橋梁用高耐久性混凝土性能研究

屠張鋒

身份證號(hào)碼：330682198610215018

橋梁用高耐久性混凝土性能研究

屠張鋒

身份證號(hào)碼：330682198610215018

混凝土的耐久性是目前公路界面臨的嚴(yán)重問(wèn)題之一，混凝土的耐久性在很大程度上決定了公路橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，其耐久性不足是許多公路橋梁結(jié)構(gòu)過(guò)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(chǔ)上以耐久性、經(jīng)濟(jì)性作為設(shè)計(jì)指標(biāo)的一種高技術(shù)混凝土，為環(huán)境保護(hù)和公路橋梁建設(shè)的可持續(xù)發(fā)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(kāi)始出現(xiàn)局部開(kāi)裂、剝落、性能劣化等現(xiàn)象?；诖耍疚闹饕槍?duì)橋梁用高耐久性混凝土性能進(jìn)行了詳細(xì)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(qiáng)度和高工作性于一體的新型綠色混凝土?；炷恋哪途眯栽诤艽蟪潭壬蠜Q定了橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，其耐久性不足是許多橋梁過(guò)早破壞的主要原因。

1 發(fā)展概況

近20年來(lái)，全球范圍內(nèi)由于受環(huán)境作用引起的混凝土工程劣化情況明顯嚴(yán)重，這主要是由于應(yīng)用于各種劣化環(huán)境(包括對(duì)于混凝土來(lái)說(shuō)嚴(yán)酷的環(huán)境)的混凝土工程數(shù)量的增大；環(huán)境的惡化(如酸雨、排污等)和施工片面追求進(jìn)度等導(dǎo)致的工程質(zhì)量問(wèn)題等。我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中的大國(guó)，目前處于大規(guī)模的基本建設(shè)時(shí)期，每年投資規(guī)模達(dá)2萬(wàn)億人民幣以上，目前建設(shè)的混凝土結(jié)構(gòu)物再過(guò)30～50年將進(jìn)入維修期，所需維修或重建費(fèi)將會(huì)是一筆巨額資金。因此發(fā)展高耐久性混凝土，提高結(jié)構(gòu)物的服役年限，有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2 高性能混凝土的定義

目前對(duì)高性能混凝土的定義還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同國(guó)家甚至是同一個(gè)國(guó)家的不同學(xué)者或部門(mén)對(duì)高性能混凝土的定義都存在差異?，F(xiàn)在普遍認(rèn)同的定義是由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院和美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)(ACI)于1990年5月提出的：高性能混凝土(HighPerformance Concrete，簡(jiǎn)稱(chēng)HPC)是以耐久性指標(biāo)為基本要求，在采用常規(guī)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(zhuān)用復(fù)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(shí)采取嚴(yán)格質(zhì)量控制措施制備滿足力學(xué)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(wèn)題

3.1 橋梁用高性能混凝土的耐久性

從本質(zhì)上說(shuō)，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(guò)程都牽涉到水和離子在混凝土孔結(jié)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)、遷移。這些危害對(duì)普通混凝土來(lái)說(shuō)是致命的，嚴(yán)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(huán)境條件：環(huán)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(jié)構(gòu)物耐久性的主要因素。冰凍條件或環(huán)境凍融循環(huán)的年發(fā)生次數(shù)更需要重點(diǎn)考慮。氯離子也成為決定混凝土結(jié)構(gòu)物壽命的因素。工作條件：對(duì)于公路橋梁混凝土，工作條件是車(chē)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(duì)于水工泄水結(jié)構(gòu)物兩種常見(jiàn)的破壞形式是沖刷磨損和氣蝕。

(2)內(nèi)在因素

主要為橋梁結(jié)構(gòu)的體系設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的構(gòu)造、混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層厚度、水灰比和密實(shí)度、水泥品種、標(biāo)號(hào)和用量、外加劑類(lèi)型、混凝土和鋼筋的應(yīng)力大小及裂縫等，這些因素影響混凝土結(jié)構(gòu)的碳化速度以及結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的裂縫形式和發(fā)展。

4 橋梁用高性能混凝土的耐久性設(shè)計(jì)

4.1 原材料的性能

(1)水泥：細(xì)顆粒較多的水泥，水化后在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微小毛細(xì)孔，可以使有害孔隙減小，從而提高混凝土的抗?jié)B性，但需注意水泥細(xì)度的增加對(duì)降低水灰比不利，使混凝土抗裂性下降。配置混凝土?xí)r，優(yōu)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(xì)粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉，其產(chǎn)品性質(zhì)要求穩(wěn)定，并且粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉等也要滿足國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中的有關(guān)規(guī)定。

(3)外加劑：在保證混凝土拌和物所需流動(dòng)性的同時(shí)，應(yīng)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(xì)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(duì)穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，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(rùn)滑的作用，同時(shí)使水泥絮凝體內(nèi)的游離水釋放出來(lái)，增加了混凝土的流動(dòng)性，改善了拌合物的和易性，從而達(dá)到減水的目的。

(4)粗細(xì)骨料：對(duì)于細(xì)骨料，可以選用潔凈、天然的河砂，細(xì)度模數(shù)為2.6-3.2，含泥量小于2.0%。對(duì)于粗骨料要求質(zhì)地均勻堅(jiān)硬、粒形良好、級(jí)配合理，粒徑大約在5-20mm。最大公稱(chēng)直徑小于25mm，且不得超過(guò)鋼筋混凝土保護(hù)層厚度的2/3和鋼筋最小間距的3/4，并分兩級(jí)(5-10mm和10-20(25)mm)。使用時(shí)要求粒徑5-10mm碎石與粒徑10-20(25)mm質(zhì)量之比為(40±5)%：(60±5)%。

4.2 配合比設(shè)計(jì)

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(huán)的抗凍指標(biāo)DF值＞ 90%和56次循環(huán)的鹽凍剝落量＜1.0 kg/m2。設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足：①保證滿足C50強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)要求；②由于工地采用攪拌車(chē)運(yùn)輸混凝土，要求坍落度為100mm～120mm；③耐久性設(shè)計(jì)為 100年，要求抗凍性按抗凍耐久性指標(biāo)DF≥80%。氯離子擴(kuò)散系數(shù) ＜5×10-8cm2/s；為確保耐久性要求含氣量應(yīng)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(duì)混凝土性能，特別是耐久性能的影響，來(lái)更好的延長(zhǎng)混凝土構(gòu)筑物使用壽命。

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

[2]楊全兵，楊學(xué)廣，郭榮泰.高耐久性混凝土在預(yù)應(yīng)力橋梁中的應(yīng)用研究[J].公路，2003，02：108-112.

[3]楊學(xué)廣，于春，王世杰.高性能高耐久性混凝土在橋梁工程上的應(yīng)用研究[J].森林工程，2002，04：45-46.