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      產品特性

      來源: 作者: 發布時間: 2014-05-06 08:54:05

      特種抗凍融、抗裂、抗滲合金粉

                                  ——水泥混凝土界的一個重大突破

          隨著混凝土應用領域的不斷擴大和特種建筑工程對建筑材料性能要求的日益提高,混凝土結構耐久性問題也逐漸顯現出來;炷聊途眯砸鹆撕芏喙こ藤|量問題,造成了非常不好的社會影響和巨大的經濟損失,并逐漸引起學術界、工程界、設計單位以及政府部門的高度重視,成為土木工程領域十分關注、亟需解決的一項世界難題。河南科麗奧高新材料有限公司,依托材料技術中心和工程研究中心技術優勢,組織強大的科研團隊,經過艱苦卓絕的科研工作,攻堅克難,發明研制出“特種抗裂抗滲合金粉”,突破了多年來一直困擾混凝土行業發展的抗裂抗滲技術瓶頸。

          該產品是利用硅化物的疏水性、鎂鋁化物具有的彈性延展性,以無機材料為靶向,在高達2700℃的高溫高壓下噴霧熔融氣壓爐中,把合金化合物熔融成溶液,經高溫、高壓噴射成霧狀,利用納米氣相沉積飛濺鍍膜技術形成的納米無機高新技術材料,具有獨特的反應結構,耐候性極強。以水泥摻合料1%2%的含量,均勻分布在砂漿、混凝土中,起到提高抗折、抗拉強度的高科技纖維的作用,阻礙并降低氫氧化鈣大結晶體在混凝土界面過渡區內的富集與定向排列,同時有效促進粗細骨料間的咬合、鏈接,擴大微觀結構各骨料接觸面積,從而提高界面強度,對混凝土抗裂和抗滲等性能具有極其顯著的作用。中國建筑科學研究院,建筑材料科學研究所混凝土室,對河南科麗奧研制的特種合金粉在混凝土中表現出的抗凍性能、抗水滲透性、抗氯離子滲透性、抗硫酸鹽離子滲透、抗碳化性和早期抗裂等性能進行檢測和評定,幾項重要指標都有質的飛躍;微觀結構的優化,使得混凝土的耐久性指標大大提高。

         1.混凝土耐久性能

          1.1.抗水壓力滲透性能

          混凝土是一種多孔非均質材料,其滲透性很大程度上取決于其內部的孔結構。往往連通的孔是造成混凝土滲水的主要原因;炷恋母g大多是在水及有害離子侵入的條件下發生的,腐蝕破壞過程與水密切相關。因此,混凝土的抗水滲透性能是混凝土耐久性的重要指標之一。合金粉利用自身材料中含有大量活性納米二氧化硅及活性氧化鋁在水泥水化過程中產生強度高、穩定性強的低堿性水化凝膠體,加快水泥水化速度和提高水泥水化程度,使砂漿、混凝土形成渾為一體的致密結構,明顯改善混凝土的孔結構和密實性,從而使混凝土抗水滲透性能得到很大程度的提高。參照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》(GB/T 500822009)測試,合金粉試件在(2.0±0.05MPa水壓(高于國標規定1.2±0.05)下,恒壓24小時,其檢測結果僅為0.3mm,刨除試件磨面因素、讀數誤差等影響,此結果相當于水下200米深處的水泥混凝土建筑沒有任何滲透,材料抗滲等級可以達到標準規定的最高抗滲等級P124倍還要多,高出我國三峽大壩工程內部外部抗滲所有要求。

          1.2.早期抗開裂(刀口約束法)

          在混凝土處于塑性狀態時,混凝土的抗拉強度很低,當表面張力大于混凝土的抗拉強度時,則產生塑性收縮裂縫;炷了苄允湛s裂縫是發生在混凝土凝結之前的收縮變形,在實際工程中,許多裂縫問題都屬于混凝土早期開裂。高強、高性能混凝土本身水泥用量大,易應力貫穿微裂紋,加上微粉的大量使用,容易產生收縮開裂。特種抗裂抗滲合金粉”的研究成功與應用,是解決高性能混凝土開裂的理想更新換代產品

          特種合金粉的以其獨特的薄片形狀和表面的特殊界面,且密度和水泥一致,很容易均勻地分布在混凝土中,阻礙混凝土拌合物離析,降低泌水,減少或堵塞內部空隙通道,阻斷微裂縫的形成、生長及擴展;在高強混凝土中的成功應用,可以減少混凝土在澆筑后早期硬化階段因泌水和水分散失而引起塑性收縮的微裂紋;同時可以防止混凝土硬化后期產生干縮裂縫及溫度變化引起的微裂紋,從而改善混凝土結構的變形能力、抗拉強度,有效規避了鋼纖維、玻璃纖維、碳纖維、聚丙烯纖維等的性能缺陷,同時韌性也有很大程度的提高。根據《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》(GB/T50082-2009)測試,合金粉混凝土抗裂性能相對于普通混凝土提高了50%以上。

      1   混凝土早期抗裂性能的等級劃分

      等級

      L-Ⅰ

      L -Ⅱ

      L -Ⅲ

      L -Ⅳ

      L -Ⅴ

      單位面積上的總開裂面積cmm2/m2

      c≥1000

      700≤c <1000

      400≤c <700

      100≤c <400

      c <100

      根據實驗結果,特種合金粉混凝土的早期抗裂單位面積上的總開裂面積c為209(mm2/m2);炷猎缙诳沽研阅艿燃墭藴蕿長 -IV級,根據JGJ/T 193-2009《混凝土耐久性檢驗評定標準》條文說明部分的表3,L -IV級處于耐久性的“好”水平;炷恋脑缙诳沽研阅芘c混凝土本身及混凝土所處環境條件均有密切關系。在混凝土溫度高或環境溫度高、濕度小、風速大時,混凝土表面的水分蒸發快,當混凝土單位面積上水的蒸發率超過了泌水上升到表面的速率時,混凝土表面毛細水下降,形成凹液面,在毛細管水的表面張力作用下,使固體顆粒團聚,混凝土表面收縮。在混凝土處于塑性狀態時,混凝土的抗拉強度很低,當表面張力大于混凝土的抗拉強度時,則產生塑性收縮裂縫。這不僅使混凝土凝結之前收縮變形,而且還給氯離子的侵蝕留下了隱患,無法保證混凝土工程的耐久性。然而,特種合金粉混凝土良好的早期抗裂性能,很大程度上規避了這些隱患和風險,進而確;炷凉こ痰哪途眯。

          1.3.抗氯離子滲透性能

          大量的鋼筋混凝土結構由于各種各樣的原因而提前失效,腐蝕介質的侵入是重要原因。大氣中或一些典型環境中,存在各種腐蝕介質。腐蝕介質對混凝土的侵蝕取決于滲透能力,而具有強滲透能力的介質以氯離子為代表,因為氯離子的滲透能力高于一般其它腐蝕介質,當今國內外土木工程界一致認為,鋼筋銹蝕是混凝土結構破壞和耐久性不足的首要因素,而由氯離子引起的鋼筋腐蝕最為直接、嚴重和普遍。影響混凝土抗氯離子滲透性能的重要因素之一是混凝土的密實程度,從而決定氯離子侵入混凝土的難易程度。通過電通量法和快速氯離子遷移系數法(RCM法)對混凝土抗氯離子滲透性能的試驗,可以判定氯離子侵入混凝土的難易程度、混凝土抗氯離子滲透性能水平。

      2   特種合金粉膠凝材料混凝土電通量

       

      實測值(C

      評定

      檢驗方法

      評定依據

      380

      Q-Ⅴ

      GB/T50082-2009

      JGJ/T 193-2009進行評定。

      根據JGJ/T 193-2009《混凝土耐久性檢驗評定標準》表3.0.2-2,混凝土抗氯離子滲透性能的等級劃分(電通量法)如下表。

      3.0.2-2    混凝土抗氯離子滲透性能的等級劃分(電通量法)

      等級

      Q-Ⅰ

      Q-Ⅱ

      Q-Ⅲ

      Q-Ⅳ

      Q-Ⅴ

      電通量QsC

      Qs≥4000

      2000≤Qs<4000

      1000≤Qs<2000

      500≤Qs<1000

      Qs<500

      根據表3.0.2-2對特種合金粉混凝土的電通量結果進行評定,如表.2所示。根據表2結果,混凝土抗氯離子滲透性能等級為Q-Ⅴ級,根據JGJ/T 193-2009《混凝土耐久性檢驗評定標準》條文說明部分的表3,Q-Ⅴ級處于耐久性的“很好”水平。馬來西亞檳城大橋硬化混凝土工程的電通量的設計指標為28d齡期的是1096c,56d齡期的是715c;C40(56天齡期)混凝土抗氯離子滲透性的標準為:樁基礎:≦1500c(水下區);承臺:≦1200c(浪濺區);墩身≦1000c(浪濺區).而特種合金粉28d齡期的實測值為380c,就已經遠遠超過了該橋混凝土建設工程的設計指標?梢灶A期56d齡期的結果一定會更好。

      3    特種合金粉混凝土RCM試驗結果

      電壓(V)

      溫度平均值(

      試件厚度(mm)

      滲透深度(mm)

      持續時間

      (小時)

      遷移系數 DRCM

      ×10-12m2/s

      U

      T

      L

      Xd

      t

      60

      24.8

      50.6

      14.7

      96

      0.86

      0.9

      60

      24.8

      50.2

      17.3

      96

      1.01

      60

      24.8

      50.4

      16.1

      96

      0.94

      4  特種合金粉膠凝材料混凝土氯離子遷移系數評定

      實測值×10-12m2/s

      評定

      檢驗方法

      評定依據

      0.9

      RCM -

      參照

      GB/T50082-2009

      參照JGJ/T 193-2009進行評定。

      根據JGJ/T 193-2009《混凝土耐久性檢驗評定標準》表3.0.2-1,混凝土抗氯離子滲透性能的等級劃分(RCM法)如下表所示,需要說明的是表3.0.2-1中的混凝土抗氯離子滲透性能的等級評定是以混凝土84d齡期的測試結果作為評定依據,表3中為混凝土28d齡期測試結果,可以預見的是混凝土84d齡期氯離子遷移系數測試結果會小于混凝土28d齡期測試結果,因此可判定本次試驗的混凝土可評定為RCM -Ⅴ級即最高等級。對比我國杭州灣大橋84d齡期的混凝土氯離子遷移系數,不同結構部位的控制閥值分別為1.5×10-12m2/s、2.5×10-12m2/s、3.5×10-12m2/s;馬來西亞檳城第二跨海大橋樁基礎、承臺和墩身三個部位的氯離子遷移系數分別是≦3.0E-12、≦2.5E-12和≦1.5E-12。特種合金粉第一批混凝土檢測結果0.9×10-12m2/s,第二批混凝土檢測結果0.34×10-12m2/s,遠遠好于杭州灣大橋和馬來西亞檳城第二跨海大橋的指標。

      3.0.2-1   混凝土抗氯離子滲透性能的等級劃分(RCM法)

      等級

      RCM-

      RCM -

      RCM -

      RCM -

      RCM -

      氯離子遷移系數DRCMRCM法)(×10-12m2/s

      DRCM≥4.5

      3.5≤DRCM <4.5

      2.5≤DRCM <3.5

      1.5≤DRCM <2.5

      DRCM <1.5

      根據檢測評定結果,混凝土抗氯離子滲透性能等級為RCM-Ⅴ級,根據JGJ/T 193-2009《混凝土耐久性檢驗評定標準》條文說明部分的表3,RCM-Ⅴ級處于耐久性的“很好”水平。

          1.4.抗碳化性能

          混凝土的碳化是物理和化學作用同時進行的過程?諝庵械CO2不斷向混凝土內部擴散,溶于孔隙水后與水泥堿性水化物Ca(OH)2等反應,生成不溶于水的CaCO3,使混凝土孔溶液的pH值降低。較高的堿度是混凝土中鋼筋免受腐蝕的必要條件;同時,較高的堿度也是混凝土中水泥各水化產物穩定存在,并保持良好膠結能力的必要條件。碳化作用使混凝土原有的堿性大大降低,混凝土中的鋼筋將會發生銹蝕膨脹、逐層脫落。這不僅使混凝土中的鋼筋失去應有的拉力,也會應內部脹力而導致構件破壞。

        特種合金粉膠凝材料混凝土碳化深度(mm

      碳化齡期

      3d

      7d

      14d

      28d

      抗碳化等級

      試驗方法

      碳化深度(mm

      0

      0

      0

      0.6

      T-Ⅳ

      參照

      GB/T50082-2009

      根據JGJ/T 193-2009《混凝土耐久性檢驗評定標準》表3.0.3,混凝土抗碳化性能的等級劃分如下表。

      3.0.3  混凝土抗碳化性能的等級劃分

      等級

      T-Ⅰ

      T-Ⅱ

      T-Ⅲ

      T-Ⅳ

      T-Ⅴ

      碳化深度(mm

      d≥30

      20≤d<30

      10≤d<20

      0.1≤d<10

      d<0.1

      根據表3.0.3對特種合金粉混凝土的抗碳化性能進行評定,結果表明,特種合金粉混凝土28d碳化深度很低,抗碳化等級較高。依據JGJ/T 193-2009中條文說明中耐久性水平,T-Ⅳ為“好”水平。一般公認的是,28d碳化深度小于20mm的混凝土,其抗碳化性能較好,可以滿足大氣環境下50年耐久性要求,按此推算,特種合金粉混凝土可以滿足100多年的設計要求。

          1.5.抗凍融性能

          我國地域遼闊,在長江中下游、東北、華北、及內蒙、青海、新疆等地,冬季氣溫都在-5℃以下。低溫對混凝土十分不利,在這些地區的混凝土的破壞多數與凍融作用有關,混凝土在凍融循環作用下破壞是關系到建筑物使用壽命、工程質量、安全等方面的重大問題。為此,混凝土抗凍性能作為混凝土耐久性的重要內容一直受到人們的關注。

      特種合金粉混凝土不同凍融循環次數下的質量損失率與相對動彈模量(28d)

      凍融循環(次)

      質量損失率(%

      相對動彈模量(%

      25

      0

      99.8

      50

      0

      97.7

      75

      0

      97.1

      100

      0

      94.7

      125

      0

      93.8

      150

      0

      92.3

      175

      0

      85.0

      200

      0

      82.6

      225

      0

      79.5

      250

      0

      76.4

      275

      0

      72.4

      300

      0

      71.7

      325

      0

      69.4

      350

      0

      65.3

      375

      0

      46.0

      400

      0

      45.0

      根據標準《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》GB/T50082-2009中的規定,混凝土抗凍等級應以相對動彈性模量下降至不低于60%或者質量損失率不超過5%時的最大凍融循環次數來確定,依據《混凝土耐久性檢驗評定標準》JGJ/T 193-2009進行抗凍等級評定,特種合金粉混凝土的抗凍等級為F350,根據《水運工程混凝土質量控制標準》JTS 202-2 -2011中混凝土抗凍等級選定標準中,針對海水環境、淡水環境分別采用的混凝土抗凍等級有F100F350,F350屬于該標準中抗凍等級選定標準中的最高標準,因此本次試驗的混凝土具有很好的抗凍性能!惰F路混凝土結構耐久性設計規定》也對凍融環境進行了分類,并根據不同的設計使用年限和環境作用等級,規定設計使用年限分別為100年、60年和30年,對應的抗凍等級(56d齡期)分別為≥F300、≥F250和≥F200,特種合金粉混凝土的抗凍等級F600,是在28d齡期得出的結果,如果按照56d齡期計算,其結果要遠遠的高出F350,耐久性要好得多。

      7  三峽大壩一級粉煤灰混凝土的抗凍性技術指標

      凍融循環(次)

      水膠比

      粉煤灰摻量%

      質量損失率%

      相對動彈模量%

      300

      0.45

      30

      0.82

      88.1

      0.50

      35

      1.49

      87.6

      0.55

      40

      4.24

      64.7

      通過對比可見,特種混凝土的抗凍融的質量損失率在凍融循環400次時仍然是零,遠遠超過了三峽大壩的指標。

          1.6.抗硫酸鹽侵蝕

          水泥混凝土硫酸鹽侵蝕破壞的實質是環境水中的硫酸鹽離子進入混凝土內部,與水泥石中一些固相組分發生化學反應,生成一些難溶的鹽類礦物,這些難溶的鹽類礦物一方面可以形成鈣礬石、石膏等膨脹性產物而引起混凝土開裂、剝落和解體,另一方面也可使硬化水泥中的CHC-S-H等組分溶出或分解,導致水泥石強度和粘結性能下降;另外,硫酸鹽在浸入混凝土后,還會在干濕循環、冷熱循環的作用下,發生結晶溶解-重結晶的物理化學作用,由此產生巨大的結晶膨脹應力,在較短時間內破壞混凝土內部微觀結構。合金粉本身不溶解于酸堿,將水泥砂漿結構中水泥石分割開來,形成致密微觀結構。同時,阻斷堵塞空隙結構,使之不能構成硫酸鹽侵蝕條件。

          2.硬化混凝土漿體的微觀結構

          硬化水泥漿體與骨料界面

          吳中偉等人認為,從細觀尺度上看,水泥石和骨料的界面并不是一個“面”,而是一個有一定厚度的“層”。這個“層”的結構和性質與水泥石本體有較大區別,在厚度方向從骨料表面向水泥石逐漸過渡,因此被稱為“過渡層”。其厚度為0~100μm。“過渡層”是由于水泥漿體中的水在向骨料表面遷移的方向形成水灰比的梯度而產生的。從骨料表面向水泥石本體,水灰比逐漸減小,直到到達水泥石本體的水灰比,“過渡層”消失。在電鏡掃描下,特種合金粉膠凝材料與骨料的界面圖可以看出,骨料與漿體界面過渡層厚度不大,在高放大倍率下,也很難看到微細裂紋。

          3.混凝土拌合物性能

      8   特種合金粉膠凝材料混凝土拌合物性能試驗

      序號

      試驗項目

      試驗結果

      1

      混凝土拌合物表觀密度(kg/m3

      2439

      2

      坍落度(mm

      230

      3

      擴展度(mm

      500

      4

      倒置坍落度筒排空時間(s

      6

      5

      擴展度達500mmT50s

      14

      6

      混凝土經時坍落度(mm)

      1h

      2h

      3h

      170

      160

      140

      7

      混凝土凝結時間(hmin)

      初凝時間

      終凝時間

      2235

      2325

      8

      混凝土泌水量(ml/mm2)

      0

      9

      混凝土壓力泌水率(%)

      23

      10

      含氣量(%

      3.1

                 

      根據試驗現場觀測,混凝土流動性、保水性和粘聚性良好,不分層離析。根據實驗結果,混凝土的坍落度和擴展度滿足配合比設計預定目標,泵送性能良好。

          一般情況下,高強度混凝土拌合物黏性較大,流動速度較慢,不利于混凝土的泵送施工。特種合金粉混凝土雖然水膠比較低,強度等級較高,但混凝土倒置坍落度排空時間較小,具有較好的可泵性和保坍性。這就充分說明,特種合金粉在增加混凝土主要力學性能指標的同時,又確保了其優越的易施工性。解決了高強度水泥混凝土難施工、可泵性差的題。

            混凝土在運輸、振搗、泵送的過程中出現粗骨料下沉,水分上浮的現象稱為混凝土泌水。泌水率新拌混凝土工作性一個重要方面。泌水增加了混凝土內部的連通毛細孔道,從而降低混凝土的抗滲透能力、抗腐蝕能力和抗凍融能力。根據實驗結果,特種合金粉混凝土泌水率為零。

          混凝土壓力泌水率可以用于衡量混凝土拌合物在泵管內輸送性能的好壞。在泵壓作用下,混凝土拌合物在管道內輸送時,水是傳遞壓力的媒介,如果在泵送過程中,管道內出現壓力梯度大或管道彎曲、變徑時,混凝土拌合物自身阻止其拌合物水在壓力作用下滲透流動的能力變差,就可能出現脫水現象,水分通過骨料間空隙滲透,使骨料聚結阻塞管道。根據實驗結果,特種合金粉混凝土的壓力泌水率為23%完全滿足混凝土的泵送要求。

          4.混凝土力學性能

      9   特種合金粉膠凝材料混凝土力學性能

      齡期

      3d

      7d

      28d

      84d

      抗壓強度(MPa

      48.9

      53.6

      64.0

      73.5

      抗折強度(MPa

      4.3

      7.3

      8.1

      9.2

      軸心抗壓強度(MPa

      /

      /

      52.4

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      劈裂抗拉強度(MPa

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      4.65

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      靜力受壓彈性模量×104MPa

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      3.80

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