（水利水电工程专业论文）掺合料超吸水聚合物混凝土抗冻性能研究.pdf

摘要 本文针对武部干旱水资源短缺、工程中混凝土的严重受损和冻裂问题，以及南水北调工程远 水不解近渴的现状，选择高吸水聚合物复合混凝土采用正交试验设计，提出2 8 天龄期后混凝土 自养的新方法，为治理干旱寒冷地区水工混凝土渗漏和冻裂难题提供理论依据。研究的重点是在 高性能混凝土中掺入高吸水聚合物、粉煤灰、煤矸石等，深入探讨各种材料单掺和复掺后混凝土 材料的抗冻机理和组成材料对其产生的影响。在冻融作用的条件下，对基准混凝土的物理性能、 强度进行试验，并对高吸水聚合物和矿物掺合料( 粉煤灰、煤矸石) 在混凝土中单掺和复掺后的混 凝土的强度、抗冻性等性能进行对比研究，并借助现代化的测试技术手段，进行微观x 一射线衍射 ( x r d ) 和电镜扫描( s e m ) 等试验，对其耐久性作出了一个综合评价。另外，从分析普通混凝土 的组成入手，合理调节各组分，通过加入减水剂和掺合料几项措施，使复合混凝土的力学性能、 抗冻性能得到改善。主要的研究结果有以下几方面： 1 、利用超吸水聚合物能形成膨胀凝胶保湿保水的特征，与混凝士结合用以防渗堵漏，阻塞 了渗水的通路，减少了混凝土发生冰冻的机率，提高了混凝土的抗冻性能。 2 、提出借助高吸水聚合物的高吸水性和保湿性，即使加压水也不会分离和轻易排出的特征， 改变传统混凝土多年一直沿用的2 8 d 后不再进行人工养护的方法，以保水性强的聚合体提供混凝 土在标准养护龄期结束后的水化自养，使混凝土在高吸水聚合物的作用下进一步水化自养，在水 灰比不变的情况下，提高混凝土的后期强度和改善混凝土的耐久性。 3 、通过优化混凝土配合比，将粉煤灰、煤矸石与高吸水聚合物混凝土联掺复合组合，使之产 生叠加效应，弥补传统混凝土脆性大、孔隙多、抗冻及耐久性弱的缺陷。经2 5 0 次冻融循环的抗 冻混凝土强度损失、质量损失均小于基准混凝土。 4 、试验研究结果表明：高吸水聚合物的保水性能够提供混凝土后期火山灰反应和进一步水化 反应所需的水分，适量复掺高吸水聚合物和矿物掺合料能在不显著降低混凝士早期强度的情况 下，后期不需要养护便可以明显增强混凝十的后期强度、改善混凝土的抗冻性能。虽然混凝土早 期强度不及基准混凝士强度高，但5 6 天后期混凝土自养强度提升速度较快而且稳定。 5 、通过对比试验探讨复合超吸水聚合物混凝土的抗冻耐久性能，最后通过x 射线衍射和扫 描电镜对混凝土微观结构和宏观结构进行综合评价。 对掺加粉煤灰、煤矸石的复合高吸水聚合物的混凝土试验研究，具有一定的实用价值，显著 的社会、环境和经济效应。 关键字：高吸水聚合物；高性能混凝土；矿物掺合料；力学性能；抗冻性 a b s t r a c t a i m e da tt h ew a t e rr e s o u r c es h o r t a g ei nw e s t e r na r e a s ，t h es e r i o u sd a m a g ea n dc r a c k i n gc a u s e db y f r e e z i n g a n dt h a w i n gi nc o n c r e t ec o n s t r u c t i o n ，a n dt h es t a t eu n s o l v e de n o u g h & t i m e l yb y s o u t h t o - n o r t hw a t e rd i v e r s i o n , t h ep a p e ru s e do r t h o g o n a lt e s tt od e s i g ns u p e r - a b s o r b e n tp o l y m e r c o n c r e t ea n dp r e s e n t e dan e wm e t h o d - - - s e l f - c u r i n ga f t e r2 8 一d a yd a t e ，w h i c hp r o v i d e st h e o r e t i c a lg i s t s f o rs o l v i n gc o n c r e t el e a k a g ea n dc r a c k i n gc a u s e db yf r e e z i n ga n dt h a w i n gi nc h i l l yd e s e r ta r e a s n e k e y s t o n ei sm a i n l yf o c u s e do ns u p e r - a b s o r b e n tp o l y m e r , f l ya s ha n dc o a lg a n g u e ，a n da tt h es a m et i m e o nd i s c u s s i n gd e e p l yt h ef r o s t i n gr e s i s t a n c em e c h a n i s mo fc o n c r e t e 诹t ht h e s em a t e r i a so n l ya n d c o m p o u n d l y , t o g e t h e rw i t ht h e i re n f l u e n c eo nf r o s t i n gr e s i s t a n c eo f t h ec o n c r e t e u n d e rc o n d i t i o n so ff r e e z i n ga n dt h a w i n g ，t h ep a p e rt e s t e dp h y s i c a lp r o p e r t i e sa n ds t r e n g t ho ft h e b a s i cc o n c r e t e ，c o m p a r e dt h ed i f f e r e n c e so fs t r e n g t ha n df r o s t i n gr e s i s t a n c eb e t w e e nt h ec o n c r e t e s 谢t h & ”& m i n e r a la d m i x t u r e s ( f l ya s h ，c o a lg a n g u ee t c ) o n l ya n dc o m p o u n d l y , c a r r i e do u t ，b ym o d e m d e t e r m i n i n gm e a n s ，m i c r o c o s m i cx - r a yd i f f r a c t i o na n ds e mt e s t s ，a n da tl a s te v a l u a t e di t sd u r a b i l i t y b e s i d e s ，s t a r t i n gw i t ht h ec o m p o s i t i o n so fc o m m o nc o n c r e t e ，i ta d j u s t e dr e a s o n a b l ya l ls o r t so f c o m p o n e n t so fc o n c r e t e ，a d d e dw a t e r - r e d u c i n ga d m i x t u r e sa n dm i n e r a lo n e s ，m a k i n gi m p r o v e m e n to f i t sm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dr e s i s t a n c et of r e e z i n ga n dt h a w i n g t h em a i nr e s e a r c hr e s u l t sa r ea s f o l l o w s ： 1 t h es u p e r - a b s o r b e n tp o l y m e r , a f t e rm e e t i n gw a t e r , c o u l df o r me x p a n d i n gg e l w h i c hw o u l db e u s e dt op r o v e n tf r o ml e a k a g ea n db l o c kt h ep a t ho fw a t e rp e n e t r a t i n gi nc o n c r e t e ，i m p r o v i n gt h e r e s i s t a n c eo fc o n c r e t et of r e e z i n ga n dt h a w i n g 2 i tp u tf o r w a r dt h eu s eo fw a t e rs u p e r - a b s o r b a b i l i t ya n dw a t e rr e t e n t i o n - t h ew a t e ri ns a pw i l lb e n o ts e p a r a t e da n de m i t t e df r o ms a pe v e ni fb e i n gu n d e rp r e s s u r e - - t oc h a n g et h et r a d i t i o n a lc u r i n g m e t h o du s e df o rm a n yy e a r st h a tc o n c r e t ew o u l db en ol o n g e rc u r r i e da f t e rt h e2 8 恤d a y i ns t e a d ，i tu s e d s a pt oo f f e rw a t e rr e q u i r e dd u r i n gt h el a t e r ，f u r t h e rh y e r a t i o na f t e rt h ee n do fs t a n d a r dc u r i n gd a t e ， a c h i e v i n gt h ee n h a n c ei ne v e n i n gs t r e n g t ha n dd u r a b i l i t yo fc o n c r e t e 3 t h r o u g ha m e l i o r a t i n gm i xp r o p o r t i o n so fc o n c r e t e , i tc o m b i n e df l ya s h ，c o a lg a n g u ea n ds a p w i t hc o n c r e t eb ym e a n so fc o m p o u n do p t i m i z a t i o n ，w h i c hm a k e st h e mp r o d u c ef o l d i n ge f f e c t , t h e r e f o r e , c o m p e n s a t e st h el a c u n ai nt e r m so fb i gb r i s t l e n e s s ，m o r es m a l lh o l e s ，a n dw e a kr e s i s t a n c et of r e e z i n g a n dt h a w i n g a f t e rt h e2 5 0 mc y c l eo ff r e e z i n ga n dt h a w i n g t h ec o n c r e t eh a db o t ht h es t r e n g t hl o s sa n d m a s sl o s 8l e s st h a nt h e s eo f b a s i cc o n c r e t e 4 e x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a tw a t e rr e t e n t i o no fs a pi sa b l et oo f f e rw a t e rr e q u i r e dd u a r i n gt h e l a t e r , f u r t h e rh y d r a t i o na n dp o z z o l a n ar e a c t i o no fc o n c r e t e ，强ep r o p e ra d d i t i o no fs a pa n dm i n e r a l a d m i x t u r e st oc o n c r e t ec o u l di m p r o v es i g n i f i c a n t l yi t se v e n i n gs t r e n g t ha n df r o s t i n gr e s i s t a n c eu n d e r c o n d i t i o n so fn o td e c r e a s i n go b v i o u s l yi t se a r l i e rs t r e n g t ha n dw i t h o u tt h ee v e n i n gc u r i n g a l t h o u g h e a r l i e rs t r e n g t ho f t h ec o n c r e t ei sl e s st h a nt h a to f b a s i cc o n c r e t e ，i t se v e n i n gs t r e n g t hd e v e l o p sr e l a t i v e l y f a s t , e s p e s i c a l l y , i t ss t r e n g t h5 6d a yl a t e ri sh i g h e ra n dm o r es t a b l eb e c a u $ eo f i t ss e l f - c u r i n gf u n c t i o n 5 t h r o u g he x p e r i m e n tc o m p a r i n g t h i sp a p e rp r o b e di n t ot h ef r o s t i n gr e s i s t a n c eo fc o n c r e t ew i t l l s u p e r - a b o r b e n tp o l y m e r , a n dt h e ns t u d i e di t sm i c r o - s t r u c t u r ew i t hx - r a y d i f f r a c t i o na n ds e m ni sp r o v e dt h a tt h er e s e a r c ho nc o n c r e t ep r e p a r e dw i t hf l ya s h ，c o a lg a n g u ea n ds u p e r - a b s o r b e n t p o l y m e r , h a sc e r t a i np r a c t i c a lv a l u e ，a n dn o t a b l ee f f e c t sb o t hi ns o c i t y , e n v i r o n m e n ta n de c o n o m y k e yw o r d s ：s u p e r - a b s o r b e n tp o l y m e r , h i g hp e r f o r m a n c ec o n c r e t e ，m i n e r a la d m i x t u r e s ，m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s ，r e s i s t a n c et of r e e z i n ga n dt h a w i n g l 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得宁夏大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 张蝼轹辫骜专 咖：2 譬年6 “日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解宁夏大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意宁夏大学可以用不同方式在 不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 髋雌狡哟3 研究生签名：暇第衷主 fi、 导师躲盘认芎 时f - - j ：2 加分i f - 6 月6 日 刚- f - - j ：仂妒年6 月6 日 宁夏人学硕f j 论文第一章研究综述 1 1 引言 第一章研究综述 水泥混凝土是近现代最广泛应用的建筑材料，也是当前最大宗的人造材料。从1 9 5 0 年到 2 0 0 0 年，我国水泥产量以每年1 5 的速度增加，至1 9 9 9 年水泥产量已达到5 7 亿吨，世界水泥 年产量为1 5 亿吨，居世界第一位躔1 。与其它常用建筑材料( 钢材、木材、塑料等) 相比，水泥混 凝士不仅原料丰富、来源广泛、生产成本低，并且具有抗压强度高、防火、耐久性能好、生产工 艺简单、用途多、适应性强等众多的优势。同时混凝土还具有十分良好的抗水性怕1 ，能够经受水 的反复作用而不产生严重的变质，使之成为建造控制、贮蓄和输水结构以及其它建筑结构的理想 材料。同时混凝土还对侵蚀性的水具有耐受性哺1 ，以至于可以推广到许多有害工业工程和自然环 境中使用。薪品种的高流态混凝土还具备良好的可塑性和稠度能使材料流进预先制作好的模壳 中能均匀分布，使混凝土容易制成各种大小不同的结构混凝土构件。制造混凝土的主要成分一 多种硅酸盐系列水泥和骨料在大多数地方都容易获得而且又是最廉价的材料哺1 。 普通混凝土本质上是一种非均质、多孔的复合材料n 15 9 地“引。与其它材料( 如金属材料、 木材和有机高分子材料等) 相比。混凝土是一种耐久性较好的材料。尽管混凝具有很大的优势 及实用性，但是在外界侵蚀性介质如环境水、冻融循环、硫酸盐等的作用下，混凝土仍然会加速 破坏，使其使用寿命大大缩短即耐久性能降低，并且随着混凝土强度的提高，其断裂韧性降低， 结构的延性降低，抗震性能降低，脆性增加。 混凝土耐久性是指在实际使用条件下混凝土抵抗各种环境介质的作用，能长期保持外观的完 整性和良好长久的使用性能，并能维持混凝土结构的安全和正常使用的功能，混凝土的耐久性具 体包括抗渗、抗冻、抗化学侵蚀、抗碳化、抗碱骨料反应及抗钢筋锈蚀等性能。传统的混凝土设 计，只强调强度而忽视了耐久性的设计，造成了大量混凝士材质迅速劣化和工程提前失效破坏。 据英国1 9 7 9 年调查，混凝土结构有3 6 需重建或改建；美国公路总局1 9 6 9 年用于公路桥梁路面 修补的经费达2 6 亿美元，1 9 7 9 年达6 3 亿美元。美国1 9 9 1 年在提交国会的报告国家公路和桥 梁现状中指出，美国现存的全部混凝土工程价值约6 万亿美元，而每年用于维修的费用高达3 0 0 亿美元；英国1 9 8 0 年的建筑维修费用占建筑总费用的2 3 。许多发达国家每年用于建筑维修的费 用都超过新建的费用。加拿大魁北克省博赫尔洛依斯水电站于1 9 2 8 年开始兴建，至1 9 6 0 年全部 建成。由于存在碱集料反应，早在1 9 4 0 年就发现南部坝体因出现裂缝而渗漏，后来在进水 系统和办公大楼发现开裂和变形。1 9 7 2 年又发现上游数英里处的两座吊桥严重开裂和变形，于 1 9 5 8 年建成的北部坝体平均每年向北移动1 7 m ，迸水系统每年向下移动1 9 m m ，因而导致升降 机井附近的瓷砖开裂。南非1 9 8 1 年用于拆换桥梁、挡土墙、墩柱、路面、路缘、蓄水坝、系桩 柱、防波堤、电杆基础等的经费就超过2 7 0 0 万英镑。这些结构物多是在建成后3 1 0 年内发现 开裂的。 我国在5 q 年代兴建的大坝有许多已经成为陷入危境的“病坝”。截至1 9 9 7 年年底，驰名中 外的安徽佛子岭、梅山、响洪甸三座老坝共亏损l 亿多元，仅佛子岭1 9 9 7 年一年就亏损1 7 0 0 万 元。而在修补佛子岭的设计预算中，只修两个拱就需要1 4 0 0 万元。据钢筋混凝土结构设计规 1 宁疆人学硕f j 论文筇+ 章研究综述 范管理组1 9 7 8 年调查，建筑环境中混凝土有4 0 已碳化到钢筋表面，较潮湿环境中则有9 0 的 构件钢筋已经锈蚀。其中有的重要建筑使用时间只有1 0 年左右。随着混凝土技术的不断发展， 混凝土的强度也在不断提高，高强甚至超高强混凝土犹如雨后春笋般的快速发展和应用，而带来 混凝土的耐久性、脆性问题也愈显突出。为了保障建筑物的安全运行，在实际的工程结构设计中， 为了满足结构设计的要求，混凝土材料的设计者常常会在设计强度的基础上再设计一定的富余系 数用以保障混凝士的强度满足设计的要求，这种做法在某种程度上不仅增加了工程的成本，而且 也造成了资源的浪费。出现这种现象的原因与混凝土自身存在的先天缺陷和容易出现低应力脆断 是相关联的，而且在配制高强混凝土时，相对普通混凝土来说，高强混凝土胶凝材料用量较大， 并且其细度也呈现出愈来愈精细的趋势，而w c 却很小，这些都容易造成混凝土的开裂和引起耐 久性能降低。同时，高强混凝土的抗拉强度的增长程度低于抗压强度的增长程度，这些都使得混 凝土在严酷条件下、高应力或高应变状态下因抗拉强度的不足而造成混凝土结构的提前破坏。在 我国，高强混凝土的用量及使用范围越来越大，对混凝土材料的耐久性要求也越来越高，因此， 现实要求研究工作者们尽快的解决混凝土的耐久性及脆性问题。正是在这样的前提下，本文选择 了“超吸水聚合体改善混凝土的耐久性和降低脆性”为研究主线，旨在从根源上确定提高混凝土 耐久性、增韧和减脆，进而得出改善混凝土的抗冻抗渗性能和提高韧性、降低其脆性的措施。通 过试验，超吸水聚合物能够很好的改善混凝土的抗冻性和具有抵抗液体压力渗透的能力，同时掺 入粉煤灰粉对混凝土的耐久性也有一定的改善作用。超吸水聚合体混凝土是一种很有前途的绿色 混凝土，它不仅对混凝土的抗冻性有改善作用，更重要的是，它能够能防止和减少水的渗透以及 各种侵蚀性介质的入渗，并相应减少了低温冻融循环导致混凝土破坏的可能性，有效地提高混凝 土的抗冻性和耐久性。因此从优化施工工艺，降低成本，改善混凝土的内部结构，提高混凝土的 抗冻抗渗性能对混凝土的使用及提高其耐久性具有实际指导作用。 1 2 国内外对混凝土工程耐久性的研究进展 混凝土结构耐久性问题日益突出，已引起世界各国学者、学术机构和工程技术人员对混凝 土结构耐久性研究的极大关注，各国不断成立耐久性学术机构，频繁组织召开各种学术活动，投 入大量资金进行大规模的科学研究。 1 2 1 国外研究进展 1 9 8 2 年，国际材料与结构实验室联合会( r i l e m ) 和国际建筑研究文献协会( c i b ) 联合组成了 建筑材料及构件使用寿命预测委员会c i b w 8 0 r i l e m 7 卜p s l ，共同研究混凝土结构材料的寿命预 测问题，并且每三年举行一次有关建筑材料与构件耐久性的国际会议。 1 9 8 7 年国际桥梁与结构工程协会( i a b s e ) 在巴黎召开了“混凝土的未来”的国际会议，会上 提出考虑维修费的宏观造价观念。 1 9 8 7 年在亚特兰大召开了“第一届混凝土耐久性会议”，出版论文集s p - 1 0 0 。 1 9 9 0 欧洲混凝土学会( c e b ) 的模式规范( m o d e lc o d e ) 增列耐久性章。 1 9 9 1 年在法国召开“第二届混凝土耐久性会议 ，出版论文集s p - 1 2 6 ，m e h t a 教授在。混 凝土耐久性5 0 年的进展”主题报告中指出，搿当今世界混凝土破坏的主要原因为钢筋诱蚀、寒 2 宁夏，：学硕i ：论文 第帝研究综述 冷气候一卜r 的冻害、侵蚀环境下的物理化学作用”。 1 9 9 4 年在法国召开了“第三届国际混凝土耐久性会议”，出版论文集s p - 1 4 5 。 2 0 0 0 年1 1 月在法国由r i l e m 主办召开了“混凝_ 七结构的寿命预测和耐久性设计国际会议”。 美国实验材料协会( a s t g ) 每隔3 年召开次建筑材料耐久性研讨会，美国国家科学基金会 ( n s f ) 从1 9 8 6 年开始重点资助开展结构耐久性的研究。 美国白宫科技办公室于1 9 9 7 年6 月下达的备忘录中提到1 9 9 9 年的“研究与开发重点”有 1 0 个领域，其中“提高房屋安全性与耐久性”就是建筑领域中一个“重中之重”课题眨引。 1 9 9 1 年美国与加拿大联合召开了“混凝七结构耐久性国际会议”。1 9 9 2 年h c i 一2 0 1 委员会 编制了“耐久性混凝土指南”。 日本从2 0 世纪7 0 年代开始重视耐久性研究。建设省制定过1 9 8 0 1 9 8 4 年“提高建筑物耐 久性开发技术计划”，内容涉及钢、木、钢筋混凝士及非承重构件等。 日本建筑学会建筑工程标准设计书( j a s s 5 ) 在钢筋混凝土工程中增设“高耐久性混凝土”章 节。日本土木学会混凝土委员会成立“耐久性设计委员会”，提出了“耐久性设计基本方法指南” 1 9 9 0 年日本建设省提出1 9 9 0 1 9 9 2 年“提高混凝士耐久性技术的开发”的综合技术开发项 目。 1 9 9 7 年日本建设省提出1 9 9 7 z 0 0 1 年“长期耐用都市公寓的建设、改造技术的开发”的综 合开发项目。 2 0 0 0 年日本建设省以法律形式提出日本住宅的性能必须具备的9 个项目，其中对耐久性要 求，以“关于减轻劣化的规定”方式作出规定，同时提出了“其性能评估标准州3 3 1 。 1 2 2 国内研究进展 我国从2 0 世纪8 0 年代起日益重视钢筋混凝土结构的耐久性问题，并开始系统地、有组织 地开展研究。我国钢筋混凝土标准技术委员会混凝土结构耐久性学术组于1 9 9 1 年成立。 1 9 9 0 我国建设部组织成立了全国建筑物鉴定与加固委员会并制定了全国钢筋混凝土结构耐 久性设计规程； 1 9 9 2 年中国土木工程学会混凝土与预应力混凝土耐久性专业委员会成立于济南；中国土木 工程学会混凝土与预应力混凝土学会混凝耐久性专业委员会相继召开各种形式的混凝土结构 耐久性研究的学术研讨会，并对混凝土结构设计规范进行反复修订，又将混凝土结构耐久性 的可靠度设计方法及措施组织专题讨论。 国家和省部级的研究基金曾支持过多项有关混凝土耐久性的研究课题，“七五”、“八五” 和“十一五”期间都专门设立课题研究混凝土的耐久性问题，包括拟建钢筋混凝土结构耐久性设 计方法；服役钢筋混凝土结构的耐久性检测和评估方法、各种因素对钢筋混凝土结构耐久性的综 合影响、建立钢筋混凝土结构耐久性数据库等。目前都己取得了定成果并做了许多与耐久性相 关的工作。国家科委、国家自然科学基金设立的以刘西拉教授为首席科学家的“重大土木与水利 工程安全性与耐久性基础研究”项目( 攀登计划b 项日) 引，以结构“生命过程”三阶段为主线， 对安全性与耐久性开展系列研究。这将使我国混凝土结构的安全与结构耐久性的研究水平提高到 一个新的高度，从而推动我国结构设计理论的发展。 建设部、冶金部为提高混凝土结构的耐久性设立了“大气条件下钢筋混凝土结构耐久性及 3 宁夏人学硕f ：论文 第帝研究综述 曼鼍曼曼曼皇1 i i i i 曼曼! 曼鼍曼曼皇曼曼曼曼曼曼苎曼曼曼曼量曼曼皇曼曼曼曼曼曼皇曼量曼曼曼皇曼鼍! ! 曼量曼皇曼曼毫皇蔓曼曼曼曼曼曼置 其使用年限”、“预应力混凝土结构及混凝土耐久技术”、“工业厂房混凝土结构耐久性研究” 等攻关课题。 1 9 9 6 年清华大学、建设部建筑科学研究院、交通部科学研究院公路科学研究所、冶金部建 筑研究院等单位完成混凝土结构耐久性检测指南的编写工作引。 1 9 9 8 年经建设部批准，全国建筑物鉴定加同标准委员会下达混凝土结构耐久性评估标准 项目汹，由王庆霖教授土持，有西安建筑科技大学、清华火学、同济入学等十家单位参与编制。 贡金鑫、赵国藩m 1 认为：在环境介质的作用下，由于混凝土结构性能的不断劣化，结构的 实际使用寿命往往要短于设计使用寿命；混凝土结构的耐久性应从材料、构件和结构三个层次上 加以研究；并且要从定性研究逐步向定量研究发展。 吴中伟心先生认为；高性能混凝士( h p c ) 是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高常规混 凝士性能的基础上，采用现代混凝土技术，选用优质原料，在妥善的质量管理条件下所制成的，除 水泥、集料、水以外，必须采用低水胶比，掺加足够的细掺料与高效外加剂的混凝土。但是也存在 问题，如；造价问题，h p c 因所用原材料价格与生产管理水平的提高混凝土造价将提高5 0 左右； h p c 水胶比低，水化引起的很大的早期自身收缩会带来混凝土早期开裂问题，所以h p c 必须加强早 期养护，保证后期养护。 清华大学安豁明比1 博士对h p c 的自收缩进行了系统的研究，根据水胶比对毛细孔自由水含 量、毛细孔隙率与孔分布、弹性模量与徐变系数等的作用，提出解决混凝土早期开裂的方法：( 1 ) 用饱水轻质多孔集料或多孔活性细掺料进行自养护；( 2 ) 粉煤灰掺量为1 0 3 0 ： ( 3 ) 掺入保水外加剂。 1 2 3 改善混凝土耐久性的措旅 提高混凝土耐久性能的主要措施，是通过降低混凝土的渗透性和提高硅酸盐水泥水化产物 抵抗化学侵蚀的能力来实现的“9 1 0 1 3 1 。 降低混凝土渗透性的主要措施是降低硬化混凝土的孔隙率。超过水泥水化所需的用水量是 混凝土中孔隙产生的主要因素。将有机物减水剂引入混凝土，可以大幅度的降低水灰比n 8 1 ， 从而降低孔隙率，提高混凝土的强度、改善混凝土的耐久性。 使用粉煤灰、煤矸石等火山灰质磨细矿物细掺料，可以进一步降低孔隙率，并减少对耐久 性不利的c h 的生成量u “1 ，在水化后期增加c - s _ h 的生成量，进一步减少c i 的含量以提高后期 强度，改善混凝土的耐久性。 高吸水聚合物的使用可进一步降低早期混凝土拌和物的实际水灰比，并可提供混凝土内部 后期水化所需的水分，以提高混凝土后期的强度和改善混凝土的耐久性。 黄士元啪1 认为：提高混凝土抗冻性能的措施是：保证必要的含气量、降低水灰比、选用小 粒径骨科。 1 3 国内外对聚合物混凝土应用研究进展 将无机材料与有机材料进行复合而生产出具有良好性能的新材料，具有非常悠久的历史。我 国著名的西安古城墙和长城的建造中都将糯米和黏土混合应用于城墙的砌筑；在巴格达，3 5 0 0 4 宁疆人学硕f j 论文筇+ 章研究综述 范管理组1 9 7 8 年调查，建筑环境中混凝土有4 0 已碳化到钢筋表面，较潮湿环境中则有9 0 的 构件钢筋已经锈蚀。其中有的重要建筑使用时间只有1 0 年左右。随着混凝土技术的不断发展， 混凝土的强度也在不断提高，高强甚至超高强混凝土犹如雨后春笋般的快速发展和应用，而带来 混凝土的耐久性、脆性问题也愈显突出。为了保障建筑物的安全运行，在实际的工程结构设计中， 为了满足结构设计的要求，混凝土材料的设计者常常会在设计强度的基础上再设计一定的富余系 数用以保障混凝士的强度满足设计的要求，这种做法在某种程度上不仅增加了工程的成本，而且 也造成了资源的浪费。出现这种现象的原因与混凝土自身存在的先天缺陷和容易出现低应力脆断 是相关联的，而且在配制高强混凝土时，相对普通混凝土来说，高强混凝土胶凝材料用量较大， 并且其细度也呈现出愈来愈精细的趋势，而w c 却很小，这些都容易造成混凝土的开裂和引起耐 久性能降低。同时，高强混凝土的抗拉强度的增长程度低于抗压强度的增长程度，这些都使得混 凝土在严酷条件下、高应力或高应变状态下因抗拉强度的不足而造成混凝土结构的提前破坏。在 我国，高强混凝土的用量及使用范围越来越大，对混凝土材料的耐久性要求也越来越高，因此， 现实要求研究工作者们尽快的解决混凝土的耐久性及脆性问题。正是在这样的前提下，本文选择 了“超吸水聚合体改善混凝土的耐久性和降低脆性”为研究主线，旨在从根源上确定提高混凝土 耐久性、增韧和减脆，进而得出改善混凝土的抗冻抗渗性能和提高韧性、降低其脆性的措施。通 过试验，超吸水聚合物能够很好的改善混凝土的抗冻性和具有抵抗液体压力渗透的能力，同时掺 入粉煤灰粉对混凝土的耐久性也有一定的改善作用。超吸水聚合体混凝土是一种很有前途的绿色 混凝土，它不仅对混凝土的抗冻性有改善作用，更重要的是，它能够能防止和减少水的渗透以及 各种侵蚀性介质的入渗，并相应减少了低温冻融循环导致混凝土破坏的可能性，有效地提高混凝 土的抗冻性和耐久性。因此从优化施工工艺，降低成本，改善混凝土的内部结构，提高混凝土的 抗冻抗渗性能对混凝土的使用及提高其耐久性具有实际指导作用。 1 2 国内外对混凝土工程耐久性的研究进展 混凝土结构耐久性问题日益突出，已引起世界各国学者、学术机构和工程技术人员对混凝 土结构耐久性研究的极大关注，各国不断成立耐久性学术机构，频繁组织召开各种学术活动，投 入大量资金进行大规模的科学研究。 1 2 1 国外研究进展 1 9 8 2 年，国际材料与结构实验室联合会( r i l e m ) 和国际建筑研究文献协会( c i b ) 联合组成了 建筑材料及构件使用寿命预测委员会c i b w 8 0 r i l e m 7 卜p s l ，共同研究混凝土结构材料的寿命预 测问题，并且每三年举行一次有关建筑材料与构件耐久性的国际会议。 1 9 8 7 年国际桥梁与结构工程协会( i a b s e ) 在巴黎召开了“混凝土的未来”的国际会议，会上 提出考虑维修费的宏观造价观念。 1 9 8 7 年在亚特兰大召开了“第一届混凝土耐久性会议”，出版论文集s p - 1 0 0 。 1 9 9 0 欧洲混凝土学会( c e b ) 的模式规范( m o d e lc o d e ) 增列耐久性章。 1 9 9 1 年在法国召开“第二届混凝土耐久性会议 ，出版论文集s p - 1 2 6 ，m e h t a 教授在。混 凝土耐久性5 0 年的进展”主题报告中指出，搿当今世界混凝土破坏的主要原因为钢筋诱蚀、寒 2 宁夏，：学硕i ：论文 第帝研究综述 冷气候一卜r 的冻害、侵蚀环境下的物理化学作用”。 1 9 9 4 年在法国召开了“第三届国际混凝土耐久性会议”，出版论文集s p - 1 4 5 。 2 0 0 0 年1 1 月在法国由r i l e m 主办召开了“混凝_ 七结构的寿命预测和耐久性设计国际会议”。 美国实验材料协会( a s t g ) 每隔3 年召开次建筑材料耐久性研讨会，美国国家科学基金会 ( n s f ) 从1 9 8 6 年开始重点资助开展结构耐久性的研究。 美国白宫科技办公室于1 9 9 7 年6 月下达的备忘录中提到1 9 9 9 年的“研究与开发重点”有 1 0 个领域，其中“提高房屋安全性与耐久性”就是建筑领域中一个“重中之重”课题眨引。 1 9 9 1 年美国与加拿大联合召开了“混凝七结构耐久性国际会议”。1 9 9 2 年h c i 一2 0 1 委员会 编制了“耐久性混凝土指南”。 日本从2 0 世纪7 0 年代开始重视耐久性研究。建设省制定过1 9 8 0 1 9 8 4 年“提高建筑物耐 久性开发技术计划”，内容涉及钢、木、钢筋混凝士及非承重构件等。 日本建筑学会建筑工程标准设计书( j a s s 5 ) 在钢筋混凝土工程中增设“高耐久性混凝土”章 节。日本土木学会混凝土委员会成立“耐久性设计委员会”，提出了“耐久性设计基本方法指南” 1 9 9 0 年日本建设省提出1 9 9 0 1 9 9 2 年“提高混凝士耐久性技术的开发”的综合技术开发项 目。 1 9 9 7 年日本建设省提出1 9 9 7 z 0 0 1 年“长期耐用都市公寓的建设、改造技术的开发”的综 合开发项目。 2 0 0 0 年日本建设省以法律形式提出日本住宅的性能必须具备的9 个项目，其中对耐久性要 求，以“关于减轻劣化的规定”方式作出规定，同时提出了“其性能评估标准州3 3 1 。 1 2 2 国内研究进展 我国从2 0 世纪8 0 年代起日益重视钢筋混凝土结构的耐久性问题，并开始系统地、有组织 地开展研究。我国钢筋混凝土标准技术委员会混凝土结构耐久性学术组于1 9 9 1 年成立。 1 9 9 0 我国建设部组织成立了全国建筑物鉴定与加固委员会并制定了全国钢筋混凝土结构耐 久性设计规程； 1 9 9 2 年中国土木工程学会混凝土与预应力混凝土耐久性专业委员会成立于济南；中国土木 工程学会混凝土与预应力混凝土学会混凝耐久性专业委员会相继召开各种形式的混凝土结构 耐久性研究的学术研讨会，并对混凝土结构设计规范进行反复修订，又将混凝土结构耐久性 的可靠度设计方法及措施组织专题讨论。 国家和省部级的研究基金曾支持过多项有关混凝土耐久性的研究课题，“七五”、“八五” 和“十一五”期间都专门设立课题研究混凝土的耐久性问题，包括拟建钢筋混凝土结构耐久性设 计方法；服役钢筋混凝土结构的耐久性检测和评估方法、各种因素对钢筋混凝土结构耐久性的综 合影响、建立钢筋混凝土结构耐久性数据库等。目前都己取得了定成果并做了许多与耐久性相 关的工作。国家科委、国家自然科学基金设立的以刘西拉教授为首席科学家的“重大土木与水利 工程安全性与耐久性基础研究”项目( 攀登计划b 项日) 引，以结构“生命过程”三阶段为主线， 对安全性与耐久性开展系列研究。这将使我国混凝土结构的安全与结构耐久性的研究水平提高到 一个新的高度，从而推动我国结构设计理论的发展。 建设部、冶金部为提高混凝土结构的耐久性设立了“大气条件下钢筋混凝土结构耐久性及 3 宁夏人学硕f ：论文 第帝研究综述 曼鼍曼曼曼皇1 i i i i 曼曼! 曼鼍曼曼皇曼曼曼曼曼曼苎曼曼曼曼量曼曼皇曼曼曼曼曼曼皇曼量曼曼曼皇曼鼍! ! 曼量曼皇曼曼毫皇蔓曼曼曼曼曼曼置 其使用年限”、“预应力混凝土结构及混凝土耐久技术”、“工业厂房混凝土结构耐久性研究” 等攻关课题。 1 9 9 6 年清华大学、建设部建筑科学研究院、交通部科学研究院公路科学研究所、冶金部建 筑研究院等单位完成混凝土结构耐久性检测指南的编写工作引。 1 9 9 8 年经建设部批准，全国建筑物鉴定加同标准委员会下达混凝土结构耐久性评估标准 项目汹，由王庆霖教授土持，有西安建筑科技大学、清华火学、同济入学等十家单位参与编制。 贡金鑫、赵国藩m 1 认为：在环境介质的作用下，由于混凝土结构性能的不断劣化，结构的 实际使用寿命往往要短于设计使用寿命；混凝土结构的耐久性应从材料、构件和结构三个层次上 加以研究；并且要从定性研究逐步向定量研究发展。 吴中伟心先生认为；高性能混凝士( h p c ) 是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高常规混 凝士性能的基础上，采用现代混凝土技术，选用优质原料，在妥善的质量管理条件下所制成的，除 水泥、集料、水以外，必须采用低水胶比，掺加足够的细掺料与高效外加剂的混凝土。但是也存在 问题，如；造价问题，h p c 因所用原材料价格与生产管理水平的提高混凝土造价将提高5 0 左右； h p c 水胶比低，水化引起的很大的早期自身收缩会带来混凝土早期开裂问题，所以h p c 必须加强早 期养护，保证后期养护。 清华大学安豁明比1 博士对h p c 的自收缩进行了系统的研究，根据水胶比对毛细孔自由水含 量、毛细孔隙率与孔分布、弹性模量与徐变系数等的作用，提出解决混凝土早期开裂的方法：( 1 ) 用饱水轻质多孔集料或多孔活性细掺料进行自养护；( 2 ) 粉煤灰掺量为1 0 3 0 ： ( 3 ) 掺入保水外加剂。 1 2 3 改善混凝土耐久性的措旅 提高混凝土耐久性能的主要措施，是通过降低混凝土的渗透性和提高硅酸盐水泥水化产物 抵抗化学侵蚀的能力来实现的“9 1 0 1 3 1 。 降低混凝土渗透性的主要措施是降低硬化混凝土的孔隙率。超过水泥水化所需的用水量是 混凝土中孔隙产生的主要因素。将有机物减水剂引入混凝土，可以大幅度的降低水灰比n 8 1 ， 从而降低孔隙率，提高混凝土的强度、改善混凝土的耐久性。 使用粉煤灰、煤矸石等火山灰质磨细矿物细掺料，可以进一步降低孔隙率，并减少对耐久 性不利的c h 的生成量u “1 ，在水化后期增加c - s _ h 的生成量，进一步减少c i 的含量以提高后期 强度，改善混凝土的耐久性。 高吸水聚合物的使用可进一步降低早期混凝土拌和物的实际水灰比，并可提供混凝土内部 后期水化所需的水分，以提高混凝土后期的强度和改善混凝土的耐久性。 黄士元啪1 认为：提高混凝土抗冻性能的措施是：保证必要的含气量、降低水灰比、选用小 粒径骨科。 1 3 国内外对聚合物混凝土应用研究进展 将无机材料与有机材料进行复合而生产出具有良好性能的新材料，具有非常悠久的历史。我 国著名的西安古城墙和长城的建造中都将糯米和黏土混合应用于城墙的砌筑；在巴格达，3 5 0 0 4 宁夏人学顾f 论艾第一帝研究综述 年前用稻草增强的砖头建造了高达5 7 m 的a q a r q u f 山丘1 。而有机聚合物与无机混凝十复合研究 及解决工程棘手问题已是人们极为关注的热点问题。 聚合物的研究来源于科学家们对水泥水化硬化机理研究的成果。早在2 0 世纪3 0 年代，美国 的p u r d o n 在研究酱通硅酸盐水泥的硬化机理时发现，