5. 耐久性能试验
5.1收缩性能
混凝土的收缩性能是指混凝土在规定温度、湿度条件下，不受外力作用引起的长度变化。我们成型了100mm×100mm×515mm的C100高性能混凝土试件2组，为了测定混凝土的早期收缩，分别在水中养护1天和3天；再放在温度20±3℃，相对湿度60±5%的恒温恒湿室测量其长度变化，试验数据如表18和图6所示。 表18 C100混凝土的收缩试验数据
| 试件编号 | 收缩率(×10-6) | 备 注 |
| 3d | 7d | 14d | 28d | 45d | 60d | 90d |
| 1 | - | 30 | 50 | 71 | 89 | 101 | 112 | 水中养护3天 |
| 2 | 33 | 42 | 62 | 83 | 98 | 110 | 123 | 水中养护1天 |
试验结果表明：由于C100混凝土掺入了大量优质的矿物掺合料，提高了混凝土的密实性，使混凝土在实现高强度的同时，具有良好的体积稳定性。
5.2抗渗性能
混凝土的抗渗性能是反映混凝土耐久性的重要指标之一。为了验证C100混凝土的抗渗性能，按照标准试验方法进行抗渗性试验。试验表明，由于C100高性能混凝土具有良好的密实性，抗渗等级可达到P35以上，适合于地下工程结构和自防水结构混凝土。
5.3抗冻性能
混凝土的抗冻性是指其在饱和状态下遭受冰冻时，抵抗冰冻破坏的能力，它是评定混凝土耐久性的重要指标，以抗冻等级(F)表示。我们成型了100mm×100mm×400mm的C100高性能混凝土试件进行了快冻法试验，试验数据见表19。 表19 C100高强混凝土冻融试验结果
| D100次冻后 | D200次冻后 | D300次冻后 |
相对动
弹模(%) | 平均
(%) | 失重
率
(%) | 平均
(%) | 相对动
弹模
(%) | 平
均
(%) | 失重率
(%) | 平均
(%) | 相对动
弹模(%) | 平
均
(%) | 失重率
(%) | 平均
(%) |
| 96.7 | 97.0 | 0.00 | 0.00 | 95.5 | 95.8 | 0.00 | 0.00 | 94.0 | 94.1 | 0.00 | 0.00 |
| 96.9 | 0.00 | 95.9 | 0.00 | 94.0 | 0.00 |
| 97.5 | 0.00 | 96.1 | 0.00 | 94.1 | 0.00 |
试验结果表明，由于C100混凝土水胶比小，强度高，结构致密，所以抗冻融性能好。经过300次冻融循环后，失重为0，相对动弹模仍保持94.1%，远远优于普通混凝土。因此，C100高性能混凝土具有良好的耐久性能。可以预言，这种高性能混凝土结构的使用寿命可达百年以上。
5.4氯离子扩散试验
混凝土中孔溶液的PH>10时，如果钢筋表面的孔溶液中氯离子浓度超过某一定值，就会破坏钢筋表面的钝化膜，使钢筋局部活化形成阳极区。钢筋一旦失钝，氯离子的存在就会使筋局部酸化，导致锈蚀速率加快。因为FeCl2的水解性强，氯离子能长期反复地起作用，而增大孔溶液的导电率和电腐蚀电流。所以，氯离子的渗透性对于混凝土的耐久性极为重要。
我们对C100高性能混凝土进行了氯离子扩散试验，并和C30普通混凝土进行了对比。试验结果见表20。 表20 C100 混凝土的离子渗透试验数据
| 强度等级 | 氯离子扩散系数(×10-8cm2/S) |
| 1 | 2 | 3 | 平均值 |
| C30 | 2.47 | 2.83 | 2.83 | 2.71 |
| C100 | 1.13 | 0.87 | 1.03 | 1.01 |
试验数据表明，C100高性能混凝的氯离子扩散系数明显低于C30普通混凝土。
5.5混凝土的碳化试验
空气中的CO2不断向混凝土内部扩散，且溶于毛细孔的孔隙水中呈弱酸性；溶于水的CO2与水泥碱性水化物Ca(OH)2发生反应，生成不溶于水的CaCO3，使混凝土孔溶液的pH值降低，这种现象称为中性化，又称碳化。当混凝土的PH<10时，钢筋的钝化膜被破坏，钢筋要发生锈蚀。钢筋生锈后的体积要比原来钢筋的体积膨胀2.5倍，因此会导致混凝土开裂，与钢筋的粘结力降低，混凝土保护层剥落，钢筋断面积发生缺损，严重影响混凝土结构的耐久性。
本试验成型了四组C100混凝土试件，按照规定龄期放入CO2浓度20±3%、温度20±5℃、湿度70±5%的碳化箱中加速碳化，测得3d、7d、14d、28d混凝土的碳化深度均为零，试验数据见表21。试验结果证明C100混凝土的密实性好，具有较高的抗碳化能力。
| 碳化龄期（d） | 碳化深度（mm） | 碳化龄期（d） | 碳化深度（mm） | 碳化龄期（d） | 碳化深度（mm） | 碳化龄期（d） | 碳化深度（mm） |
| 3 | 0.0 | 7 | 0.0 | 14 | 0.0 | 28 | 0.0 |
| 3 | 0.0 | 7 | 0.0 | 14 | 0.0 | 28 | 0.0 |
| 3 | 0.0 | 7 | 0.0 | 14 | 0.0 | 28 | 0.0 |
| 3 | 0.0 | 7 | 0.0 | 14 | 0.0 | 28 | 0.0 |
5.6 微观孔结构分析
采用压汞法对混凝土结构进行微观孔结构分析，试验结果表明，C100混凝土的总孔隙率为6.94%，其中＞100nm的孔为1.43%；50～100nm的孔为0.27%；10～50nm的孔为1.14%；＜10nm的孔为4.10%，可以看出：总孔隙率低，且绝大多数孔的孔径＜100nm属于无害孔，如图7示。在混凝土的孔径分布中，一般认为＞100nm的孔为有害孔，＜50nm的孔为无害孔，因此可以认为混凝土的孔结构分布合理，这是保证混凝土耐久性能的重要条件。
5.7电镜扫描分析
采用扫描电镜对C100高性能混凝土的内部形貌进行分析研究，在1500倍下拍摄6张照片，分别如图8—13所示。结果表明不论是水泥浆体部分或是水泥浆体与集料界面部分均极为致密；C-S-H凝胶与钙矾石将试体中一切物质紧密粘接，构成一个密实的整体。
图8 致密的C-S-H 图9 致密的C-S-H与AF
图10 生长于C-S-H边缘的AF 图11 密实的C-S-H
图12 被C-S-H紧密连接的AFt 图13 密实的C-S-H团与AFt
5.8碱含量计算
由于C100高性能混凝土水泥用量较高，为防止碱—集料反应、应严格控制各组分带入混凝土的含碱量，尤其是水泥与外加剂。为防止混凝土中发生碱集料反应，采用河北怀来的低碱活性机制碎石，潮白河系列低碱活性砂，同时控制总含碱量不超过5kg。本试验配制C100混凝土的碱含量计算如表22所示： 表22 每m3混凝土的碱含量计算
| | C | S | G | W2 | 复合料 | 混凝土碱含量(kg) |
| 原材用量(kg) | 450 | 614 | 1092 | 30.0 | 150 | 2.29 |
| 碱含量（%） | 0.42 | 低碱活性 | 0.37 | 0.64 |
由表可知：C100混凝土单方碱含量符合《北京市预防混凝土工程碱集料反应技术管理规定》（试行）中的规定。
四、试验结论
1. 本研究利用P.O42.5水泥、高效减水剂、复合掺合料和其他组成材料用合理配合比配制成功C100高性能混凝土，其28d抗压强度平均大于115MPa。
2. 利用该技术配制的C100高性能混凝土流动性好、坍落度经时损失小，适合于高层建筑和大型混凝土结构的泵送施工。
3. C100高性能混凝土力学性能优良，劈裂抗拉、轴压、抗折强度、弹性模量均随着抗压强度的提高而提高；混凝土的拉压比和折压比与普通混凝土相近。
4. C100高性能混凝土水胶比小，结构致密、碳化收缩小、对钢筋保护性好、耐久性优异，抗渗等级可达到P35以上，可用于自防水混凝土结构工程。
5. 利用该技术配制的高性能混凝土，其他物理学力性能指标，符合相应的规范要求，具备高性能混凝土的优异品质。
6. C100高性能混凝土大量利用工业废料，节约能源，保护环境，降低制造成本，符合可持续发展战略，具有较强的市场竞争力。 （未完待续……）作者：朱效荣
信息来源：混凝土第一视频网
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