3、材料組分與配合比的影響
混凝土的抗?jié)B性能首先要在配合比設(shè)計(jì)方面予以考慮。Larson and Mc Vay[ 13 ]經(jīng)過研究在93 年提出，強(qiáng)度與耐久性不是相關(guān)的性能；氯化物滲透性，作為混凝土耐久性的一部分，在配合比設(shè)計(jì)中是能夠采取措施予以保證的；在配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)兼顧考慮強(qiáng)度和耐久性兩方面的要求。
3.1 粉煤灰和硅灰
在外摻料對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響研究中，粉煤灰和硅灰大概是被研究得最多的外摻料。20 世紀(jì)70 年代以來，歐美日等一些發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)現(xiàn)，50 年代以后建造的混凝土工程設(shè)施，往往要比二三十年代建造的工程先出現(xiàn)病害、開裂、甚至嚴(yán)重?fù)p害。日本的新干線使用不到十年，就出現(xiàn)大面積混凝土開裂，剝蝕現(xiàn)象。據(jù)分析，這與近年來水泥產(chǎn)品的細(xì)度減小、活性增加，使得水化反應(yīng)加速、放熱加劇、干燥收縮增加有關(guān)，最終導(dǎo)致混凝土溫度收縮和干縮產(chǎn)生的裂紋增加[ 14 ，15 ] .微裂紋和宏觀裂紋的增加對(duì)混凝土的抗?jié)B、耐久性能是不利的。為此，人們?cè)谂渲聘咝阅芑炷習(xí)r，常常摻加粉煤灰等外摻料取代部分水泥，一方面降低造價(jià)，另一方面減少熱開裂。
關(guān)于摻粉煤灰和硅灰對(duì)提高混凝土抗?jié)B性能有利的文獻(xiàn)數(shù)不勝數(shù)，難以一一列舉。但明確粉煤灰摻量的上限是必要的。文獻(xiàn)[ 16 ]研究了大量摻入粉煤灰對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響。研究中不摻粉煤灰的參考加氣混凝土28 天強(qiáng)度為41MPa ；摻粉煤灰的混凝土配合比中水泥重量的0 %～70 %被粉煤灰取代，試驗(yàn)中測(cè)試了抗壓強(qiáng)度、氯化物滲透性、空氣滲透性和水滲透性。研究發(fā)現(xiàn)：在28 天齡期，無粉煤灰混凝土的空氣滲透性低于高摻量粉煤灰混凝土；在91 天齡期，50 %替代量的混凝土配比，其空氣滲透性最低，水滲透性亦然；通常而言， 只要水泥替代量不超過50 % ，粉煤灰的摻入將降低溫凝土的氯離子滲透性。Celik Ozyildirim[ 17 ] 在研究礦渣和硅灰摻入混凝土中對(duì)滲透性的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，少量的硅灰（3 %～5 %） 和高達(dá)47 %的礦渣在水灰比為014～0145 的情況下，可獲得既經(jīng)濟(jì)又具有足夠強(qiáng)度的低滲透性混凝土。他得出結(jié)論：用礦渣作為膠凝材料的一部分比單純用普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料配制的混凝土，其抗氯離子滲透的能力更高。
在我國(guó)和其它許多國(guó)家，受現(xiàn)行規(guī)范的限制，粉煤灰在結(jié)構(gòu)混凝土中摻量常不超過25 %.這表明規(guī)范的觀念已經(jīng)滯后，文獻(xiàn)[15 ]認(rèn)為，應(yīng)該有新的規(guī)范指導(dǎo)抗?jié)B、耐久混凝土的配制使用。
眾多的文獻(xiàn)指出，摻入硅灰后對(duì)混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B性能增強(qiáng)效應(yīng)極佳[ 17 ，19 ，20 ] ；對(duì)它的性能研究是目前國(guó)際混凝土行業(yè)的熱門方向之一。但是由于硅灰是電弧爐冶煉硅鐵合金時(shí)的副產(chǎn)品，其來源相對(duì)稀少，應(yīng)用中的冷清與研究中的熱情形成較大反差，略顯尷尬局面。
3.2 其它組分材料
除硅灰、粉煤灰等人造火山灰質(zhì)材料外，還有其它可能影響混凝土抗?jié)B性能的組分。文獻(xiàn)[21 ]研究了聚丙烯纖維摻入混凝土中，是否會(huì)與混凝土的各種外加組分如：粉煤灰、硅灰、或磨細(xì)的高爐礦渣發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致抗?jié)B性能下降的問題；通過實(shí)驗(yàn)確定：雖然聚丙烯纖維摻入會(huì)降低溫凝土的抗?jié)B性，但聚丙烯纖維基本不與上述其它組分發(fā)生反應(yīng)，上述組分對(duì)混凝土抗?jié)B性能的正面影響在摻入聚丙烯纖維后依然存在，也就是說混凝土耐久性不會(huì)受到合成纖維的影響。膨脹劑對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響，視混凝土內(nèi)、外部對(duì)膨脹的限制情況而定。孫偉等人在文獻(xiàn)[22 ]中對(duì)鋼纖維、合成纖維以及膨脹劑在混凝土硬化過程中對(duì)收縮開裂的影響進(jìn)行了研究，研究結(jié)果證實(shí)：鋼纖維與膨脹劑混合增強(qiáng)混凝土，鋼纖維能夠?qū)ε蛎洰a(chǎn)生很大的內(nèi)部限制，使得混凝土更加致密，混合增強(qiáng)的方式能夠取得很好的抑制硬化期間收縮裂紋的效果，從而極大地改進(jìn)抗?jié)B性能。
一般觀點(diǎn)認(rèn)為含氣劑有助于提高混凝土的抗?jié)B性；然而文獻(xiàn)[1 ]卻提出：含氣劑有助于混凝土的水密性（watertight） ，但無助于抗?jié)B性。
針對(duì)目前流動(dòng)混凝土用量大增的現(xiàn)狀，文獻(xiàn)[23 ]中研究了超塑化劑對(duì)混凝土滲透性的影響；通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)超塑化劑摻量達(dá)水泥用量的110 %、坍落度高達(dá)200mm 之上時(shí)，硅灰對(duì)抗?jié)B透性非常重要；沒有摻硅灰的混凝土的滲透性是摻硅灰的混凝土的滲透性的3～5 倍。此外，按照AASHTO T277 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的氯離子滲透試驗(yàn)卻未能敏感得足以揭示超塑化劑摻量和坍落度的不同對(duì)混凝土材料微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。
3.3 水灰比
一般情況下認(rèn)為，材料的組分與配合比中對(duì)混凝土抗摻性影響力的因素是水灰（膠） 比；文獻(xiàn)[1 ]更是總結(jié)指出：事實(shí)上，在水灰比小于013 ，特別是摻有硅灰的情況下，混凝土對(duì)于水與氯化物來說都可認(rèn)為是不可滲透的，這樣的混凝土可以在下面的暴露條件下工作：（1） 高水頭壓力；（2） 需要防止氯化物侵蝕；（3） 惡劣的凍融條件存在；（4） 需抵抗有害化學(xué)品侵蝕。只要將水灰比限制在不超過014 ，就能夠獲得滲透性足夠低的混凝土，能夠抵抗很高的水壓力。筆者認(rèn)為，如果不考慮時(shí)間這個(gè)因素，文獻(xiàn)[1 ]的這些結(jié)論無疑是正確的，但從前面提到的近年來高強(qiáng)與高性能混凝土遭遇到的一些耐久性病害來看，則上述結(jié)論難免有偏頗之嫌。配合比設(shè)計(jì)不僅要考慮新澆筑混凝土的抗?jié)B性能，也要考慮服役期間的工作環(huán)境使微裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致抗?jié)B性能劣化的問題；當(dāng)然這是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，從下面的介紹可以看到，這方面每前進(jìn)一步都是十分艱難的。
混凝土的抗?jié)B性能首先要在配合比設(shè)計(jì)方面予以考慮。Larson and Mc Vay[ 13 ]經(jīng)過研究在93 年提出，強(qiáng)度與耐久性不是相關(guān)的性能；氯化物滲透性，作為混凝土耐久性的一部分，在配合比設(shè)計(jì)中是能夠采取措施予以保證的；在配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)兼顧考慮強(qiáng)度和耐久性兩方面的要求。
3.1 粉煤灰和硅灰
在外摻料對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響研究中，粉煤灰和硅灰大概是被研究得最多的外摻料。20 世紀(jì)70 年代以來，歐美日等一些發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)現(xiàn)，50 年代以后建造的混凝土工程設(shè)施，往往要比二三十年代建造的工程先出現(xiàn)病害、開裂、甚至嚴(yán)重?fù)p害。日本的新干線使用不到十年，就出現(xiàn)大面積混凝土開裂，剝蝕現(xiàn)象。據(jù)分析，這與近年來水泥產(chǎn)品的細(xì)度減小、活性增加，使得水化反應(yīng)加速、放熱加劇、干燥收縮增加有關(guān)，最終導(dǎo)致混凝土溫度收縮和干縮產(chǎn)生的裂紋增加[ 14 ，15 ] .微裂紋和宏觀裂紋的增加對(duì)混凝土的抗?jié)B、耐久性能是不利的。為此，人們?cè)谂渲聘咝阅芑炷習(xí)r，常常摻加粉煤灰等外摻料取代部分水泥，一方面降低造價(jià)，另一方面減少熱開裂。
關(guān)于摻粉煤灰和硅灰對(duì)提高混凝土抗?jié)B性能有利的文獻(xiàn)數(shù)不勝數(shù)，難以一一列舉。但明確粉煤灰摻量的上限是必要的。文獻(xiàn)[ 16 ]研究了大量摻入粉煤灰對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響。研究中不摻粉煤灰的參考加氣混凝土28 天強(qiáng)度為41MPa ；摻粉煤灰的混凝土配合比中水泥重量的0 %～70 %被粉煤灰取代，試驗(yàn)中測(cè)試了抗壓強(qiáng)度、氯化物滲透性、空氣滲透性和水滲透性。研究發(fā)現(xiàn)：在28 天齡期，無粉煤灰混凝土的空氣滲透性低于高摻量粉煤灰混凝土；在91 天齡期，50 %替代量的混凝土配比，其空氣滲透性最低，水滲透性亦然；通常而言， 只要水泥替代量不超過50 % ，粉煤灰的摻入將降低溫凝土的氯離子滲透性。Celik Ozyildirim[ 17 ] 在研究礦渣和硅灰摻入混凝土中對(duì)滲透性的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，少量的硅灰（3 %～5 %） 和高達(dá)47 %的礦渣在水灰比為014～0145 的情況下，可獲得既經(jīng)濟(jì)又具有足夠強(qiáng)度的低滲透性混凝土。他得出結(jié)論：用礦渣作為膠凝材料的一部分比單純用普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料配制的混凝土，其抗氯離子滲透的能力更高。
在我國(guó)和其它許多國(guó)家，受現(xiàn)行規(guī)范的限制，粉煤灰在結(jié)構(gòu)混凝土中摻量常不超過25 %.這表明規(guī)范的觀念已經(jīng)滯后，文獻(xiàn)[15 ]認(rèn)為，應(yīng)該有新的規(guī)范指導(dǎo)抗?jié)B、耐久混凝土的配制使用。
眾多的文獻(xiàn)指出，摻入硅灰后對(duì)混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B性能增強(qiáng)效應(yīng)極佳[ 17 ，19 ，20 ] ；對(duì)它的性能研究是目前國(guó)際混凝土行業(yè)的熱門方向之一。但是由于硅灰是電弧爐冶煉硅鐵合金時(shí)的副產(chǎn)品，其來源相對(duì)稀少，應(yīng)用中的冷清與研究中的熱情形成較大反差，略顯尷尬局面。
3.2 其它組分材料
除硅灰、粉煤灰等人造火山灰質(zhì)材料外，還有其它可能影響混凝土抗?jié)B性能的組分。文獻(xiàn)[21 ]研究了聚丙烯纖維摻入混凝土中，是否會(huì)與混凝土的各種外加組分如：粉煤灰、硅灰、或磨細(xì)的高爐礦渣發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致抗?jié)B性能下降的問題；通過實(shí)驗(yàn)確定：雖然聚丙烯纖維摻入會(huì)降低溫凝土的抗?jié)B性，但聚丙烯纖維基本不與上述其它組分發(fā)生反應(yīng)，上述組分對(duì)混凝土抗?jié)B性能的正面影響在摻入聚丙烯纖維后依然存在，也就是說混凝土耐久性不會(huì)受到合成纖維的影響。膨脹劑對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響，視混凝土內(nèi)、外部對(duì)膨脹的限制情況而定。孫偉等人在文獻(xiàn)[22 ]中對(duì)鋼纖維、合成纖維以及膨脹劑在混凝土硬化過程中對(duì)收縮開裂的影響進(jìn)行了研究，研究結(jié)果證實(shí)：鋼纖維與膨脹劑混合增強(qiáng)混凝土，鋼纖維能夠?qū)ε蛎洰a(chǎn)生很大的內(nèi)部限制，使得混凝土更加致密，混合增強(qiáng)的方式能夠取得很好的抑制硬化期間收縮裂紋的效果，從而極大地改進(jìn)抗?jié)B性能。
一般觀點(diǎn)認(rèn)為含氣劑有助于提高混凝土的抗?jié)B性；然而文獻(xiàn)[1 ]卻提出：含氣劑有助于混凝土的水密性（watertight） ，但無助于抗?jié)B性。
針對(duì)目前流動(dòng)混凝土用量大增的現(xiàn)狀，文獻(xiàn)[23 ]中研究了超塑化劑對(duì)混凝土滲透性的影響；通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)超塑化劑摻量達(dá)水泥用量的110 %、坍落度高達(dá)200mm 之上時(shí)，硅灰對(duì)抗?jié)B透性非常重要；沒有摻硅灰的混凝土的滲透性是摻硅灰的混凝土的滲透性的3～5 倍。此外，按照AASHTO T277 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的氯離子滲透試驗(yàn)卻未能敏感得足以揭示超塑化劑摻量和坍落度的不同對(duì)混凝土材料微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。
3.3 水灰比
一般情況下認(rèn)為，材料的組分與配合比中對(duì)混凝土抗摻性影響力的因素是水灰（膠） 比；文獻(xiàn)[1 ]更是總結(jié)指出：事實(shí)上，在水灰比小于013 ，特別是摻有硅灰的情況下，混凝土對(duì)于水與氯化物來說都可認(rèn)為是不可滲透的，這樣的混凝土可以在下面的暴露條件下工作：（1） 高水頭壓力；（2） 需要防止氯化物侵蝕；（3） 惡劣的凍融條件存在；（4） 需抵抗有害化學(xué)品侵蝕。只要將水灰比限制在不超過014 ，就能夠獲得滲透性足夠低的混凝土，能夠抵抗很高的水壓力。筆者認(rèn)為，如果不考慮時(shí)間這個(gè)因素，文獻(xiàn)[1 ]的這些結(jié)論無疑是正確的，但從前面提到的近年來高強(qiáng)與高性能混凝土遭遇到的一些耐久性病害來看，則上述結(jié)論難免有偏頗之嫌。配合比設(shè)計(jì)不僅要考慮新澆筑混凝土的抗?jié)B性能，也要考慮服役期間的工作環(huán)境使微裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致抗?jié)B性能劣化的問題；當(dāng)然這是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，從下面的介紹可以看到，這方面每前進(jìn)一步都是十分艱難的。