怎樣提高高速鐵路混凝土的耐久性

程芳

[摘 要] 當今社會經濟高速發展，交通運輸業備受關注，尤其是對鐵路運輸的需求量逐漸增大，鐵路運輸的發展將偏向高速和重載運輸。根據UIC（國際鐵道聯盟）的定義，高速鐵路是指營運速率達每小時200公里的鐵路系統。目前，中國鐵路建設進入了規模最大、標準最高的發展時期。高速鐵路建設線下工程以混凝土結構為主體，大噸位混凝土箱梁將與日俱增，眾所周知，重視基礎設施的耐久性是保證工程質量的關鍵。因此，無論是設計者還是施工者，他們越來越重視結構混凝土耐久性的問題研究。文章分析了影響混凝土壽命的因素，并提出了提高高速鐵路混凝土的耐久性的策略，以期與同行共勉。

[關鍵詞] 高速鐵路混凝土耐久性

混凝土的耐久性是指結構在預定設計工作壽命期內，在正常維護條件下，不需要進行大修和加固就可以滿足正常使用和安全功能要求的能力。即：不發生嚴重風化、腐蝕、脫落，鋼筋不發生銹蝕等。由于混凝土的功能不同，設計壽命也不同，鐵路橋梁工程一般要求100年以上。增加混凝土的耐久性，可以保證高速鐵路運行的安全性；同時延長使用壽命，節約維護成本，是構建節約行社會的根本要求。

一、混凝土結構耐久性問題的分析

混凝土耐久性問題，是指結構在所使用的環境下，由于內部原因或外部原因引起結構的演變，最終使混凝土耐久性失效，喪失使用能力。即所謂的耐久性失效的原因很多，水蝕、風化、凍融、腐蝕、磨損、氣體等屬于外部環境原因；堿骨料反應、體積變化、吸水性、滲透性等屬于內部原因。只有通過對混凝土耐久性影響因素分析，才能有針對性地提出解決問題的方案，才能真正提高混凝土的耐久性。

1、混凝土的抗滲性

混凝土的抗滲性是反映混凝土耐久性的一個重要指標。由水、空氣和其它侵蝕性介質滲透進入混凝土，造成混凝土耐久性失效。其滲透的速率與失效時間成正比。鋼筋銹蝕、堿-骨料反應、硫酸鹽、海水和酸的侵蝕、碳化屬化學變化引起的；凍融、鹽結晶、火災是物理變化引起的。水也是多數結構混凝土出現耐久性問題的核心。不僅物理劣化過程與水有關；同時作為傳輸侵蝕性離子的介質，水又是其化學劣化過程的一個根源。實驗室的數據表明：混凝土內部存在孔隙通道是其滲水的根本原因。

2、混凝土的抗凍性

這里所說的混凝土的抗凍性是只在吸水飽和狀態下，混凝土能夠經受多次凍融循環而不破壞，也不顯著降低其強度的性能。當外部環境處于零度以下時，混凝土內孔隙中的水因結冰體積增大了9%，在結構內部，形成各種壓力，當壓力達到一定程度時，導致混凝土表面剝落、龜裂、分層等的外觀上的破壞。實驗室研究表明：混凝土的抗凍性能與混凝土內部的孔結構和氣泡含量多少密切相關。當然也離不開混凝土的飽和度，水灰比，混凝土的齡期，集料的孔隙率及其間的含水率等因素。

3、混凝土的硫酸鹽侵蝕

硫酸根離子與混凝土中水泥水化物之間的化學反應，形成有害化合物，而導致混凝土組成和結構的破壞、強度下降、表面剝離等是混凝土硫酸鹽侵蝕的原因。硫酸根離子主要來自海水、垃圾、污水、土壤、地下水、水泥熟料等。高速鐵路工程易受硫酸鹽侵蝕的部位主要有大壩、橋墩、地下基礎、水工設施等，侵蝕后的混凝土常常出現體積膨脹、開裂、表面剝落、外觀發白的性狀。

4、混凝土的堿－集料反應

混凝土的堿-集料反應，是指混凝土中的堿與骨料中活性成分發生化學反應，也是造成混凝土的膨脹，開裂的原因。因反應的因素在混凝土內部，往往是不能根冶的，是混凝土工程中的重大隱患。為了確保運輸安全，不得不拆除大壩，橋梁，帶來巨大的經濟損失。其中堿硅反應 (ASR)，被譽為“混凝土的癌癥”。 堿金屬離子源于硅酸鹽水泥中，硅成分主要源于骨料中。他們在條件適宜的情況下，發生化學反應，破壞鐵路軌枕，破壞橋墩，破壞防護板，并導致鋼筋銹蝕，常出現爆皮、裂縫等外觀性狀。

5、混凝土中鋼筋的銹蝕

銹蝕主要取決于氧氣通過混凝土保護層向鋼筋表面的陰極的擴散速度，而這種擴散速度主要取決于混凝土的密實度。混凝土被碳化前，由于水泥的高堿性，鋼筋表面形成一層致密的氧化膜，阻止了鋼筋銹蝕電化學過程；混凝土一旦被碳化，鋼筋表面的氧化膜被破壞，在有水份和氧氣的條件下，就會發生銹蝕的電化學反應，最終使構件失去承載力。實驗室資料表明：試驗表明，當混凝土周圍介質的相對濕度為50%~75%時，混凝土碳化速度最快。鋼筋銹蝕后產生的鐵銹，體積比鐵增加2~6倍，擠裂保護層，出現裂縫，為氧氣和水份的進入打開方便之門，提高銹蝕速度，加快結構的損壞。鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土結構耐久性的最關鍵問題。

二、提高混凝土耐久性的措施

1、加強混凝土的抗滲性

工程實踐證明：水灰比是混凝土抗滲性的重要影響因素！提高混凝土密實性是解決抗滲性的關鍵。主要通過減小水灰比、保證水泥用量和恰當的工藝操作的辦法來實現。采用適宜的原材料及科學的生產、澆筑與養護操作（當水泥用量為300～350Kg/m3、水灰比0.45～0.55，制備出28d抗壓強度為35～40MPa的混凝土），在大多數環境條件下可以呈現良好的滲透性和耐久性能。

2、提高混凝土的抗凍性

混凝土的凍融破壞問題是影響其耐久性的重要因素之一?；炷恋目箖鲂阅芘c混凝土內部的孔結構和氣泡含量多少密切相關?？自缴僭叫?，破壞作用越小，封閉氣泡越多，抗凍性越好。防止混凝土凍融破壞的主要措施是降低水灰比，減少混凝土中多余的水份。冬季施工時，應加強混凝土良好的養護，防止早期受凍，選用抗凍骨料，并摻入防凍劑和引氣等。研究結果表明,水灰比越低,抗凍性能越好,低水灰比的高強混凝土即使不摻引氣劑,抗凍性能也非常優良,對中高水灰比的混凝土,欲徹底改善其抗凍性,摻引氣劑是十分必要的。摻入硅灰抗凍性能有所改善,但摻入粉煤灰使其抗凍性能有所降低。

3、控制混凝土的堿－集料反應

《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》中對混凝土強度和堿含量的規定和《混凝土結構設計規范》中耐久性規定了最大水灰比、最小水泥用量、最低強度等級均有具體要求。在材料的選擇上，采用非活性骨料，摻加活性混合材，如：硅灰、粉煤灰等；盡量使用含堿量≤0.6％的水泥；提高混凝土的密實性，增加必要的排水或阻止水分滲入的設計，避免化冰鹽的積累。

4、防止混凝土中鋼筋的銹蝕

一是采用防腐蝕鋼筋。有人在鋼筋表面采用靜電噴涂環氧樹脂粉末工藝的辦法，形成一定厚度的防腐涂層，還有人選擇鍍鋅鋼筋、不銹鋼鋼筋作配筋等。二是借助鋼筋阻銹劑（如亞硝酸鈣）防止氯鹽的腐蝕。三是對鋼筋進行陰極保護，即外加電壓以保持鋼筋處于陰極區。四是采用覆蓋面層隔離混凝土表面與大氣環境的直接接觸，這是降低混凝土碳化的給力措施。目前被廣泛適用于不利或者惡劣的環境條件下，它可以有效防止水、二氧化碳、氯離子和氧氣的侵入，減少鋼筋銹蝕。

三、結束語

總之，為保證和提高混凝土結構建筑的耐久性，必須對混凝土構件進行正確的結構設計、材料選擇和嚴格的施工，配合必要的管理和維護，定期簡單修補，只有當嚴重超出正常維修費允許范圍時，結構的使用壽命才終止。

參考文獻：

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