淺談鐵路客運專線混凝土的耐久性指標及施工質量控制措施

孫軻

（1.中國鐵道科學研究院，北京100081；2.成都鐵路局集團重慶建設指揮部，重慶400023）

1 引言

抗壓強度是人們長期以來注重的混凝土指標，而對由于材料自身性能劣化出現后期安全質量問題或使用壽命縮短卻考慮不夠、做得不好，特別是鐵路工程混凝土。因此，在始終關注強度的同時，還應充分考慮混凝土在復雜環境下抵抗有害物質侵入的能力。這就產生了耐久性這一新指標。

2 鐵路客運專線混凝土耐久性評價指標分析

鐵路客運專線主體結構所用滿足現行標準各項要求的混凝土實際上就是所謂的高性能混凝土。由于其設計指標主要為耐久性，綜合考慮所處環境種類與作用等級，以及使用年限，設計過程中應提高一定綜合性能，同時在施工時進行綜合考量與深度控制。

2.1 電通量

電通量能充分反映出混凝土所處密實狀態。相關研究表明，因混凝土構件處在碳化、氯鹽、侵蝕、凍融及磨蝕等多種作用并存的復雜環境，所以其耐久性和密實度有著直接關系。

密實度最初采用抗滲等級進行表示，但通過實踐可知，該表示方法更適用于強度較低的混凝土，如果強度等級在C30以上，則抗滲等級可以超過P20[1]。僅采用抗滲等級衡量混凝土性能并不準確。

目前，應用較多的混凝土抗有害物質侵入能力評價方法主要為氯離子擴散系數法和電通量法。這兩種方法無論是配合比設計，還是質量監控均能使用。電通量和密實度成反比，即電通量越小越密實。以主體結構為例，其在氯鹽環境當中的電通量應控制在800C以內；而強度等級低于C30的結構，其在碳化環境當中的電通量應控制在2000C以內。

2.2 保護層厚度

處在碳化環境當中的結構，當密實度確定時，其鋼筋銹蝕發生時間與發展速度都和保護層厚度有關。隨著保護層厚度的不斷增加，銹蝕發生時間延后，且發展速度減慢。雖然保護層厚度一般在設計過程中確定，但施工中必須予以控制，實際厚度必須等于或大于設計厚度。以往規范對保護層厚度提出的要求往往偏小，而且主要指的是受力主筋，未考慮箍筋與分布筋。就耐久性而言，箍筋最早被侵蝕，銹蝕發生后會造成其環線開裂脫落，而且在箍筋分布較密的位置，還會出現大面積脫落現象。因此，無論布置在外側的鋼筋類型如何，都應有一致的保護層厚度。其他國家的相關技術規范對保護層厚度提出了常規環境下不小于35mm的要求。

2.3 抗凍等級

抗凍性能的表示方式有很多種，目前以動性彈性模量的實際損失為主。抗凍等級是我國相關行業對抗凍性能進行評價的主要指標。將試樣凍融試驗的動性彈性模量降至初始值的60%作為抗凍等級。結構使用年限不同其抗凍等級也不同，一般主體結構應達到F300以上，其他結構為F250以上[2]。

2.4 原材料品質

高品質原材料是使混凝土具有良好耐久性的重要基礎。通過實踐可知，如果水泥較細，且C3A實際含量較高，則能增大強度，但水泥的水化速度會變化，釋放更多的水化熱，使混凝土產生較大的收縮，容易發生開裂，影響耐久性。此外，不論是否采用活性骨料，如果堿含量超過標準較多，也會增大開裂傾向。考慮到氯離子是造成銹蝕現象的主要因素，所以對氯離子的實際含量也應有所限制。骨料中泥塊含量的控制，不單是出于對強度的考慮，也是防止宏觀缺陷的方法，同樣能提高耐久性。

3 鐵路客運專線混凝土施工質量控制措施

3.1 混凝土配合比設計

施工前必須進行配合比設計，設計質量決定了施工質量，并對成本效益有直接影響。相比于過去，應在選定試驗過程中增加一些檢驗項目，比如除坍落度、抗壓強度、含氣量等必做項目外，還應根據實際情況檢驗試件耐磨性、抗凍性與彈性模量。

綜合考慮結構種類、所處環境類型、作用等級與使用年限，還提出水膠比要求及膠凝材料實際用量要求，這些都和耐久性有關。根據耐久性的要求設計混凝土配合比，和根據強度的要求設計混凝土配合比是完全不同的。前者需要結合混凝土所處環境種類與作用程度，選定合適的水膠比與不同膠凝材料最佳用量。當條件允許時，應選用小的水膠比，同時減小水及膠凝材料實際用量。通過這樣的處理，能增加密實度，減小收縮。除此之外，水膠比的降低還能提高各類摻合料強度貢獻度。然而，需要注意，如果膠凝材料實際用量太少，則對工作性能、強度及耐久性均不利，所以應按照標準有效控制。

3.2 入模控制

①含氣量。增加含氣量能提高抗凍性，還能增強抗腐蝕能力，減少膨脹反應，改善綜合性能，避免熱擴散和泌水。基于此，當條件為非凍融時，其含氣量應達到2%以上，而為凍融時，應達到4%以上。此外，在拌制的過程中應對含氣量進行測試，每50m3至少測試一次[3]。②溫度。控制入模溫度是預防裂縫的前提。但實際施工中的溫度控制往往不到位，普遍認為只有大體積砼才應進行溫度控制。而通過實踐可知，水泥細度及強度的增加，也會使內部大幅溫升而開裂。外界環境氣溫較高時，需要采取有效措施控制入模溫度，但溫度的降低不能太多，否則會使表面快速硬化，待內部膨脹后，產生裂縫。由此可見，應在冬季施工中使用溫度較高的混凝土。而夏季施工除了要做好降溫，還應避免光照日曬。對此現行標準也給出了相應的規定，如冬季施工過程中入模溫度應控制在5℃以上；而夏季施工過程中入模溫度應控制在當時環境氣溫以下，并且不能超過30℃；施工時安排專人進行測溫，每班不少于3次[4]。

3.3 養護溫度

通常情況下，養護都采用澆水保濕的方法，而對溫度變化沒有引起注意。在養護過程中，若表面溫度和內部溫度之間、表面溫度與外部環境氣溫之間存在較大差別，或升溫和降溫的速度較快，則也會造成開裂現象。基于此，現行標準提出了以下補充規定：芯部溫度應在65℃以下，采用蒸汽養護的方法時，升溫和降溫的速度都應控制在10℃/h以內，不同部分的溫度差不得超過20℃，而為橋梁時不能超過15℃[5]。在混凝土工程施工中，需根據結構類型、養護條件等制定切實可行的測溫方案，以此檢驗養護溫度是否達到要求。

3.4 施工過程控制

標準要求，在進行配合比設計選定時，需要對抗凍等級與電通量進行檢測。由于對混凝土耐久性方面的研究工作還處在初期階段，抗凍等級與電通量兩項指標的實驗數據存在一定離散性，而且各種試驗方法還未能找出準確的替代規律，進而無法像強度檢測那樣。實際工作中，應嚴格按照已選好的材料、混凝土配合比及技術組織方案實施：要注重原材料的檢驗批次并及時對比分析檢驗結果，一旦發現原材料質量不穩定，要及時停止使用或調整配合比以滿足設計要求；要注重混凝土振搗及振搗效果，避免出現混凝土構筑物中夾雜氣泡和局部不密實；諸如此類問題，若施工中未加控制，則必定會產生質量缺陷，從而無法達到耐久性要求。因此，做好施工過程控制，減少質量缺陷、降低質量缺陷等級，能更好地滿足混凝土工程耐久性要求。

4 結語

綜上所述，耐久性是高性能混凝土重要指標之一，但衡量耐久性的指標很少，在常規檢驗中也并不一定涉及，所以在實際工作中應做出相應的調整，并通過施工質量控制保證耐久性，以此滿足實際要求。