2.2　高工作性、抗裂和耐腐蝕混凝土的優(yōu)化配制試驗(yàn)

為了使混凝土滿足耐久性要求的同時(shí)又能不使強(qiáng)度超設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度過(guò)多，混凝土配合比設(shè)計(jì)研究的思路就是以耐久性為核心，提高抗裂性，保障工作性。采用的技術(shù)路線就是利用大摻量摻和料，即用粉煤灰和礦渣微粉取代部分水泥，優(yōu)選復(fù)合混凝土外加劑，旨在提高混凝土的工作性、抗裂性和耐久性，降低原材料成本。同時(shí)采用混凝土流變儀法考察不同配比混凝土的工作性；溫度-應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)法考察不同配比混凝土的開(kāi)裂溫度、溫升、開(kāi)裂應(yīng)力、應(yīng)力儲(chǔ)備、開(kāi)裂時(shí)間等，運(yùn)用綜合抗裂性指標(biāo)評(píng)價(jià)混凝土的抗裂性，篩選抗裂性好的配合比。

通過(guò)混凝土配合比優(yōu)化配制，在滿足混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和工作性的前提下，提高混凝土抗裂性和耐環(huán)境腐蝕耐久性。

混凝土配合比設(shè)計(jì)原則如下：

（1）滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。深圳地鐵現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（高架除外）強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)為C35。

（2）滿足鋼筋混凝土100年耐久性指標(biāo)要求。

1）標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d混凝土試件氯離子擴(kuò)散系數(shù)（RCM法）：＜4.0×10-12m2/s[《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50476—2008）]。

2）標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)56d混凝土試件抗硫酸鹽侵蝕性能：≥KS150[《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10005—2010）]。

3）標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d混凝土試件60d快速碳化深度：＜20mm[《混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 193—2009）]。

（3）混凝土工作性最優(yōu)。

（4）混凝土抗裂性最好。

2.2.1　配合比優(yōu)化試驗(yàn)

本次試驗(yàn)混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)為C35。強(qiáng)度保證率95%，則混凝土的配制強(qiáng)度fcu，0=fcu，k+tσ=35.0+1.645×4.5=42.4（MPa）。若結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)為C50，強(qiáng)度保證率95%，則混凝土的配制強(qiáng)度fcu，0=fcu，k+tσ=50.0+1.645×4.5=57.4（MPa）。

拌和物的坍落度控制在160～200mm范圍內(nèi)，引氣混凝土的含氣量控制在4.0%～5.0%。

混凝土試驗(yàn)主要按《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50082—2009）以及《鐵路混凝土》（TB/T 3275—2011）進(jìn)行。

試驗(yàn)時(shí)混凝土的水膠比以集料在風(fēng)干狀態(tài)下的混凝土單位用水量對(duì)單位膠凝材料用量的比值為準(zhǔn)。單位膠凝材料用量為1m3混凝土中水泥與摻和料質(zhì)量的總和。

水膠比必須同時(shí)滿足混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性的要求。

（1）按強(qiáng)度要求選擇水膠比。根據(jù)設(shè)計(jì)要求的坍落度和試驗(yàn)所使用的原材料，拌制數(shù)種不同水膠比的混凝土拌和物進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，繪制28d強(qiáng)度與膠水比關(guān)系圖，按要求的配制強(qiáng)度計(jì)算水膠比。

（2）按耐久性要求規(guī)定的最大水膠比。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50476—2008）以及《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10005—2010）的有關(guān)規(guī)定，不同環(huán)境作用等級(jí)下的混凝土水膠比的最大允許值不同。

按結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求得出的水膠比應(yīng)與按耐久性要求得出的水膠比相比較，取其較小值作為配合比的設(shè)計(jì)依據(jù)。

根據(jù)所用的砂石情況、要求的坍落度值和所用的減水劑品種，經(jīng)試拌并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)選擇用水量。根據(jù)選定的水膠比和用水量計(jì)算相應(yīng)的膠凝材料用量，選取數(shù)種不同的砂率進(jìn)行混凝土試拌，測(cè)定其坍落度，觀察其和易性；選擇坍落度相對(duì)較大、和易性較好的砂率為最佳砂率。對(duì)于本試驗(yàn)混凝土用水量取150～160kg/m3；砂率取38%～42%。

根據(jù)坍落度要求和施工材料的條件，配制數(shù)種不同水膠比、不同水泥品種、不同外加劑品種、不同摻和料摻量和配伍以及含氣量的混凝土。混凝土優(yōu)化配合比及拌和物性能見(jiàn)表2.8。

2.2.2　混凝土配合比優(yōu)化性能試驗(yàn)

本節(jié)通過(guò)綜合分析水膠比、水泥品種、外加劑、含氣量、摻和料品種及其配伍對(duì)混凝土工作性、強(qiáng)度、極限拉伸性能以及抗氯離子和硫酸鹽侵蝕等耐久性能的影響，確立不同腐蝕環(huán)境作用等級(jí)下的不同工段混凝土基本配合比，并對(duì)其強(qiáng)度、彈性模量、極限拉伸等力學(xué)性能，自生體積變形、干縮等變形性能，絕熱溫升、線膨脹系數(shù)等熱學(xué)性能，抗?jié)B、碳化、氯離子滲透、硫酸鎂侵蝕等耐久性能進(jìn)行檢測(cè)；綜合分析評(píng)價(jià)其抗裂性能。

2.2.2.1　水膠比的影響

選取0.33、0.36、0.38和0.40四種不同水膠比，采用一種水泥（天山牌）、一種外加劑（FDN-2），摻加20%粉煤灰加40%礦渣，研究了水膠比對(duì)混凝土性能的影響。

1.工作性能

不同水膠比混凝土的工作性能見(jiàn)表2.9。高流動(dòng)度混凝土的塑性黏度采用冰島產(chǎn)BML混凝土流變儀檢測(cè)。

表2.9中的試驗(yàn)結(jié)果表明，雖然通過(guò)配合比優(yōu)化調(diào)整，不同水膠比混凝土均可達(dá)到大致相同的坍落度，但反應(yīng)漿體流動(dòng)阻力的塑性黏度卻不同。在試驗(yàn)的水膠比范圍內(nèi)，隨著水膠比的增大，混凝土的塑性黏度是降低的，而且引氣的混凝土比不引氣的混凝土塑性黏度明顯要低。也就是說(shuō)，水膠比大并引氣的混凝土的工作性能相對(duì)較好。

2.力學(xué)性能

不同水膠比混凝土的力學(xué)性能分別見(jiàn)表2.10、表2.11和圖2.2、圖2.5～圖2.7，混凝土的抗壓強(qiáng)度與膠水比的關(guān)系分別如圖2.3和圖2.4所示。

表2.10和圖2.2的結(jié)果表明，隨著水膠比的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度隨之減小；隨著齡期的增長(zhǎng)，混凝土的抗壓強(qiáng)度隨之增加。由抗壓強(qiáng)度與膠水比的關(guān)系曲線可知，摻和料在20%粉煤灰加40%礦渣的摻量配伍條件下，C35混凝土若要達(dá)到28d 42.4MPa的配制強(qiáng)度，則引氣混凝土的水膠比為0.41；C50混凝土若要達(dá)到28d 57.4MPa的配制強(qiáng)度，則引氣混凝土的水膠比為0.35。

由表2.11和圖2.5～圖2.7可知，隨著水膠比的增加，混凝土的軸拉強(qiáng)度和軸拉彈模均隨之減小；隨著齡期的增長(zhǎng)，混凝土的軸拉強(qiáng)度隨之增加。對(duì)極限拉伸值而言，水膠比對(duì)非引氣混凝土的極限拉伸值影響不明顯，而低水膠比的引氣混凝土早期（56d前）極限拉伸值大，但后期發(fā)展緩慢，大水膠比的引氣混凝土早期極限拉伸值相對(duì)較小，但后期發(fā)展較快，到90d時(shí)甚至超過(guò)了低水膠比混凝土的極限拉伸值。

3.變形性能

從恒溫條件下的干燥收縮和恒溫恒濕條件下的自生體積變形兩方面研究了水膠比對(duì)混凝土變形性能的影響。

（1）干縮變形。不同水膠比混凝土的干縮變形試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.12和圖2.8。

由表2.12和圖2.8的試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著水膠比的增加，混凝土的干燥收縮隨之減小。

（2）自生體積變形。不同水膠比混凝土的自生體積變形試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.13和圖2.9。

表2.13和圖2.9試驗(yàn)結(jié)果表明在試驗(yàn)的水膠比范圍內(nèi)，混凝土的自生體積變形是膨脹的，且在7d內(nèi)達(dá)到膨脹的最大值，然后隨著齡期的增長(zhǎng)開(kāi)始下降。隨著水膠比的減小，膨脹變形的最大值是增加的，但隨著齡期增長(zhǎng)到36d時(shí)，其膨脹變形反而減小。

4.絕熱溫升

不同水膠比混凝土的絕熱溫升試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.14和圖2.10。采用天津天宇HR-2A混凝土熱物理參數(shù)測(cè)定儀測(cè)試。

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著水膠比的增加，混凝土28d絕熱溫升值逐漸減小。

5.耐久性能

研究了不同水膠比混凝土的抗腐蝕耐久性以及抗?jié)B和抗碳化性能。

（1）抗腐蝕耐久性。不同水膠比混凝土的抗氯離子擴(kuò)散性能及抗硫酸鹽侵蝕性能的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.15。

從表2.15的試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著水膠比的增加，混凝土抗氯離子擴(kuò)散性能及抗硫酸鎂的侵蝕性能均是隨之下降的；相同水膠比條件下，引氣混凝土的抗氯離子擴(kuò)散性能及抗硫酸鎂的侵蝕性能較非引氣混凝土好。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50476—2008），處于氯鹽Ⅳ-E非常嚴(yán)重環(huán)境作用等級(jí)下的混凝土，最大水膠比限制為0.36；若要滿足100年的設(shè)計(jì)耐久性要求，其28d齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)DRCM＜4×10-12m2/s，此時(shí)，最大水膠比限制可放寬到0.38。而根據(jù)《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10005—2010），處于氯鹽L-3環(huán)境作用等級(jí)下的混凝土，最大水膠比限制為0.36；若要滿足100年的設(shè)計(jì)耐久性要求，其56d齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)DRCM＜3×10-12m2/s。本研究結(jié)果表明，對(duì)于膠凝材料配伍為20%粉煤灰加40%礦渣的引氣混凝土（含氣量4%～5%）而言，水膠比小于等于0.40即可滿足處于氯鹽Ⅳ-E非常嚴(yán)重或氯鹽L-3環(huán)境作用等級(jí)下100年的設(shè)計(jì)耐久性要求的氯離子擴(kuò)散系數(shù)。

同時(shí)根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50476—2008），處于硫酸鹽Ⅴ-D嚴(yán)重環(huán)境作用等級(jí)下的混凝土，最大水膠比限制為0.36。而根據(jù)《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10005—2010），處于硫酸鹽Y-3環(huán)境作用等級(jí)下的混凝土，最大水膠比限制為0.40；若要滿足100年的設(shè)計(jì)耐久性要求，其56d齡期混凝土抗硫酸鹽結(jié)晶破壞等級(jí)≥KS150。本試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于膠凝材料配伍為20%粉煤灰加40%礦渣的混凝土而言，無(wú)論引氣與否，當(dāng)水膠比小于等于0.40時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d的混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能均能達(dá)到KS120，其中水膠比0.38的引氣混凝土，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d時(shí)的抗硫酸鹽侵蝕性能達(dá)到了KS150。

（2）抗碳化性能。不同水膠比混凝土的抗碳化性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.16、圖2.11和圖2.12。

表2.16和圖2.11的碳化試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著水膠比的增加，混凝土的抗碳化性能是逐漸下降的。而《混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 193—2009）表明，在快速碳化試驗(yàn)中，若28d碳化深度小于20mm的混凝土，其抗碳化性能較好，一般認(rèn)為可滿足大氣環(huán)境下50年的耐久性要求。但在試驗(yàn)的水膠比和摻和料摻量及其配伍條件下，試驗(yàn)混凝土在快速碳化60d時(shí)，碳化深度均不超過(guò)20mm。在CO2試驗(yàn)濃度和環(huán)境濃度一定的條件下，若達(dá)到相同的碳化深度，則快速碳化時(shí)間和耐久年限成正比。因此可以認(rèn)為，在試驗(yàn)的水膠比和摻和料范圍內(nèi)的鋼筋混凝土均可滿足大氣環(huán)境下100年的耐久性要求。

（3）抗?jié)B性能。不同水膠比混凝土養(yǎng)護(hù)28d的抗?jié)B性能試驗(yàn)結(jié)果如下。

將滲水壓力逐級(jí)加壓至1.3MPa時(shí)，混凝土試件仍無(wú)一透水。不同水膠比混凝土的抗?jié)B性能和滲水高度見(jiàn)表2.17和圖2.12。

由表2.17和圖2.12的抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果可知，在試驗(yàn)的水膠比范圍內(nèi)，混凝土的抗?jié)B等級(jí)均達(dá)到P12以上，抗?jié)B性能優(yōu)異；而混凝土的滲水高度則隨著水膠比的增加而增加。

2.2.2.2　水泥品種的影響

在相同水膠比（0.38）和單位用水量的條件下，采用一種外加劑（FDN-1），摻加20%粉煤灰加40%礦渣，對(duì)天山牌水泥、臺(tái)泥牌水泥以及海螺牌水泥三種水泥品種配制的混凝土進(jìn)行了性能對(duì)比。

1.工作性能

通過(guò)對(duì)外加劑摻量的調(diào)整，使混凝土拌和物的坍落度控制在160～200mm范圍內(nèi)，含氣量控制在4.0%～5.0%。不同水泥品種混凝土的工作性能見(jiàn)表2.18。

由表2.18的結(jié)果可知，在試驗(yàn)采用的外加劑條件下，達(dá)到要求的坍落度和含氣量，臺(tái)泥牌水泥所需的引氣劑相對(duì)較少，但臺(tái)泥牌水泥的坍落度損失大，1h坍落度損失達(dá)到100%，而天山牌水泥和海螺牌水泥的1h坍落度損失分別只有22%和32%。

2.力學(xué)性能

不同水泥品種混凝土的力學(xué)性能的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.19、表2.20以及圖2.13～圖2.16。

表2.19和圖2.13的試驗(yàn)結(jié)果表明，在由這三種水泥配制的混凝土中，海螺水泥（YSD38NC2）配制的混凝土強(qiáng)度略高。

表2.20和圖2.14～圖2.16的極限拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明，由臺(tái)泥牌水泥（YSD38NC1）配制的混凝土軸拉強(qiáng)度略高，而由這三種水泥配制的混凝土的極限拉伸值和軸拉彈模大致相當(dāng)。

3.干縮變形

不同水泥品種混凝土的干縮變形試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.21和圖2.17。

由表2.21和圖2.17可知，由臺(tái)泥牌水泥（YSD38NC1）配制的混凝土干縮變形大，其余兩種水泥混凝土的干縮變形相對(duì)較小。

4.抗腐蝕耐久性

不同水泥品種混凝土的抗氯離子擴(kuò)散性能及抗硫酸鹽侵蝕性能的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.22。

由表2.22的試驗(yàn)結(jié)果可知，天山牌水泥、臺(tái)泥牌水泥和海螺牌水泥（YSD38N、YSD38NC1和YSD38NC2）配制的混凝土的抗氯離子擴(kuò)散性能相當(dāng)。

2.2.2.3　外加劑的影響

采用一種水膠比（0.38）、一種水泥（天山），摻加20%粉煤灰加40%礦渣，對(duì)兩種萘系減水劑和一種聚羧酸鹽減水劑以及與它們相對(duì)應(yīng)的引氣劑進(jìn)行了混凝土的性能對(duì)比。

1.工作性能

不同外加劑混凝土的工作性能見(jiàn)表2.23。從工作性能結(jié)果可以看出，這三種減水劑和三種引氣劑均能適用該混凝土。而摻聚羧酸系JM-PCA（Ⅰ）的混凝土的保坍性比摻其他兩種減水劑的混凝土的保坍性要好，其1h坍落度損失只有6%左右，摻其他兩種減水劑的混凝土的1h坍落度損失達(dá)到了23%左右。

2.力學(xué)性能

不同外加劑混凝土的力學(xué)性能分別見(jiàn)表2.24、表2.25和圖2.18～圖2.21。

由表2.25和圖2.18可知，在相同的水膠比和單位用水量條件下，三種外加劑對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響不明顯。

從表2.25和圖2.19～圖2.21的試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，除摻加FDN-1的混凝土軸拉強(qiáng)度和極限拉伸值略低外，外加劑對(duì)混凝土極限拉伸性能的影響不明顯。

3.變形性能

（1）干縮變形。不同外加劑混凝土的干縮變形試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.26和圖2.22。試驗(yàn)結(jié)果表明，不同的外加劑對(duì)混凝土的干縮變形值產(chǎn)生一定的影響，摻聚羧酸系JM-PCA（Ⅰ）的混凝土干縮變形值最小，其次為摻萘系FDN-1的混凝土，摻萘系FDN-2的混凝土干縮變形值最大。

（2）自生體積變形。不同外加劑混凝土的自生體積變形試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.27和圖2.23。

從表2.27和圖2.23可知，不同外加劑明顯影響混凝土的自生體積變形。摻加萘系FDN-1的混凝土的自生體積變形是膨脹的，而且最大膨脹主要發(fā)生在7d前；而摻加聚羧酸系PCA-Ⅰ的混凝土的自生體積變形是先膨脹后收縮，其最大膨脹主要發(fā)生在3d前。

4.抗腐蝕耐久性

不同外加劑混凝土的抗氯離子擴(kuò)散性能及抗硫酸鹽侵蝕性能的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.28。試驗(yàn)表明，不同外加劑對(duì)混凝土抗氯離子擴(kuò)散性能的影響不明顯。

2.2.2.4　摻合料摻量及其配伍的影響

考慮一種粉煤灰（媽灣電廠）和一種礦渣（唐山鋼鐵廠），四種不同摻量配伍（15%粉煤灰加35%礦渣、20%粉煤灰加40%礦渣、25%粉煤灰加35%礦渣以及60%礦渣），采用0.36和0.40兩種水膠比及一種水泥（天山）、一種外加劑（FDN-1），研究其對(duì)混凝土性能的影響。

1.工作性

不同摻合料混凝土的工作性見(jiàn)表2.29。

表2.29的結(jié)果表明，在相同的水膠比條件下，隨著摻和料的增加，混凝土的單位用水量減少；而且隨著摻和料中粉煤灰摻量的增加，混凝土的單位用水量減少。也就是說(shuō)，摻和料特別是粉煤灰可以提高混凝土的工作性能。單摻礦渣較雙摻混凝土拌和物的塑性黏度明顯增加，混凝土工作性能降低。

2.力學(xué)性能

不同摻合料混凝土的力學(xué)性能分別見(jiàn)表2.30、表2.31和圖2.24～圖2.27。

從表2.30和圖2.24中可知，隨著摻和料的增加，混凝土的強(qiáng)度特別是早期強(qiáng)度明顯降低，而且隨著摻和料中粉煤灰摻量的增加，混凝土的早期強(qiáng)度也有所降低。但到后期（90d），與普通混凝土相比，摻加摻和料的混凝土強(qiáng)度有所發(fā)展，摻和料的摻量及其配伍對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響趨于不明顯。

從表2.31和圖2.25～圖2.27的極限拉伸性能來(lái)看，隨著摻和料的增加，混凝土的軸拉強(qiáng)度有所降低，而且隨著摻和料中粉煤灰摻量的增加，混凝土的軸拉強(qiáng)度也略有降低。在不同的摻和料摻量及其配伍條件下，以20%粉煤灰加40%磨細(xì)礦渣的配伍在極限拉伸性能上表現(xiàn)相對(duì)最佳，極限拉伸值大，彈性模量低，有利于混凝土的抗裂。

3.變形性能

（1）干縮變形。不同摻合料混凝土的干縮變形試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.32和圖2.28。

由表2.32和圖2.28可見(jiàn)，在相同的摻和料摻量和配伍條件下，水膠比越大，干縮變形值越小；而且，雙摻礦渣和粉煤灰的混凝土較單摻礦渣的混凝土干縮變形明顯減小，且隨著摻和料中粉煤灰摻量的增加，干縮變形減小。

（2）自生體積變形。不同摻和料混凝土的自生體積變形試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.33和圖2.29。

表2.33和圖2.29的試驗(yàn)結(jié)果表明，與普通混凝土相比，摻加20%粉煤灰加40%礦渣后，混凝土的自生體積變形由收縮變?yōu)榕蛎洠瑢⒂欣诨炷恋目沽研阅堋?/p>

4.耐久性能

（1）抗腐蝕耐久性。不同摻和料混凝土的耐久性能和不同混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d的抗硫酸鹽侵蝕性能見(jiàn)表2.34和表2.35。

由于粉煤灰活性相對(duì)較低，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d的混凝土的耐久性能主要受礦渣摻量的影響，礦渣摻量與氯離子擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系曲線如圖2.30所示。

由表2.34的結(jié)果可知，單摻礦渣的混凝土比雙摻粉煤灰和礦渣的混凝土抗氯離子擴(kuò)散和抗硫酸鹽侵蝕性能要好；而雙摻粉煤灰和礦渣的混凝土中，20%粉煤灰加40%礦渣的配伍抗氯離子滲透和抗硫酸鹽侵蝕性能最好。而且表2.35的試驗(yàn)結(jié)果表明，在120次浸烘循環(huán)后，在硫酸鈉溶液中的抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)比硫酸鎂溶液中的略小，也就是說(shuō)，在相同干濕循環(huán)試驗(yàn)條件下，硫酸鈉溶液對(duì)混凝土的結(jié)晶腐蝕破壞比硫酸鎂溶液略大。

由圖2.30礦渣摻量與氯離子擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系曲線可知，在60%的摻量范圍內(nèi)，隨著礦渣摻量的增加，混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)是減小的。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d的0.40水膠比的混凝土而言，氯離子擴(kuò)散系數(shù)若要低于4×10-12m2/s，則膠凝材料中礦渣的摻量不應(yīng)少于30%。

（2）抗碳化性能。由于摻加摻和料的混凝土抗碳化性能會(huì)有所下降，為了考察大摻量摻和料混凝土的抗碳化性能能否滿足要求，研究了不同摻和料混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d的碳化性能。不同摻和料混凝土的抗碳化試驗(yàn)結(jié)果和快速碳化60d后圖分別見(jiàn)表2.36、圖2.31和圖2.32。

快速碳化的試驗(yàn)結(jié)果表明，單摻礦渣的混凝土比雙摻粉煤灰和礦渣的混凝土抗碳化性能好。雙摻的混凝土隨著粉煤灰摻量的增加抗碳化性能下降。《混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 193—2009）表明，在快速碳化試驗(yàn)中，若28d碳化深度小于20mm的混凝土，其抗碳化性能較好，一般認(rèn)為可滿足大氣環(huán)境下50年的耐久性要求。但在試驗(yàn)的水膠比和摻合料摻量及其配伍條件下，試驗(yàn)混凝土在快速碳化60d時(shí)，碳化深度均不超過(guò)20mm。在CO2試驗(yàn)濃度和環(huán)境濃度一定的條件下，若達(dá)到相同的碳化深度，則快速碳化時(shí)間和耐久年限成正比。因此可以認(rèn)為，在試驗(yàn)的水膠比和摻和料范圍內(nèi)的鋼筋混凝土可滿足大氣環(huán)境下100年的耐久性要求。

同時(shí)，由試驗(yàn)結(jié)果可知，水膠比為0.40，粉煤灰摻量為25%的配合比，其56d快速碳化平均深度為18mm，快達(dá)到20mm的臨界值，因此，為保險(xiǎn)起見(jiàn)，粉煤灰摻量不宜超過(guò)25%。

2.2.2.5　含氣量的影響

考慮摻與不摻引氣劑（含氣量分別為1.0%～2.0%和4.0%～5.0%兩種），采用0.36和0.40兩種水膠比及一種水泥、一種外加劑，摻加20%粉煤灰加40%礦渣，研究其對(duì)混凝土性能的影響，確立適宜的混凝土含氣量。研究含氣量對(duì)干濕相對(duì)面混凝土毛細(xì)作用的影響。

根據(jù)《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10005—2010），當(dāng)處于鹽類結(jié)晶環(huán)境中，混凝土含氣量最低限值4.0%。因此推薦混凝土含氣量4.0%～5.0%。

1.工作性

不同含氣量混凝土的工作性能見(jiàn)表2.37。

表2.37的試驗(yàn)結(jié)果表明，在大致相同的混凝土坍落度條件下，引氣混凝土塑性黏度明顯低于非引氣混凝土，這將有利于混凝土的施工應(yīng)用，減少由于施工因素造成的混凝土缺陷。

2.力學(xué)性能

不同含氣量混凝土的力學(xué)性能分別見(jiàn)表2.38、表2.39和圖2.33～圖2.36。

表2.38和圖2.33的結(jié)果表明，引氣混凝土較非引氣混凝土抗壓強(qiáng)度低，當(dāng)混凝土的含氣量從1%～2%提高到4%～5%時(shí)，抗壓強(qiáng)度降低約10%。

由表2.39和圖2.34～圖2.36可知，引氣混凝土的極限拉伸性能明顯優(yōu)于非引氣混凝土。與非引氣混凝土相比，引氣混凝土的抗拉強(qiáng)度有所提高，而極限拉伸值明顯提高，彈性模量明顯降低，有利于混凝土的抗裂性能。

3.變形性能

（1）干縮變形。不同含氣量混凝土的干縮變形試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.40和圖2.37。

從表2.40和圖2.37可以看出，引氣混凝土與非引氣混凝土相比，干縮變形值增大。

（2）自生體積變形。不同含氣量混凝土的自生體積變形試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.41和圖2.38。

自生體積變形的結(jié)果表明，引氣混凝土的自生體積膨脹比非引氣混凝土的小，而且隨著齡期的發(fā)展，自生體積膨脹下降更為明顯。

4.耐久性能

（1）抗腐蝕耐久性。不同含氣量混凝土的抗氯離子擴(kuò)散性能及抗硫酸鹽侵蝕性能的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.42。

由表2.42可知，引氣混凝土較非引氣混凝土抗氯離子擴(kuò)散和抗硫酸鹽侵蝕性能均明顯提高。

（2）抗碳化性能。不同含氣量混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d的抗碳化性能的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.43和圖2.39、圖2.40。

由表2.42的試驗(yàn)結(jié)果可知，非引氣混凝土的抗碳化性能略優(yōu)于引氣混凝土，隨著碳化齡期的延長(zhǎng)，引氣混凝土與非引氣混凝土的抗碳化性能趨于一致。

（3）抗?jié)B性能。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d的引氣混凝土和非引氣混凝土的抗?jié)B性能如下。

將滲水壓力逐級(jí)加壓至1.3MPa時(shí)，混凝土試件仍無(wú)一透水。不同含氣量混凝土的抗?jié)B性能和滲水高度見(jiàn)表2.44和圖2.41。

由表2.44和圖2.41可知，無(wú)論是引氣混凝土還是非引氣混凝土，抗?jié)B等級(jí)均高于P12，抗?jié)B性能優(yōu)異。相對(duì)而言，引氣混凝土的滲水高度略小于非引氣混凝土，抗?jié)B性能更優(yōu)。

2.2.3　復(fù)合侵蝕性碳酸腐蝕環(huán)境混凝土耐久性試驗(yàn)研究

松崗車(chē)輛段現(xiàn)澆鋼筋混凝土由于環(huán)境侵蝕性CO2濃度偏高，當(dāng)工程結(jié)構(gòu)為地下工程時(shí)，屬于嚴(yán)重侵蝕性碳酸腐蝕環(huán)境作用等級(jí)；對(duì)于處于干濕交替環(huán)境的淺埋和地上工程，屬于非常嚴(yán)重侵蝕性碳酸腐蝕環(huán)境作用等級(jí)。雖然有相關(guān)理論認(rèn)為，在非流動(dòng)水環(huán)境中，侵蝕性CO2對(duì)混凝土腐蝕程度不高，且高氯鹽含量有利于阻礙侵蝕性碳酸腐蝕。為明確侵蝕性碳酸腐蝕環(huán)境作用影響，采用水膠比0.33、0.38和0.43的混凝土試件進(jìn)行不同腐蝕溶液濃度的侵蝕耐久性試驗(yàn)。混凝土試驗(yàn)配合比見(jiàn)表2.45，不同腐蝕溶液濃度見(jiàn)表2.46。

制作成型100mm3混凝土試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后于60℃烘干72h，分別浸泡于水和不同組分和濃度的腐蝕溶液中。在溶液中浸泡6h，取出在室內(nèi)風(fēng)干18h（試驗(yàn)風(fēng)速3m/s），每天一次循環(huán)，模擬現(xiàn)場(chǎng)最嚴(yán)酷條件。90d、180d、365d循環(huán)后檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度比（圖2.42～圖2.44）和中性化深度（圖2.45～圖2.47）。

混凝土抗壓強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.47。

試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，干濕循環(huán)一年后，浸泡于氯鹽-硫酸鎂復(fù)合溶液中的混凝土試件抗壓強(qiáng)度略高于浸泡于水中混凝土基準(zhǔn)試件，表明硫酸鹽與混凝土中水化產(chǎn)物反應(yīng)，混凝土表面致密，抗壓強(qiáng)度略有提高（提高5%～11%）。浸泡于侵蝕性CO2150mg/L溶液中的混凝土試件抗壓強(qiáng)度與浸泡于水中混凝土基準(zhǔn)試件相當(dāng)，表明侵蝕性CO2對(duì)混凝土腐蝕程度不高。

從混凝土試件中性化深度檢測(cè)結(jié)果可見(jiàn)，干濕循環(huán)一年后，混凝土表面均無(wú)中性化反映，同樣證明侵蝕性CO2對(duì)混凝土腐蝕程度不高。