卵石混凝土和碎石混凝土的耐久性影响差别分析

发表时间:2019/8/16   来源:《防护工程》2019年10期   作者:应阳
[导读] 对混凝土在工程中的应用而言,耐久性是极其重要的基础特性,对其使用寿命有着巨大影响。
四川路桥桥梁工程有限责任公司  四川省  610072
        摘要:对混凝土在工程中的应用而言,耐久性是极其重要的基础特性,对其使用寿命有着巨大影响。在碎石开采、运输困难,经济成本较高的情况下,利用卵石替代碎石作为骨料成为了重要途径。而要确保该途径具有可行性,则必须对卵石混凝土及碎石混凝土的耐久性进行研究和分析,确保前者耐久性高于后者并能替代后者加以使用。本文通过疲劳试验,对卵石混凝土和碎石混凝土的耐久性影响差别进行研究和分析,但愿能为二者的实际应用提供有效参考。
        关键词:卵石;碎石;混凝土;耐久性
       
       
长期以来,碎石都是混凝土骨料的首选,很大原因在于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。但是在近年来,随着建筑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,必须尽快选择其它资源作为骨料,而卵石正是较好的选择。而要确保卵石混凝土可替代碎石混凝土,则需要对二者耐久性进行对比、研究与分析。
        一、卵石混凝土和碎石混凝土的耐久性比较
        长期以来,卵石混凝土耐久性都被认为要低于碎石混凝土,故而其在工程中的应用偏少。但是随着碎石资源的减少,卵石混凝土替代碎石混凝土已经成为当代建筑工程的重要发展趋势,对于二者耐久性的比较也更受关注与重视。实际上,很多研究都已表明前者耐久性不弱于甚至强于后者。其中,王璟玉、杨继强等人通过试验发现当坍落度一样,而且水泥用量相同时,以卵石为骨料的混凝土抗渗性明显强于碎石混凝土。而李玉顺等人则通过研究吸水率的方式,发现混净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,故而同等条件下前者耐久性应当更优。另外,Hordijk等通过研究发觉在后期养护时间较长的情况下,以卵石为骨料的混凝土的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,再往后就基本上不会产生变化。
        二、基于疲劳试验的耐久性影响差别分析
        (一)试验材料与方法
        为了保障试验的准确性,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。在本次工程试验中,粗骨料需要达到5~20以及20~40mm的直径,因此需要对材料进行严格筛选。对选用的卵石及碎石原料的物理性能进行测试,可以发现二者的差别主要体现在泥块含量、针片状含量及坚固性等方面,尤其是坚固性,前者要远低于后者。除粗骨料外,本次试验中所用的细骨料、粉煤灰、外加剂等均是根据实际施工需求加以确定,进而保障试验的可实践性。
        (二)确定配合比
        对卵石与碎石混凝土而言,二者性能的差别由多方面因素影响,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、耐久能力等均会发生较大变化,而且以卵石或者碎石为原材料时这种变化有着明显差异。为了保障试验的有效性与可靠性,需要先确保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。在一开始,可以按照以往施工经验,初步设置简单的配合比。为了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会出现堵管、浇筑密实度低等问题,故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。在初步设置配合比之后,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,这是因为用卵石作为粗骨料,能够减少骨料间摩擦阻力,以及减少骨料所吸收的水的量,促进混凝土流动性能提升。
        (三)抗渗性能分析
        对混凝土耐久性而言,抗渗能力是较为基础的点。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,会使得其中的钢筋出现锈蚀现象。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。一般来说,抗渗能力可以在试验中通过测试其氯离子渗透情况这种方式加以确定。通过试验,对卵石和碎石混凝土中氯离子含量进行测试,得到结果如图1显示,图中分别是水灰比0.5的卵石、碎石及0.48的碎石的实验数据,可以发现该能力和养护时间成正比。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。因此从抗渗能力来看,不管是以卵石还是以碎石作骨料,均能满足实际施工需求。
       
        图1 混凝土抗氯离子渗透能力
        (四)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映并导致碱度减少,进而使得覆盖于钢筋表面的钝化膜遭到损坏,出现锈蚀情况。因此对混凝土而言,抗碳化能力同样可以作为评价耐久性的基础部分。对试验中所用的水灰比为0.5的碎石及卵石、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和0.48的碎石混凝土的碳化深度分别为5.0mm与2.3mm。但是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5.0mm。由此可见,卵石样本和卵石样本在的抗碳化方面的差别其实较小,均能满足实际施工需求。
        (五)抗冻性能分析
        我国地域广博,部分区域混凝土工程长期处于严寒气候下,必须要能够有效抗冻,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部分。通常来说,影响混凝土抗冻性能的因素十分多样,但其中最关键的当属水胶比。如果混凝土的水胶比过大,其内部孔的数量更多、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就无法达到施工要求。这是因为卵石本身和水泥的粘结较差,导致混凝土内部空隙偏大,其抗冻性能略差于碎石混凝土。
        (六)抗硫盐酸侵蚀性能分析
        部分地区的环境始终包含大量硫酸盐,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。本试验所针对的工程就属于这种情况,故而需要对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能进行分析并判断其耐久性。一般来说,硫酸根离子是导致混凝土遭受化学侵蚀的主要因素,因而应当使用硫酸盐溶液进行浸泡试验。在经过多次干湿循环后,可以对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能进行测定,其结果如图2所示。
       
        图2 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后需求。这是因为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。
        结束语:
        综合上述分析可知,影响混凝土耐久性的因素非常多,而且从各个方面对卵石混凝土及碎石混凝土耐久性加以对比和分析,可以发现二者的耐久性在不同方面各有优劣。但从总体上来说,卵石混凝土耐久性的不足主要体现在抗渗、抗冻及抗硫酸侵蚀等方面,在对这些性能要求不高的工程中,可以使用其替代碎石混凝土。
        参考文献:
        [1]王林杰. 破碎卵石混凝土的架构理论研究[D].大连理工大学,2015.
        [2]郭勇. 卵石混凝土与碎石混凝土性能研究[D].中国海洋大学,2013.
        [3]梁大蕴. 引洮二期工程卵石混凝土耐久性研究[J].陕西水利, 2017(06):145-147+156.
        [4]宋超, 龚美霞. 碎卵石和碎石对混凝土工作性和强度的影响[J].粉煤灰, 2016, 28(3):7-8.
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