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摘要：高性能混凝土作为21世纪新型混凝土，以其高强度、高工作性、高耐久性的特点，已在高速铁路等大型工程中广泛应用。本文通过高性能混凝土耐久性试验，结合试验数据，对其抗渗性、抗冻性、抗硫酸盐侵蚀等耐久性进行研究，总结影响高性能混凝土耐久性的因素，并提出提高耐久性的方法。
关键词：高性能混凝土；耐久性；影响因素；试验研究
Abstract：High-performance concrete as the new concrete in the 21st century, with its high strength, high workability and high durability features in high-speed railways and other large-scale projects in wide range of applications. By high-performance concrete durability test, combined with the test data, to study its impermeability, frost resistance, sulfate resistance, durability, and summarize the factors that affect the durability of HPC, and to improve the durability of method .
Key words: high-performance concrete; durability; influencing factors; Experimental study
中图分类号：TU528.31 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）
耐久性是高性能混凝土设计的最重要指标，它是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素作用下保持其正常工作能力的性能。高性能混凝土之所以在很多重要工程中得以应用，主要是因为其水胶比低、密实度高、体积稳定性好而具有的良好耐久性。高性能混凝土的耐久性主要涉及混凝土的抗裂性、抗渗性、抗冻性、抗硫酸盐侵蚀能力等，其中任一性能指标不能达到规定要求，都会影响整个混凝土结构的耐久性；尤其是现今一些混凝土结构使用年限已达100年，混凝土的耐久性就显得更为重要，保证混凝土结构的耐久性也是保证整个工程质量的关键。
1 抗渗性试验研究
本文采用电通量法来测定混凝土的抗氯离子渗透能力，通过对水胶比为0.29，矿掺量为10%、15%、20%三个水平的混凝土试件做电通量试验，检验高性能混凝土抗氯离子渗透性能，从而评定并比较不同配比条件下高性能混凝土的抗渗性能。
试验方法
按规定配合比制备3组混凝土试件，每组有3个相同配比的试件，试件为圆柱体形，尺寸为100mm×50mm，在标准养护条件下养护28d。试验需要可输出60V直流电压的直流稳压电源；数字式直流表，量程为20A，精度±1.0%；真空泵，真空度可达133Pa以下；真空干糙器内径不小于250mm。试验所需溶液为用分析纯试剂配制的3.0%氯化钠溶液和0.3mol/L氢氧化钠液。试验原理装置图见图1。
计算结果绘制电流与时间的关系图，将各点数据以光滑曲线连接起来，对曲线做面积积分，即可得到试验6h通过的电量。取同组3个试件通过的电量的平均值，作为该试件的电通量；当3个试件中有1个超过平均值的15%时，取另外2个试件的平均值作为该组试件的电通量；当3个试件中有2个超过平均值的15%时，该次试验无效。
1.2 试验结果和分析
各组试验混凝土试件的电通量见表1。
表1 电通量试验结果
由表1的试验结果可知：三组高性能混凝土试件的电通量值都满足标准规定值，即所配制高性能混凝土具有较好的抗渗性能；随着矿掺量的增加，由10%增至15%，混凝土试件的6h电通量减小，说明混凝土的抗氯离子渗透能力提高，抗渗性能提高，这是由于矿掺料的加入使混凝土形成了密实充填结构和细观层次的自紧密堆积体系，大大改善了混凝土的内部结构，提高了密实度，从而提高了抗渗性能；矿掺量由15%增至20%，混凝土试件的电通量增加，说明混凝土的抗氯离子渗透能力减弱，抗渗性能降低，这是由于矿掺料掺入过多使混凝土强度降低，混凝土内部结构变差，抗渗性能降低。
由试验结果和理论分析可知：高性能混凝土的抗渗性能主要由混凝土的密实程度决定；提高混凝土的抗渗性能除了选择优质原材料之外，要合理设计混凝土配合比，掺入适量的矿物掺和料，优选高效减水剂减少用水量，降低水胶比，增大混凝土密实度，从而提高抗渗性能。
2 抗冻性试验研究
本文主要研究水胶比及矿掺量对高性能混凝土抗冻性的影响规律，按不同配合比设计混凝土，通过多组试验对比来分析各因素对抗冻性的影响情况。
试验方法
本文采用《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，使用TDRⅠ型混凝土快速冻融试验机进行试验。在冻结和融化终了时，试件中心温度分别控制在-17±2℃~8±2℃，3h左右完成一次冻融循环。
试件尺寸为100mm×100mm×400mm，标准养护室内养护至28d，试验前4d取出试件，在15~20℃水中浸泡4d，水面至少高出试件20mm，然后取出试件，擦干表面后进行试验。冻融温度为：冻-15~-20℃，融15~20℃。每组试验至少制备3个试件，取试验结果的平均值。
2.2 试验结果和分析
混凝土试验配合比见表2，冻融试验结果见表3。
我国现行标准GBJ82—85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》对混凝土抗冻等级的规定是：同时满足相对动弹模值不小于60％和质量损失率不超过5％时的冻融次数。由冻融试验可知，所配制各组高性能混凝土的抗冻等级都达到300次以上，具有较好的抗冻性能。
比较各组试验结果可发现，水胶比对高性能混凝土的抗冻性有明显影响，水胶比越小，抗冻性能越好；同一水胶比的试验组中，矿掺量大的抗冻性较好，说明矿掺量也会影响混凝土抗冻性。这主要是因为水胶比越小，混凝土密实度越高，强度也就越高；矿掺料的掺入使混凝土胶凝体系得到改善，变得更致密，从而提高了混凝土的抗冻性能。
3 抗硫酸盐侵蚀性试驗研究
影响混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的因素很多，本文通过试验，主要研究矿掺量对高性能混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响规律，并对高性能混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能进行评价。
3.1 试验方法
本文采用干湿循环的加速试验方法测定抗硫酸盐侵蚀能力。混凝土试件尺寸：100mm×100mm×100mm，养护28d后进行干湿循环试验。循环过程为：将试件在80℃烘箱中恒温烘干6h，冷却观察1h，称重后浸泡于浓度为5％的硫酸钠溶液中16h，取出擦干表面水分，再晾干1h作为一个干湿循环（一个干湿循环为24h）。
试验结果和分析
各组试验混凝土配合比见表4，抗硫酸盐侵蚀试验结果见表5。
为直观分析，根据试验结果作出矿掺量对抗硫酸盐侵蚀性能的影响规律图，如图3。
由抗硫酸盐侵蚀试验结果可知，高性能混凝土中掺入矿物掺和料有利于提高其抗硫酸盐侵蚀能力，这主要是由于活性矿物掺和料的形态效应、微集料效应和活性效应共同作用的结果，掺和料使混凝土孔隙率大幅度降低，结构更为均匀密实，强度增加，抗硫酸盐侵蚀能力得到提高；由图3可看出，当矿掺量超过30%时，抗硫酸盐侵蚀能力突然降低，这说明随着掺和料掺量的继续增加，混凝土强度发展缓慢，难以形成足够的混凝土强度和密实度，使得抗硫酸盐侵蚀能力急剧下降。
参考文献
[1] GBJ 82—85. 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法[S].
[2] 科技基[2005]101号. 客运专线高性能混凝土暂行技术条件[S].
[3] 铁建设[2005]160号. 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准[S].
[4] 邓国兵. 客运专线高性能混凝土耐久性问题的研究[J]. 混凝土. 2009(4)
[5] Bouzoubaa N, Zhang M H, Malhotra V M. Mechanical properties and durability of concrete made with high-volume fly ash blended cements using a coarse fly ash[J]. Cement and Concrete Research. 2001(3)
[6] Vladimir Zivica, Adolf Bajza. Acidic attack of cement based materials-a review[J]. Construction and Building Materials. 2001(15)
[7] Thomas M D A, Shehata M H, Shashiprakash S G. The use of fly ash in concrete; classification by composition[J]. Cement Concrete and Aggregates. 1999. 21(2)
[8] 高蕾，陈拴发. 配合比设计参数对高性能混凝土抗冻性敏感特性的影响[J]. 交通运输工程学报. 2006. 6(4)
[9] Khan M I L, Ynsdal E C J. Strength, permeability and carbonation of high performance concrete[J]. Cement and Concrete Research. 2002. 32(1)
[10] 谢仕群. 高性能混凝土耐久性试验技术[J]. 甘肃水利水电技术. 2004. 40(2)
[11] 湖南大学. 建筑材料[M]. 北京. 中国建筑工业出版社. 1988
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：高性能混凝土；耐久性；影响因素；试验研究
Abstract：High-performance concrete as the new concrete in the 21st century, with its high strength, high workability and high durability features in high-speed railways and other large-scale projects in wide range of applications. By high-performance concrete durability test, combined with the test data, to study its impermeability, frost resistance, sulfate resistance, durability, and summarize the factors that affect the durability of HPC, and to improve the durability of method .
Key words: high-performance concrete; durability; influencing factors; Experimental study
中图分类号：TU528.31 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）
耐久性是高性能混凝土设计的最重要指标，它是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素作用下保持其正常工作能力的性能。高性能混凝土之所以在很多重要工程中得以应用，主要是因为其水胶比低、密实度高、体积稳定性好而具有的良好耐久性。高性能混凝土的耐久性主要涉及混凝土的抗裂性、抗渗性、抗冻性、抗硫酸盐侵蚀能力等，其中任一性能指标不能达到规定要求，都会影响整个混凝土结构的耐久性；尤其是现今一些混凝土结构使用年限已达100年，混凝土的耐久性就显得更为重要，保证混凝土结构的耐久性也是保证整个工程质量的关键。
1 抗渗性试验研究
本文采用电通量法来测定混凝土的抗氯离子渗透能力，通过对水胶比为0.29，矿掺量为10%、15%、20%三个水平的混凝土试件做电通量试验，检验高性能混凝土抗氯离子渗透性能，从而评定并比较不同配比条件下高性能混凝土的抗渗性能。
试验方法
按规定配合比制备3组混凝土试件，每组有3个相同配比的试件，试件为圆柱体形，尺寸为100mm×50mm，在标准养护条件下养护28d。试验需要可输出60V直流电压的直流稳压电源；数字式直流表，量程为20A，精度±1.0%；真空泵，真空度可达133Pa以下；真空干糙器内径不小于250mm。试验所需溶液为用分析纯试剂配制的3.0%氯化钠溶液和0.3mol/L氢氧化钠液。试验原理装置图见图1。
计算结果绘制电流与时间的关系图，将各点数据以光滑曲线连接起来，对曲线做面积积分，即可得到试验6h通过的电量。取同组3个试件通过的电量的平均值，作为该试件的电通量；当3个试件中有1个超过平均值的15%时，取另外2个试件的平均值作为该组试件的电通量；当3个试件中有2个超过平均值的15%时，该次试验无效。
1.2 试验结果和分析
各组试验混凝土试件的电通量见表1。
表1 电通量试验结果
由表1的试验结果可知：三组高性能混凝土试件的电通量值都满足标准规定值，即所配制高性能混凝土具有较好的抗渗性能；随着矿掺量的增加，由10%增至15%，混凝土试件的6h电通量减小，说明混凝土的抗氯离子渗透能力提高，抗渗性能提高，这是由于矿掺料的加入使混凝土形成了密实充填结构和细观层次的自紧密堆积体系，大大改善了混凝土的内部结构，提高了密实度，从而提高了抗渗性能；矿掺量由15%增至20%，混凝土试件的电通量增加，说明混凝土的抗氯离子渗透能力减弱，抗渗性能降低，这是由于矿掺料掺入过多使混凝土强度降低，混凝土内部结构变差，抗渗性能降低。
由试验结果和理论分析可知：高性能混凝土的抗渗性能主要由混凝土的密实程度决定；提高混凝土的抗渗性能除了选择优质原材料之外，要合理设计混凝土配合比，掺入适量的矿物掺和料，优选高效减水剂减少用水量，降低水胶比，增大混凝土密实度，从而提高抗渗性能。
2 抗冻性试验研究
本文主要研究水胶比及矿掺量对高性能混凝土抗冻性的影响规律，按不同配合比设计混凝土，通过多组试验对比来分析各因素对抗冻性的影响情况。
试验方法
本文采用《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，使用TDRⅠ型混凝土快速冻融试验机进行试验。在冻结和融化终了时，试件中心温度分别控制在-17±2℃~8±2℃，3h左右完成一次冻融循环。
试件尺寸为100mm×100mm×400mm，标准养护室内养护至28d，试验前4d取出试件，在15~20℃水中浸泡4d，水面至少高出试件20mm，然后取出试件，擦干表面后进行试验。冻融温度为：冻-15~-20℃，融15~20℃。每组试验至少制备3个试件，取试验结果的平均值。
2.2 试验结果和分析
混凝土试验配合比见表2，冻融试验结果见表3。
我国现行标准GBJ82—85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》对混凝土抗冻等级的规定是：同时满足相对动弹模值不小于60％和质量损失率不超过5％时的冻融次数。由冻融试验可知，所配制各组高性能混凝土的抗冻等级都达到300次以上，具有较好的抗冻性能。
比较各组试验结果可发现，水胶比对高性能混凝土的抗冻性有明显影响，水胶比越小，抗冻性能越好；同一水胶比的试验组中，矿掺量大的抗冻性较好，说明矿掺量也会影响混凝土抗冻性。这主要是因为水胶比越小，混凝土密实度越高，强度也就越高；矿掺料的掺入使混凝土胶凝体系得到改善，变得更致密，从而提高了混凝土的抗冻性能。
3 抗硫酸盐侵蚀性试驗研究
影响混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的因素很多，本文通过试验，主要研究矿掺量对高性能混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响规律，并对高性能混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能进行评价。
3.1 试验方法
本文采用干湿循环的加速试验方法测定抗硫酸盐侵蚀能力。混凝土试件尺寸：100mm×100mm×100mm，养护28d后进行干湿循环试验。循环过程为：将试件在80℃烘箱中恒温烘干6h，冷却观察1h，称重后浸泡于浓度为5％的硫酸钠溶液中16h，取出擦干表面水分，再晾干1h作为一个干湿循环（一个干湿循环为24h）。
试验结果和分析
各组试验混凝土配合比见表4，抗硫酸盐侵蚀试验结果见表5。
为直观分析，根据试验结果作出矿掺量对抗硫酸盐侵蚀性能的影响规律图，如图3。
由抗硫酸盐侵蚀试验结果可知，高性能混凝土中掺入矿物掺和料有利于提高其抗硫酸盐侵蚀能力，这主要是由于活性矿物掺和料的形态效应、微集料效应和活性效应共同作用的结果，掺和料使混凝土孔隙率大幅度降低，结构更为均匀密实，强度增加，抗硫酸盐侵蚀能力得到提高；由图3可看出，当矿掺量超过30%时，抗硫酸盐侵蚀能力突然降低，这说明随着掺和料掺量的继续增加，混凝土强度发展缓慢，难以形成足够的混凝土强度和密实度，使得抗硫酸盐侵蚀能力急剧下降。
参考文献
[1] GBJ 82—85. 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法[S].
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[10] 谢仕群. 高性能混凝土耐久性试验技术[J]. 甘肃水利水电技术. 2004. 40(2)
[11] 湖南大学. 建筑材料[M]. 北京. 中国建筑工业出版社. 1988
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。