普遍的建筑形式之，由于其材料自身的特点，耐久性证成为越来 越重要的课题。所谓耐久性，是指混凝土结构在自然环境及材料内部因素作用下， 在设计要求的月标使用期内，不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用 功能和外观要求的能力。有关统计资料表明，国内外由于混凝土耐久性造成的 损失是巨大的，并且随着环境的变迁和功能要求的提高，耐久性问题愈来愈突出， 充分对混凝土耐久性问题的研究一一方面可以对已有的建筑物、构造物进行耐久性 评定和寿命预测，另一方面也可以对新建工程项目进行耐久性方面的可行性设 计。 本文是结合南水北调中线工程项目所展丌的，南水北调中线工程的渡槽为大 跨度混凝土薄板结构，渡槽本身是承受动荷载的构造物，它一方面要有足够的强 度和刚度来满足结构上的要求，另一方面，碳化、冰冻侵蚀等使得其耐久性问题 比普通民用建筑的更加重要。总之，对于这项造福后代，惠及千秋的工程，我们 对其耐久性能的关注是无论怎样也不过分的，这也是我们面临的一个新课题，其 必要性体现在： ( 1 ) 渡槽在外力和外界因素下( 包括水压力、渗透、冲刷、磨损、碳化等) 酬久性能各方面将向不利方向转化。随着时间推移，渡槽会逐渐降低其性能，缩 河海大学硕j j 学位论文 短使用寿命，甚至会造成严重工程事故。 ( 2 ) 由于此次工程是中国历史上罕见的特大t 程，无以往工程实例鉴戒，难 免对其本身的规律完全掌握，致使渡槽本身可能存在着缺陷，随着投入运行时间 的延长，危险性可能也会增加。 ( 3 ) 关系着重大的国际名声的工程，旦渡槽出事，造成的损失是无法估量 的。 综上所述，加强南水北调中线工程渡槽混凝土耐久性能研究、减少危害或者 预见危害方面的研究，充分发挥工程效益，有着极其重要的意义。 渡槽为钢筋混凝士结构，混凝土的作用一方面是承受荷载，另个重要方面 是保护钢筋不被锈蚀或者侵蚀，混凝上担当前者的作用一般是经过精确的结构设 计，不会出现问题，而工程中实际经常出现的问题恰恰是混凝土在保护钢筋性能 方面出现问题，混凝十具有三重护筋性，而这些护筋性之间，又有一定的联系。 其中第一重护筋性是混凝土提供了钝化膜和保护钝化膜稳定性的介质，即提供 个碱性环境，这一环境对保护钢筋非常重要。第二二重护筋性是混凝土本身，当混 凝土加厚一些，质地致密些，防御侵袭的能力就强一些。第三重护筋性则是混 凝土具有一定的抵抗电流的作用，致密的混凝土能够增强对电流的阻力。从中可 以看出，混凝土对钢筋的保护有至关重要的作用，因此引起钢筋混凝土中钢筋锈 蚀的重要原因就是外围混凝土劣化，有很多种因素可导致混凝土劣化，劣化的形 式不一而足，其中中性化则是对混凝土提供的碱性环境影响最大的因素。中性化 是这样定义的：早期的混凝土呈碱性，当空气、土壤或地下水中的酸性物质如 c o 。、h c l 、s o 。、c 1 。深入混凝土与水泥石中的碱性物质发生中和反应的过程称为 混凝土的中性化。它是c 0 ：等酸性气体在混凝土内部扩散的结果，也在很大程度 上决定了钢筋锈蚀的速度“1 。 混凝土碳化作用降低水泥浆体溶液碱度，当混凝土中p h 值降低到一定程度 后，钢筋钝化膜失去存在条件，也失去了抵抗锈蚀的屏障。碳化对混凝土的危害 其实也是在逐渐被人们所重视的，以前对于混凝土的碳化，人们普遍认为碳化能 使混凝土游离的c a ( 0 h ) ：固定、形成致密的表面方解石结晶层、还能提高混凝土 表面的强度和硬度。在国外还有一些混凝土砌块工厂，采用烟气对砌块进行“预 碳化”工艺，其主要目的在于利用碳化使混凝上产生不可逆收缩，有利于体积稳 河海人学坝i 。学位论文 定和强度提高。f 日是最近碳化的危害在逐渐显现出来，它破坏混凝土碱性环境这 一危害正在成为混凝七劣化的重要因素，对碳化的研究才丌始逐渐被学者重视起 来。 在引起中性化的各种介质中，c 0 2 相对于其它酸性介质来说更加普遍，因此 我们有理由对由c o z 引起的混凝土结构劣化引起足够熏视。另外，随着世界人 口的增长，所产生的能源消耗迅速的上升，随之而来的各种诸如c o ：、s o 。等酸性 气体逐年增加o “，使我们对混凝土耐久性之一的抗碳化能力予以重视。 从历史的角度看，结构材料的质量改善是是必然的，这种发展模式是一种平 稳连续的函数或者是种分段函数“3 。高性能混凝土的出现，对混凝土耐久性的 提高产生了积极的作用，特别是在抗碳化方面，高性能混凝土有很大的优越性， 南水北调中线丁程渡槽所用的混凝土在各个方案间进行了比选之后，采取了高性 能混凝土( h i g hp e r f o r m a n c ec o n c r e t e ) 。既然高性能混凝土的出现是一种趋势， 那我们就有必要对其各个方面进行探讨研究。所谓高性能不再是停留在以前的高 性能混凝士即高强混凝十的认识之上了，高性能混凝土定义为具有所要求的性能 和匀质性的混凝土，即能长期保持其1 ：作性能。这些性能包括：易于浇注捣实 而不离析；能长期保持力学性能；早期强度高、韧性高和体积稳定性好； 在恶劣条件下使用寿命长”。 1 2 研究现状 目前，对于高性能混凝土的研究很多都集中在其拌和物拥有的良好和易性、 易于浇注捣实不离析和后期体积稳定性方面，专门针对高性能混凝土抗碳化方面 研究则比较少。 高性能混凝土特点是低水胶比、掺用高效减水剂和矿物细掺料。低水胶比可 以降低孔隙率，高效减水剂的掺加获得了良好的工作性能，矿物细掺料的掺加改 善了微观孔结构，提高了混凝土密实度，实际l 高性能混凝土这个概念的提出本 身就是针对混凝土耐久性设计的3 ，目前，针对高性能混凝土耐久性的研究范围 大概和普通混凝土相同。早期的混凝上主要应用在海岸码头、护坡等，这些构筑 物长期受外部介质影响，其中有物理作j = j ( 如冲击磨损等) ，也有化学作用( 海 水盐的作用) ，因此早期的混凝士耐久性也主要研究海上构筑物的腐蚀情况。 河海人学硕i j 学位论史 我国从2 0 世纪6 0 年代丌始对混凝土结构耐久性研究，丌始的主要内容足混凝土 的碳化和钏筋的锈蚀。8 0 年代初，关于混凝土耐久性的研究进入了比较深入的 阶段，不少的论著”“”耿得了一定成果。直至到2 l 世纪今天，无论从相关学术 文章，还是从工程实际当中，都可以看到混凝十耐久性得到前所未有的重视“1 。 现今，对掺合料的研究是使高性能混凝土符合工程特殊需要的常见手段，比较常 用的是单掺优质粉煤灰“1 “”“”1 可以改善新拌混凝上的工作性能，减少坍落度损 失，而且对改善水泥浆体密实性，提高抗渗性乃至耐久性均有良好作用。掺增钙 狄和硅扶混凝土“”也是比较常见的，其中掺加增钙：j 混凝土特点具有良好的渗 透性，体积稳定性比较好，掺加硅灰混凝土丰要特点是可以提高混凝土强度。 碳化是混凝土耐久性的一个重要方面，对普通混凝土的碳化性能研究历来 不少，但是对高性能混凝土碳化方面的研究则不多，从分析的实质来讲，可以认 为采用研究普通混凝土碳化的方式来研究高性能混凝土是可行的，因此本文在收 集众多普通混凝土的碳化资料基础之上，用来分析高性能混凝土碳化性能。在混 凝土耐久性众多因素中，钢筋的锈蚀是常见的病害之一，它属于电化学腐蚀过程 “，其中c o 。等酸性气体对混凝土的碳化侵蚀是最普遍的原因，为了证实碳化现 象的普遍存在，k k o b a y a s h i “”选取了日本各个地方的样本来证实这种现象的普 遍性。对于普遍存在着的混凝土碳化现象，专家对其多方面进行了研究，目前对 于混凝土碳化研究主要集中在三个方面：碳化机理研究，碳化预测研究， 碳化病害防治措施研究。 其中，对碳化机理研究比较多“7 ”“，发展到现在也比较成熟。而对混凝 土碳化深度预测模型的研究是目前难点，按照类型分类有：碳化深度混凝土 强度关系模型。”。“，碳化深度水灰比、水泥用量等多因素的模型”叫”3 ， 另外，现在的科技日新月异，利用计算机进行处理使得r 些繁冗的过程变的容易 情况下，出现了几种方式：数理统计法，可靠度分析法，神经网络建立的 预测碳化深度模型。“。总的来说，混凝土碳化深度与材料本身性质、环境 因素、装修因素有关，所有的混凝土碳化深度模型也都是围绕这些方面展丌的。 具体来讲，以水胶比、碳化时间、c o ：浓度、养护条件、温度湿度、其他矿物掺 量、抗压强度、表面覆盖层性质、厚度等一些具体量化因素为因变量，从而得到 碳化深度与这些因素的函数。比如，一些学者建立的模型是以水灰比和水泥用量 4 刈海人学坝1 1 学位沦义 为主要参数。= 州”州，再用其他冈素修正的形式表示。另一些是以混凝上强度为白 变量来表示碳化深度e2 1 针对温度和相对湿度对混凝十碳化深度的影响的研究 则比较少”“，不过仅有的些试验也证明了当环境湿度较高( 大约5 5 以上) 时 爿能使混凝碳化反映充分进行，碳化速度受c 0 ：扩散过程摔制。 在各种模型中，每个作者对于影响混凝土碳化深度的影响冈索重要程度看法 不一，导致了所有的数学模型所选取囡素的不同，由试验结果得到的经验模型多 种多样，没有也不可能有个统一形式，这些公式和试验的实际结果还是有比较 大的差距。对于外观结构如孔分布以及水化物与宏观方面的碳化性能的关系研究 则比较少”2 卜“，部分碳化区的存在使得所有对碳化深度顸测的准确性提出了新 的课题，即某一钢筋混凝土构筑物碳化达到深度的衡量标准。现在普遍采用酚酞 ( p h e n o l p h t h a l e i n ) 试剂来滴定碳化混凝土，实际在科研研究中，还有一种方 法是用x 射线法，因其现在还不具有普遍性，所以不可能广泛采用n 6 例 4 8 1 o 前 者操作简单，适用于现场检测，但是它只能测出完全碳化区的位置。另外有一种 彩虹指示剂( r a i n b o wi n d i c a t o r ) ，它可以根据反映的颜色判别不同的p h 值( 显 示p h = 51 3 ) ，凶而可以测定完全碳化区和部分碳化区。因此混凝土碳化深度的 测定方法在理论上还足比较完善的，只是在具体应用方面的知识目前还比较缺 乏。 至于对馄凝土碳化的预防措施，主要是增加覆盖层来减少碳化深度”“1 ，前 文已经讲到，混凝土对钢筋有保护作用的一个原因就是其本身的厚度，因此目前 的增加涂料或者其他可以增加厚度的形式也是简单而且实用的措施。 对于高性能混凝土的研究，主要是针对其配合比设计、拌合物和易性、及强 度方面，专门针对抗碳化性自及寿命预测方面则较少，也很少有全面系统分析高 性能混凝土抗碳化特性的研究。 1 - 3 主要研究内容 本文收集了大量国内外关丁高性能混凝土耐久性以及耐久性之一的混凝十 抗碳化方面的文献资料，了解课题的最新研究动态，为本文的试验研究提供了背 景以及对试验可行性方面提供了指导。 结合南水北调中线工程高性能混凝土薄壁结构，针对高性能混凝土在抗碳化 洲海大学删 ：学位论立 方面的特点以及各因素对混凝土碳化影响规律展开定性和定量的研究，其中的因 素包括：水胶比、粉煤荻掺量、高效减水剂与引气剂情况等参数。并且对混凝上 构筑物或者建筑物在抗碳化寿命方面作了预测和研究，同时也对高性能混凝十和 普通混凝上在抗碳化寿命预测方面做了比较，从而为工程实践提供种参考和指 导。 采用x 射线衍射方法( x r d ) 和热重方法( t g ) 对混凝土完全碳化区和未 碳化区之间存在着的部分碳化区进行证实，并对其存在形态加以分析。 最后，把灰色系统理论应用到混凝l ：碳化分析之中，并且取得了具有一定价 值性的收获：首先以灰色系统中的关联度理论分析了各因素对混凝士碳化深度的 影响程度，最后得出的灰色关联度结论和现今人们对此问题的定性定量认识是一 致的。其次，用灰色理论中的g m ( 1 ，n ) 模型建立了不同配合比的混凝土碳化 深度之阳j 的模型。最后，建立g m ( 1 ，1 ) 碳化深度模型，并对混凝土碳化深度 作出了预测，从最后的预测结果和实际结果对比来看，等间隔灰色理论预测模型 的应用前景比较好，准确程度比较高。 1 金伟良、赵羽习等，混凝土结构耐久性 m ，科学山版社，2 0 0 2 年9 月第一版 2 j 人钧，高性能混凝卜l ：程特性 j ，l 业建筑，1 9 9 7 年第2 7 卷第2 期，p 4 6 5 1 3 问波、千幼青，大气污染对钢筋混凝土结构物耐久性影响研究 j ，哈尔滨建筑大学 学报，2 0 0 0 年第6 期，p 3 9 4 3 4 a m b r a n d t ，d u r a b i l i t yo fh i g hp e r f o r m a n c ec o n c r e t e m ，科学出版社，1 9 9 8 年3 月 5 亢景富、冯乃谦，水1 1 混凝土耐久性问题与水【。高性能混凝土 j ，混凝土与水泥制 n k n l ，t 9 9 7 年第4 期，p 4 9 6 缪吕文，高性能泄凝十在建筑i 程中的应用 j ，混凝十与水泥制品，2 0 0 0 年第5 期，p 3 4 7 金伟良，混凝十结构耐久性研究的| | 1 | 顾与发展 j ，浙江人学学报，2 0 0 2 年第4 期，p 3 7 1 6 河海人学硕l 学位论殳 3 8 0 8 父中伟，混凝十耐久性问题，混凝十及建筑构件 j ，1 9 8 2 年第2 ； i j 9 耐久性专题研究纽，对钢筋混凝士结构裂缝宽度限值分类及取值意见 j 1 9 8 2 年第3 期 i o - l 国十木1 科学会第九届年会学术讨论论文集 m ，2 0 0 0 ，杭州 1 1 颜承越、颜小斌，粉煤灰混凝士碳化速度验评的儿个问题 j ，粉煤灰， 划，p 2 0 2 5 1 2 千维忠，对粉煤灰混凝i ：的碳化、钢筋锈蚀的调查研究 j ，科学研究， 期，p 2 1 建筑结构 1 9 9 5 年第3 2 0 0 2 年第2 1 3 杨静、覃维祖，粉煤灰对高性能性凝土的影响，混凝士与水泥制品 j ，1 9 9 8 年第5 期，p 1 0 1 4 1 4 李志明、陈章洪，增钙灰配制高性能混凝十的钢筋锈蚀研究，混凝二i 二 j ，1 9 9 7 年 第6 期p 2 0 2 7 1 5 保护层厚度专题研究组，钢筋混凝十保护层厚度取值的建议 j ，建筑结构学报，1 9 8 2 年第5 期，p 1 1 2 0 1 6 k ，k o b a y a s h i ，c a r b o n a t i o no fc o n c r e t es t r u c t u r e sa n dd e c o m p o s i t i o nc - s - i t ， c e m e n ta n dc o n c r e t er e s e a r c h j ，v o l 2 4 ，1 9 9 4 ，p 5 5 6 1 1 7 高瑾、郭超江等，水j ：混凝十碳化与耐久性 j ，混凝土，1 9 9 4 年第2 期，p 1 0 1 2 1 8 l ：稗可靠性理论，应j _ j m ，大连理t 人学出版社，1 9 9 6 年 1 9 杨静，渑凝十的碳化机理及其影响因素 j ，混凝土，1 9 9 5 年第6 期，p 2 3 2 8 2 0 方憬，影响混凝 ：碳化主要因素及钢筋锈蚀主要闳素研究 j ，混凝土，1 9 9 3 年第2 期。 2 1 颜承越，混凝 碳化与强度关系的建立与应用 j ，洮凝士与水泥制晶，1 9 9 3 年第6 捌，p 1 9 2 0 2 2 赵根田、解建喜等，钢筋混凝十构件碳化规律研究 j ，包头钢铁学院学报，2 0 0 2 年3 月2 1 卷，p 7 0 7 6 2 3 郭院成、霍达等，混凝十碳化深度模糊预测 j ，河南科学，1 9 9 8 年1 2 爿1 6 卷4 期p 4 3 2 4 3 9 2 4 3 牛荻涛、陈亦奇等，混凝i 结构的碳化模式与碳化寿命分析 j ，竹安建筑科技人学 学报1 9 9 5 年1 2 月2 7 卷4 期。p 3 6 5 3 6 9 7 l _ 海大学颁学位论文 2 5 牛莸涛、肇振平等，预测混凝十碳化深度的随机模型 ，i 业建筑，1 9 9 9 年2 9 卷 9 期，p 4 1 4 5 2 6 蒋利学、张誉等，混凝十碳化深度的计算与试验研究 j ，混凝_ 十，1 9 9 6 年第4 州，p 1 2 1 6 2 7 张誉、蒋利学等，基丁碳化机理的混凝十碳化深度实用数学模型e j ，l 业建筑 1 9 9 8 ，第2 8 卷第1 期，p 1 6 1 9 2 8 赵尚传、赵国藩等，混凝十结构碳化寿命的概率模型研究 j ，四川建筑科学研究， 2 0 0 2 年3 月第2 8 卷第l 期，p 2 4 2 6 2 9 v a g e l i sg p a p a d a k i s ，f u n d a m e n t a lm o d e l i n ga n de x p e r i m e n t a li n v e s t jg a t i o n o fc o n c r e t ec a r b o n a t i o n j ，a c im a t e r i a l sj o u r n a l j u l y a u g u s t1 9 9 1 ，p 3 6 3 3 7 2 3 0 3 a n n av s a e t t a 、b e r n h a r d ，t h ec a r b o n a t i o no fc o n c r e t ea n dt h em e c h n is mo f m o i s t u r e ，h e a ta n dc a r b o nd i o x i d ef l o wt h r o u g hp o r o u sm a t e r i a ls j ，c e m e n ta n d c o n c r e t er e s e a r c i i ，v o l 2 3 ，p 7 6 1 7 7 2 3 1 y h i j 0 0 ，ac a r b o n a t i o np r e d i c t i o nm o d e lf o ra c c e l e r a t e dc a r h o n a t i o nt e s t i n g o fc o n c r e t e j ，m a g a z n eo fc o n c r e t er e s e a r c h ，1 9 9 4 ，4 6 ，n o 1 6 8 ，p 1 9 1 2 0 0 3 2 李文华、孟文清等，基于神经元网络的混凝土碳化预测研究 j ，7 1 业建筑，1 9 9 9 年2 0 卷1 期，p 1 3 ，1 6 3 3 李清寓、刘晨光等，混凝十碳化耐久性模糊分析 j ，郑州l 业人学学报，1 9 9 6 年9 爿1 7 卷3 期，p 7 1 2 3 4 张喜德、韦树英等，混凝士碳化深度的灰色预测 j ，广西人学学报( 自然科学版) 2 0 0 2 年1 2 月第2 7 卷第期，p 3 1 3 3 1 6 3 5 张仲先、张灵等，基丁b p 网络的混凝十碳化深度预测与分析 j ，华中理工人学学 报。2 0 0 0 年1 0 月第2 8 卷第l o 期，p 9 7 9 9 - 3 6 金伟良、鄢e 等，考虑混凝：1 i 碳化规律的钢筋锈蚀预测模型 j ，浙江人学学报，2 0 0 0 年3 月第3 4 卷第2 期，p 1 5 8 1 6 3 3 7 金伟良、张亮，函数型神经网络法在澎凝士碳化分析中的应用 t ，浙江大学学报( 自 然科学版) ，1 9 9 8 年9 月第3 4 卷第5 划，p 5 1 9 5 2 5 3 8 熊m 兵、侯晖等，川灰色关联分析法研究混凝土的碳化特性 门，住宅科技，2 0 0 1 年1 1 月，p 4 2 4 3 3 9 李立、黄十元等，混凝十碳化的预测 j ，混凝十与水泥制品，1 9 8 8 年第3 期，p 3 8 洲海人学 i | i if 学位论文 b 4 0 蒋利学、张誉等，混凝十碳化深度的计算与试验研究 j ，混凝十，1 9 9 6 年第4 蝴，p 1 2 1 7 4 1 v a g e l i sg p a p a d a k is ，p h y s i c a la n dc h e m i c a lc h a r a c t e r is t i c sa f f e c t i n gt h e d u r a b i l i t yo fc o n c r e l e j ，a c i k i a t e r i a i sj o u r n a l ，8 8 ，1 9 9 1 ，p 1 8 6 - - t 9 6 。 4 2 彭小芹、黄佳木等，蒸乐硅酸盐混凝| 二水化产物的分析及其与性能的定莹关系 j ， 碑酸盐学报，2 0 0 2 年1 2 月第3 0 卷第6 期，p 7 9 8 8 0 2 e 4 3 郭斌、闵蒲荣等，水化硅酸钙的碳化作用 j ，硅酸盐学报，1 9 8 4 年9 月第1 2 卷 第3 划，p 2 8 7 2 9 5 ， 4 4 蒋利学、张誉，泄凝十碳化区物质含量变化规律的数值分析 j ，t 业建筑，1 9 9 9 年第2 9 卷第l 删，p 8 1 1 4 5 3 l i n h u aj i a n g ，am o d e lf o rp r e d i c t i n gc a r b o n a t i o no fh i g h v o l l i m ef l ya s h c o n c r e t e t ，c e m e n ta n dc o n c r e t er e s e a r c h ，3 0 ( 2 0 0 0 ) ，p 6 9 9 7 0 2 4 6 b b o u r d e t t e 、e f f i n g e t ，m o d e i n go f t h er i a n s i t i o nz o n e p o r o s i t y ，c e m e n t a n dc o n c r e t er e s e a r c h v o l 2 5 n o 4 ，p 7 4 1 7 5 1 4 7 蒋利学、张誉等，混凝十部分碳化区长= 度分析与计算 j ，r ：业建筑，1 9 9 9 年第2 9 卷第l 期，p 4 7 4 8 鄢b 、金伟良等，碳化反应区对混凝土碳化规律的影响 j ，上业建筑，1 9 9 9 年第 z 9 卷第1 期，p 1 2 1 6 4 9 张令茂，表面覆盖对混凝t 碳化的影响 j ，混凝 ：及水泥制品1 9 8 9 第4 期，p 1 8 】9 9 河海大学硕l 学位论文 第二章试验研究概况 2 - 1 试验原材料 试验所用基准配合比混凝土采用高性能混凝土，为使试验结果较好符合工程 实际情况，原材料均采用南水北调中线工程使用的材料，包括河北太行山水泥股份 有限公司提供的4 2 5 r 普通硅酸盐水泥、一级粉煤灰、细集料、粗集料以及减水 齐u 年i j 弓。气齐0 。 2 1 1 水泥及粉煤灰 水泥和粉煤灰化学成分见表2 1 ，水泥物理力学性质见表2 2 。 表2 1 水泥粉煤灰化学成分表 编号试样名烧失 s i o t a 1 2 0 3f e 2 0 3 c a o m g ok 2 0 n a 2 0s 0 3 称量 1p 0 4 2 51 6 62 2 3 25 8 43 1 56 1 2 32 0 20 3 90 1 52 2 7 水泥 2 粉煤灰3 3 85 1 5 03 5 1 84 ，9 21 4 20 7 31 ，1 0 o 3 605 4 表2 2 水泥物理力学性质 水泥 抗折强度( m p a )抗压强度( m p a )安定性凝结时间( h ：m i n )标准稠 品种3 d2 8 d3 d2 8 d 初凝终凝度用水 量( ) p 0 4 2 5 r 水泥5 49 5 2 8 16 0 8 合格2 ：2 03 ：4 02 6 7 2 1 2 细集料 砂的主要控制指标是颗粒级配和有害杂质含量，表2 3 是砂的一些主要参数。 表2 3 细集料各项指标 细度模数 3 0颗粒级配i i 区 干砂表观 ：e ，。篙，z s 。密度( k g m 3 ) 泥块含餐( ) 籍蒜 砂样堆积 1 5 7 0卒隙率f ) 4 0 密j 交( k g m 3 ) 咀饱和面干砂为 1 5坚同性合格 基准吸水率( j l o 河海人学顺t 学位论文 由试验得到的各个控制指标符合水工混凝十砂石骨料规程的有关规定。 2 1 3 粗集料 划粗集料的质量要求，一般考虑石予质地坚硬性、级配良好性等，试验所采 用的粗集料为原产地提供的5 l o m m 、l o 2 0 m m 、2 0 2 5 m m 粒径碎石，首先对提 供的粗集料按照5 1 0 、1 0 2 0 ，2 0 2 5 r a r n 的不同比例分为a ，b ，c ，d 四组， 四组的比例( 从小粒径到大粒径) 见表2 4 。 表2 4 粗集料对应配比 配比情况 3 5 ：6 o ：0 53 o ：6 0 ：1 03 0 ：5 5 ：1 5 2 5 ：5 5 ：2 0 标记abcd 经过对四组粗集料筛分、含水率、堆积密度及表观密度等试验结果分析，四 组配比的粗集料在表观密度及含水率等指标方面相差无几，只有第一组颗粒级配 情况相对比较连续，因此选择a 组作为后续试验所采用的粗集料。表2 5 是a 组 粗集料控制混凝土质量的几项比较重要的指标。 表2 5a 组粗集料几项物理指标 碎石超逊径颗粒含鼍 a 细粗 逊 彳= 颗粒含量超径颗粒含龉碎石泥块含簧碎石含泥鼙 集料 平均值( )平均值( )( )( ) 指标值o 1 3o 3o 5 上述一些控制参数值都符合水工混凝土砂石骨料试验规程要求。 2 1 4 外加剂 ( 1 ) n h 3 g 缓凝高效减水剂，用于基准配合比试验。 ( 2 ) 江苏省建筑科学研究院研制的j m 一高效减水剂，用于对比试验。 ( 3 ) 冶建d h 9 引气剂，用于基准配合比试验。 ( 4 ) 江苏省水利科学研究院研制的w t 混凝土脱模剂，用于对比试验。 2 - 2 试验研究方案 2 - 2 1 混凝土配合比方案 n t 0 4 配合比足由南水北调中线工程有关方面确定的渡槽结构所采用的混凝 土材料方式，因此，试验的配合比围绕n t 0 4 展开，n t 0 4 高性能混凝土以低水 ! ! 塑叁堂堡主兰垡堡苎 胶l c ( w b = 0 4 ) 和优质粉煤灰、高效减水剂、引气剂复合而成，表2 6 所示配合比 是以构成高性能混凝上的上述要素为内容，通过改变水胶比等闲素，构造的一系 列配比混凝土，包括高性能混凝土和普通混凝土，试验所用混凝上配合比详见表 2 6 。 表2 6 试验配合比 组号 水 胶凝材料( k ) 外加齐i 胶 f + 其中 砂( k g )石( 蝇) 砂率水 f ( ) n h 3 g ( k d h 9 ( g ) ( k g ) 比 ccfg ( 1 ) ( o 0 6 ) ( ) n t 0 14 2 5 4 2 5006 1 41 1 9 13 400 n t 0 24 2 5 4 2 50o6 5 0l j 5 54 2 5o n t 0 3 4 2 54 2 5006 5 01 1 5 54 2 52 55 n t 0 44 2 53 8 34 31 06 5 01 1 5 54 2 52 5 5 04 0 n t 0 54 2 53 , 1 08 52 06 5 01 1 5 s4 2 52 5 5 n t 0 64 2 52 9 71 2 83 06 5 01 15 542 52 55 3 6 n t 0 74 6 74 2 54 31 0 6 5 01 1 5 54 6 72 8 o n t 0 84 2 s3 8 34 31 06 5 01 1 5 5 4 2 52 5 5 1 7 0 n t 0 903 35 1 54 6 45 l1 06 1 7 1 0 9 851 53 09 n t l o06 02 8 32 5 52 81 0 7 0 l1 2 4 62 8 31 70 n t l l4 2 54 2 50 06 1 41 1 9 i3 4 00 0 4 0 n t l 24 2 54 2 5 006 5 0l | 5 5 4 2 50 n t l 34 2 53 8 34 31 0 6 5 01 1 5 542 5 2 5 5 3 6 n t l 64 2 53 8 3 4 31 06 5 01 1 5 5 4 2 52 5 5 04 0 n t l 74 2 53 8 34 31 0 6 5 01 1 5 5 4 2 52 5 5 表2 6 解释说明： ( 1 ) n t 0 1 为不掺任何外加剂混凝土，坍落度为9 0 n u n , n t 0 2 比n t 0 1 多掺1 高效减水剂，坍落度为1 8 0 m m ，n t 0 3 比n t 0 2 多掺o 0 0 6 引气剂，n t 0 4 为基准配 合比混凝土，其构成为w b = 0 4 、1 0 一级粉煤灰、1 n h 。g 高效减水剂、0 0 0 6 型翌叁兰塑! ! 兰些堡兰 d i b 引气剂，n t 0 5 、n t 0 6 、n t 0 7 配合比同n t 0 4 ，只是粉煤灰掺量不同，分别是掺粉 煤扶2 0 、3 0 、超掺1 0 。 ( 2 ) n t 0 8 配合比同n t 0 4 ，只是n h 。g 高效减水剂由另一种j m 一型所代 替，m 0 9 配合比是以降低水胶比来获得的超高强混凝土，柏反的，n t l 0 是高水胶 比的低强混凝土，n t l 6 和n t i 7 配合比同n t 0 4 ，不同的是养护龄期，n t l 6 养护7 天 后进行碳化试验，n t l 7 养护了1 4 天。 ( 3 ) 卜述两项所有配合比所采用的水泥品种为4 2 5 r 普通硅酸盐水泥，从 n t l l 到n t l 3 均采用了3 2 5 r 普通硅酸盐水泥，其中n t l l 为不掺任何外加剂混凝 十- ，坍落度为9 0 m m ，n ，1 1 2 比n t l1 多掺1 高效减水荆，坍落度为1 8 0 m m ，n t l 3 配合 比同n t 0 4 。 2 2 2 碳化试验设计方案 对高性能混凝土及普通混凝土抗碳化性能的对比研究是体现高性能混凝土 抗碳化能力强弱的一种手段。配合比设计充分考虑其代表性和实用性，考虑了不 同掺量的粉煤灰、不同减水剂类型、不同引气剂含量、不同水胶比、针对不同情 况进行混凝士抗碳化对比试验，试验方案见表2 7 。 表2 7 碳化试验设计方案 编号粉煤灰水胶比减水剂和水泥品