混凝土耐久性研究

付建航 楊海嬌 馬全欣 宋興海 孫曉勇

摘 要：混凝土在施工過程中易受到外界的影響，在初凝和終凝的這段時間內(nèi)若收到影響，會使影響混凝土內(nèi)部凝結(jié)硬花，導(dǎo)致粗細(xì)骨料發(fā)生位移，影響凝結(jié)硬化后的強(qiáng)度和耐久性。采用人為凝結(jié)期擾動，借助高精度電子稱、超聲波等測試方法，系統(tǒng)研究了混凝土耐久性。

關(guān)鍵詞：混凝土;擾動;耐久性

1 研究背景

混凝土是現(xiàn)代建筑工程中用量最大、用途最廣的材料之一，混凝土的質(zhì)量直接影響到構(gòu)筑物的強(qiáng)度、剛度和耐久性[1]。通過研究證明混凝土由粗細(xì)骨料、水泥基體、各區(qū)域過渡區(qū)幾部分組成。混凝土構(gòu)筑物的使用性能主要與其凝結(jié)硬化后內(nèi)部構(gòu)成有關(guān)[2]，通過實驗結(jié)果和工程實例可知，混凝土各個界面的過渡區(qū)力學(xué)性能最差，也最容易發(fā)生破壞，過度界面的粘結(jié)強(qiáng)度決定了結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，界面的粘結(jié)強(qiáng)度與所選材料、施工環(huán)境、施工過程等[3]。由上可知，實際建造過程中，構(gòu)筑物的力學(xué)性能除了與材料的多樣性、施工復(fù)雜性有很大關(guān)系[4]。

一個建筑的建筑物的經(jīng)濟(jì)性主要看其是否能達(dá)到設(shè)計要求的強(qiáng)度和耐久性，在正常使用和所處環(huán)境作用下保證其使用的安全性。評價一個建筑的耐久性的好壞，主要取決于其所用材料的耐久性，所以混凝土的耐久性直接影響到了建筑的使用壽命，不能選用強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)的水泥和粗細(xì)骨料，在保證材料質(zhì)量的前提下，才可以是建筑物達(dá)到設(shè)計的使用年限，不發(fā)生破壞。

2 纖維混凝土耐久性

混凝土是一種典型的承壓材料，其抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他力學(xué)性能，構(gòu)筑物除了承受結(jié)構(gòu)本身的自重荷載和活荷載，還要承受自然環(huán)境下多種劣化因子作用，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，承載力分布不均，耐久性降低，影響其使用壽命，達(dá)不到設(shè)計服役年限。為了進(jìn)一步改善混凝土結(jié)構(gòu)的性能，延長混凝土的使用壽命，達(dá)到設(shè)計服役年限，往往在混凝土拌和的過程中添加一些外加材料，改善混凝土抗拉、抗折和抗剪性能。

通過在混凝土中加入纖維提高結(jié)構(gòu)性能的方法早于建筑材料的出現(xiàn)，早在古代時候，人們通過在泥土里加入一下草之類的植物，增大構(gòu)筑物的使用壽命[5]。纖維混凝土（Fiber reinforced concrere，F(xiàn)RC）簡稱纖維混凝土，指的是混凝土在拌和的過程中，加入各類不同長度、不同材料、不同粗細(xì)纖維，通過加工成型的一種復(fù)合材料。添加的纖維可以根據(jù)其彈性模量的大小分為兩類，如使用過程中所選用的纖維彈性模量大于水泥稱為剛性纖維，如剛纖維和玻璃纖維;若使用過程中所選用的纖維彈性模量小于水泥的彈性模量稱為柔性纖維，如聚丙烯纖維和尼龍纖維[6]。

陳德玉和譚克鋒研究不同長度聚合物微纖維作為摻合料，其中最短的長度為5mm，最長的為15mm，結(jié)構(gòu)成型后，因內(nèi)部存在大量的微纖維，改善內(nèi)部微結(jié)構(gòu)，起到了“分流和篩濾”作用，減小了混凝土表面的析水，降低了拌和材料發(fā)生離析的概率，使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔隙含量降低，提高了密實度，從而使抗?jié)B能力有所提高。

孫家瑛的實驗表明，當(dāng)混凝土中添加纖維時，使其內(nèi)部的微孔道和微裂縫增多，為其他介質(zhì)的進(jìn)入提供了通道，表現(xiàn)出的抗碳化能力比普通混凝土要差，但當(dāng)混入兩種粗細(xì)不同的纖維時，混凝土的抗碳化能力要強(qiáng)于單一纖維混凝土;當(dāng)混凝土中加入網(wǎng)狀聚丙烯纖維時，此時纖維混凝土表現(xiàn)出的抗?jié)B性也較差。貢金鑫等的研究表明，若在高性能混凝土加入PP纖維會影響混凝土的結(jié)構(gòu)密實性，使其孔隙增多，會使混凝土的吸水率增大，抗?jié)B性降低。

華淵等研究表明，在混凝土中添加混合纖維，此時混凝土的抗?jié)B能力均有所提高，而且混合纖維的參量在一定范圍內(nèi)和混凝土抗?jié)B能力提高成正比趨勢。因加入大量的混合纖維，使得混凝土內(nèi)部孔隙降低，密實度提高，抗?jié)B能力提高。

綜上，國內(nèi)外研究者從耐久性的各方面對纖維混凝土進(jìn)行了研究，尤以材料層面的成果最為顯著，構(gòu)件層面也積累了較多的實驗、測試和理論研究的成果。但相對于地鐵隧道混凝土所處的特殊工作環(huán)境及復(fù)雜受力狀態(tài)，已有的耐久性研究仍顯得單調(diào)，一些突出性的問題亟待解決。

3 結(jié)論

由實際工程可知，影響混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命原因非常復(fù)雜，不是單研究一種影響因素就可以得出結(jié)論，但是單一劣化因素是研究多種復(fù)雜劣化因素的基礎(chǔ)，雖然對于單一劣化因素的影響已經(jīng)取得了一些成就，但是還應(yīng)該對其更深層次的研究，為多種耦合作用提供實驗數(shù)據(jù)。現(xiàn)在好多研究者著重研究碳化、凍融、荷載與氯鹽環(huán)境等多種劣化影響下共同作用混凝土耐久性的改變，模擬構(gòu)筑物在復(fù)雜環(huán)境因素和力學(xué)因素下微觀和宏觀力學(xué)性能的改變。此外在實驗室的所有實驗是基于設(shè)定好的實驗條件，與實際工程無時無刻不可控外界影響還有很大的差距，不能完全模擬出時間構(gòu)筑物在服役過程中所遇到復(fù)雜環(huán)境和受力，因此，如何設(shè)定實驗過程和影響因素，使得實驗結(jié)果能更準(zhǔn)確、更為接近實際這也是需要進(jìn)一步研究的內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王培銘，趙國榮，張國防.聚合物水泥混凝土的微觀結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展[J].硅酸鹽學(xué)報，2014，42（5）：653-659.

[3]Chang P K，Peng Y N.Influence of mixing techniques on properties of high performance concrete[J].Cement and Concrete Research，2001，31（2）：87-95.

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[5]襲益，沈榮熹，李清海.杜拉纖維在土建工程中的應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[6]李影.纖維在混凝土中作用原理淺析[J].市政技術(shù)，2004，22（3）：185.

科研項目：蘆葦加筋土的輕型擊實效果評價研究（2018年度學(xué)校科技計劃項目SYKJ1802）

作者簡介：付建航（1989-），河北滄縣人，碩士，助教，主要從事土木工程專業(yè)課教學(xué)與黨務(wù)工作。