CN101857402A - 高耐久减振混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

高耐久减振混凝土及其制备方法，它涉及几种混凝土及其制备方法。本发明解决了现有混凝土结构材料自身阻尼能力低、耐久性差的问题。高耐久减振混凝土由水泥、胶粉、水、中砂和石子搅拌混合制成，还可以添加纤维和硅粉。在不同频率条件下，本发明的高耐久减振混凝土与素混凝土相比损耗因子提高了大约80％～200％；本发明方法制备的混凝土其养护28天后的抗氯离子渗透性与抗碳化能力均优于空白混凝土。

Description

高耐久减振混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及几种混凝土及其制备方法。

背景技术

目前混凝土结构正向高、大、长和轻质高强的方向发展，混凝土结构自身的阻尼明显减小，在风和地震作用下的动力效应更加严重。近三十年来发展起来的混凝土结构振动控制特别是耗能减振技术能够有效减轻由于风、地震和海浪等引起混凝土结构的振动。这些技术主要是通过在混凝土结构中设置各种各样的机械或液压装置，增加结构的阻尼，从而达到减振的目的。

复合材料由于高的强度和刚度而广泛用于结构中。结构中的阻尼通常由粘弹性非结构材料提供，由于结构中结构材料用量巨大，所以结构材料自身的阻尼能力尤为重要。结构材料的耐久性和低成本也越来越吸引更多的研究者发展结构材料本身的阻尼能力。考虑到钢结构的阻尼比一般为2％，而混凝土结构的阻尼比为5％左右，因此，若能通过在混凝土中掺入某些材料使其具有较大的阻尼特性，则可在不改变结构形式和设计方法的前提下，使结构具有良好的抗震抗风性能。

混凝土结构在自然环境和使用条件下，随着时间的推移，材料逐渐老化和结构性能劣化，出现损伤甚至损坏，是一个不可逆的过程。混凝土结构的劣化是环境条件和自身因素综合作用的结果，虽然混凝土材料自身也可能劣化，如碱-集料反应，但多数材料劣化是环境引起的，如混凝土碳化、氯离子侵蚀、化学侵蚀、钢筋锈蚀等。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有混凝土结构材料自身阻尼能力低、耐久性差的问题，提供了几种高耐久减振混凝土及其制备方法。

本发明第一种高耐久减振混凝土，每立方米高耐久减振混凝土由480kg水泥、28.8kg胶粉、220kg水、605kg中砂和1075kg石子组成；所述的胶粉为乳胶粉。

本发明第二种高耐久减振混凝土，每立方米高耐久减振混凝土由480kg水泥、2.4kg碳纤维、210kg水、638kg中砂、1042kg石子、4.8kg减水剂和38.4kg硅粉组成；所述的碳纤维是长度为10mm的短切碳纤维；所述的减水剂为β-萘磺酸盐甲醛缩合物阴离子表面活性剂；所述高耐久减振混凝土的制备方法如下：一、称取480kg水泥、2.4kg碳纤维、210kg水、638kg中砂、1042kg石子、4.8kg减水剂和38.4kg硅粉；二、先将水泥、中砂和水混合搅拌30～60秒得砂浆，然后将碳纤维、石子、减水剂和硅粉加入到砂浆中，继续搅拌60秒，即得高耐久减振混凝土。

本发明第三种高耐久减振混凝土，每立方米高耐久减振混凝土由480kg水泥、1.2kg纤维、200kg水、638kg中砂、1042kg石子、2.4kg减水剂和19.2kg硅粉组成；所述的纤维是2002聚丙烯腈纤维；所述的减水剂为β-萘磺酸盐甲醛缩合物阴离子表面活性剂；所述高耐久减振混凝土的制备方法如下：一、称取480kg水泥、1.2kg纤维、200kg水、638kg中砂、1042kg石子、2.4kg减水剂和19.2kg硅粉；二、将水泥、纤维、中砂和石子在搅拌机中搅拌30秒，然后加入水、减水剂和硅粉，继续搅拌60秒，即得高耐久减振混凝土。

在不同频率条件下，本发明的高耐久减振混凝土与素混凝土相比损耗因子提高了大约80％～200％，胶粉的阻尼增强机理在于胶粉溶于水后形成稳定的乳液，这种高分子乳液具有很好的粘弹性能，在外力的作用下，聚合物的拉伸-回缩循环变化均需克服链段间内摩擦阻力而产生内耗，将部分机械能转化为热能耗散掉，起到阻尼作用；碳纤维在外力的作用下，由于碳纤维的柔性缓冲产生耗能；与碳纤维相比，2002聚丙烯腈纤维的截面为腰果形，较之于圆形截面具有与水泥基材更大的接触面积，且表面经特殊粗糙处理，使得聚丙烯腈纤维与水泥基材具有更好的握裹力，从而体现出更好的阻尼性能。

本发明的制备方法在纤维混凝土的搅拌过程中，纤维在水泥之前投料和适当的延长搅拌时间对于纤维在混凝土中的均匀分散是有利的，使纤维在混凝土中分散比较均匀，这样不仅可以提高纤维的利用率，降低成本，还有利于提高混凝土的整体工作性能。

本发明方法制备的混凝土其养护28天后的抗氯离子渗透性能均优于空白混凝土，其中掺有聚丙烯腈纤维混凝土的氯离子扩散系数比空白混凝土试样降低了65.7％，在很大程度上提高了混凝土的耐久性。胶粉加入到混凝土中，能填充其中的空隙，改善水泥与骨料的界面状况，约束微裂缝的产生和扩展，提高混凝土的抗氯离子渗透性能。

本发明的高耐久减振混凝土抗碳化能力比空白混凝土的好，主要有以下几个方面的原因：(1)活性矿物掺合料硅粉的影响，硅粉可以和水泥水化产物氢氧化钙发生二次水化反应生成C-S-H凝胶，其可以填充混凝土中的空隙中，在一定程度上阻碍了二氧化碳的渗透；但是这种反应降低了混凝土的碱含量，使得掺有硅粉的混凝土的早期抗碳化能力比未掺硅粉的空白混凝土略低；(2)纤维的影响，空白混凝土中随着水泥水化的进行，混凝土中的微观缺陷(微裂纹)逐渐增多，二氧化碳的渗透途径增多，混凝土的抗碳化能力降低；但是对于纤维混凝土，纤维的加入在一定程度上限制微裂纹的数量和尺度，降低混凝土的微观缺陷，提高混凝土的抗碳化能力；(3)减水剂的影响，减水剂为表面活性剂，它可以降低水的表面张力和水与水泥颗粒间的界面张力，使得水泥颗粒易于湿润、利于水化，改善了混凝土的和易性，硬化后内部结构比较密实；同时减水剂中复掺的引气剂，可以在混凝土中引入许多封闭气泡，这些气泡占据了混凝土中的自由空间，破坏了毛细孔的连续性，使得混凝土的抗渗性得到改善。

附图说明

图1是具体实施方式十一中三点弯曲梁式大尺寸材料阻尼测试装置的整体结构示意图；图2是图1的左视图(去掉信号发生器3-1、功率放大器3-2、电荷放大器4-3、电压放大器4-4及数据采集器4-5)；图3是具体实施方式十一中三点弯曲梁式大尺寸材料阻尼测试装置三点弯曲梁5-2与加载头之间的装配主视图；图4是图3的左视图；图5是具体实施方式十一中在频率为0.5Hz的条件下四种混凝土试件的耗散模量示意图；图6是具体实施方式十一中在频率为1.0Hz的条件下四种混凝土试件的耗散模量示意图；图7是具体实施方式十一中在频率为1.5Hz的条件下四种混凝土试件的耗散模量示意图；图8是具体实施方式十一中在频率为2.0Hz的条件下四种混凝土试件的耗散模量示意图；图9是具体实施方式十二中试样P水泥砂浆的X射线衍射谱图；图10是具体实施方式十二中试样B水泥砂浆的X射线衍射谱图；图11是具体实施方式十二中试样C水泥砂浆的X射线衍射谱图；图12是具体实施方式十二中试样L水泥砂浆的X射线衍射谱图；图13是具体实施方式十二中L试样的扫描电镜照片；图14是具体实施方式十二中L试样的扫描电镜照片；图15是具体实施方式十二中P试样的扫描电镜照片；图16是具体实施方式十二中B试样的扫描电镜照片；图17是具体实施方式十二中C试样的扫描电镜照片；图18是具体实施方式十四中试件劈开后喷涂酚酞试剂的显色效果图；图19是具体实施方式十四中各试件的碳化深度和龄期的关系图，图中

代表P试件碳化深度和龄期的关系曲线，

代表B试件碳化深度和龄期的关系曲线，

代表L试件碳化深度和龄期的关系曲线，

代表C试件碳化深度和龄期的关系曲线；图20是具体实施方式十四中各试件28天碳化深度图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式中每立方米高耐久减振混凝土由480kg水泥、28.8kg胶粉、220kg水、605kg中砂和1075kg石子组成。

本实施方式所述的高耐久减振混凝土由组成混凝土的各成分搅拌混合制得。

本实施方式中所用水泥为32.5普通硅酸盐水泥，32.5普通硅酸盐水泥的基本物理力学性能如表1，32.5普通硅酸盐水泥的化学成分(％)如表2。

表1

表2

本实施方式中所用的砂为中砂，中砂的颗粒级配为II区级配，砂的性能指标如表3：

表3

本实施方式中所用石子的性能指标如表4：

表4

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的胶粉为

乳胶粉。其它与具体实施方式一相同。

本实施方式中所用的胶粉为采用德国瓦克化学品公司生产的

乳胶粉。它是高分子聚合物乳液经喷雾干燥的粉体，如果将这些乳胶粉分散到水中就会重新形成稳定的乳液，其物理性质与原来乳液相同。

具体实施方式三：本实施方式中每立方米高耐久减振混凝土由480kg水泥、2.4kg碳纤维、210kg水、638kg中砂、1042kg石子、4.8kg减水剂和38.4kg硅粉组成。

本实施方式中所用的硅粉由成都东蓝星公司生产，其化学成分及物理性能如表5：

表5

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是所述的碳纤维是长度为10mm的短切碳纤维；所述的减水剂为β-萘磺酸盐甲醛缩合物阴离子表面活性剂。其它与具体实施方式三相同。

本实施方式所用短切碳纤维由上海新卡碳素有限公司生产，其主要性能指标见表6：

表6

具体实施方式五：本实施方式中每立方米高耐久减振混凝土由480kg水泥、1.2kg纤维、200kg水、638kg中砂、1042kg石子、2.4kg减水剂和19.2kg硅粉组成。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是所述的纤维是2002聚丙烯腈纤维；所述的减水剂为β-萘磺酸盐甲醛缩合物阴离子表面活性剂。其它与具体实施方式五相同。

本实施方式所述2002聚丙烯腈纤维由深圳海川集团生产，其性能指标见表7：

表7

本实施方式中所用的β-萘磺酸盐甲醛缩合物阴离子表面活性剂由成都东蓝星公司生产。

具体实施方式七：具体实施方式三所述高耐久减振混凝土的制备方法如下：一、称取480kg水泥、2.4kg碳纤维、210kg水、638kg中砂、1042kg石子、4.8kg减水剂和38.4kg硅粉；二、先将水泥、中砂和水混合搅拌30～60秒得砂浆，然后将碳纤维、石子、减水剂和硅粉加入到砂浆中，继续搅拌60秒，即得高耐久减振混凝土。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是所述的碳纤维是长度为10mm的短切碳纤维；所述的减水剂为β-萘磺酸盐甲醛缩合物阴离子表面活性剂。其它与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：具体实施方式五所述高耐久减振混凝土的制备方法如下：一、称取480kg水泥、1.2kg纤维、200kg水、638kg中砂、1042kg石子、2.4kg减水剂和19.2kg硅粉；二、将水泥、纤维、中砂和石子在搅拌机中搅拌30秒，然后加入水、减水剂和硅粉，继续搅拌60秒，即得高耐久减振混凝土。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九不同的是所述的纤维是2002聚丙烯腈纤维；所述的减水剂为β-萘磺酸盐甲醛缩合物阴离子表面活性剂。其它与具体实施方式九相同。

具体实施方式十一：本实施方式按照表8的配比制备4种混凝土梁，试件尺寸为60×60×900mm³，每个试件为0.06×0.006×0.9＝0.00324m³，即每个试件为3.24升，我们按照配比制作4升，表8中的P代表空白混凝土，L代表具体实施方式一中的高耐久减振混凝土，C代表具体实施方式七制备的高耐久减振混凝土，B代表具体实施方式九制备的高耐久减振混凝土。

表8

将按照表8的配比制备的四种混凝土梁分别采用三点弯曲梁式大尺寸材料阻尼测试装置进行以下测试：

三点弯曲梁的截面尺寸为60mm×60mm×900mm。输入正弦激励信号，从数据采集系统中得到试样的位移响应，用MATLAB编程求得正弦激励信号和位移响应的相位差，及其平均幅值，由公式(2-1)、(2-2)、(2-3)可得到试样的损耗因子、储存模量和损耗模量。

$\mathrm{\η}=\frac{E_c^{\′\′}}{E_c^{\′}}=\tan \mathrm{\δ}---(2-1)$

${E_c}^{\′}=\frac{l^3{p}_0}{48.70{\mathrm{Iy}}_0}\cos \mathrm{\δ}---(2-2)$

E_c″＝ηE_c′                                            (2-3)

式中：

η——损耗因子

δ——相位差(弧度)

P₀——正弦激励幅值(N)

y₀——位移响应幅值(m)

E_c”——损耗模量(N/m²)

E_c’——存储模量或弹性模量(N/m²)

其中不同频率下4种混凝土的损耗因子和储存模量测试结果如表9所示：

表9

从表9可以看出，在不同频率条件下，各种纤维与胶粉作为掺料均能提高素混凝土的损耗因子，提高了大约80％～200％，其中胶粉、聚丙烯腈纤维提高的较为明显，胶粉的阻尼增强机理在于胶粉溶于水后形成稳定的乳液，这种高分子乳液具有很好的粘弹性能，在外力的作用下，聚合物的拉伸-回缩循环变化均需克服链段间内摩擦阻力而产生内耗，将部分机械能转化为热能耗散掉，起到阻尼作用；碳纤维在外力的作用下，由于碳纤维的柔性缓冲产生耗能；与碳纤维相比，聚丙烯腈纤维的截面为腰果形，较之于圆形截面具有与水泥基材更大的接触面积，且表面经特殊粗糙处理，使得聚丙烯腈纤维与水泥基材具有更好的握裹力，从而体现出更好的阻尼性能。

结合图1、图2说明本实施方式所用三点弯曲梁式大尺寸材料阻尼测试装置，三点弯曲梁式大尺寸材料阻尼测试装置由两个相对平行放置并与地面固定连接的基座2、位于两个基座2中间并与地面固定连接的支架1、激励系统、测量系统、三点弯曲梁装置组成；所述的三点弯曲梁装置由两个铰支座、三点弯曲梁5-2、压梁5-3、加载头、连接件5-5组成；所述的激励系统由信号发生器3-1、功率放大器3-2、与地面固定连接的激振器3-3组成；所述的测量系统由力传感器4-1、位移传感器4-2、电荷放大器4-3、电压放大器4-4、数据采集器4-5组成；每个基座2上放置有一个铰支座，三点弯曲梁5-2的一端固定装在两个铰支座中的一个铰支座上，三点弯曲梁5-2的另一端固定装在两个铰支座中的另一个铰支座上，每个铰支座上的下半圆形构件5-1-1上放置有压梁5-3，压梁5-3的两端通过连接件5-5与所对应的基座固定连接，三点弯曲梁5-2的中间段固定装有加载头，力传感器4-1的上端与加载头的下半圆形钢条5-4-1螺纹连接，力传感器4-1的下端与激振器3-3的顶杆3-3-1相连接，激振器3-3的输入端与功率放大器3-2的输出端相连接，功率放大器3-2的输入端与信号发生器3-1的输出端相连接，力传感器4-1的输出端与电荷放大器4-3的输入端相连接，位移传感器4-2装在支架1上，位移传感器4-2的输出端与电压放大器4-4的输入端相连接，电荷放大器4-3的输出端和电压放大器4-4的输出端分别与数据采集器4-5的输入端相连接。

本实施方式中的位移传感器4-2采用激光位移传感器，可提高位移测量精度；力传感器4-1采用压电式应力传感器。本实施方式中所采用的仪器的型号和生产厂家见下表：

表10

结合图1说明本实施方式三点弯曲梁式大尺寸材料阻尼测试装置的两个铰支座中的每个铰支座分别由下半圆形构件5-1-1、上半圆形构件5-1-2、螺杆5-1-3、螺帽5-1-4组成；上半圆形构件5-1-2放置在下半圆形构件5-1-1的正上方，上半圆形构件5-1-2的圆弧面与下半圆形构件5-1-1的圆弧面相对放置，所述的三点弯曲梁5-2的两端分别装在每个铰支座的上半圆形构件5-1-2和下半圆形构件5-1-1之间，上半圆形构件5-1-2与下半圆形构件5-1-1通过螺杆5-1-3和螺帽5-1-4固定连接。为实现三点弯曲梁5-2的竖向尺寸可调，每个铰支座采用螺杆5-1-3连接，并用螺帽5-1-4固定。为实现三点弯曲梁5-2的边界条件为铰接，在三点弯曲梁5-2为弹性小变形条件下，由螺杆5-1-3、螺帽5-1-4及两个圆弧面相对放置的两个半圆形构件组成铰支座，铰支座的竖向由压梁5-3固定，通过压梁5-3把竖向力传递给基座，进而传递给地基。当每个铰支座上的两个半圆形构件的两个圆弧面相背放置时，可以实现三点弯曲梁5-2两端固结的边界条件。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

结合图1、图3、图4说明本实施方式，本实施方式的加载头由上半圆形钢条5-4-2、下半圆形钢条5-4-1、连接螺杆5-4-3、连接螺帽5-4-4组成；上半圆形钢条5-4-2放置在下半圆形钢条5-4-1的正上方，上半圆形钢条5-4-2的圆弧面与下半圆形钢条5-4-1的圆弧面相对放置，所述的三点弯曲梁5-2的中间段装在上半圆形钢条5-4-2和下半圆形钢条5-4-1之间，上半圆形钢条5-4-2和下半圆形钢条5-4-1通过连接螺杆5-4-3和连接螺帽5-4-4固定连接，所述的下半圆形钢条5-4-1的下端面具有与力传感器4-1螺纹连接的内螺纹孔5-4-5。采用上述结构，可实现三点弯曲梁5-2的竖向尺寸可调。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

测试时，只要测出三点弯曲梁5-2在交变正弦波激励下的应力、三点弯曲梁5-2中段的位移和相角，就可以根据下述公式(4)计算出材料的阻尼性能(用损耗因子表示)，其中应力和位移可以分别由力传感器4-1和激光位移传感器测出，相角可以按照快速傅立叶变换的方法通过处理应力和位移信号算出。应力-应变相位角(材料损耗因子)

$\mathrm{\η}=\frac{E^{\′\′}}{E^{\′}}=\frac{1}{1+\frac{Y_0}{P_0\cos \mathrm{\δ}}\·\frac{{\mathrm{\ω}}^2\mathrm{ml}}{2}}\mathrm{tg\δ}---\left(4\right)$

式中：

P₀-激励力的幅值(N)

Y₀-梁中点的位移幅值(m)

δ-激励力P和位移Y之间的相位差(度)

I-是梁的截面的惯性矩(m⁴)

m-梁的线密度

f-激振频率(Hz)

虽然胶粉与碳纤维的掺入使得素混凝土的储存模量有所降低，但对于综合评价材料耗能能力的指标-耗散模量(储存模量与损耗因子的乘积)而言，各种掺料均能提高素混凝土的耗能能力，如图5、图6、图7和图8所示，在各种频率条件下，聚丙烯腈纤维的掺入与素混凝土相比，储存模量略有上升，且阻尼提高明显，因此聚丙烯腈纤维是性能比较优越的外加掺料。

具体实施方式十二：本实施方式按照表8(表8中的P代表空白混凝土，L代表具体实施方式一中的高耐久减振混凝土，C代表具体实施方式七制备的高耐久减振混凝土，B代表具体实施方式九制备的高耐久减振混凝土)的配比制备4种混凝土，筛选出砂浆养护28天后放入无水乙醇中终止水泥水化，然后研磨成细粉(300目左右)，制成卡片放入X射线衍射仪中进行物相分析，研究不同掺料(胶粉、短切碳纤维或2002聚丙烯腈纤维)对水泥水化的影响，从图9、图10、图11和图12可以看出，空白试样P的C₃S的衍射峰峰强度要明显高于其它三组试样，即28天龄期后空白试样中水泥熟料矿物的水化程度比其它三组试样要小的多，主要是因为：C试样和B试样中加入了减水剂，提高了水泥的水化程度；空白试样P的CH的衍射峰强度高于其它三组，而C-S-H的衍射峰强度低于其它三组，主要是因为硅粉具有很强的火山灰活性，它能够在水泥水化产物Ca(OH)₂及其它一些化合物的激发作用下发生二次水化反应生成C-S-H凝胶体，而胶粉的加入(L组)也有利于水泥的早期水化。

本实施方式采用S-4700型场发射扫描电镜分析养护28天龄期水泥水化产物的微观形貌，用扫描电镜(SEM)对样品进行观察时，试样尺寸不能超过仪器样品台的规定范围，一般试样直径为25mm，厚度约20mm；其次试样的观察面应有良好的导电性，对混凝土这种导电性很差的材料，需要预先在试样表面蒸涂(沉积)一层厚度约为

的金属导电膜(碳或金)，之后将试样放入扫描电镜中抽真空后进行观察。

从图13和图14可以看出，试件L养护28天后水泥水化生成向外呈辐射状的C-S-H，由于不同粒径水化产物相互叠加、交织而成致密网络状显微结构；而且C-S-H凝胶为硬化水泥浆体中重要的组成部分。

由图15、图16和图17可以看出，纤维在混凝土中分散比较均匀，这样不仅可以提高纤维的利用率，降低成本，还有利于提高混凝土的整体工作性能；同时也说明，具体实施方式七和具体实施方式九所采用的制备方法是合理的(即在纤维混凝土的搅拌过程中，纤维在水泥之前投料和适当的延长搅拌时间对于纤维在混凝土中的均匀分散是有利的)。

具体实施方式十三：本实施方式采用混凝土氯离子扩散系数快速测定法(RCM)来测定混凝土的氯离子扩散系数，评定其抗氯离子渗透性能。具体过程如下：

一、试件准备：

按照表8(表8中的P代表空白混凝土，L代表具体实施方式一中的高耐久减振混凝土，C代表具体实施方式七制备的高耐久减振混凝土，B代表具体实施方式九制备的高耐久减振混凝土)的配比制备4种混凝土试件(每种混凝土作3个试件)，试件标准尺寸为直径Φ100±1mm，高度h＝50±2mm。试件制作成型后立即用塑料薄膜覆盖并移至标准养护室，24小时后拆模并浸没于标准养护室的水池中。(试验前7天加工成标准尺寸的试件，并用砂纸打磨光滑，然后继续浸没于水中养护至试验龄期。)

二、试验准备：

试验时的环境温度应控制在20±2℃，试验安装前需要进行120±20s超声浴处理，之后在试件一周涂蜡装入橡胶筒底，并在与试件齐高(50mm)的橡胶筒外侧处安装两个环箍拧紧，使试件处于密封状态且无渗漏缺陷。

三、电荷迁移试验过程：

在无负荷状态下，将40V/5A的直流电源调到30±0.2V，然后关闭电源，把装有试件的橡胶筒安装到实验槽中，安装好阳极板，然后再橡胶筒中注入约30ml的0.2mol/L的KOH溶液，使阳极板和试件表面均浸没于溶液中。实验槽中注入NaCl质量浓度为5％、KOH浓度为0.2mol/L的溶液，直至与橡胶筒中的KOH溶液的液面齐平，连接电源、分配器和实验槽，阳极连至橡胶筒中阳极板，阴极连至实验槽的电解液中阴极板。打开电源，记录时间，立即同步测定并联电压，串联电流和电解液的初始温度。

四、氯离子扩散深度的测定：

实验时间按测得的初始电流确定(见表11)。实验结束，将试件从橡胶筒移出后，立即在压力实验机上劈成两半，再劈开的试件表面喷涂显色指示剂，混凝土表面一般变黄，其中含氯离子部分明显较亮；表面稍干后喷0.1mol/L的AgNO₃溶液；然后放于采光较好的地方，不久就会看到含氯离子的部分变成紫罗兰色，不含氯离子的部分一般显灰色。测量显色分界线离底面的距离，把所示位置的测定值(精确到1mm)填入显色深度表中，计算所得的平均值即位该样品的显色深度。

表11

五、试验结果计算：

混凝土氯离子扩散系数可按下式计算：

$D_{\mathrm{RCM}}=2.872\×{10}^{-6}\frac{\mathrm{Th}(X_d-\mathrm{\α}\sqrt{X_d})}{t}---\left(5\right)$

$\mathrm{\α}=3.338\×{10}^{-3}\sqrt{\mathrm{Th}}---\left(6\right)$

式中D_RCM——RCM法测定的混凝土氯离子扩散系数(m²/s)

    T——阳极电解液初始和最终温度的平均值(K)

    h——试件高度(m)

    X_d——氯离子扩散深度(m)

    t——通电试验时间(s)

    α——辅助变量

混凝土氯离子扩散系数为3个试样的算术平均值。如任一个测值与中值的差值超过中值的15％，则取中值为测定值；如有两个测值与中值的差值都超过中值的15％，则该组试验结果无效。

六、试验结果及分析：

氯离子渗透系数见表12和表13：

表12

表13

从表12和表13可以看出，掺有纤维和胶粉的混凝土其养护28天后的抗氯离子渗透性能均优于空白混凝土(P)，其中掺有聚丙烯腈纤维混凝土的氯离子扩散系数比空白混凝土试样降低了65.7％，在很大程度上提高了混凝土的耐久性。胶粉以一定的掺量加入到混凝土中，能填充其中的空隙，改善水泥与骨料的界面状况，约束微裂缝的产生和扩展，提高混凝土的抗氯离子渗透性能。

具体实施方式十四：本实施方式按照表8(表8中的P代表空白混凝土，L代表具体实施方式一中的高耐久减振混凝土，C代表具体实施方式七制备的高耐久减振混凝土，B代表具体实施方式九制备的高耐久减振混凝土)的配比制备4种混凝土试件每种混凝土作3个试件)，用CCB-70F型混凝土碳化试验箱来测定阻尼增强混凝土的抗碳化能力，过程如下：

(一)、试样制备

试件为100mm×100mm×100mm的立方体。试件成型养护28天后，在60℃温度下烘48小时移出，除留下一个侧面外，其余表面用加热的石蜡予以密封，并且在侧面上顺长度方向用铅笔以10mm间距画出平行线，以预定碳化深度的测量点。

(二)、试验步骤：

(1)将经过处理的试件放入碳化箱内，各试件经受碳化的表面之间的距离至少应不少于50mm。

(2)将碳化箱盖严密封。开动箱内气体对流装置，冲入二氧化碳气体，并测定箱内的二氧化碳浓度，逐步调节二氧化碳的流量，使箱内的二氧化碳浓度保持在20±3％。在整个试验期间可用去湿装置或放入硅胶，使箱内的相对湿度控制在70±5％的方位内。碳化试验应在20±5℃的温度下进行。

(3)每隔一定时期对箱内的二氧化碳浓度、温度以及湿度作一次测定。一般在第一、二天每隔两个小时测定一次，以后每隔四小时测定一次。并根据所测得的二氧化碳浓度随时调节其流量。

(4)碳化到了3、7、14及28天时，各取出试样，在试件中部劈开，随即喷上浓度为1％的酚酞酒精溶液(含20％的蒸馏水)。经过30s后，按原先标划的每10mm一个测量点测出两侧面各点的碳化深度。如果测点处的碳化分界线上刚好嵌有粗骨料颗粒，则可取该颗粒两侧处碳化深度的平均值作为该点的深度值。碳化深度测量精确至1mm。

(三)、碳化深度的计算：

混凝土在各试验龄期时的平均碳化深度按下式计算，精确至0.1mm：

$d_t=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{d}_i}{n}---\left(7\right)$

式中d_t——试件碳化t天后的平均碳化深度(mm)；

    d_i——两个侧面上各测点的碳化深度(mm)；

    n——两个侧面上的测点总数；

在标准条件下(即二氧化碳浓度为20±3％，温度为20±5℃，湿度为70±5％)的三个试件碳化28天的碳化深度平均值作为相互对比用的混凝土碳化值，以次值来对比各种混凝土的抗碳化能力以及对钢筋的保护作用。同时以各龄期计算所得的碳化深度绘制碳化时间与碳化深度的关系曲线，以表示该条件下的混凝土碳化发展规律。

(四)、试验结果及其分析：

试件劈开后喷涂酚酞试剂的显色效果如图18所示，试件不同龄期下的碳化深度见表14，各试件的碳化深度和龄期的关系如图19所示。各试件28天碳化深度如图20所示。

表14

从图19可以看出，碳化龄期为3天时，各混凝土试样的碳化深度均为零，即混凝土基本没有被碳化，7天时，各试样均开始有不同程度的碳化；而且14天以前，聚丙烯腈纤维混凝土(试样B)和碳纤维混凝土(试样C)的碳化深度均比空白试样(试样P)大，14天以后，B、C和L的碳化深度增长缓慢，28天时的碳化深度(如图20所示)分别为2.7mm，3.1mm和2.4mm，而空白混凝土的碳化深度增长迅速，28天时的碳化深度达到3.9mm，也就是说试样B、C和L抗碳化能力均比空白混凝土的好。

试样B、C和L抗碳化能力均比空白混凝土的好，主要有以下几个方面的原因：(1)活性矿物掺合料硅粉的影响，硅粉可以和水泥水化产物氢氧化钙发生二次水化反应生成C-S-H凝胶，其可以填充混凝土中的空隙中，在一定程度上阻碍了二氧化碳的渗透；但是这种反应降低了混凝土的碱含量，使得掺有硅粉的混凝土的早期抗碳化能力比未掺硅粉的空白混凝土略低；(2)纤维的影响，空白混凝土中随着水泥水化的进行，混凝土中的微观缺陷(微裂纹)逐渐增多，二氧化碳的渗透途径增多，混凝土的抗碳化能力降低；但是对于纤维混凝土，纤维的加入在一定程度上限制微裂纹的数量和尺度，降低混凝土的微观缺陷，提高混凝土的抗碳化能力；(3)减水剂的影响，减水剂为表面活性剂，它可以降低水的表面张力和水与水泥颗粒间的界面张力，使得水泥颗粒易于湿润、利于水化，改善了混凝土的和易性，硬化后内部结构比较密实；同时减水剂中复掺的引气剂，可以在混凝土中引入许多封闭气泡，这些气泡占据了混凝土中的自由空间，破坏了毛细孔的连续性，使得混凝土的抗渗性得到改善。

Claims (10)

1.一种高耐久减振混凝土，其特征在于每立方米高耐久减振混凝土由480kg水泥、28.8kg胶粉、220kg水、605kg中砂和1075kg石子组成。

2.根据权利要求1所述的高耐久减振混凝土，其特征在于所述的胶粉为

乳胶粉。

3.一种高耐久减振混凝土，其特征在于每立方米高耐久减振混凝土由480kg水泥、2.4kg碳纤维、210kg水、638kg中砂、1042kg石子、4.8kg减水剂和38.4kg硅粉组成。

4.根据权利要求3所述的高耐久减振混凝土，其特征在于所述的碳纤维是长度为10mm的短切碳纤维；所述的减水剂为β-萘磺酸盐甲醛缩合物阴离子表面活性剂。

5.一种高耐久减振混凝土，其特征在于每立方米高耐久减振混凝土由480kg水泥、1.2kg纤维、200kg水、638kg中砂、1042kg石子、2.4kg减水剂和19.2kg硅粉组成。

6.根据权利要求5所述的高耐久减振混凝土，其特征在于所述的纤维是2002聚丙烯腈纤维；所述的减水剂为β-萘磺酸盐甲醛缩合物阴离子表面活性剂。

7.权利要求3所述高耐久减振混凝土的制备方法，其特征在于所述高耐久减振混凝土的制备方法如下：一、称取480kg水泥、2.4kg碳纤维、210kg水、638kg中砂、1042kg石子、4.8kg减水剂和38.4kg硅粉；二、先将水泥、中砂和水混合搅拌30～60秒得砂浆，然后将碳纤维、石子、减水剂和硅粉加入到砂浆中，继续搅拌60秒，即得高耐久减振混凝土。

8.根据权利要求7所述的高耐久减振混凝土的制备方法，其特征在于所述的碳纤维是长度为10mm的短切碳纤维；所述的减水剂为β-萘磺酸盐甲醛缩合物阴离子表面活性剂。

9.权利要求5所述高耐久减振混凝土的制备方法，其特征在于所述高耐久减振混凝土的制备方法如下：一、称取480kg水泥、1.2kg纤维、200kg水、638kg中砂、1042kg石子、2.4kg减水剂和19.2kg硅粉；二、将水泥、纤维、中砂和石子在搅拌机中搅拌30秒，然后加入水、减水剂和硅粉，继续搅拌60秒，即得高耐久减振混凝土。

10.根据权利要求9所述的高耐久减振混凝土的制备方法，其特征在于所述的纤维是2002聚丙烯腈纤维；所述的减水剂为β-萘磺酸盐甲醛缩合物阴离子表面活性剂。

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