【文章內容簡介】 驗新拌混凝土的流動性，還可觀察混凝土拌合物是否出現泌水及離析現象。具體試驗方法是 將坍落度筒置于坍落流動度臺的中心位置，向筒中澆新拌混凝土，刮去多余的混凝土，并抹平混凝土表面。靜置時間不超過 30s，然后平穩(wěn)、垂直地提起坍落度筒，記錄混凝土流動到 500mm刻度圈時所需的時間 500T 。 待混凝土流動穩(wěn)定后，測量坍落流動度臺上的混凝土的水平流動最大直徑 mD 及其垂直方向的直徑 rD ，并取其平均值 2/)( rm DD ? 為坍落流動度值。 纖維混凝土板抗彎性能的試驗研究 3 圖 坍落流動度測定 工作性是混凝土拌合物最重要的性能，其影響因素很多，主要有單位用水量、砂率、集灰比、集料、水泥品種和細度以及外加劑、 時間和溫度等。 （ 1）單位用水量：混凝土拌合物中的水泥漿，賦予其一定的流動性，在水泥用量不變的情況下，用水量越大，水灰比 CW/ 越大，混凝土聚合物流動性越大，反之流動性越小。流動性過小，會導致施工困難，不能保證混凝土的密實性；用水量過大會造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良，導致流漿和離析現象，并影響混凝土的強度。 （ 2）砂率：砂率是指混凝土中砂的重量占砂石總重量的百分率。水泥砂漿在混凝土拌合物中起到潤滑的作用。砂率過大時，集料的總表面積及空 隙率都會增大，在水泥漿含量不變的情況下，相對地水泥漿顯得少了，減弱了水泥漿的潤滑作用，使拌合物的流動性減??；砂率過小時，不能保證粗集料之間有足夠的砂漿層，進而降低拌合物的流動性，且影響其粘聚性和保水性，易產生離析和流漿現象。 （ 3）集料與集灰比：集料顆粒形狀和表面粗糙度直接影響混凝土拌合物的流動性，形狀圓整、表面光滑，流動性就大，反之由于使拌合物內摩擦力增加，使其流動性降低；級配良好的集料空隙率小，在水泥漿相同時，使包裹在集料表面的潤滑層增加，改善其工作性；當給定水灰比 CW/ 和集料時，集灰比（集料與水泥用量的比值）的減少意味著水泥量的相對增加，從而改善拌合物的工作性。 （ 4）水泥品種和細度：水泥品種對混凝土拌合物工作性的影響，主要體現在不同品種水泥的需水量不同。但由于水泥用量在混凝土體積中所占體積相對較小，因此對拌纖維混凝土板抗彎性能的試驗研究 4 合物工作性的影響并不顯著。常用普通硅酸鹽水泥配置的混凝土拌合物，其流動性和保水性較好。 水泥顆粒越細，用水量越大。在用水量相同時，拌合物流動性減小 ,而粘聚性和保水性相應改善。 （ 5）外加劑與摻合料 外加劑能夠使混凝土拌合物在 不增加水泥用量的情況下獲得良好的工作性，增大流動性、改善粘聚性、降低泌水性，進而提高混凝土的耐久性。摻入粉煤灰能夠改善混凝土拌合物的流動性。 （ 6）時間與溫度 混凝土拌合物攪拌后，隨著時間增長而逐漸變得干稠，流動性減小，出現坍落度損失現象。因為水泥水化消耗一部分水，另一部分水被集料吸收，還有部分水被蒸發(fā)。而溫度的升高會加速水泥水化，降低混凝土拌合物的流動性。 耐久性 混凝土的耐久性，是指混凝土在設計使用年限中，在自然和人為環(huán)境的化學物理作用下，不出現無法接受的強度減小，使用功能降低和不能接受的 外觀破損的能力。影響混凝土耐久性的主要因素有如下幾點： （ 1）凍融破壞：混凝土水化結硬后，內部有很多毛細孔，在澆筑混凝土時，為得到必要的活易性，往往加入的水比水泥水化所需的水多一些，多余的水分滯留在混凝土毛細孔中。低溫時水分因結冰產生體積膨脹，引起混凝土內部結構破壞，反復凍融多次，就會使混凝土內部的損傷累積達到一定程度而引起結構破壞。防止混凝土凍融破壞的主要措施是降低水灰比 CW/ ，減少混凝土中的多余水分，在冬季施工時，應加強防護，防 止早期受凍，并摻入防凍劑等。 （ 2）混凝土的碳化：水泥水化產生大量堿性的 2)(OHCa ，在鋼筋表面形成能夠有效地保護鋼筋的氧化膜 32OFe ，而空氣中的 2CO 氣體滲透到混凝體基體內，與其堿性物質發(fā)生化學反應，使混凝土的 pH 值降低，混凝土失去對鋼筋 的保護作用，進而造成混凝土的銹蝕的過程，成為混凝土的碳化。 OHC a C OCOOHCa 2322)( ??? （ 3）侵蝕性介質的腐蝕：在石化、化學、輕工、冶金及港灣工程中，化學介質對混凝土的侵蝕很普遍，常見的侵蝕性介質腐蝕有 : ①硫酸鹽腐蝕：硫酸鹽溶液與水泥石中的氫氧化鈣及水化鋁酸鹽發(fā)生化學反應，生成石膏和硫鋁酸鹽，產生體積膨脹，造成混凝土破壞；②酸腐蝕：混凝土是一種堿性材料，遇到酸性物質會產生化學反應 ；③海水腐蝕：海水中的 4242 , SOKM g S OM g C lN a C l 等成分，尤其是 ?Cl 和硫酸鎂對混凝土有纖維混凝土板抗彎性能的試驗研究 5 極強的腐蝕作用。在海岸飛濺區(qū)，受到干濕的物理作用，利于 ?Cl 和 ?24SO 的滲入，極易造成對鋼筋的銹蝕。 （ 4）堿集料反應：混凝土集料中的堿性氧化物 ),( 22 OKONa 與集料中的二氧化硅成分產生化學反應時，反應產生的堿 硅酸鹽凝膠，吸水后產生膨脹，體積可增大 34 倍，導致混凝土開裂、剝落、強度降低，甚至導致破壞的現象稱為堿集料反應（ AAR)。控制堿集料反應的關鍵在于控制水泥及外加劑或摻合料中堿的含量和可溶型集料。 （ 5）鋼筋銹蝕：鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土結構耐久性的最關鍵因素?；炷林械匿摻钿P蝕為電化學反應，由于鋼筋中的元素分布不均勻，混凝土堿度有差異，以及裂縫處氧氣濃度增加等原因，導致鋼筋各部位存在電勢差，形成局部的陽極 和陰極。 圖 鋼筋銹蝕的電化學過程 當混凝土未被碳化時，其中的堿性物質在鋼筋表面形成了一層致密的氧化膜，阻止了鋼筋銹蝕的電化學過程。然而，當混凝土被碳化后，鋼筋表面的氧化膜被破壞，在有水分和氧氣的條件下，發(fā)生鋼筋銹蝕的電化學反應，鋼筋銹蝕產生的鐵銹，體積比鐵增加 26 倍，使保護層被擠裂，空氣和水分更易進入，促進銹蝕加速發(fā)展。 纖維混凝土板抗彎性能的試驗研究 6 圖 鋼筋銹蝕示意圖 氧氣和水分是鋼筋銹蝕的必要條件，混凝土的碳化僅僅為鋼筋銹蝕提供了可能當構件使用環(huán)境干燥或完全處于水中時，鋼筋的銹蝕極為緩慢，幾乎不 發(fā)生銹蝕。而裂縫的發(fā)生為氧氣和水分的進入創(chuàng)造了條件，使裂縫處鋼筋局部脫鈍，使銹蝕過程得以開始，但它對銹蝕速度不起控制作用。防止鋼筋銹蝕最重要的措施是增加混凝土的密實性和保護層的厚度。 綜上所述，提高混凝土耐久性主要從以下三個方面： （ 1）選擇適當的原材料； （ 2）提高混凝土的密實度：關鍵在于嚴格控制水灰比 CW/ 和保證足夠的水泥用量，選擇適當的集料級配和砂率，使集料最密實堆積，以及采用適當的施工工藝，如攪拌均勻、合理澆注、振搗密實、養(yǎng)護等，在 配料中加入減水劑等均可提高混凝土密實度； （ 3）改善混凝土內部孔結構。 纖維混凝土板抗彎性能的試驗研究 7 混凝土的發(fā)展 混凝土具有抗壓強度高、原材料容易獲得、耗能低、成本相對低廉、易成型、施工相對簡便、經久耐用等優(yōu)點，但混凝土材料本身存在抗拉強度低、韌性差等固有弱點依然限制其優(yōu)勢的發(fā)揮。為克服混凝土的弱點，人們一直致力于混凝土的改性研究。自混凝土問世至今，已經經歷了多次飛躍性的發(fā)展 [1]： 鋼筋混凝土（ Steel Reinforced Concrete） 相較混凝土而言，鋼筋的抗拉強度非常高，一般 在 200MPa 以上。由于 鋼筋與混凝土有著近似相同的線膨脹系數，鋼筋與混凝土之間有良好的粘結力， 而且 混凝土中的氫氧化鈣提供的堿性環(huán)境，在鋼筋表面形成了一層鈍化保護膜，使鋼筋相對于中性與酸性環(huán)境下更不易腐蝕 ，所以鋼筋與混凝土可以共同工作。 鋼筋的高抗拉強度彌補混凝土抗拉強度低的弱點，混凝土則對鋼筋起到保護的作用，同時發(fā)揮兩種材料各自的優(yōu)勢，極大地擴展了混凝土的工程使用范圍； 預應力混凝土（ Prestressed Concrete） 為了擴大鋼筋混凝土和高強混凝土的應用范圍，必須解決混凝土過早開裂的 問題。由于混凝土抗壓強度很高，受拉區(qū)開裂后，其受壓區(qū)混凝土的抗壓強度并沒有得到充分利用。如果在構件使用前，通過預加外力，使受拉區(qū)預先產生壓應力，以抵消或減少外荷產生的拉應力，這樣就可以利用混凝土構件的抗壓強度來彌補混凝土抗拉強度不足的缺陷，以達到防止受拉區(qū)混凝土過早開裂的問題，從而提高截面抗彎剛度和減小裂縫寬度，甚至可以做到在使用荷載下不出現裂縫，預應力混凝土便應運而生。預應力混凝土進一步強化了鋼筋與混凝土兩種材料的利用效率，使鋼筋混凝土結構向輕質、高強、高抗裂方向發(fā)展，促進了橋梁等大跨度結構的發(fā)展，以及高 強鋼材和高強混凝土的應用。 高強混凝土（ High Strength Concrete） 根據《高強混凝土結構技術規(guī)程》 (CECS104:99),將強度等級大于等于 C50 的混凝土稱為高強混凝土。然而高強混凝土對提高構件的抗裂性、抗彎性能和減小裂縫寬度的作用很小，但隨著強度的不斷提高 ,高強混凝土脆性增加 ,延性越來越差，其抗拉強度與抗壓強度之比僅為 6%。當混凝土強度超過 100MPa 后，材質將變得非常脆，在軸壓作用下幾乎不存在應變軟化性能，呈突然性爆裂破壞，嚴重限制了高強混凝土的應用。 高強混凝土脆性 的增大源于其微觀結構的改變，眾所周知，在水泥漿體中存在兩類獨立的孔隙：一種為無長度但有體積的開放孔；另一類為無體積但有長度的封閉孔。前纖維混凝土板抗彎性能的試驗研究 8 者影響混凝土的抗壓強度和彈性模量，而后者決定混凝土的斷裂應力，如抗拉強度和抗彎強度。高強混凝土采用較小的水膠比并使用了高效減水劑，大幅度減少了開放孔，提高了彈性模量和抗壓強度，但卻對類似裂紋的封閉孔影響甚微，即對抗拉強度的貢獻有限，因而導致拉壓比的下降。 高性能混凝土（ High Performance Concrete） 高性能混凝土是當今混凝土結構發(fā)展的主要 方向，目前對高性能混凝土的定義，各國專家意見不一。 美國混凝土學會 (ACI)認為滿足下列特殊性能和穩(wěn)定性要求的混凝土為高性能混凝土：主要包括易于澆筑、振搗不離析、早強、抗?jié)B性、密實性、水化溫升、韌性、體積穩(wěn)定性及惡劣環(huán)境下的較長壽命。歐洲學者認為高性能混凝土 HPC 是一種具有高彈性模量、高密度、抗侵蝕、低滲透的混凝土。美歐學者重視的是混凝土硬化后的性能，特別是耐久性。日本學者更重視新拌混凝土的流動性和自密實性，他們認為高性能混凝土是一種高填充能力的混凝土，新拌階段無需振搗便能完成澆筑，水化、硬化早期階段水化熱 低、干縮小，具有足夠的強度和耐久性 [2]。 我國混凝土專家吳中偉院士對高性能混凝土定義如下 [3]：高性能混凝土是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現代混凝土技術制作，以耐久性作為設計的主要指針，針對不同用途要求，對下列性能有重點地予以保證：耐久性、施工性、適用性、強度、體積穩(wěn)定性和經濟性。 可見目前各國對高性能混凝土的定義都集中在高工作性、高耐久性和高強度三個方面，只是各有側重。目前研究較多且較成熟的是具有高工作性和較高強度的自密實高性能混凝土。 纖維混凝土（ Fiber Reinforced Concrete） 纖維混凝土是纖維增強混凝土的簡稱，隨著美國學者 Romuldi 從理論上闡述了鋼纖維的增強作用和增強機理，極大地促進了纖維混凝土的研究和實際應用，人們逐漸意識到采用纖維增強混凝土可以大大提高混凝土的抗拉強度、變形能力。普通混凝土抗拉強度低，且隨著強度的增大，脆性也明顯增大，在受荷時往往呈現出無明顯征兆的脆性破壞，將纖維摻入到混凝土中能夠明顯提高混凝土的抗拉強度，通過阻礙混凝土內部微裂縫的產生和發(fā)展增強混凝土的韌性 [4]。 纖維混凝土板抗彎性能的試驗研究 9 自密實混凝土 （ Selfpacting concrete） 自密實混凝土作為高性能混凝土的一種，是通過對外加劑、凝膠材料、粗細骨料的選擇和配合比的設計，使混凝土拌合物具有良好的工作性，不離析、不泌水，在不用或基本不用振搗的情況下，依靠自重穿過鋼筋填充模板，實現自流平和密實結構的一種高性能混凝土。硬化后的自密實混凝土具有與傳統(tǒng)振搗混凝土一樣的密實、均質的特性，不但能減輕工人的勞動強度，消除施工噪音減少擾民，保護環(huán)境，而且可以解決施工過程中因為漏振、過振和鋼筋密集造成的空洞、蜂窩、麻面等質量現象，并且為改善和解決過密配筋、復雜形體、大體積、快 速施工、水下施工以及具有特殊要求、振搗困難的工程施工條件帶來了極大的方便。 自密實混凝土工作性主要體現在以下三個方面：流動性能、抗離析能力和鋼筋間隙的通過能力。 纖維混凝土板抗彎性能的試驗研究 10 2 纖維混凝土 纖維混凝土是纖維增強混凝土的簡稱，它是以水泥凈漿、砂漿或混凝土作為基材，以非連續(xù)的短纖維或連續(xù)的長纖維增強材所組成的水泥基復合材料的總稱 [4]。普通混凝土抗拉強度低，且隨著強度的增大，脆性也明顯增大，在受荷時往往呈現出無明顯征兆的脆性破壞，將纖維摻入到混凝土中能夠明顯提高混凝土的抗拉強度，通 過阻礙混凝土內部微裂縫的產生和發(fā)展增強混凝土的韌性。 摻入混凝土的纖維按照其彈性模量可以分為兩