2.2 高工作性、抗裂和耐腐蚀混凝土的优化配制试验
为了使混凝土满足耐久性要求的同时又能不使强度超设计结构强度过多，混凝土配合比设计研究的思路就是以耐久性为核心，提高抗裂性，保障工作性。采用的技术路线就是利用大掺量掺和料，即用粉煤灰和矿渣微粉取代部分水泥，优选复合混凝土外加剂，旨在提高混凝土的工作性、抗裂性和耐久性，降低原材料成本。同时采用混凝土流变仪法考察不同配比混凝土的工作性；温度-应力试验机法考察不同配比混凝土的开裂温度、温升、开裂应力、应力储备、开裂时间等，运用综合抗裂性指标评价混凝土的抗裂性，筛选抗裂性好的配合比。
通过混凝土配合比优化配制，在满足混凝土结构强度和工作性的前提下，提高混凝土抗裂性和耐环境腐蚀耐久性。
混凝土配合比设计原则如下：
（1）满足结构设计强度要求。深圳地铁现浇钢筋混凝土结构（高架除外）强度设计等级为C35。
（2）满足钢筋混凝土100年耐久性指标要求。
1）标准养护28d混凝土试件氯离子扩散系数（RCM法）：＜4.0×10-12m2/s[《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T 50476—2008）]。
2）标准养护56d混凝土试件抗硫酸盐侵蚀性能：≥KS150[《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB 10005—2010）]。
3）标准养护28d混凝土试件60d快速碳化深度：＜20mm[《混凝土耐久性检验评定标准》（JGJ/T 193—2009）]。
（3）混凝土工作性最优。
（4）混凝土抗裂性最好。
2.2.1 配合比优化试验
本次试验混凝土的结构强度设计等级为C35。强度保证率95%，则混凝土的配制强度fcu，0=fcu，k+tσ=35.0+1.645×4.5=42.4（MPa）。若结构强度设计等级为C50，强度保证率95%，则混凝土的配制强度fcu，0=fcu，k+tσ=50.0+1.645×4.5=57.4（MPa）。
拌和物的坍落度控制在160～200mm范围内，引气混凝土的含气量控制在4.0%～5.0%。
混凝土试验主要按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082—2009）以及《铁路混凝土》（TB/T 3275—2011）进行。
试验时混凝土的水胶比以集料在风干状态下的混凝土单位用水量对单位胶凝材料用量的比值为准。单位胶凝材料用量为1m3混凝土中水泥与掺和料质量的总和。
水胶比必须同时满足混凝土结构强度和耐久性的要求。
（1）按强度要求选择水胶比。根据设计要求的坍落度和试验所使用的原材料，拌制数种不同水胶比的混凝土拌和物进行标准养护28d抗压强度试验，根据试验结果，绘制28d强度与胶水比关系图，按要求的配制强度计算水胶比。
（2）按耐久性要求规定的最大水胶比。根据《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T 50476—2008）以及《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB 10005—2010）的有关规定，不同环境作用等级下的混凝土水胶比的最大允许值不同。
按结构强度要求得出的水胶比应与按耐久性要求得出的水胶比相比较，取其较小值作为配合比的设计依据。
根据所用的砂石情况、要求的坍落度值和所用的减水剂品种，经试拌并结合经验选择用水量。根据选定的水胶比和用水量计算相应的胶凝材料用量，选取数种不同的砂率进行混凝土试拌，测定其坍落度，观察其和易性；选择坍落度相对较大、和易性较好的砂率为最佳砂率。对于本试验混凝土用水量取150～160kg/m3；砂率取38%～42%。
根据坍落度要求和施工材料的条件，配制数种不同水胶比、不同水泥品种、不同外加剂品种、不同掺和料掺量和配伍以及含气量的混凝土。混凝土优化配合比及拌和物性能见表2.8。
2.2.2 混凝土配合比优化性能试验
本节通过综合分析水胶比、水泥品种、外加剂、含气量、掺和料品种及其配伍对混凝土工作性、强度、极限拉伸性能以及抗氯离子和硫酸盐侵蚀等耐久性能的影响，确立不同腐蚀环境作用等级下的不同工段混凝土基本配合比，并对其强度、弹性模量、极限拉伸等力学性能，自生体积变形、干缩等变形性能，绝热温升、线膨胀系数等热学性能，抗渗、碳化、氯离子渗透、硫酸镁侵蚀等耐久性能进行检测；综合分析评价其抗裂性能。
2.2.2.1 水胶比的影响
选取0.33、0.36、0.38和0.40四种不同水胶比，采用一种水泥（天山牌）、一种外加剂（FDN-2），掺加20%粉煤灰加40%矿渣，研究了水胶比对混凝土性能的影响。
1.工作性能
不同水胶比混凝土的工作性能见表2.9。高流动度混凝土的塑性黏度采用冰岛产BML混凝土流变仪检测。
表2.9中的试验结果表明，虽然通过配合比优化调整，不同水胶比混凝土均可达到大致相同的坍落度，但反应浆体流动阻力的塑性黏度却不同。在试验的水胶比范围内，随着水胶比的增大，混凝土的塑性黏度是降低的，而且引气的混凝土比不引气的混凝土塑性黏度明显要低。也就是说，水胶比大并引气的混凝土的工作性能相对较好。
2.力学性能
不同水胶比混凝土的力学性能分别见表2.10、表2.11和图2.2、图2.5～图2.7，混凝土的抗压强度与胶水比的关系分别如图2.3和图2.4所示。
表2.8 混凝土优化配合比及拌和物性能
注 “C1”表示台泥牌水泥；“C2”表示海螺牌水泥，其余配比采用的天山牌水泥；“F”表示妈湾电厂粉煤灰；“S”表示唐山钢铁厂S95级矿渣粉。表中试件编号加“N”的外加剂采用的是深天地集团提供的萘系减水剂以及引气剂DH-9；试件编号为YSD38J的外加剂采用的是江苏博特公司的聚羧酸系减水剂PCA-Ⅰ和引气剂GYQ-Ⅲ，其他配比的外加剂采用的是南京瑞迪新材料公司的萘系减水剂和引气剂HK-F2。
表2.9 不同水胶比混凝土的工作性能
注 “C”表示天山牌水泥；“F”表示妈湾电厂粉媒灰；“S”表示唐山钢铁厂S95级矿渣粉。
表2.10 不同水胶比混凝土的力学性能（一）
图2.2 不同水胶比对混凝土抗压强度的影响
图2.3 非引气混凝土抗压强度与胶水比的线性关系
图2.4 引气混凝土抗压强度与胶水比的线性关系
表2.11 不同水胶比混凝土的力学性能（二）
图2.5 不同水胶比对混凝土轴拉强度的影响
图2.6 不同水胶比对混凝土极限拉伸值的影响
表2.10和图2.2的结果表明，随着水胶比的增加，混凝土的抗压强度随之减小；随着龄期的增长，混凝土的抗压强度随之增加。由抗压强度与胶水比的关系曲线可知，掺和料在20%粉煤灰加40%矿渣的掺量配伍条件下，C35混凝土若要达到28d 42.4MPa的配制强度，则引气混凝土的水胶比为0.41；C50混凝土若要达到28d 57.4MPa的配制强度，则引气混凝土的水胶比为0.35。
图2.7 不同水胶比对混凝土轴拉弹模的影响
由表2.11和图2.5～图2.7可知，随着水胶比的增加，混凝土的轴拉强度和轴拉弹模均随之减小；随着龄期的增长，混凝土的轴拉强度随之增加。对极限拉伸值而言，水胶比对非引气混凝土的极限拉伸值影响不明显，而低水胶比的引气混凝土早期（56d前）极限拉伸值大，但后期发展缓慢，大水胶比的引气混凝土早期极限拉伸值相对较小，但后期发展较快，到90d时甚至超过了低水胶比混凝土的极限拉伸值。
3.变形性能
从恒温条件下的干燥收缩和恒温恒湿条件下的自生体积变形两方面研究了水胶比对混凝土变形性能的影响。
（1）干缩变形。不同水胶比混凝土的干缩变形试验结果见表2.12和图2.8。
表2.12 不同水胶比混凝土的干缩变形试验结果
由表2.12和图2.8的试验结果可知，随着水胶比的增加，混凝土的干燥收缩随之减小。
（2）自生体积变形。不同水胶比混凝土的自生体积变形试验结果见表2.13和图2.9。
表2.13和图2.9试验结果表明在试验的水胶比范围内，混凝土的自生体积变形是膨胀的，且在7d内达到膨胀的最大值，然后随着龄期的增长开始下降。随着水胶比的减小，膨胀变形的最大值是增加的，但随着龄期增长到36d时，其膨胀变形反而减小。
图2.8 不同水胶比混凝土的干缩变形随龄期变化的关系曲线
表2.13 不同水胶比混凝土的自生体积变形试验结果
4.绝热温升
不同水胶比混凝土的绝热温升试验结果见表2.14和图2.10。采用天津天宇HR-2A混凝土热物理参数测定仪测试。
图2.9 不同水胶比混凝土的自生体积变形随龄期的变化曲线
图2.10 不同水胶比混凝土的绝热温升曲线
试验结果表明，随着水胶比的增加，混凝土28d绝热温升值逐渐减小。
5.耐久性能
研究了不同水胶比混凝土的抗腐蚀耐久性以及抗渗和抗碳化性能。
（1）抗腐蚀耐久性。不同水胶比混凝土的抗氯离子扩散性能及抗硫酸盐侵蚀性能的试验结果见表2.15。
表2.14 不同水胶比混凝土的绝热温升
表2.15 不同水胶比混凝土的抗腐蚀耐久性能
从表2.15的试验结果可知，随着水胶比的增加，混凝土抗氯离子扩散性能及抗硫酸镁的侵蚀性能均是随之下降的；相同水胶比条件下，引气混凝土的抗氯离子扩散性能及抗硫酸镁的侵蚀性能较非引气混凝土好。
根据《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T 50476—2008），处于氯盐Ⅳ-E非常严重环境作用等级下的混凝土，最大水胶比限制为0.36；若要满足100年的设计耐久性要求，其28d龄期混凝土氯离子扩散系数DRCM＜4×10-12m2/s，此时，最大水胶比限制可放宽到0.38。而根据《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB 10005—2010），处于氯盐L-3环境作用等级下的混凝土，最大水胶比限制为0.36；若要满足100年的设计耐久性要求，其56d龄期混凝土氯离子扩散系数DRCM＜3×10-12m2/s。本研究结果表明，对于胶凝材料配伍为20%粉煤灰加40%矿渣的引气混凝土（含气量4%～5%）而言，水胶比小于等于0.40即可满足处于氯盐Ⅳ-E非常严重或氯盐L-3环境作用等级下100年的设计耐久性要求的氯离子扩散系数。
同时根据《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T 50476—2008），处于硫酸盐Ⅴ-D严重环境作用等级下的混凝土，最大水胶比限制为0.36。而根据《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB 10005—2010），处于硫酸盐Y-3环境作用等级下的混凝土，最大水胶比限制为0.40；若要满足100年的设计耐久性要求，其56d龄期混凝土抗硫酸盐结晶破坏等级≥KS150。本试验结果表明，对于胶凝材料配伍为20%粉煤灰加40%矿渣的混凝土而言，无论引气与否，当水胶比小于等于0.40时，标准养护28d的混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能均能达到KS120，其中水胶比0.38的引气混凝土，标准养护28d时的抗硫酸盐侵蚀性能达到了KS150。
（2）抗碳化性能。不同水胶比混凝土的抗碳化性能试验结果见表2.16、图2.11和图2.12。
表2.16 不同水胶比混凝土的抗碳化性能
图2.11 不同水胶比混凝土试件的60d碳化
表2.16和图2.11的碳化试验结果表明，随着水胶比的增加，混凝土的抗碳化性能是逐渐下降的。而《混凝土耐久性检验评定标准》（JGJ/T 193—2009）表明，在快速碳化试验中，若28d碳化深度小于20mm的混凝土，其抗碳化性能较好，一般认为可满足大气环境下50年的耐久性要求。但在试验的水胶比和掺和料掺量及其配伍条件下，试验混凝土在快速碳化60d时，碳化深度均不超过20mm。在CO2试验浓度和环境浓度一定的条件下，若达到相同的碳化深度，则快速碳化时间和耐久年限成正比。因此可以认为，在试验的水胶比和掺和料范围内的钢筋混凝土均可满足大气环境下100年的耐久性要求。
（3）抗渗性能。不同水胶比混凝土养护28d的抗渗性能试验结果如下。
将渗水压力逐级加压至1.3MPa时，混凝土试件仍无一透水。不同水胶比混凝土的抗渗性能和渗水高度见表2.17和图2.12。
表2.17 不同水胶比混凝土的抗渗性能
图2.12 不同水胶比混凝土的渗水高度
由表2.17和图2.12的抗渗试验结果可知，在试验的水胶比范围内，混凝土的抗渗等级均达到P12以上，抗渗性能优异；而混凝土的渗水高度则随着水胶比的增加而增加。
2.2.2.2 水泥品种的影响
在相同水胶比（0.38）和单位用水量的条件下，采用一种外加剂（FDN-1），掺加20%粉煤灰加40%矿渣，对天山牌水泥、台泥牌水泥以及海螺牌水泥三种水泥品种配制的混凝土进行了性能对比。
1.工作性能
通过对外加剂掺量的调整，使混凝土拌和物的坍落度控制在160～200mm范围内，含气量控制在4.0%～5.0%。不同水泥品种混凝土的工作性能见表2.18。
表2.18 不同水泥品种混凝土的工作性能
由表2.18的结果可知，在试验采用的外加剂条件下，达到要求的坍落度和含气量，台泥牌水泥所需的引气剂相对较少，但台泥牌水泥的坍落度损失大，1h坍落度损失达到100%，而天山牌水泥和海螺牌水泥的1h坍落度损失分别只有22%和32%。
2.力学性能
不同水泥品种混凝土的力学性能的试验结果见表2.19、表2.20以及图2.13～图2.16。
表2.19 不同水泥品种混凝土的力学性能（一）
表2.20 不同水泥品种混凝土的力学性能（二）
图2.13 不同水泥品种对混凝土抗压强度的影响
图2.14 不同水泥品种对混凝土轴拉强度的影响
图2.15 不同水泥品种对混凝土极限拉伸值的影响
图2.16 不同水泥品种对混凝土轴拉弹模的影响
图2.17 不同水泥品种混凝土的干缩变形随龄期变化的关系曲线
表2.19和图2.13的试验结果表明，在由这三种水泥配制的混凝土中，海螺水泥（YSD38NC2）配制的混凝土强度略高。
表2.20和图2.14～图2.16的极限拉伸试验结果表明，由台泥牌水泥（YSD38NC1）配制的混凝土轴拉强度略高，而由这三种水泥配制的混凝土的极限拉伸值和轴拉弹模大致相当。
3.干缩变形
不同水泥品种混凝土的干缩变形试验结果见表2.21和图2.17。
表2.21 不同水泥品种混凝土的干缩变形试验结果
由表2.21和图2.17可知，由台泥牌水泥（YSD38NC1）配制的混凝土干缩变形大，其余两种水泥混凝土的干缩变形相对较小。
4.抗腐蚀耐久性
不同水泥品种混凝土的抗氯离子扩散性能及抗硫酸盐侵蚀性能的试验结果见表2.22。
表2.22 不同水泥品种混凝土的耐久性能
由表2.22的试验结果可知，天山牌水泥、台泥牌水泥和海螺牌水泥（YSD38N、YSD38NC1和YSD38NC2）配制的混凝土的抗氯离子扩散性能相当。
2.2.2.3 外加剂的影响
采用一种水胶比（0.38）、一种水泥（天山），掺加20%粉煤灰加40%矿渣，对两种萘系减水剂和一种聚羧酸盐减水剂以及与它们相对应的引气剂进行了混凝土的性能对比。
1.工作性能
不同外加剂混凝土的工作性能见表2.23。从工作性能结果可以看出，这三种减水剂和三种引气剂均能适用该混凝土。而掺聚羧酸系JM-PCA（Ⅰ）的混凝土的保坍性比掺其他两种减水剂的混凝土的保坍性要好，其1h坍落度损失只有6%左右，掺其他两种减水剂的混凝土的1h坍落度损失达到了23%左右。
表2.23 不同外加剂混凝土的工作性能
2.力学性能
不同外加剂混凝土的力学性能分别见表2.24、表2.25和图2.18～图2.21。
表2.24 不同外加剂混凝土的力学性能（一）
表2.25 不同外加剂混凝土的力学性能（二）
图2.18 不同外加剂对混凝土抗压强度的影响
图2.19 不同外加剂对混凝土轴拉强度的影响
图2.20 不同外加剂对混凝土极限拉伸值的影响
图2.21 不同外加剂对混凝土轴拉弹模的影响
图2.22 不同外加剂混凝土的干缩变形随龄期变化的关系曲线
由表2.25和图2.18可知，在相同的水胶比和单位用水量条件下，三种外加剂对混凝土的强度影响不明显。
从表2.25和图2.19～图2.21的试验结果可见，除掺加FDN-1的混凝土轴拉强度和极限拉伸值略低外，外加剂对混凝土极限拉伸性能的影响不明显。
3.变形性能
（1）干缩变形。不同外加剂混凝土的干缩变形试验结果见表2.26和图2.22。试验结果表明，不同的外加剂对混凝土的干缩变形值产生一定的影响，掺聚羧酸系JM-PCA（Ⅰ）的混凝土干缩变形值最小，其次为掺萘系FDN-1的混凝土，掺萘系FDN-2的混凝土干缩变形值最大。
表2.26 不同外加剂混凝土的干缩变形试验结果
（2）自生体积变形。不同外加剂混凝土的自生体积变形试验结果见表2.27和图2.23。
表2.27 不同外加剂混凝土的自生体积变形试验结果
从表2.27和图2.23可知，不同外加剂明显影响混凝土的自生体积变形。掺加萘系FDN-1的混凝土的自生体积变形是膨胀的，而且最大膨胀主要发生在7d前；而掺加聚羧酸系PCA-Ⅰ的混凝土的自生体积变形是先膨胀后收缩，其最大膨胀主要发生在3d前。
4.抗腐蚀耐久性
不同外加剂混凝土的抗氯离子扩散性能及抗硫酸盐侵蚀性能的试验结果见表2.28。试验表明，不同外加剂对混凝土抗氯离子扩散性能的影响不明显。
图2.23 不同外加剂混凝土的自生体积变形随龄期变化的关系曲线
表2.28 不同外加剂混凝土的耐久性能
2.2.2.4 掺合料掺量及其配伍的影响
考虑一种粉煤灰（妈湾电厂）和一种矿渣（唐山钢铁厂），四种不同掺量配伍（15%粉煤灰加35%矿渣、20%粉煤灰加40%矿渣、25%粉煤灰加35%矿渣以及60%矿渣），采用0.36和0.40两种水胶比及一种水泥（天山）、一种外加剂（FDN-1），研究其对混凝土性能的影响。
1.工作性
不同掺合料混凝土的工作性见表2.29。
表2.29的结果表明，在相同的水胶比条件下，随着掺和料的增加，混凝土的单位用水量减少；而且随着掺和料中粉煤灰掺量的增加，混凝土的单位用水量减少。也就是说，掺和料特别是粉煤灰可以提高混凝土的工作性能。单掺矿渣较双掺混凝土拌和物的塑性黏度明显增加，混凝土工作性能降低。
表2.29 不同掺合料混凝土的工作性
2.力学性能
不同掺合料混凝土的力学性能分别见表2.30、表2.31和图2.24～图2.27。
表2.30 不同掺合料混凝土的力学性能（一）
图2.24 不同掺合料对混凝土抗压强度的影响
表2.31 不同掺合料混凝土的力学性能（二）
图2.25 不同掺和料对混凝土轴拉强度的影响
图2.26 不同掺和料对混凝土极限拉伸值的影响
从表2.30和图2.24中可知，随着掺和料的增加，混凝土的强度特别是早期强度明显降低，而且随着掺和料中粉煤灰掺量的增加，混凝土的早期强度也有所降低。但到后期（90d），与普通混凝土相比，掺加掺和料的混凝土强度有所发展，掺和料的掺量及其配伍对抗压强度的影响趋于不明显。
从表2.31和图2.25～图2.27的极限拉伸性能来看，随着掺和料的增加，混凝土的轴拉强度有所降低，而且随着掺和料中粉煤灰掺量的增加，混凝土的轴拉强度也略有降低。在不同的掺和料掺量及其配伍条件下，以20%粉煤灰加40%磨细矿渣的配伍在极限拉伸性能上表现相对最佳，极限拉伸值大，弹性模量低，有利于混凝土的抗裂。
图2.27 不同掺合料对混凝土轴拉弹模的影响
3.变形性能
（1）干缩变形。不同掺合料混凝土的干缩变形试验结果见表2.32和图2.28。
表2.32 不同掺和料混凝土的干缩变形试验结果
图2.28 不同掺和料混凝土的干缩变形随龄期变化的关系曲线
由表2.32和图2.28可见，在相同的掺和料掺量和配伍条件下，水胶比越大，干缩变形值越小；而且，双掺矿渣和粉煤灰的混凝土较单掺矿渣的混凝土干缩变形明显减小，且随着掺和料中粉煤灰掺量的增加，干缩变形减小。
（2）自生体积变形。不同掺和料混凝土的自生体积变形试验结果见表2.33和图2.29。
表2.33 不同掺和料混凝土的自生体积变形试验结果
表2.33和图2.29的试验结果表明，与普通混凝土相比，掺加20%粉煤灰加40%矿渣后，混凝土的自生体积变形由收缩变为膨胀，将有利于混凝土的抗裂性能。
4.耐久性能
（1）抗腐蚀耐久性。不同掺和料混凝土的耐久性能和不同混凝土标准养护28d的抗硫酸盐侵蚀性能见表2.34和表2.35。
由于粉煤灰活性相对较低，标准养护28d的混凝土的耐久性能主要受矿渣掺量的影响，矿渣掺量与氯离子扩散系数的关系曲线如图2.30所示。
图2.29 不同掺和料混凝土的自生体积变形随龄期的变化曲线
表2.34 不同掺合料混凝土的耐久性能
表2.35 不同混凝土标准养护28d的抗硫酸盐侵蚀性能
图2.30 矿渣掺量与氯离子扩散系数的关系曲线
由表2.34的结果可知，单掺矿渣的混凝土比双掺粉煤灰和矿渣的混凝土抗氯离子扩散和抗硫酸盐侵蚀性能要好；而双掺粉煤灰和矿渣的混凝土中，20%粉煤灰加40%矿渣的配伍抗氯离子渗透和抗硫酸盐侵蚀性能最好。而且表2.35的试验结果表明，在120次浸烘循环后，在硫酸钠溶液中的抗压强度耐蚀系数比硫酸镁溶液中的略小，也就是说，在相同干湿循环试验条件下，硫酸钠溶液对混凝土的结晶腐蚀破坏比硫酸镁溶液略大。
由图2.30矿渣掺量与氯离子扩散系数的关系曲线可知，在60%的掺量范围内，随着矿渣掺量的增加，混凝土的氯离子扩散系数是减小的。对于标准养护28d的0.40水胶比的混凝土而言，氯离子扩散系数若要低于4×10-12m2/s，则胶凝材料中矿渣的掺量不应少于30%。
（2）抗碳化性能。由于掺加掺和料的混凝土抗碳化性能会有所下降，为了考察大掺量掺和料混凝土的抗碳化性能能否满足要求，研究了不同掺和料混凝土标准养护28d的碳化性能。不同掺和料混凝土的抗碳化试验结果和快速碳化60d后图分别见表2.36、图2.31和图2.32。
表2.36 不同掺合料混凝土的抗碳化性能
图2.31 不同掺合料混凝土的抗碳化性能
图2.32 不同掺合料试件快速碳化60d后图
快速碳化的试验结果表明，单掺矿渣的混凝土比双掺粉煤灰和矿渣的混凝土抗碳化性能好。双掺的混凝土随着粉煤灰掺量的增加抗碳化性能下降。《混凝土耐久性检验评定标准》（JGJ/T 193—2009）表明，在快速碳化试验中，若28d碳化深度小于20mm的混凝土，其抗碳化性能较好，一般认为可满足大气环境下50年的耐久性要求。但在试验的水胶比和掺合料掺量及其配伍条件下，试验混凝土在快速碳化60d时，碳化深度均不超过20mm。在CO2试验浓度和环境浓度一定的条件下，若达到相同的碳化深度，则快速碳化时间和耐久年限成正比。因此可以认为，在试验的水胶比和掺和料范围内的钢筋混凝土可满足大气环境下100年的耐久性要求。
同时，由试验结果可知，水胶比为0.40，粉煤灰掺量为25%的配合比，其56d快速碳化平均深度为18mm，快达到20mm的临界值，因此，为保险起见，粉煤灰掺量不宜超过25%。
2.2.2.5 含气量的影响
考虑掺与不掺引气剂（含气量分别为1.0%～2.0%和4.0%～5.0%两种），采用0.36和0.40两种水胶比及一种水泥、一种外加剂，掺加20%粉煤灰加40%矿渣，研究其对混凝土性能的影响，确立适宜的混凝土含气量。研究含气量对干湿相对面混凝土毛细作用的影响。
根据《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB 10005—2010），当处于盐类结晶环境中，混凝土含气量最低限值4.0%。因此推荐混凝土含气量4.0%～5.0%。
1.工作性
不同含气量混凝土的工作性能见表2.37。
表2.37的试验结果表明，在大致相同的混凝土坍落度条件下，引气混凝土塑性黏度明显低于非引气混凝土，这将有利于混凝土的施工应用，减少由于施工因素造成的混凝土缺陷。
表2.37 不同含气量混凝土的工作性能
2.力学性能
不同含气量混凝土的力学性能分别见表2.38、表2.39和图2.33～图2.36。
表2.38和图2.33的结果表明，引气混凝土较非引气混凝土抗压强度低，当混凝土的含气量从1%～2%提高到4%～5%时，抗压强度降低约10%。
由表2.39和图2.34～图2.36可知，引气混凝土的极限拉伸性能明显优于非引气混凝土。与非引气混凝土相比，引气混凝土的抗拉强度有所提高，而极限拉伸值明显提高，弹性模量明显降低，有利于混凝土的抗裂性能。
表2.38 不同含气量混凝土的力学性能（一）
表2.39 不同含气量混凝土的力学性能（二）
图2.33 不同含气量对混凝土抗压强度的影响
图2.34 不同含气量对混凝土轴拉强度的影响
图2.35 不同含气量对混凝土极限拉伸值的影响
图2.36 不同含气量对混凝土轴拉弹模的影响
3.变形性能
（1）干缩变形。不同含气量混凝土的干缩变形试验结果见表2.40和图2.37。
表2.40 不同含气量混凝土的干缩变形试验结果
从表2.40和图2.37可以看出，引气混凝土与非引气混凝土相比，干缩变形值增大。
（2）自生体积变形。不同含气量混凝土的自生体积变形试验结果见表2.41和图2.38。
图2.37 不同含气量混凝土的干缩变形随龄期变化的关系曲线
图2.38 不同含气量混凝土的自生体积变形随龄期的变化曲线
表2.41 不同含气量混凝土的自生体积变形试验结果
自生体积变形的结果表明，引气混凝土的自生体积膨胀比非引气混凝土的小，而且随着龄期的发展，自生体积膨胀下降更为明显。
4.耐久性能
（1）抗腐蚀耐久性。不同含气量混凝土的抗氯离子扩散性能及抗硫酸盐侵蚀性能的试验结果见表2.42。
表2.42 不同含气量混凝土的耐久性能
由表2.42可知，引气混凝土较非引气混凝土抗氯离子扩散和抗硫酸盐侵蚀性能均明显提高。
（2）抗碳化性能。不同含气量混凝土标准养护28d的抗碳化性能的试验结果见表2.43和图2.39、图2.40。
图2.39 不同含气量混凝土的抗碳化性能
图2.40 不同含气量混凝土试件的60d碳化图
由表2.42的试验结果可知，非引气混凝土的抗碳化性能略优于引气混凝土，随着碳化龄期的延长，引气混凝土与非引气混凝土的抗碳化性能趋于一致。
表2.43 不同含气量混凝土的抗碳化性能
（3）抗渗性能。标准养护28d的引气混凝土和非引气混凝土的抗渗性能如下。
将渗水压力逐级加压至1.3MPa时，混凝土试件仍无一透水。不同含气量混凝土的抗渗性能和渗水高度见表2.44和图2.41。
由表2.44和图2.41可知，无论是引气混凝土还是非引气混凝土，抗渗等级均高于P12，抗渗性能优异。相对而言，引气混凝土的渗水高度略小于非引气混凝土，抗渗性能更优。
表2.44 不同含气量混凝土的抗渗性能
图2.41 不同含气量混凝土的渗水高度
2.2.3 复合侵蚀性碳酸腐蚀环境混凝土耐久性试验研究
松岗车辆段现浇钢筋混凝土由于环境侵蚀性CO2浓度偏高，当工程结构为地下工程时，属于严重侵蚀性碳酸腐蚀环境作用等级；对于处于干湿交替环境的浅埋和地上工程，属于非常严重侵蚀性碳酸腐蚀环境作用等级。虽然有相关理论认为，在非流动水环境中，侵蚀性CO2对混凝土腐蚀程度不高，且高氯盐含量有利于阻碍侵蚀性碳酸腐蚀。为明确侵蚀性碳酸腐蚀环境作用影响，采用水胶比0.33、0.38和0.43的混凝土试件进行不同腐蚀溶液浓度的侵蚀耐久性试验。混凝土试验配合比见表2.45，不同腐蚀溶液浓度见表2.46。
表2.45 混凝土试验配合比
表2.46 不同腐蚀溶液浓度
制作成型100mm3混凝土试件，标准养护28d后于60℃烘干72h，分别浸泡于水和不同组分和浓度的腐蚀溶液中。在溶液中浸泡6h，取出在室内风干18h（试验风速3m/s），每天一次循环，模拟现场最严酷条件。90d、180d、365d循环后检测混凝土抗压强度比（图2.42～图2.44）和中性化深度（图2.45～图2.47）。
图2.42 90d循环后混凝土抗压强度对比
图2.43 180d循环后混凝土抗压强度对比
图2.44 365d循环后混凝土抗压强度对比
图2.45 90d循环后混凝土试件中性化深度
图2.46 180d循环后混凝土试件中性化深度
图2.47 365d循环后混凝土试件中性化深度
混凝土抗压强度对比试验结果见表2.47。
试验结果可见，干湿循环一年后，浸泡于氯盐-硫酸镁复合溶液中的混凝土试件抗压强度略高于浸泡于水中混凝土基准试件，表明硫酸盐与混凝土中水化产物反应，混凝土表面致密，抗压强度略有提高（提高5%～11%）。浸泡于侵蚀性CO2150mg/L溶液中的混凝土试件抗压强度与浸泡于水中混凝土基准试件相当，表明侵蚀性CO2对混凝土腐蚀程度不高。
从混凝土试件中性化深度检测结果可见，干湿循环一年后，混凝土表面均无中性化反映，同样证明侵蚀性CO2对混凝土腐蚀程度不高。
表2.47 混凝土抗压强度对比试验结果
续表
