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混凝土耐久性问题出正在水泥细度上

发布日期:2019-07-18    点击:    

  我想,当看到这张古罗马斗兽场的照片时,该当良多人多会思虑一个问题,为什么这些古代建建能够千年耸立不倒,而我们今天却常见建建、桥梁布局开裂、倾圮,竟然如斯不胜一击呢?

  Krauss 和 Rogalla还提到,混凝土强度的提高,除了共同比的要素以外,就是水泥的影响,对于强度分歧的水泥,除了细度和C3S含量,其他几乎没有区别。

  他提到,1944年,美国公局对等地的混凝土布局展开大查询拜访,目标是要查明为什么西部州混凝土桥梁如许敏捷。查询拜访涉及200座桥梁,服役时间3~30年不等。成果显示:1930年之前建制的桥梁67%无缺,而1930年后的无缺桥梁只要27%无缺。

  Virginia, Kansas,Texas, and Colorado的现场勘测成果也证了然Krauss和Rogalla的结论。1974年,弗吉尼亚大量报道桥面裂痕时,也是对强度要求从3000增加到4000 lb/in2的时候。类似地,1995年堪萨斯州29座桥梁呈现裂痕,也是对强度要求正在44MPa的时候,正在丹佛,高强混凝土还没施工完成绩裂了。裂痕的缘由是由于采用了较高的水泥用量(水灰比=0.31)以及快速水化反映的Type II 水泥,导致了热收缩+自收缩,细度391m2/kg, C3A-plus-C3S含量占到72%。

  P.K.Mehta传授的这篇文章,颁发于十几年前,但今天读起来仍然不外时,仍然有很高的自创价值:

  我们唱工程,得把布局当作一个系统,这里面不只是内力分布、应力分布,还该当包罗现实布局材料属性、布局的天然等诸多方面,用系统处所,才能看得出一些现象背后的素质;

  1950年后,混凝土施工有了猛进展,包罗预制混凝土、泵送施工、以及插入式振捣器对混凝土工做性的要求提高对流动性的要求正在1970年呈现减水剂之前是通过提高用水量来实现的。

  正在1931~1973这40多年里,AASHTO规范桥面板混凝土28天平均强度达到20.7MPa,最洪流灰比0.53。这种混凝土被指出是低弹性模量,高晚期徐变,容易发生温度和干缩裂痕。考虑到桥面板的特殊性,AASHTO但愿加强抗渗入性。因而1974年最洪流灰比0.445,最小水泥用量362kg/m3,28d强度达到30MPa。这似乎是利用更小的水灰比,但如许反倒使得混凝土耐久性反而差。

  1980后,减水剂兴旺成长,能够使混凝土有更低的水灰比和更好的工做机能。特征为28d强度达到50~80MPa、低渗入性的高机能混凝土随之呈现。然而,1996年Krauss 和Rogalla再次进行了调研,成果显示:美国和的200000新建桥梁,跨越100000混凝土桥面板扶植不久后就发觉裂痕。Krauss 和 Rogalla指出,高机能混凝土能够正在晚期达到很高的强度和弹性模量,但如许一来就削减了其徐变潜力,使混凝土变得更脆,因此容易发生裂痕。

  就水泥细度这个问题,这两年因为课题组项目标缘由,和施工单元尝试室、水泥厂有过一些接触,给我的感受就是对这个问题缺乏认识和关心。并且现正在有些水泥厂纯真为了达到晚期强度,将夏日配方的水泥细度设置到令人惊讶的程度,导致水泥颗粒很是细、比概况积很是大,曲不雅表现就是胶凝材料需水量猛增,混凝土流动性下降。最环节的是细致的水泥,导致绝大部门水化反映都正在混凝土浇建晚期完成,导致混凝土后期强度增加迟缓有的以至7天当前强度就不增加了!要晓得,优良的混凝土该当是跟着时间增加强度一直迟缓添加的。持久强度上不去,就会给将来的机能退化埋下了伏笔;

  他的这篇综述,以时间为线,以纵不雅一个世纪的视角来对待混凝土耐久性问题,并发觉了一个意想不到的现象:

  担任调研的Krauss 和 Rogalla按照查询拜访成果,得出了一个令人不测的结论:因为美国1970年中期后集中发生的桥面案例,取1974年AASHTO 规范点窜有着时间上的沉合,因而认为规范的点窜错误,是导致这些的次要缘由。

  有了更先辈的施工工艺,人们就但愿能够更快地完成工程项目,因而慢慢提高了对工期的要求,这也就随之导致要求混凝土具有越来越高的晚期强度。为了实现晚期强度,用水量不克不及太高,因而只能将水泥做得更细。1970年美国的ASTM Type I 波特兰水泥中C3S含量提拔到50%,使得细度达到了300m2/kg,这对混凝土的机能影响庞大,1945年,0.47水灰比曾经能够达到28d强度31MPa。

  当然,这能够用概率来注释,终究古代建建中绝大大都是无法存留到今天被我们敬仰的,留下来的精品建建(包罗通俗平易近用建建,也包罗桥梁如许的公共建建)只是少少数,这个数量该当比今天建制的优良建建小良多,只是我们都无法它们一千年后能否还会连结老样子。

  美国大学伯克利分校的ta传授,享誉世界的混凝土材料专家给我们指出了另一条思:问题出正在水泥上。

  不要规范,由于规范是正在不竭完美的过程中,也有错误的时候!好比P.K.Mehta传授文中指出的美国规范修订失误,形成大量工程问题的案例。我就碰到过捧着规范逐条比力,连一些较着不该时宜的也不疑的尝试室从任,实是本本从义耽搁了有热情的年轻人啊!

  因而,P.K.Mehta传授起首正在规范方面,该当强调若布局有耐久性要求,混凝土共同比需要以耐久性要求为准。且水泥用量不宜过大,单元用水量不宜过大,还能够添加矿粉、粉煤灰等矿物添加剂,来降低水化热、强度、晚期弹性模量。这是为什么当掺入矿物外加剂(如50%粉煤灰)的混凝土正在节制裂痕和连结较好抗渗性上做的较好。

  需要留意的是,正在现有材料和施工方式前提下,建制质量好,强度高,耐久性也好的建建简曲是由于现代工业要求施工进度,快速施工下必定对耐久性的考量无法周全。我们目前利用的建建材料、快速施工方式,都是20世纪之后才有的,这些都是新问题,也都是有待处理的主要问题。提高混凝土布局的耐久性,必需从材料选择、混凝土共同比,以及施工方式等多方面一同勤奋才可能最终处理。

  因为混凝土桥面板具有所处恶劣的特点,经常遭到融雪剂、干湿轮回、冻融轮回、冷热轮回等感化的配合影响,因而可视为对混凝土的加快试验,正在耐久性方面具有必然的代表性。1987年,美国 U.S. National Materials Advisory Board开展了一项查询拜访,关心建于1940年后的桥面板。成果为,253000座桥面板正正在劣化过程中,一些寿命不到20年,且以35000座每年的速度增加。

  尝试室获得的混凝土耐久性试验数据,因为存正在试件尺寸、鸿沟以及受力前提取现实布局相差较大,导致其靠得住性不是很高。

  中国工程人的一个伟大创制,就是这个“砼”字,完满地给出了混凝土的注释:人工石,即用以水泥为焦点的胶凝材料,把一些碎石“粘接”起来,构成正在外不雅上满脚工程的各类需要,正在受力上就像一块完整的大石头那样坚挺。按照如许的思,那些典范的古建建同样是由石材+胶凝材料建成的。此中,做为骨料的碎石,任何一块都具有上亿的春秋,千年的跨度对其来说不脚以构成物能方面的庞大差别,而波特兰水泥的发现至今还不到两百年的时间,因而胶凝材料的差别可能就是形成上述问题的缘由之一。

  那若是让“荷载”来背这个锅呢,似乎更合理一些。特别是我国,桥梁扶植如斯高歌大进却仍然赶不上物流大货车的需要,导致公桥梁服役二三十年就满目疮痍。然而这也有点问题,终究还无为数不少的建建物并非经常处于超载形态,还不是一样呈现了各类各样的耐久性问题。

  P.K.Mehta传授总结了过去近一个世纪的经验,指出了水泥细度的变化给混凝土机能带来的庞大影响。现在的高机能混凝土(HPC)具有水泥用量大,晚期强度高的特点。如许因为更高的热收缩、干缩、弹性模量,导致裂痕容易发生。规范中对于强度的要求过高,容易导致耐久性问题。

  因为检测的桥梁虽然时间跨度大,但正在这几十年中,施工手艺并没有变化。因而认为形成这个现象的缘由,该当出正在材料,也就是水泥上。1930年前,波特兰水泥采用的是粗磨工艺,这有很多错误谬误,如强度很是低、比概况积小,约为1100 cm2/g,C3S的含量不跨越30%。用如许的水泥制成的混凝土,其布局退化次要表现正在破裂(如强度不敷,或冻融轮回导致的破裂)、布局漏水(混凝土密实度不敷形成的抗渗性不高)等,没有取裂痕相关的退化被报道。而1930年当前,水泥出产工艺得以改善,水泥的细度变得更细查询拜访认为恰好是细度出的问题,并并提出细度跨越1800cm2/g范畴则会影响耐久性。

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