(3.3)-第4章 开放实验-混凝土耐久性试验研究指导书

混凝土耐久性试验研究（综合型.开放实验）实验指导书

一、实验意义和目的混凝土耐久性指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下，在设计要求的目标使用期内，不需要花费大量资金加固处理，保持其安全、使用功能和外观要求的能力。耐久性研究是世界性课题，也土木工程领域的关注重点。耐久性研究对新建结构及维修改造都极为重要。统计表明，目前我国处于第二阶段。混凝土结构耐久性不足的问题，要比安全性不足更为严重，更迫切需要解决。

混凝土结构的耐久性研究可分为材料、构件和结构三个层次。在材料学科领域，目前对结构耐久性研究较多的是混凝土冻融和抗渗。为了提高混凝土的抗冻性和抗渗性，可以从原材料的优选、配合比的优化方面进行大量的试验研究工作。

通过本实验，不但可以掌握相关的实验方法与技能，而且，通过设计混凝土耐久性试验研究方案，分析研究混凝土密实度、孔隙及孔隙的充水程度对抗渗性和抗冻性等性能的影响，提出提高混凝土耐久性的措施，从而加深对该重点研究领域的了解和认识。二、实验原理（一）混凝土耐久性主要包括抗渗性、抗冻性等性质。抗渗性指混凝土抵抗压力水渗透的能力。是混凝土耐久性的一个重要标志。衡量抗渗性的指标是抗渗等级：以28天龄期标准试件，按下述规定方法检验混凝土所能承受的最大压力（MPa），例如，P2、P4、P8分别表示混凝土能抵抗0.2、0.4、0.8Mpa的水压力而不渗水。混凝土的冻融循环试验按照GBJ82－85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》中抗冻性能试验的“快冻法”进行。本方法适用于在水中经快速冻融来测定混凝土的抗冻性能。快冻法抗冻性能的指标可用能经受快速冻融循环的次数或耐久性指数来表示。本方法特别适用于抗冻性要求高的混凝土。根据冻融循环后的相对动弹模量和质量损失来确定最大循环次数和耐久性指数。（二）抗渗性和抗冻性的影响因素及其改善措施。混凝土的密实度、孔隙数量及构造、孔隙的充水程度均是决定抗冻性和抗冻性的重要因素。因此，通过选材和配合比设计，可以提高混凝土的密实度，降低孔隙率，改善孔隙构造，提高抗渗性和抗冻性，从而提高混凝土的耐久性。1、混凝土抗渗性的影响因素混凝土抗渗性影响因素很多，包括混凝土水灰比、水泥细度、水泥品种、集料品种、施工质量、养护条件和环境介质等。水灰比对混凝土抗渗性的影响最大。水灰比越大，混凝土抗渗性就越差；采用细颗粒含量多的水泥，可以提高抗渗性，但使用细水泥需要增加其用水量，会导致混凝土抗裂性下降，应引起注意；采用水中养护或潮湿养护的混凝土，水泥水化处于十分优越的条件，其抗渗性明显提高，加热养护混凝土的耐久性将大大低于水中或潮湿养护的混凝土。混凝土的抗渗措施（1）提高混凝土自身的抗渗能力

增加自身的抗渗能力是混凝土提高抗渗性的最根本的方法，主要的措施有：设计合理的混凝土配合比，严格控制混凝土的水灰比。在混凝土中掺入粉煤灰等外加剂，提高混凝土的抗渗性。对砂石的清洁度特别是含泥量，提出严格的要求。采用机械振捣和机械搅拌，保证混凝土的密实度。加强混凝土的养护。（2）采用表面涂层或覆盖层。（3）浸渍混凝土。3、混凝土抗冻性主要影响因素（1）水灰比

水灰比越大，混凝土中可冻水的含量越多，混凝土的结冰速度越快；气泡结构越差，平均气泡艰巨越大；混凝土强度月底，抵抗冻融的能力越差。国内外规范对混凝土抗冻性有要求的混凝土结构都规定了水灰比最大允许值，我国各行业规范都根据不同受冻环境提出了水灰比最大允许值，如《水运工程混凝土施工规范》(JTJ268-96)规定海水水位变动区的钢筋混凝土结构的水灰比最大允许值为0.45-0.55；《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)规定非海水受冻环境的混凝土结构的水灰比最大允许值为0.5～0.6。水灰比小于0.35、完全水化的混凝土，即使不引气，也有较高的抗冻性，因为除去水化结合水和凝胶孔不冻水外，混凝土中的可冻水含量很少。（2）含气量引气剂引入空气，混凝土的抗冻性就会提高。在一定范围内，含气量越多，混凝土的抗冻性越好。国内外部分规范都规定了含气量的合理范围。标准名称骨料最大粒径(mm)含气量范围(%)中国《水运工程混凝土质量控制标准》(JTJ269-96)10.0

20.0

31.5

40.0

63.05.0～8.0

4.0～7.0

3.5～6.5

3.0～6.0

3.0～5.0欧洲《FIP海工混凝土结构设计与施工建议》(1986)10

20

407～10

5～8

4～7美国ACI318(1989)10

20

406(7.5)

5(6)

4.5(5.5)（3）混凝土的饱水状态。（4）混凝土的受冻龄期。（5）水泥品种混凝土的抗冻性随水泥活性增高而提高。普通硅酸盐水泥混凝土的抗冻性优于混和水泥混凝土，更优于火山灰水泥混凝土。（6）骨料质量混凝土骨料对混凝土抗冻性影响主要体现在骨料吸水率及骨料本身的抗冻性。吸水率大的骨料对抗冻性不利。（7）外加剂及掺和料减水剂、引气剂及引气减水剂等外加剂均能提高混凝土的抗冻性。引气剂能增加混凝土的含气量，并使气泡均匀；而减水剂则能降低混凝土的水灰比，从而减少孔隙率，最终都能提到混凝土的抗冻性。粉煤灰掺和料对混凝土抗冻性的影响，主要取决于粉煤灰本身的质量。4、混凝土的抗冻措施掺用引气剂、减水剂和引气减水剂。严格控制水灰比，提高混凝土密实度。加强早期养护或渗入防冻剂，防止混凝土早期受冻。三、实验装置、流程和仪器混凝土抗渗仪、压力试验机、加压装置、QHKD-1全自动混凝土快速冻融系统、DT-10W动弹仪。

图1混凝土抗渗试验装置图2混凝土抗冻试验装置四、实验方法和步骤（一）选材与配合比设计选择合适的原材料，调整W/C、C、W0、Sp和外加剂，配制C60/F100/S8。（二）抗渗性能试验1、试件成型和养护应按标准有关规定执行，以六个试件为一组。2、试验前一天取出养护试件，用钢丝刷刷去两端面水泥浆膜。在其侧面涂一层熔化的石蜡密封材料，放入烘箱预热过的试件套中。在压力机上将试件压入试件套中。连同试件套固定在抗渗仪上进行试验。3、打开阀门，调整抗渗仪指针初读数，使水压为0.1Mpa。每隔8h增加水压0.1Mpa，并且随时注意观察试件端面的渗水情况。当第一块试件出现渗水时，关闭相应阀门。当第二块试件出现渗水时，关闭相应阀门。当第三块试件出现渗水时，即可停止试验，记下此时的水压值。(注：当加压至设计抗渗等级，经8h后第三个试件仍不渗水，表明混凝土已满足设计要求，也可停止试验。)4、根据公式计算混凝土的抗渗等级。5、将试件劈裂，观察内部渗水情况。测量试件内部渗水高度，可进一步比较不同试件的抗渗性能，渗水高度越小，抗渗性能越好。（三）抗冻性能试验1、如无特殊规定，试件应在28d龄期时开始冻融试验。冻融试验前4d应把试件从养护室取出，进行外观检查，然后在温度为15～20℃的水中浸泡（包括测温试件）。浸泡时水面至少要高出试件顶面20mm，试件浸泡4d后进行冻融试验。2、浸泡完毕后取出试件，用湿布擦除试件表面水分，称重，测量其横向基频的初始值。3、将试件放入试件盒内，为了使试件受温均衡，并消除试件周围因水分结冰引起的附加应力，试件的侧面与底部应垫放适当宽度与厚度的橡胶板，在整个试验过程中，盒内水位高度应始终保持高出试件顶面5mm左右。4、把试件盒放入冻融箱内。其中装有测温试件的试件盒放在冻融箱的中心位置。此时即可开始冻融循环。5、冻融循环过程应符合下列要求：每次冻融循环应在2～4h内完成，其中用于融化的时间不得小于整个冻融时间的1/4。在冻结和融化终了时，试件中心温度应分别控制在－17±2℃和8±2℃。每块试件从6℃降至－15℃所用的时间不得少于冻结时间的1/2。每块试件从－15℃升至6℃所用的时间也不得少于整个融化时间的1/2。试件内外的温差不宜超过28℃。冻和融之间的转化时间不宜超过10min。6、试件一般应每隔25次循环做一次横向基频测量，测量前应把试件表面浮渣清洗干净，擦去表面积水，并检查其外部损伤及重量损失。测完后，应把试件掉一个头重新装入试件盒内。试件的测量、称量以及外观检查应尽量迅速，以免水伤损失。7、为保证试件在冷液中冻结时温度稳定均衡，当有一部分试件停冻取出时，应另用试件填充空位。

如冻融循环因故中断，试件应保持在冻融状态下，并最好能将试件保存在原容器内用冰块围住。如无这一可能，则应将试件在潮湿状态下用防水材料包裹，加以密封，并存放在－17±2℃的冷冻室或冰箱中。试件处在溶解状态下的时间不宜超过两个循环。特殊情况下，超过两个循环周期的次数，在整个试验过程中只允许1～2次。8、冻融达到以下三种情况之一即可停止试验：已达到300次循环。相对动弹性模量下降到60％以下。重量损失率达5％。实验数据记录（供参考）表1混凝土试配配合比试验用原材料品种来源性能指标水泥粉煤灰骨料外加剂混凝土配合比试验编号材料用量(kg/m3)WCSG粉煤灰外加剂T1T2T3T4混凝土试验结果试验编号水灰比含气量(%)外加剂强度（MPa）强度(MPa)抗冻等级重量损失率(%)抗渗等级品种掺量(%)3d28dT11T12T13T14T21T22T23T24T31T32T33T34T41T42T43T44六、实验结果分析与讨论1.混凝土强度、抗冻等级和抗渗等级能否满足