橋梁用高耐久性混凝土性能研究

屠張鋒

身份證號碼：330682198610215018

橋梁用高耐久性混凝土性能研究

屠張鋒

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混凝土的耐久性是目前公路界面臨的嚴重問題之一，混凝土的耐久性在很大程度上決定了公路橋梁結構的安全性，其耐久性不足是許多公路橋梁結構過早破壞的主要原因。高耐久性混凝土是在大幅度提高混凝土性能的基礎上以耐久性、經濟性作為設計指標的一種高技術混凝土，為環境保護和公路橋梁建設的可持續發展提供了一條嶄新的道路。橋梁的全壽命周期一般為50～100年以上，但一部分橋梁用普通混凝土在5～10年就開始出現局部開裂、剝落、性能劣化等現象。基于此，本文主要針對橋梁用高耐久性混凝土性能進行了詳細的分析。

橋梁；高耐久性混凝土；性能

橋梁用高性能混凝土是一種集高耐久性、高強度和高工作性于一體的新型綠色混凝土。混凝土的耐久性在很大程度上決定了橋梁結構的安全性，其耐久性不足是許多橋梁過早破壞的主要原因。

1 發展概況

近20年來，全球范圍內由于受環境作用引起的混凝土工程劣化情況明顯嚴重，這主要是由于應用于各種劣化環境(包括對于混凝土來說嚴酷的環境)的混凝土工程數量的增大；環境的惡化(如酸雨、排污等)和施工片面追求進度等導致的工程質量問題等。我國是一個發展中的大國，目前處于大規模的基本建設時期，每年投資規模達2萬億人民幣以上，目前建設的混凝土結構物再過30～50年將進入維修期，所需維修或重建費將會是一筆巨額資金。因此發展高耐久性混凝土，提高結構物的服役年限，有巨大的經濟和社會效益。

2 高性能混凝土的定義

目前對高性能混凝土的定義還沒有統一的標準，不同國家甚至是同一個國家的不同學者或部門對高性能混凝土的定義都存在差異。現在普遍認同的定義是由美國國家標準與技術研究院和美國混凝土學會(ACI)于1990年5月提出的：高性能混凝土(HighPerformance Concrete，簡稱HPC)是以耐久性指標為基本要求，在采用常規材料和工藝制造的水泥混凝土中摻入一定量的礦物摻合料和專用復合外加劑，取用較低的水膠比和較少的水泥用量，并在施工時采取嚴格質量控制措施制備滿足力學性能要求，具有較高耐久性和良好工作性的混凝土。

3 橋梁用高性能混凝土的耐久性問題

3.1 橋梁用高性能混凝土的耐久性

從本質上說，盡管混凝土是一種耐用的材料，但與其他建筑材料相比，混凝土可能受到各種有害的攻擊，如冰霜破壞，除冰鹽、硫酸鹽以及氯離子侵襲等。所有的這些危害過程都牽涉到水和離子在混凝土孔結構中的運動、遷移。這些危害對普通混凝土來說是致命的，嚴重影響混凝土的使用壽命。

3.2 混凝土耐久性的影響因素

(1)外界因素

環境條件：環境條件包括氣候條件和暴露條件。在氣候條件中，溫度變化是影響混凝土結構物耐久性的主要因素。冰凍條件或環境凍融循環的年發生次數更需要重點考慮。氯離子也成為決定混凝土結構物壽命的因素。工作條件：對于公路橋梁混凝土，工作條件是車輛和流水中的懸浮物等，它們都可能引起混凝土的表面磨損。對于水工泄水結構物兩種常見的破壞形式是沖刷磨損和氣蝕。

(2)內在因素

主要為橋梁結構的體系設計、結構或構件的構造、混凝土結構保護層厚度、水灰比和密實度、水泥品種、標號和用量、外加劑類型、混凝土和鋼筋的應力大小及裂縫等，這些因素影響混凝土結構的碳化速度以及結構或構件的裂縫形式和發展。

4 橋梁用高性能混凝土的耐久性設計

4.1 原材料的性能

(1)水泥：細顆粒較多的水泥，水化后在混凝土內部產生微小毛細孔，可以使有害孔隙減小，從而提高混凝土的抗滲性，但需注意水泥細度的增加對降低水灰比不利，使混凝土抗裂性下降。配置混凝土時，優先采用水化熱低的普通硅酸鹽水泥。

(2)礦物摻和料：礦物摻和料最好選用粉煤灰、磨細粉煤灰、磨細礦渣粉，其產品性質要求穩定，并且粉煤灰、磨細礦渣粉等也要滿足國家現行標準、規范中的有關規定。

(3)外加劑：在保證混凝土拌和物所需流動性的同時，應盡可能降低用水量，減少水灰比，使混凝土的總孔隙、特別是毛細管孔隙率大幅度降低。加入減水劑后，不但使水泥體系處于相對穩定的懸浮狀態，還在水泥顆粒表面形成一層溶劑化水膜，阻止了水泥顆粒間的直接接觸，并在顆粒間起了潤滑的作用，同時使水泥絮凝體內的游離水釋放出來，增加了混凝土的流動性，改善了拌合物的和易性，從而達到減水的目的。

(4)粗細骨料：對于細骨料，可以選用潔凈、天然的河砂，細度模數為2.6-3.2，含泥量小于2.0%。對于粗骨料要求質地均勻堅硬、粒形良好、級配合理，粒徑大約在5-20mm。最大公稱直徑小于25mm，且不得超過鋼筋混凝土保護層厚度的2/3和鋼筋最小間距的3/4，并分兩級(5-10mm和10-20(25)mm)。使用時要求粒徑5-10mm碎石與粒徑10-20(25)mm質量之比為(40±5)%：(60±5)%。

4.2 配合比設計

由于橋梁處在寒冷地帶，且可能撒除冰鹽，因此要求混凝土具有很高的耐久性， 300次凍融循環的抗凍指標DF值＞ 90%和56次循環的鹽凍剝落量＜1.0 kg/m2。設計時必須滿足：①保證滿足C50強度等級設計要求；②由于工地采用攪拌車運輸混凝土，要求坍落度為100mm～120mm；③耐久性設計為 100年，要求抗凍性按抗凍耐久性指標DF≥80%。氯離子擴散系數 ＜5×10-8cm2/s；為確保耐久性要求含氣量應為5.0%±0.5%。

綜上所述，提高橋梁用混凝土的耐久性具有十分重要的意義，這需要我們研究原材料及配合比對混凝土性能，特別是耐久性能的影響，來更好的延長混凝土構筑物使用壽命。

[1]董海軍.淺談高耐久性混凝土的特點及應用[J].黑龍江科技信息，2013，06：237-238.

[2]楊全兵，楊學廣，郭榮泰.高耐久性混凝土在預應力橋梁中的應用研究[J].公路，2003，02：108-112.

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