混凝土结构耐久性试验方案及心得

管桩混凝土和普通混凝土耐久性试验方案

目录

目录 (Ⅰ)

前言 (1)

一试验概况 (2)

二立方体抗压强度试验 (2)

三抗氯离子渗透性能试验 (2)

四抗硫酸盐侵蚀试验 (5)

五混凝土试件吸水率试验 (7)

附录A 试件一览表 (9)

附录B 试验试件安排表 (9)

附录C 仪器设备耗材一览表 (11)

前言

预应力高强混凝土管桩（简称PHC桩）在工程中应用的历史不长，最早见于上世纪70年代的日本，我国80年代从日本引入。PHC经过蒸汽养护制成的一种空心圆筒体的混凝土预制构件，混凝土强度等级高，在土木工程中应用广泛。

目前暂没有管桩耐久性相关规范。《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）中未提及PHC的耐久性，预应力混凝土管桩基础技术规程(DGJ32TJ109-2010)仅给出保护层厚度，此保护层厚度借鉴于普通混凝土结构的耐久性研究，是否适合于管桩？并没有相关的试验校正。

众所周知，在多种条件相同的情况下，混凝土强度等级越高，其耐久性能越好，而且PHC桩的密实性明显优于现浇混凝土桩。基于以上两点，可以考虑适当减小PHC桩的保护层厚度，以节省材料、减低造价。值得一提的是，在保证PHC的外径一定时，保护层厚度越小，其抗弯承载力越强。

本次试验旨在探索PHC桩的合理保护层厚度。通过对PHC和现浇普通混凝土的立方体抗压强度、抗氯离子渗透性能、抗硫酸盐渗透性能、孔隙率、吸水率等性能的比较，分析保护层厚度对两种桩对上述性能的影响。

注：1. 本次试验为了符合工程实际情况，试件制做、养护和管桩同一批次制做。

2.试验中，用于PHC桩的混凝土为C80，普通混凝土为C40。

3. 孔隙率试验的试件不用粗骨料，做成水泥砂浆试件。

一试验概况

1.1 试件的尺寸

1.1.1 各类试件尺寸如表1所示。

表1 混凝土试件尺寸选用表单位：mm

试验类别试件尺寸

立方体抗压强度试验100100100

??

抗氯离子渗透性能试验先按100100

φ?加工试件，到龄期后，再切割成10050

φ?的小试件。

抗硫酸盐侵蚀试验100100100

??

吸水率试验100100100

??

1.2 试件的制做与养护

（1）试件的制做，按照GB/ T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，以及第五条和附录A的要求。

（2）C80试件与管桩同条件养护，C40试件标准养护。

二立方抗压强度试验

（1）每种混凝土材料，测试7天龄期和28龄期的立方抗压强度。按

GB/ T 50081-2002 《普通混凝土力学性能试验方法标准》第6章进行测试。

（2）本试验采用3个试件为一组，具体分组如表2所示。

表2 立方体抗压强度试验所需要的试件组数

试验龄期C80 C40

7d 1 1

28d 1 1

合计 2 2

三抗氯离子渗透性能试验

慢速法（浸泡法、扩散槽法等）与实际情况中氯离子在混凝土中的传输情况比较相符，但由于试验周期较长（往往数年），实验室很少采用。目前常用方法有：RCM法、电通量法、ACMT法、NEL法、Permit法。

快速氯离子迁移系数法（RCM法）的原理是利用外加电场的作用使试件外部的氯离子向试件内部迁移。经过一段时间后，将该试件沿轴向劈裂，在新劈开的断面上喷洒硝酸银溶液，根据生成的白色氯化银沉淀测量氯离子渗透的深度，以此计算出混凝土氯离子扩散系数。

本试验采用RCM法测量混凝土抵抗氯离子渗透的能力。

3.1 试件概况

（1）试件尺寸为100mm 50mm φ?，试样制备时，应标明混凝土成型面的方向。

（2）骨料最大粒径不宜大于25mm ，试件成型后应立即用塑料薄膜覆盖并移至标准养护室，()242h ±内拆模并浸没于标准养护室的水池中。

（3）在抗氯离子渗透试验前，将靠近浇注面的试件端面作为暴露于氯离子溶液中的试验面。

（4）本试验采用3个试件为一组，具体分组如表3所示。

表3 抗氯离子渗透试验所需要的试件组数

试件编号 C80 C40 电通量试验试件组数

1

1

3.2 试验步骤

3.2.1 RCM 试验步骤

（1）试验室温度应控制在 20-25℃。

（2）将试件从养护池中取出来，擦干试件表面多余的水。然后用游标卡尺测量试件的直径和高度，精确至0.1mm 。将试件在饱和面干状态下置于真空容器中进行真空处理。在 5 分钟内将真空容器中的绝对压强减少至（1-5）kPa ，保持3h ，然后在真空泵仍然运转的情况下，将用蒸馏水或去离子水配制的饱和氢氧化钙溶液注入容器，并将试件浸没。在试件浸没1h 后恢复常压，继续浸泡（18±2）h 。

（3）试件安装在RCM 试验装置前应采用电吹风冷风档吹干，表面应该干净，无油污、灰砂和水珠。RCM 试验装置的试验槽在试验前应用室温饮用水冲洗干净。

（4）试件和RCM 试验装置准备好以后，应将试件装入橡胶套内的底部，应在与试件齐高的橡胶套外侧安装两个不锈钢环箍，每个箍高液位20mm ，应拧紧环箍上的螺栓至扭矩（30±2）N ·m ，使试件的圆柱侧面处于密封状态。

（5）把装有试件的橡胶套安装到试验槽中，安装好阳极板。然后在橡胶筒中注入约300mL 浓度为0.3mol/L 的NaOH 溶液，使阳极板和试件表面均浸没于溶液中。在阴极试验槽中注入12L 质量浓度为10％NaCl 的溶液，直至其液面与橡胶筒中的NaOH 溶液的液面齐平。试件安装完毕后，将电源的阳极（正极）用红色导线连至橡胶筒中阳极板，阴极（负极）用兰色或黑色的导线连至试验槽电解液中的阴极板。

3.2.2 电迁移试验步骤

（1）打开电源，将电压调整到（30±0.2）V ，记录通过每个试件的初始电流。

（2）后续试验应施加的电压（表4第二列）根据施加30V 电压时测量得到的初始电流值所处的范围（表4第一列）决定。应根据实际施加的电压，记录新的初始电流。按照新的初始电流值所处的范围（表4第三列），确定试验应持续

的时间（表4第四列）。

（3）按照温度计或者电热偶的显示读数记录每一个试件阳极溶液的初始温度。

（4）试验结束时，应测定阳极溶液的最终温度和最终电流。

表4 初始电流、电压与试验时间的关系

初始电流I 30V （用30V 电压）/mA

施加的电压U （调整后）/V

可能的新初始电流

I 0/mA

试验持续时间

t /h

Ι0 < 5 60 Ι0 < 10 96 5 ≤Ι0 < 10 60 10 ≤Ι0 < 20 48 10 ≤Ι0 < 15 60 20 ≤Ι0 < 30 24 15 ≤Ι0 < 20 50 25 ≤Ι0 < 35 24 20 ≤Ι0 < 30 40 25 ≤Ι0 < 40 24 30 ≤Ι0 < 40 35 35 ≤Ι0 < 50 24 40 ≤Ι0 < 60 30 40 ≤Ι0 < 60 24 60 ≤Ι0 < 90 25 50 ≤Ι0 < 75 24 90 ≤Ι0 < 120 20 60 ≤Ι0 < 80 24 120 ≤Ι0 < 180 15 60 ≤Ι0 < 90 24 180 ≤Ι0 < 360 10 60 ≤Ι0 < 120 24 Ι0 ≥360

10

Ι0 ≥120

6

3.2.3 氯离子渗透深度测定步骤

（1）断开电源后，将试件从橡胶套中取出，立即用自来水将试件表面冲洗干净，然后擦去试件表面多余水分。

（2）试件冲洗干净后，在压力试验机上沿轴向劈成两个半圆柱体。在劈开的试件端面立即喷涂浓度为0.1mol/L 的AgNO 3溶液显色指示剂。

（3）指示剂喷洒15min 后，沿试件直径端面将其分成10等分，并用防水笔描出渗透轮廓线。

（4）根据观察到的明显的颜色变化，测量显色分界线离试件底面的距离精确到0.1mm 。

3.3 试验结果计算

（1）混凝土的非稳态氯离子迁移系数按式（1）计算： ()()()0.023********.02382-2

d R C M d

T L T L X

D X U t

U ++=

--（） （1）

式（1）中

R C M D ——非稳态迁移系数，精确至0.1×10-12m 2/s ；

U ——所用电压的绝对值，V ；

T ——阳极电解液的初始温度和结束温度的平均值，℃； L ——试件厚度，mm ，精确至0.1mm ；

d X ——氯离子渗透深度的平均值，mm ，精确至0.1mm ；

t ——试验持续时间，h ；

四 抗硫酸盐侵蚀试验

混凝土在硫酸盐环境中，同时耦合干湿循环条件的实际环境经常遇到，特别是在南方沿海地区。硫酸盐侵蚀再耦合干湿循环条件对混凝土的损伤速度较快，本次试验采用干湿循环条件下，混凝土遭受硫酸盐侵蚀。评价指标为抗硫酸盐等级（最大干湿循环次数），符号采用汉语拼音的首字母KS 来表示。

4.1 试件概况

（1）试件尺寸为100mm 100mm 100mm ??，每组采用3个混凝土试件。 （2）除制做抗硫酸盐侵蚀试验用试件外，还应按照同样方法，同时制做抗压强度对比用试件。试件组数应符合表5的要求。

表5 抗氯离子渗透试验所需要的试件组数

抗硫酸盐 侵蚀等级 KS30 KS60

KS90 KS120

KS150

KS180

KS200

KS200以上 总计/组

检查强度所需干湿循环次数 15-30 30-60 60-90 90-120 120-150 150-180 180-200 200以上

干湿循环 试件组数 1 1 1 1 1 1 1 1 16 对比试件组数 1 1 1 1 1 1 1 1 总计试件组数

2

2

2

2

2

2

2

2

4.2 试验步骤

（1）试件应于养护26d （28d 龄期前2天）后，将需要进行硫酸盐干湿循环试验的试件从养护室全部取出，擦干试件表面水分，放入烘箱中，在()805±℃温度下烘48小时，烘干结束后将试件在干燥环境中冷却到室温。

（2）将配制好的5%Na 2SO 4溶液放入试件盒，直到溶液超过最上层试件表面20mm ，开始浸泡过程，从试件开始放入溶液，到浸泡过程结束的时间为

()150.5h ±。注入溶液的时间不应超过 30 分钟。浸泡龄期应从将混凝土试件移

入5%Na 2SO 4溶液中起计算时间。试验过程中宜定期检查和调整溶液的pH 值，一般每隔15个循环测试一次溶液pH 值，始终维持溶液的pH 值在6-8之间。溶液的温度应控制在20-25℃。

（3）浸泡过程结束后，立即排液，在30min 内将溶液排空，溶液排空后将试件风干30min ，从溶液开始排出到试件风干的时间为1h 。

（4）风干过程结束后立即升温，将试件盒内的温度升到80℃，开始烘干过程，升温过程应在30min 内完成。温度升到80℃后，将温度维持在()805±℃。从升温开始到开始冷却的时间为6h 。

（5）烘干过程结束后，应立即对试件进行冷却，从开始冷却到将试件盒内的试件表面温度冷却到25~30℃的时间为2h 。

（6）每个干湿循环的总时间为24±2h 。然后再次放入溶液，按照上述（3）～（5）的步骤进行下一个循环。

（7）按表5进行干湿循环试验，并在达到相应的干湿循环次数后，立即进行抗压强度试验。

（8）当干湿循环试验出现下列情况之一时，可停止试验： 1）抗压强度耐蚀系数低于75%； 2）干湿循环次数达到200次；

3）达到抗硫酸盐等级相应的干湿循环次数。

4.3 试验结果计算

（1）混凝土抗压强度耐蚀系数按照下列公式进行计算： 100cn

f co

f K f =? （2） 式（2）中

f K —— 抗压强度耐蚀系数，%；

cn f —— N 次循环后受硫酸盐腐蚀的一组混凝土试件的抗压强度平均值 MPa ，精确到0.1MPa ；

co f —— 与受硫酸盐腐蚀试件同龄期的标准养护的一组对比混凝土试 件的抗压强度平均值MPa ，精确到0.1MPa 。

抗硫酸盐等级以混凝土抗压强度耐蚀系数下降到不低于75%时的最大干湿循环次数来确定，并以符合KS 表示。

五混凝土试件吸水率试验

对混凝土结构有害的离子（如：氯离子、硫酸盐离子等）以溶液为载体进入混凝土内部结构的，因此，了解混凝土的吸水率有利于把握其耐久性评定。

本试验采用GB/T 11969-2008 《蒸压加气混凝土性能试验方法》中测量混凝土试件吸水率的试验方法。

5.1 试件概况

（1）粗坯的制品尺寸为250mm250mm600mm

??，然后通过切割的方法，加工成尺寸为100mm100mm100mm

??的试件。试件锯取部位如图1所示。

图 1 试件锯取部位

（2）C80和C40，各加工2个250mm×250mm×600mm的粗坯制品，再切割成6个分100mm×100mm×100mm的试件。具体分组见表6。

表6 混凝土试件吸水率试验所需要的试件组数

试验龄期C80 C40

7d 1 1

28d 1 1

合计 2 2

5.2 试验步骤

（1）取一组3块试件放入电热鼓风干燥箱内，在()605±℃下保温24 h ，然后在()805±℃下保温24 h ，再在()1005±℃下烘至恒质0M ，精确至1g 。

（2）试件冷却至室温后，放入水温为()205±℃的恒温水槽内，然后加水至试件高度的1/3，保持24 h ，再加水至试件高度的之2/3，经24h 后，加水高出试件30 mm 以上，保持24 h 。

（3）将试件从水中取出，用湿布抹去表面水分，立即称取每块质量g M ，精确至1g 。

（4）本试验持续5d 。

5.3 试验结果计算

（1）试件的吸水率按公式（3）计算： g 0

R 0

100M M W M =

?－ （3）

式（3）中：

R W —— 吸水率，%;

0M —— 试件烘干后质量，g ； g M

—— 试件吸水后质量，g 。

（2）结果按3块试件试验的算术平均值进行评定，计算精确至0.1%。

附录A 试件一览表

C80、C40试件各自需要的试件组数及个数如表附录A-1所示。

附表A-1 混凝土试件组数及个数

试验类别 尺寸/mm

试件组数

试件个数

立方体抗压强度试验 100100100??

2 6 抗氯离子渗透性能试验 100100φ?

4 抗硫酸盐侵蚀试验 100100100?? 16 48 吸水率试验

250250600??

3

附录B 试验时间进度安排表

试件初定于2014年12月1日制做。

附录B.1 立方抗压强度试验

附表B-1 立方抗压强度试验时间安排

时间 龄期 持续时间 试件尺寸

试验个数 7d 1d 100100100?? 3×2=6

28d

1d

100100100??

3×2=6

附录B.2 抗氯离子渗透性能试验

附表B-2 抗氯离子渗透性能试验时间安排

时间 龄期 持续时间 试件尺寸

试验个数 备注

21d 1d

加工试件

28d

()272h ±

10050φ?

3×2=6

附录B.3 抗硫酸盐侵蚀试验

附表B-3 抗硫酸盐侵蚀试验时间安排

时间 龄期 持续时间 试件尺寸（mm ）/循环次数 试验个数 备注 26d 2d

100100100??

2×48=96

烘试件

28d 每个干湿循环的时间为()242h ±

58d

1d

30

2×3×2=12 抗压强度试验

88d 1d60 2×3×2=12 抗压强度试验

118d 1d90 2×3×2=12 抗压强度试验

148d 1d120 2×3×2=12 抗压强度试验

178d 1d150 2×3×2=12 抗压强度试验

208d 1d180 2×3×2=12 抗压强度试验

238d 1d200 2×3×2=12 抗压强度试验

附录B.4 吸水率试验

附表B-4 吸水率试验时间安排

时间龄期持续时间试件尺寸（mm）试验个数备注

??3×2=6

7d 5d 100100100

试件加工后，立即进行试验

??3×2=6

28d 5d 100100100

附录C 主要仪器设备

本次试验的主要仪器、器具、试剂、模具见附表C-1~C-3。

附表C-1 主要仪器设备

试验类别

主要试验仪器

仪器名/型号数量立方抗压强度试验压力机1台

抗氯离子渗透性能试验

低速金刚石切割机/SYJ-1601台直流稳压电源/WYJ 1个

真空容器1个直流数字电流表1个砼氯离子扩散系数测定仪/RCM-61台真空泵/XD-040 1台

真空表1个

抗硫酸盐侵蚀试验

硫酸盐干湿循环试验装置2套

化学纯无水硫酸钠试剂100Kg

吸水率试验

电热鼓风干燥箱1台

托盘天平1个

恒温水槽/CF-B 1个附表C-2 其他小型器具

试验类别器具名称

抗氯离子渗透性能试验喷雾器、电吹风、温度计、游标卡尺、直尺、水砂纸、扭矩扳手吸水率试验钢板直尺

附表C-3 试模一览表

试模尺寸数目备注

100100100

??96

100100

φ? 6

250250600

?? 4

心得体会

研究生期间对于我们大部分学生来说都是要做实验的，结合自己的试验方案谈一些心得体会，现就学习体会进行总结.。刚开始去做的时候确实有很多地方我很不理解，对于我们一个初学者来说，进行一次自己的实验无疑是一个具大的挑战，需要静下心来，仔细去写试验方案。我总结了学习中遇到的一些问题，最为突出的，书本上的知识与老师的讲解都比较容易理解，但是当自己采用刚学的知识去解决实际问题是相当的困难，有时表现在想不到适合题意的算法，有时表现在算法想出来后，只能将书本上原有的写到自己的试验中。

刚开始写的时候确实有很多地方自己都不知道以后如何才能实现操作，最后写完实验报告明白。做实验时要注意：

1.准备越充分，实验越顺利。古人云，磨刀不误砍柴工。前期的知识储备、文献储备、材料准备、方法准备可以避免手忙脚乱，充分的预实验使你充满信心。一步一个脚印，就不必“从头再来”。最不能容忍的是在开始的几步偷懒，造成后面总有一些无法排除的障碍。

2.交流是最好的老师做实验遇到困难是家常便饭。你的第一反应是什么？反复尝试？放弃？看书？这些做法都有道理，但首先应该想到的是交流。对有身份的人，私下的请教体现你对他的尊重；对同年资的人，公开的讨论可以使大家畅所欲言，而且出言谨慎。千万不能闭门造车。一个实验折腾半年，后来别人告诉你那是死路，岂不冤大头？

3.一半时间做实验，一半时间看文献。千万不能把时间全部消耗在实验台上。看文献、看书、看别人的操作、听别人的经验、研究别人的思路，边做边思考。要学会比较，不要盲从。否则，会被一些小小的问题困扰许久。

4.记录真实详尽。把成功的步骤或漂亮的结果记到实验记录里，是很多人的做法。殊不知，许多宝贵经验和意外发现就这样与你擦肩而过。客观、真实、详尽的记录是一笔宝贵的财富。

5.要有科研人员的精神。

做过实验的人都经历过失败和挫折。有些失败应当在预实验阶段发生，你这时能坦然接受。假如不做预实验，在正式的实验中遇到，你的挫折感就很明显。假如你因为赶时间而误操作，你会沮丧。假如你能因为目前心浮气燥而果断地放一放，就可以避免悲剧的发生。假如你早上进入实验室之前还不知道今天要干什么，你最好想好了再去。最大的错误是重复犯同样的错误。记住，屡教不改者不适合做实验。