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  • 探究高性能混合土(UHPC)对对冻融循环破坏、AAR和DEF的免疫能力

    2019-09-11 14:36来源: 混凝土和UHPC编辑:砼免费领取红包的二维码

    普通混凝土需要应对的冻融循环、碱—骨料反应(AAR)、延迟钙矾石生成(DEF)等耐久性破坏因素,UHPC有良好的免疫能力。

    一、抗冻融循环破坏

    至今,国际上已经开展了许多UHPC抗冻性试验,冻融循化次数高达1000次或更多,UHPC都没有明显的损伤。针对UHPC对冻融循化试验不敏感,丹麦采用了新试验方法检验UHPC基体在降温过程的结冰量,结果如下图所示,在-40°C左右UHPC基体才有微量的冰形成(水来源应该是凝胶水)。该试验揭示了UHPC抗冻融破坏的原因:UHPC的拌合水非常少,远远不够水泥水化,硬化后UHPC基体内部极其干燥且非常密实,外面的水又无法渗入,因此UHPC内部几乎无可冻水,冻融循环无法产生破坏作用。

    基于上述原因,法国标准、日本指南和瑞士标准均将UHPC作为抗冻材料,适用于最严酷冻融环境,且不需要再采取任何措施提升抗冻性。

    图:各种混凝土浆体降温过程冰的形成量

    二、碱--骨料反应(AAR)问题

    普通混凝土可能遭遇AAR膨胀破坏问题,其中以碱—硅酸反应(ASR)类型为主。混凝土发生AAR膨胀需要同时具备三个条件:骨料有碱活性、含碱量高(当量Na2O含量超过3kg/m3)和有水供应。预防AAR膨胀的技术措施包括:

    (1)使用非活性骨料;

    (2)限制混凝土原材料的碱含量,使当量Na2O含量小于3kg/m3;

    (3)使用一定掺量的火山灰质活性矿物掺和料替代水泥抑制AAR,例如不少于5%硅灰、或不少于25%粉煤灰、或不少于40%的磨细矿渣等,以及组合或复合采用这些措施。

    从AAR发生条件和可以抑制的措施分析,UHPC发生AAR膨胀的风险非常小,因为

    (1)UHPC内部干燥且高密实、高抗渗,意味UHPC不具备AAR反应和膨胀需要的水;

    (2)UHPC使用大量硅灰,通常占胶凝材料的10%以上,可有效抑制AAR反应和膨胀。

    基于上述原因,可以认为UHPC不会发生破坏性AAR。日本指南和瑞士标准均没有要求采取措施,防止、抑制或检验AAR。法国标准要求使用非活性骨料。

    三、延迟钙矾石生成(DEF)问题

    普通混凝土的延迟钙矾石生成(DEF),指早期经历65°C以上温度,一次钙矾石未能在水化初早期形成或变为分解状态,降温至环境温度且环境潮湿,钙矾石可能形成或恢复,可产生有害膨胀。DEF理论的发生条件:早期温升或热养护使混凝土经历温度超过65~ 85°C,且水泥高硫、高铝和高碱,并有水供应和有钙矾石生成的空间。 UHPC常采用90°C左右的蒸汽养护,具备DEF发生的温度经历条件。基于试验研究和理论分析,日本指南认为UHPC不必担心DEF,理由如下:

    (1) UHPC的水灰比很小,没有多余的孔隙水。

    (2) UHPC为致密结构构成,渗水性很低,在通常不会有水渗入UHPC中。

    (3) 热养护进一步提高了密实度,侵入和/或扩散进入的物质非常有限。

    (4) 初始养护发展了足够的强度,干缩的影响很小。因此,由于收缩形成微裂缝几乎不可能。

    (5) 在初始养护的有效作用下,不太可能出现延迟释放硫酸盐离子。

    (6) 采用标准组分粉料、标准热养护、两年龄期UHPC的X射线衍射结果,表明没有钙矾石的存在。

    (7) UHPC采用的水泥如低热波特兰水泥,C3A的含量很低。对于高C3A水泥还没有积累足够充足的数据,需要进一步研究。

    此外,至今的研究与应用,包括大量90°C蒸汽养护的UHPC,还没有发现DEF及其损害。日本鹿岛建设从2006年开始研发了一种高钙矾石(AFt)的UHPC产品,称作Aft-UHPFRC。该产品是在原材料中另外加入生成钙矾石的材料,使水泥水化产物中生成更多的AFt,试图用大量长度1-2mm、针状AFt填充毛细孔,进一步提高UHPC基体的密实度。据介绍,经20h@85°C蒸养的AFt-UHPFRC,没有发现延迟钙矾石生成(DEF)的问题。

    基于这些原因和分析,可以认为UHPC发生DEF的风险非常小。

    法国标准要求,用于潮湿环境的UHPC需要进行DEF检验,即将试件泡在水中12~15个月检验膨胀量。这是谨慎的态度,但该混凝土DEF检验方法是否适用于UHPC?如果是,则意味UHPC对水的抗渗性并不足够高,这是其中的矛盾之处。


    标签: UHPC

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