KLC混凝土防腐抗裂剂性能试验研究报告.docx

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KLC混凝土防腐抗裂剂性能试验研究报告

KLC混凝土防腐抗裂剂性能试验研究报告

1概述

浙江省地处东南沿海,随着经济的持续增长,沿海地区的基础设施建设将越来越多。

这些处于海洋环境中的混凝土结构易受硫酸盐,氯离子等多种侵蚀介质侵入,产生物理和化学反应而逐渐破坏。

鉴于经济、资源和安全性因素,防腐蚀破坏、提高混凝土结构的耐久性,确保工程的使用寿命,成为沿海地区工程建设的重大现实问题。

随着建筑技术的不断更新,混凝土结构的新材料,新工艺,新技术的研究开发应用取得了长足的进步。

兰溪市科建建设工程材料有限公司生产的由多种超细矿渣,粉煤灰,沸石和活性激发组分等无机材料复合而成KLC混凝土防腐抗裂剂。

在普通硅酸盐水泥中按一定比例内掺,改善了混凝土的和易性,减少了混凝土塌落度经时损失,使混凝土具有相对致密的结构,很低的渗透性,因而能抵挡外部物质侵蚀,从而提高混凝土的耐久性。

本试验根据水利工程建设特点及对原材料和混凝土性能有关要求,对内掺KLC混凝土防腐抗裂剂混凝土的工作性,力学特性及耐久性与同级配的普通硅酸盐水泥混凝土的性能进行对比分析,探求KLC混凝土防腐抗裂剂对混凝土耐久性的影响。

2试验原材料与试验方案

2.1原材料

原材料主要为兰溪市科建建设工程材料有限公司生产的KLC混凝土防腐抗裂剂、浙江尖峰牌普通硅酸盐42.5级水泥,细度模数为2.5的中砂,粗集料为5-25mm连续级配碎石,拌和用水为饮用水。

2.1.1混凝土防腐抗裂剂

按GB8076-1997《混凝土外加剂》与GB/T18736-2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》的要求,对KLC混凝土防腐抗裂剂进行性能检测,其各项性能结果见表2.1.1

表2.1.1KLC混凝土防腐抗裂剂性能检测结果

检验项目

含水率%

氧化镁%

氯离子%

三氧化硫%

比表面积m2/kg

需水量比%

凝结时间h:

m:

n

活性指数%

对钢筋锈蚀作用

初凝

终凝

7d

28d

检验结果

0.6

4.13

0.02

3.02

458

100

2:

30

4:

20

78

101

对钢筋无锈蚀作用

2.1.2水泥

试验采用浙江尖峰普通硅酸盐水泥42.5级,试验结果见表2.1.2。

表2.1.2水泥性能试验结果

检验项目

细度80um方孔筛余(%)

安定性

(雷氏法)

标准稠度

用水量%

(标准法)

凝结时间h:

m:

n

抗折强度MPa

抗压强度MPa

初凝时间

终凝时间

3d

28d

3d

28d

检验结果

2.3

合格

26.6

2:

45

3:

37

5.2

7.1

27.2

46.9

2.1.3砂

试验采用河砂,细度模数2.5,具体品质指标见表2.1.3

表2.1.3砂品质指标试验结果

干砂表观密度

(kg/m3)

松散堆积密度(kg/m3)

饱和面吸水率(%)

空隙率(%)

硫化物及硫酸盐含量(%)

2620

1680

2.0

36

0.03

轻物质含量

(%)

氯离子含量

(%)

云母含量

(%)

含泥量(%)

有机质含量

(比色度)

0.04

0.01

0.5

1.6

浅于标准色

2.1.4粗集料

试验采用5-25mm连续级配的碎石,具体品质指标见表2.1.4

表2.1.4碎石品质指标试验结果

干表观密度(kg/m3)

松散堆积密度(kg/m3)

饱和面干表观密度(kg/m3)

空隙率

(%)

硫化物及硫

酸盐含量

(%)

2600

1556

2580

40

0.01

含泥量

(%)

针片状颗粒含量(%)

石料坚固性

(%)

压碎值

(%)

有机质含量

(比色度)

0.3

1.72

1.26

4.26

浅于标准色

2.2试验方案

混凝土配合比选择中等强度等级C30混凝土,配制强度控制在38MPa左右。

KLC混凝土防腐抗裂在对比试验中采用内掺法,按等量代替水泥计算。

试验按GB50119-2003《混凝土外加剂应用技术规定》,GB/J50081-2002《普通混凝土拌和物性能试验方法》,GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》,GBJ82-85《普通混凝土长期性能试验方法》,ASTMC1202《抗氯离子渗透性试验方法以》,SL352-2006《水工混凝土试验规程》,《硫酸盐侵蚀破坏试验方法》等试验方法要求进行。

试件成型采用强制式搅拌机,在投入粗骨料、砂、水泥、KLC混凝土防腐抗裂剂后进行干搅拌,均匀后,再加水充分搅拌,搅拌时间3min,搅拌均匀后,进行拌和物性能测试,成型各种力学性能,耐久性能测试试件,混凝土拌和物装入试模,在振动台上振实后抹面养护,24h后拆模,试件放入养护室养护。

3试验结果与分析

3.1混凝土拌合物性能

混凝土拌合物性能试验主要进行混凝土塌落度试验和含气量试验,本试验混凝土塌落度控制在70-90mm之间,试验配比及结果见表3.1。

表3.1混凝土拌合物试验配合比及结果

试件编号

水泥(kg/m3)

KLC

防腐抗裂剂(kg/m3)

(kg/m3)

碎石

(kg/m3)

(kg)

塌落度mm

和易性

气量(%)

抗压

强度(MPa)

初始

0.5h

J1

350

——

725

1180

145

80

40

1.5

36.3

B

280

70

725

1180

145

90

70

2.0

36.5

注:

本试验,KLC混凝土防腐抗裂剂内掺量为20%

3.2混凝土的抗冻性能

混凝土的抗冻融性能是混凝土耐久性的一顶重要指标,是指混凝土在水饱和状态下能承受多少次冻融循环作用而不受破环的性能,抗冻性可间接反映混凝土抵抗环境水侵入和抵抗冰晶的能力。

本课题试验主要选用掺加20%KLC防腐抗裂剂配制的混凝土试件和普通水泥混凝土试件按SL352-2006《水工混凝土试验规程》要求进行,采用快速冻融试验方法,试件尺寸为100mm×100mm×400mm的试件,每组三块,试件养护令期为28天,试验前泡水4天,试验在混凝土全自动快速冻融试验机中进行,试件中心温度控制在-17℃±2℃和8℃±2℃,一个冻融循环为2-4h,每25次冻融循环后对试件检测一次动弹性模量和试件质量损失,试验结果见表3.2。

表3.2混凝土抗冻性能试验结果(重量损失/相对动弹性模量%)

试件

25次

50次

75次

100次

全水泥混凝土J1

0.08/95.9

0.10/86.1

4.6/64.4

15.2/-

内掺20%KLC

混凝土B

-0.4/96.4

-0.06/88.6

2.1/76.5

10.1/-

从试验结果看,冻融循环作用加速了混凝土的损伤程度和失效过程,全水混凝土和内掺20%KLC混凝土防腐抗裂剂混凝土的抗冻标号为F75,在F100时,试件已破损,后者在75次冻融循环后的相对动弹性模量略大于全水混凝土。

为提高掺加KLC混凝土防腐抗裂剂的混凝土的抗冻性能,适当引气是提高混凝土抗冻性的有效措施,故今后配制混凝土时,可适当加入引气剂,使混凝土结构中存在许多均匀的微小空间,降低和延缓水冰冻产生体积膨胀压力引起的混凝土破坏。

3.3混凝土的抗渗性能

混凝土在使用过程,由于受到环境中的水,气体及其中含有害的侵蚀价质的侵入,产生物理和化学的反应而逐渐破坏。

混凝土耐久性实质上就是抵抗这种破环作用的能力,混凝土抗渗性能的高低直接反映混凝土的耐久性能。

本课题混凝土抗渗试验参照SL352-2006《水工混凝土试验规程》标准中的试验方法进行。

试件顶面直径175mm,底面直径185mm,高度为150mm的圆台体,圆台试件养护28天后取出干凉一天,然后在试件侧面滚涂一层溶化的蜡封材料,将试件压入经烘箱预热过的试件套中,稍冷却后解除压力,连同试件套装在抗渗仪上进行试验,试验从水压力0.5MPa开始,以后每隔8h加水压力0.1MPa,并随时观察试件端面渗水情况,当6个试件中有3个试件端面出现渗水现象时,试验停止,记录当时水压。

为了进一步了解试件内部渗水情况,最后把结束试验的试件劈开,测定平均透水高度,试验结果见表3.3。

表3.3混凝土抗渗性能试验结果

试件

编号

混凝土配合比(kg/m3)

抗压强度(MPa)

抗渗等级

渗水

高度

(mm)

水泥

KLC防腐抗裂剂

碎石

J1

350

——

725

1180

145

36.3

P11

——

B

280

70

725

1180

145

36.5

≥P12

82

试验结果可以看出,全水泥混凝土试件J1,当压力加到1.1MPa时试件面出现点状渗水、而内掺20%KLC混凝土防腐抗裂剂的混凝土试件B当压力加至1.2MPa时,没有渗水发生,试件在压力机上劈开,经测量渗水高度为82mm,内掺20%KLC混凝土防腐抗裂剂混凝土抗渗性能优于全水泥混凝土。

3.4混凝土的抗裂性能

在高温或风速较大的季节,大面积暴露的新鲜混凝土表面,在混凝土终凝之前容易产生收缩裂缝,这是由于新鲜混凝土表面水的蒸发速度大于混凝土的泌水速度,水的蒸发由表面深入到新鲜混凝土表面以内,使蒸发面形成凹液面,使混凝土表面收缩,产生肉眼看不见的微细裂缝即塑性收缩裂缝,这种裂缝常出现在混凝土板、路面、梁等大面积暴露的结构表面,它不仅影响混凝土外观质量,同时也影响混凝土结构的耐久性。

本试验主要是对掺加KLC混凝土防腐抗裂剂混凝土的抗裂性能和普通水泥混凝土的抗裂性能进行对比试验,考察其早期抗裂性能。

该试验采用平板试件方法进行,考察其早期抗裂性能。

试验模具内边尺寸为600mm×600mm×63mm的钢制方型模具,在模具的每边分别装配8对Ф8mm×长100mm和Ф8mm×长50mm的约束钢筋,将预定配比混凝土拌和物装入模具中插捣成型,抹平表面,立即用塑料薄膜覆盖,2h后将塑料薄膜取下,开始用电风扇吹混凝土表面,两组对比的试验样品测试控制相同的室温,温度和风速,在室气流动相同环境中,用专门观察裂缝的50倍读数显微镜对各混凝土板开裂情况进行跟踪观测,开始每10min观察一次,当发现有裂纹产生后,每30min观察一次,对试件进行24h观察,记录每块混凝土板上裂缝的初裂时间,最大裂缝宽度、长度及裂缝数量,通过混凝土早期开裂情况来评定其抗裂性,试验见照片1,试验结果见表3.4,试验混凝土配合比及性能见表3.1。

表3.4混凝土开裂试验结果

编号

试件名称

初裂时间(h:

min)

裂缝尺寸

裂缝数量(条)

裂缝最大宽度(mm)

裂缝最大长度(cm)

J1

全水泥混凝土

4:

40

0.42

3.4

16

B

掺防腐抗裂剂混凝土

5:

50

0.22

2.5

6

注:

实验室温度为30℃,相对湿度为58%,风速为2台Ф台140cm的吊扇开到最大档连续吹风。

从试验结果看,掺加KLC混凝土防腐抗裂剂的混凝土试件,其混凝土表面裂缝明显减少,裂缝宽度也明显减小,初裂时间推迟1个多小时。

内掺20%KLC混凝土防腐抗裂剂混凝土的开裂情况伏于全水泥混凝土。

照片1混凝土平板试件早期开裂情况跟踪观测

3.5混凝土的抗氯离子渗透性能

钢筋混凝土由于氯离子的侵入加剧钢筋锈蚀,钢筋锈蚀是引起混凝土结构破坏和耐久性不足的重要因素之一,抗氯离子渗透性能主要考察混凝土的抵抗外界氯离子侵入的能力,提高混凝土密实度是阻止和延缓氯离子渗透的有效措施。

混凝土中氯离子渗透测试方法通常有氯离子渗透深度显色测试法、取混凝土芯样从混凝土表面开始等距离切片进行砂浆氯离子含量测定来检测混凝土中氯离子侵入情况。

本试验采用PROOVE’it设备,根据ASTMC1202-97标准快速自动测定混凝土抗氯离子渗透能力的方法对全水泥混凝土和掺加20%KLC混凝土防腐抗裂剂的混凝土试件进行电通量测试。

试件在直径100mm,高300mm试模中浇筑,养护28d,切去试件两端浮浆层后制成Ф100mm×50mm的试件各四块,三块一组。

试验前,把试件放入真空干燥器,开启真空泵保持真空泵在760mmHg高度3小时后,让经煮沸半小时后冷却水流入干燥器中浸没试块,使试块浸泡在水中18h,确保试件吸水饱和,取出后用布擦干,装入试验槽中,试验槽两端,一端为3.0%Nac1溶液,另一端为0.3NNaOH溶液,在两端施加60伏电压,恒压6h,记录电流的经时变化及通过试件的累计通电量值、库仑,用于衡量混凝土上的密实程度和抵抗氯离子渗透能力。

ASTMC1202-97直流电量法对混凝土渗透性能评价见表3.5.1,试验结果见表3.5.2,试验见照片2。

照片2抗氯离子渗透通电量试验

表3.5.1氯离子渗透率

库仑值

渗透率等级

>4000

4000~2000

中等

2000~1000

1000~100

极低

<100

可忽略

表3.5.2混凝土试件通过的电量与氯离子的渗透能力

编号

试件名称

水灰比

抗压强度MPa

通过电量、库仑

氯离子渗透能力

J1

全水泥混凝土

0.414

36.3

2189

B

掺20%KLC

防腐抗裂剂混凝土

0.414

36.5

730

很低

试验结果表明,通过全水泥混凝土的试件电量为2189库仑,内掺20%KLC混凝土防腐抗裂剂的混凝土试件通过电量就大大降低,通电量仅为730库仑(属于氯离子渗透能力很低等级)。

由此可见,内掺20%KLC混凝土防腐抗裂剂后的混凝土内部孔结构得到细化,使混凝土更加密实,从而提高混凝土的抗氯离子渗透能力。

3.6混凝土的耐硫酸盐腐蚀性能

混凝土结构受到环境水中的硫酸盐离子侵入混凝土内部与一些固相组分发生化学反应和物理作用,生成一些难溶盐类的膨胀性产物引起膨胀开裂,使混凝土表面层剥落破损。

化学反应破坏主要是硫酸根离子进入混凝土内部,和水泥浆中的CH和C-S-H等组分溶出和分解,导致混凝土强度和黏结性能损失,最终导致混凝土结构的破坏,混凝土耐腐蚀性能主要是通过水泥胶砂的耐侵蚀能力来体现。

本试验依据GB2420-81《水泥抗硫酸盐侵蚀快速试验方法》规定,制备相同强度等级水泥40mm×40mm×160mm的细骨料全水泥混凝土试件和内掺20%KLC混凝土防腐抗裂剂细骨料混凝土试件进行对比试验,试件成型1天后拆模,养护室养护28天,试件配合比及性能

见表3.6.1。

表3.6.1细骨料混凝土拌合物试验配合比及结果

试件

水泥kg/m3

防腐抗裂剂kg/m3

砂kg/m3

碎石

kg/m3

kg

水灰比

抗折强度(MPa)

抗压强度(MPa)

7d

28d

7d

28d

J

457

550

1172

201

0.44

6.64

7.39

35.6

44.4

K

362

95

550

1172

201

0.44

6.53

7.42

34.7

44.5

注:

细骨料混凝土所用碎石为5-10mm,成型尺寸为40mm×40mm×160mm。

每批试件配制成20组(每组三块试件),试验前测定其基准抗折、抗压强度,并对每组(三块试件)称重,然后将试件浸泡在3%Na2SO4溶液中和清水中进行180次干湿循环实验,干湿循环为在溶液中浸泡16个小时,在70℃±2℃烘箱中烘7小时,取出后冷却1小时再浸泡于溶液中,作为一次循环。

在180次循环中选择,0、20、40、60、80、100、120、140、160、180次时,试件进行抗折,抗压强度试验,并在每组抗折、抗压试验前,试件进行称重,来分析试件破损情况,试验结果见图1、图2。

图1表明,抗折强度曲线总体变化规律为先上升,到一定循环次数后再下降,前期干湿循环环境对试件结构没有形成多大的破坏,浸泡在3%Na2S04溶液中的试件和浸泡在清水中试件在40次时或60次时其抗折强度达到最高后(全水泥细骨料混凝土试件在40次循环时抗折强度最高,掺KLC混凝土防腐抗裂剂细骨料试件在60次循环时抗折强度最高),其后在3%Na2SO4溶液中干湿循环严劣环境对试件结构的破坏作用就表现出来了,抗折强度开始下降,其全水泥细骨料混凝土试件在140次干湿循环后其抗拆强度直线下降,至180次循环时,试件混凝土上表面剥落,抗折强度降至最低点。

掺KLC混凝土防腐抗裂剂细骨料混凝土试件在3%Na2S04溶液中干湿浸泡循环中,抗拆强度下降缓慢,到180次循环时抗折强度略小于初次时抗折强度。

在清水中干湿循环的两组对比试件经180次循环后,其抗折强度略高于初次时的抗折强度。

图2抗压强度曲线变化表明,试件浸泡在3%硫酸Na2S04溶液中进行干湿循环在40次循环时,试件的抗压强度达到最高值,在随后的循环中,全水泥细石混凝土试件在3%Na2S04盐溶液中干湿循环,抗压强度下降较快,在140次循环后,抗压强度显直线下降,说明水泥骨料混凝土在3%Na2S04溶液侵蚀的严劣环境下,腐蚀破损严重。

内掺KLC混凝土防腐抗裂剂的细骨料混凝土试件在3%Na2S04溶液中干湿循环中在40次循环时抗压强试达到最高值,其后在3%溶液中干湿循环过程中抗压强度开始缓慢下降,最终到180次循环结束时,抗压强度仍然很高,表明掺加KLC混凝土防腐抗裂剂细骨料混凝土试块能有效地的抵抗干湿循环中侵蚀性硫酸盐溶液的侵入作用。

全水泥细骨料混凝土试块和内掺20%KLC混凝土防腐抗裂剂细骨料混凝土试件在清水环境中循环180次后,抗压强度略高于初次时抗压强度。

两批细骨料混凝土试件在干湿循环中试件重量的变化,也显示出全水泥细骨料混凝土试件在3%Na2S04溶液干湿循环中混凝土表面剥蚀情况,在前120次循环中,浸泡在清水中和浸泡在3%Na2S04溶液中的各组试件在循环前的重量和循环后的重量,损失率均在0.4%以内,但到180次循环结束时,在3%Na2S04溶液中进行干湿循环的全水泥细骨料混凝土试件表层混凝土已全部剥落,手摸试件后,表层疏松,碎石、砂子直向下掉,试件重量损失值7.34%,腐蚀破损严重,见照片3。

掺加20%KLC混凝土防腐抗裂剂细石混凝土试件在3%Na2SO4溶液中干湿循环180次后,试件基本完整,重量损失小,见照片4。

试件干湿循环前后重量损失情况见表3.6.2。

照片3全水泥细骨料混凝土试件在3%Na2S04溶液中干湿循环180次后腐蚀破损严重照片

照片4在3%Na2S04溶液中经180次干湿循环后两组试件(左侧)为全水泥混凝土试件,(右侧)为内掺20%KLC混凝土防腐抗裂剂试件

表3.6.2混凝土试件干湿循环前后试件重量

试件名称

项目

干湿循环60d

质量变化/g

干湿循环120d

质量变化/g

干湿循环180d

质量变化/g

率%

率%

循环前

率%

J1

(清水)

1827.3

1826.6

-0.04

1863.5

1859.9

-0.19

1831.2

1825.1

-0.33

K1

(清水)

1840.9

1840.1

-0.04

1831.6

1824.2

-0.40

1856.0

1850.6

-0.29

J1

(3%Na2SO4)

1848.5

1835.2

-0.72

1840.6

1833.9

-0.37

1826.3

1692.2

-7.34

K1

(3%Na2SO4)

1826.7

1825.9

-0.04

1861.8

1856.9

-0.26

1843.6

1822.0

-1.17

注:

循环后重量损失包括在干湿循环过程中,搬动碰撞的一些重量损失

试验表明全水泥细骨料混凝土试件在3%Na2S04溶液中干湿循环180次后,几乎丧失了抗压强度,抗折强度,试件严重破损,混凝土表面全部剥蚀,表面砂粒碎石疏松掉下,集料暴露,凹凸不平,说明全水泥细骨料混凝土试件在干湿交替的3%Na2S04溶液中循环,混凝土结构受到严重剥蚀破损。

内掺20%KLC混凝土防腐抗裂剂的细骨料混凝土改善了混凝土内部的微细结构,提高了混凝土早期抗裂性,减少了混凝土表面裂缝,增强了混凝土密实性与抗渗性能,在3%Na2S04溶液中干湿循环,能有效抵制有害介质侵入混凝土内部,经过180次干湿循环,其抗折强度,抗压强度和试件的重量损失试验前后均无大的变化,提高了混凝土结构的耐久性

 

4结语

(1)KLC混凝土防腐抗裂剂符合GB8076-1997《混凝土外加剂》及GB/T18736-2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》有关性能指标的要求。

(2)普通硅酸盐水泥掺加HH混凝土防腐抗裂剂,能改善了混凝土和易性,减少了混凝土坍落度的经时损失,使其具备良好的工作性。

(3)掺加20%KLC混凝土防腐抗裂剂混凝土的抗冻性和同级配的全水泥混凝土抗冻标号均为F75,但掺加20%KLC混凝土防腐抗裂剂的混凝土在75次冻融循环后的相对弹性模量略高于全水泥混凝土。

要提高混凝土的抗冻标号,在掺加KLC混凝土防腐抗裂剂配制的混凝土中可适当掺加引气剂,可以提高混凝土的抗冻性能。

(4)掺加20%KLC混凝土防腐抗裂剂混凝土抗渗性能得到很大提高,当抗渗压力达12MPa时,抗渗试件未出现渗水,试件在压力机上劈开后,渗水高度为82mm,而同级配全水泥混凝土抗渗试件在抗渗压力1.0MPa~1.1MPa时,试件出现渗水。

这说明混凝土中掺用了KLC混凝土防腐抗裂剂后,混凝土结构变得更加密实,抗渗性能提高了。

(5)掺加20%KLC混凝土防腐抗裂剂配制的混凝土,明显改善了混凝土早期收缩性能,降低了混凝土早期收缩开裂趋势,提高了混凝土抗裂能力。

(6)掺加了20%KLC混凝土防腐抗裂剂后使混凝土变得更加密实,提高了混凝土抗氯离子渗透能力,其通电量在60V电压,恒压6h为730库仑(属氯离子渗透能力很低等级),而同级配全水泥混凝土在相同条件下通电量为2189库仑。

(7)掺加20%KLC混凝土防腐抗裂剂混凝土具有相对致密结构,很低的渗透性,试件在3%Na2S04溶液干湿循环恶劣环境下能有效抵制有害离子侵入,极大的提高了混凝土结构的耐久性。

(8)掺加KLC混凝土防腐抗裂剂配制的混凝土具有良好的抗裂性能和体积稳定性,密实,抗渗性能好,能有效抵制有害介质侵蚀破坏,增强混凝土力学这性能和耐腐蚀性能,从而提高了混凝土结构的耐久性。

(9)KLC混凝土防腐抗裂剂已在许多工程建设中得到应用,如温福铁路、甬台温铁路众多桥梁的承台、墩身、箱梁混凝土浇筑均内掺KLC混凝土防腐抗裂剂;一些水利工程如台州三山涂围垦、椒江十一塘围垦、苍南江南海涂围垦、上虞新东进闸排涝除险工程的水闸闸墩、胸垟、闸室底板、交通桥、翼垟,消力池等混凝土结构浇筑时都掺加KLC系列混凝土防腐抗裂剂;永嘉瓯北西段标准堤工程高桩平台结合挡墙结构断面、轻型框架结构断面的混凝土中均掺加KLC系列混凝土防腐抗裂剂。

以此来抵御硫酸盐、氯离子等多种侵蚀介质侵入,最终提高混凝土结构的耐久性。

KLC混凝土防腐抗裂剂材料的试验研究及应用,为提高混凝土结构的耐久性和混凝土高性能化配

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