不同粗骨料的混凝土耐久性分析

0引言长期以来，碎石都是混凝土粗骨料的首选，主要原因是碎石混凝土性能及耐久性都较佳，能够有效保障混凝土工程的质量与使用寿命。但近年来，随着公路工程环保要求的提高，开采碎石这一严重破坏环境的行为被限制，工程可用碎石资源减少，必须尽快选择其他原料作为骨料，卵石正是较好的选择。为确保不同粗骨料混凝土的耐久性，需要对其性能进行对比分析。1研究现状卵石混凝土耐久性被认为要低于碎石混凝土，因此，其在工程中的应用偏少。但随着碎石资源的减少，卵石混凝土替代碎石混凝土已成为当代公路工程的重要发展趋势，对二者耐久性的研究也备受关注。很多研究表明，卵石混凝土耐久性不弱于甚至强于碎石混凝土。其中，王鹏程等人通过试验发现当坍落度一样，水泥用量相同时，以卵石为骨料的混凝土抗渗性明显强于碎石混凝土。王海朋等人通过研究吸水率的方式，发现混凝土耐久性与其骨料吸水率成反比，而卵石吸水率通常较碎石更低，因此，同等条件下卵时耐久性更优。陈旭涛等通过研究发现，在后期养护时间较长的情况下，以卵石为骨料的混凝土强度将得到显著提升。因此，在工程中适当延长养护时间，可以充分促进工程耐久性的提升。相比之下，碎石混凝土并没有呈现出明显的该特性，也就是其强度与后期养护时间长短的变化关系主要体现在正常养护期内，后期基本不会产生变化。2混凝土耐久性测试准备工作2.1试验材料与方法为保障试验的准确性，需要合理选用试验原料，包括粗骨料、细骨料、外加剂等。根据不同的施工需求，试验材料的选择标准也有所不同。在廊坊市某县级公路试验段施工过程中，对选用的卵石及碎石等粗集料的物理性能进行测试，选用由碎石机破碎后骨料粒径为5～20mm的石灰岩碎石，连续级配，石灰岩碎石技术指标见表1。除粗骨料外，本次试验中所用的细骨料、粉煤灰、外加剂等均根据实际施工需求加以确定，进而保障试验的可实践性。细集料选用天然河砂，表观密度为2700kg/m3，细度模数为2.2，含泥量为1.2%；水泥选用P.O42.5普通硅酸盐水泥，水泥具体技术指标如表2所示；增强剂采用SBTJM®-Ⅱ（R1）常温型碾压混凝土高效增强剂，使用温度范围为：-5～+35℃；减水剂采用缓释型聚羧酸高效减水剂，减水率为30%。拌和水采用自来水。2.2确定配合比卵石与碎石混凝土的性能差别受多种因素影响，既包括自身性质，也包括配合比。在不同配合比下，混凝土的力学特性、耐久性等均会发生较大变化，而且以卵石或者碎石为原材料时，该变化具有明显差异。为确保试验的有效性与可靠性，需要先保证混凝土力学性能可以满足实际施工需求，否则对混凝土的耐久性进行分析也将变得毫无意义。最初，可以按照以往施工经验设置简单的配合比。为确保混凝土在工程施工中正常应用，必须确保其在使用时不出现堵管、浇筑密实度低等问题，因而通常将其塌落度设置为160～180mm，相应的水、外加剂等所需量也能得以明确。在初步设置配合比后，还需要对其进一步加以调整与优化。其中，将混凝土中的用水量适度增加是较为重要的环节，这能够进一步强化混凝土性能，防止其在使用时出现泌浆、抓地等问题，而且可以得到在相同配合比下，卵石混凝土的抗压性能更佳，其原因是使用卵石作为粗骨料，能够减少骨料间摩擦阻力，减少骨料吸收的水量，促进混凝土流动性能提升。3耐久性分析3.1抗渗性能分析抗渗性能是耐久性中最为重要的指标。混凝土内部有大量小孔，如果有气体、氯离子等通过气孔进入混凝土内部，会使其中的钢筋出现锈蚀。而在钢筋生锈后，其体积会增大并从内部引致混凝土结构开裂，严重影响耐久性。抗渗能力可以在试验中通过测试其氯离子渗透情况的方式加以确定。通过试验对卵石和碎石混凝土中氯离子含量进行测试可以发现氯离子含量和养护时间成正比。而且在相同配合比下，不管是以卵石还是碎石做混凝土粗骨料，可以发现二者的抗氯离子渗透能力较为接近，均能满足实际施工需求。这是因为碎石虽然表面更加粗糙，能够降低混凝土的氯离子渗透率，但减少的量不大。因此，卵石和碎石作为骨料的抗渗能力均满足实际施工需求。3.2抗硫酸盐侵蚀性能分析部分地区的环境包含大量硫酸盐，并有可能对混凝土工程产生化学侵蚀作用，进而影响其耐久性。本试验路段所处的地质环境中包含大量硫酸盐，因此需要对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能进行分析。硫酸根离子是导致混凝土遭受化学侵蚀的主要因素，因此应使用硫酸盐溶液进行浸泡试验。在经过多次干湿循环后，可以测定混凝土抗硫酸盐侵蚀性能。对试验结果进行分析可以发现，随着干湿循环次数的增加，混凝土抗硫酸盐侵蚀性能先增强后减弱，并且在循环次数达到150次后，不管是卵石混凝土还是碎石混凝土，其抗侵蚀性能均无法满足实际施工需求。这是由于随着循环次数的增加，化学反应速度逐渐大于水化速度，进而影响混凝土耐久性。3.3抗冻性能分析我国地域广阔，部分区域混凝土工程长期处于严寒气候下，必须能够有效抗冻，才能充分保证工程安全与可靠。因此，抗冻性能也是混凝土耐久性的组成指标。影响混凝土抗冻性能的因素很多，但其中最关键的指标为水胶比。如果混凝土的水胶比过大，其内部孔的数量多、孔径更大，并会积聚大量自由水。在严寒气候下，这些水会凝结并产生极大的结晶压力，并会破坏混凝土结构。在试验中采取冻融循环的方式对混凝土进行处理，并对其相对动弹性模量及质量损失进行测定。其中，在循环次数不超过150次时，以卵石或碎石做粗骨料的混凝土均能满足实际施工需求。但是当循环次数达到200次时，卵石混凝土的抗冻性能无法达到施工要求。这是由于卵石和水泥的黏结较差，导致混凝土内部空隙偏大，其抗冻性能略差于碎石混凝土。3.4抗碳化性能分析对混凝土工程而言，大气包含的二氧化碳会和水泥反应并导致碱度降低，进而使覆盖于钢筋表面的钝化膜遭到损坏，出现锈蚀情况。因此，混凝土的抗碳化能力同样可以作为评价耐久性的重要指标。对试验中所用的水灰比为0.5的卵石、水灰比为0.48的碎石样本进行测试，可以发现在不同水灰比下，样本抗碳化能力会产生较大变化。其中，水灰比分别为0.5的卵石和0.48的碎石混凝土的碳化深度分别为5.0mm与2.3mm。但对配合比及强度均相同的卵石与碎石样本而言，在水灰比同样是0.5的情况下，二者碳化深度分别为6.7mm和6.0mm。由此可见，卵石和碎石在相同水灰比下的抗碳化能力的差别较小，均能满足实际