抗氯鹽高性能混凝土的研究應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

摘 要：解決因氯鹽侵蝕導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不良問(wèn)題的首要措施是采用抗氯鹽高性能混凝土?？孤塞}高性能混凝土是現(xiàn)代混凝土技術(shù)水平的代表，文章簡(jiǎn)述了抗氯鹽高性能混凝土的研究現(xiàn)狀及工程應(yīng)用情況，探討了抗氯鹽高性能混凝土的發(fā)展趨勢(shì)和推廣應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：抗氯鹽高性能混凝土；研究現(xiàn)狀；應(yīng)用；發(fā)展趨勢(shì)

很多工業(yè)發(fā)達(dá)的臨海國(guó)家目前面臨著建筑物結(jié)構(gòu)耐久性損失非常嚴(yán)重的問(wèn)題，特別是橋梁道路港口等基礎(chǔ)設(shè)施，每年均需要投入大量財(cái)力進(jìn)行修繕。尤其對(duì)于海岸工程、撒除冰鹽的路橋工程以及處于鹽漬地區(qū)的建筑物，因氯鹽侵蝕導(dǎo)致鋼筋銹蝕現(xiàn)象格外嚴(yán)重。根據(jù)挪威海邊的建筑結(jié)構(gòu)耐久性調(diào)查報(bào)告顯示：濺浪區(qū)，約有20%的混凝土梁結(jié)構(gòu)及板的鋼筋腐蝕至結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞，約有24%的混凝土柱結(jié)構(gòu)耐久性破壞斷面損失率達(dá)10%-30%，約有14%的斷面損失率超過(guò)30%。

我國(guó)氯鹽環(huán)境下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題也非常嚴(yán)重，南部沿海已使用的碼頭中，基本都存在較為明顯的腐蝕現(xiàn)象，約有50%的碼頭梁結(jié)構(gòu)和板混凝土保護(hù)層嚴(yán)重脫落，浪濺區(qū)的結(jié)構(gòu)混凝土剝落和鋼筋銹蝕現(xiàn)象更加嚴(yán)重。氯離子侵蝕導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題的情況，給世界各國(guó)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。目前，解決因氯鹽侵蝕導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不良問(wèn)題的首要措施是采用抗氯鹽高性能混凝土。

1 抗氯鹽高性能混凝土的研究現(xiàn)狀

自20世紀(jì)80年代末，高性能混凝土的研究被提出后，得到了各國(guó)專家學(xué)者的一致認(rèn)同并相繼開(kāi)展了研究工作，目前已經(jīng)取得了豐碩的成果。高性能混凝土概念引進(jìn)至我國(guó)后，迅速掀起了高性能混凝土研究熱潮，有關(guān)成果不計(jì)其數(shù)。至于高性能混凝土的定義，各個(gè)學(xué)者理解不盡相同，至今沒(méi)有統(tǒng)一的界定。一般而言，高性能混凝土以高耐久性為核心，可以采用常規(guī)工藝和材料生產(chǎn)，具有混凝土結(jié)構(gòu)所要求各項(xiàng)力學(xué)性能，并具有高耐久性、高體積穩(wěn)定性、高工作性和經(jīng)濟(jì)性等所需性能要求的勻質(zhì)混凝土。

1.1 抗氯鹽高性能混凝土技術(shù)途徑研究

抗氯鹽高性能混凝土是同時(shí)采用低水膠比（通常低于0.40）和優(yōu)質(zhì)礦物摻合料（通常包括礦渣微粉、優(yōu)質(zhì)粉煤灰和硅灰等）兩種技術(shù)措施配制的高性能混凝土，低水膠比的作用主要是減少混凝土中摻加的水量，采用礦物摻合料的作用主要是依靠礦物摻合料粒子的填充作用以及其與氫氧化鈣的二次水化反應(yīng)，從而使得混凝土盡量密實(shí)。研究表明，采用抗氯鹽高性能混凝土，可以大幅降低混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)，提高建筑物的耐久壽命幾倍以至十幾倍，是提高建筑物抗氯鹽能力的重要途徑。

楊醫(yī)博等對(duì)抗氯鹽高性能混凝土技術(shù)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究總結(jié)，單摻情況，在粉煤灰摻量不太大的前提下，摻加粉煤灰可以明顯提高混凝土抗氯鹽性能，但高性能混凝土水膠比不宜高于0.36；摻加礦渣微粉的高性能混凝土，其礦渣的摻量不宜低于50%，混凝土抗氯鹽性能遠(yuǎn)優(yōu)于普通混凝土；摻有硅灰的高性能混凝土28天齡期氯離子擴(kuò)散系數(shù)只有普通混凝土的21%～56%，隨著硅灰摻量增加，其氯離子擴(kuò)散系數(shù)明顯降低；礦渣微粉和粉煤灰雙摻高性能混凝土的抗氯鹽性能優(yōu)于礦渣微粉或粉煤灰單摻高性能混凝土，同時(shí)遠(yuǎn)優(yōu)于普通混凝土；硅灰和粉煤灰雙摻高性能混凝土具有優(yōu)良的抗氯鹽性能和抗凍融性能，隨著齡期的增長(zhǎng)，混凝土抗氯鹽性能進(jìn)一步增強(qiáng)；粉煤灰、礦渣微粉和硅灰三摻混凝土具有優(yōu)良的抗氯鹽性能，在適宜的材料比例時(shí)其抗氯鹽性能要優(yōu)于雙摻抗氯鹽高性能混凝土。

1.2 抗氯鹽高性能混凝土氯離子結(jié)合性能研究

混凝土抗氯鹽性能很大一部分來(lái)源于其氯離子結(jié)合性能，T.U.Mohammed等通過(guò)對(duì)位于海洋環(huán)境中的混凝土進(jìn)行氯離子含量檢測(cè)表明，不同混凝土氯離子結(jié)合能力排序：SCB（摻量為30～60%的礦渣微粉混凝土）

胡蝶等研究了自然擴(kuò)散時(shí)間、養(yǎng)護(hù)齡期及礦物摻合料的摻量對(duì)混凝土氯離子結(jié)合能力的影響，結(jié)果顯示，礦渣微粉混凝土的氯離子結(jié)合能力隨礦渣微粉摻量的增加而急劇增強(qiáng)，粉煤灰混凝土氯離子結(jié)合能力隨粉煤灰摻量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)；此外，混凝土的氯離子結(jié)合能力與自然擴(kuò)散的時(shí)間無(wú)關(guān)，但隨著混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)而增強(qiáng)。

1.3 多因素作用抗氯鹽高性能混凝土性能研究

P.J.Tumidajski等研究了二氧化碳?xì)怏w對(duì)浸泡在硫酸鹽及氯鹽復(fù)合溶液中混凝土的抗氯鹽性能影響，結(jié)果表明，二氧化碳的存在提高了氯離子在礦渣微粉混凝土中的擴(kuò)散性能，但卻可以降低氯離子在普通混凝土中的擴(kuò)散性能。金祖權(quán)等研究了碳化后粉煤灰混凝土和普通混凝土的抗氯鹽性能，結(jié)果表明，碳化作用提高了混凝土表觀氯離子擴(kuò)散系數(shù)，使混凝土中的氯離子含量增加。

Zhang等研究了荷載作用對(duì)礦物摻合料混凝土抗氯鹽性能的影響，分別對(duì)不同粉煤灰摻量的圓柱形混凝土試件進(jìn)行數(shù)次循環(huán)加載后，截取中間段試件進(jìn)行快速氯離子遷移試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)壓應(yīng)力水平不大于混凝土強(qiáng)度的40%時(shí)，混凝土氯離子滲透性能變化不大；當(dāng)應(yīng)力水平為混凝土強(qiáng)度的80%時(shí)，混凝土氯離子滲透性提高了10%～50%；粉煤灰摻量增大時(shí)，荷載對(duì)混凝土抗氯鹽性能影響減弱。該研究小組同樣對(duì)不同礦渣微粉摻量的混凝土試件進(jìn)行了試驗(yàn)，得到了類似的結(jié)論。

2 抗氯鹽高性能混凝土的工程應(yīng)用

抗氯鹽高性能混凝土技術(shù)是現(xiàn)代混凝土技術(shù)水平的代表，不僅可以提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性能，延長(zhǎng)建筑物的使用壽命，減少結(jié)構(gòu)維護(hù)修補(bǔ)費(fèi)用，而且能夠利用大量工業(yè)廢渣，節(jié)省資源，降低能耗。抗氯鹽高性能混凝土技術(shù)符合節(jié)能、減排、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，與普通混凝土相比，其具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，推廣使用抗氯鹽高性能混凝土技術(shù)符合《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020年）》。

因?yàn)閾郊庸杌铱梢源蟠筇岣呋炷恋目孤塞}性能及抗?jié)B性能，從而提高建筑結(jié)構(gòu)的耐久性，自1989年開(kāi)始，挪威主要的高速公路及混凝土橋梁結(jié)構(gòu)均采用摻加硅灰、低水膠比的抗氯鹽高性能混凝土技術(shù)來(lái)提高結(jié)構(gòu)耐久性能。日本明石大橋橋墩采用的免振自密實(shí)混凝土和橋面及梁采用的泵送混凝土均為抗氯鹽高性能混凝土，達(dá)到了120年耐久性設(shè)計(jì)要求。

我國(guó)在抗氯鹽高性能混凝土的應(yīng)用上也有不少引人注目的實(shí)例，如香港青馬大橋采用粉煤灰、礦渣微粉、硅灰復(fù)合摻合料抗氯鹽高性能混凝土，達(dá)到了120年耐久性設(shè)計(jì)要求；杭州灣跨海大橋采用了粉煤灰、礦渣微粉雙摻抗氯鹽高性能混凝土。楊醫(yī)博等詳細(xì)介紹了很多抗氯鹽高性能混凝土應(yīng)用的工程實(shí)例，取得了很好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，在此不一一列舉。雖然抗氯鹽高性能混凝土在工程中的應(yīng)用初見(jiàn)成效，但我國(guó)大部分建筑結(jié)構(gòu)仍然以普通混凝土為主，其應(yīng)有的社會(huì)、環(huán)境效益仍然沒(méi)有得以更好的發(fā)揮出來(lái)。

3 抗氯鹽高性能混凝土的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 建立科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化

現(xiàn)在高校及企業(yè)實(shí)驗(yàn)室已能夠研制出很多種不同配比的抗氯鹽高性能混凝土，但實(shí)際工程應(yīng)用以后，部分卻出現(xiàn)了不少問(wèn)題。這表明抗氯鹽混凝土的高性能化不僅僅是實(shí)驗(yàn)室配合比就能決定的，而是一個(gè)系統(tǒng)工程。對(duì)于不同的環(huán)境條件和使用目的，所需抗氯鹽高性能混凝土的性能要求也不盡相同，如何建立經(jīng)濟(jì)的科學(xué)的合理的研制方法是抗氯鹽高性能混凝土課題的關(guān)鍵。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是設(shè)計(jì)、施工人員工作的主要依據(jù)，對(duì)于抗氯鹽高性能混凝土，國(guó)內(nèi)外研究人員研究取得了大量研究成果，但目前只有少數(shù)地方推薦標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施；因此，總結(jié)歸納現(xiàn)階段已有的抗氯鹽高性能混凝土技術(shù)，然后納入到國(guó)家規(guī)范或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之中，這已經(jīng)成為氯鹽環(huán)境中混凝土耐久性領(lǐng)域的迫切任務(wù)。

3.2 抗氯鹽高性能混凝土性能研究

抗氯鹽高性能混凝土摻加了大量的礦物摻合料，其組成成分已遠(yuǎn)不同于普通混凝土，以往用于計(jì)算普通混凝土性能的公式或模型是否適用于抗氯鹽高性能混凝土需要進(jìn)行考究；同時(shí)抗氯鹽高性能混凝土的基本性能，如熱物理性能、體積穩(wěn)定性等并不明確，急需做進(jìn)一步試驗(yàn)研究。目前，摻合料混凝土的氯離子結(jié)合性能研究結(jié)果并不一致，相關(guān)研究工作要進(jìn)一步開(kāi)展。為了更加的符合工程實(shí)際，多因素共同作用下抗氯鹽高性能混凝土的性能研究仍需加強(qiáng)。

3.3 邁向綠色高性能混凝土行列

抗氯鹽高性能混凝土?xí)?jié)約資源、能源與保護(hù)環(huán)境，降低碳排放的綠色高性能混凝土（GHPC）方向發(fā)展，綠色混凝土是未來(lái)混凝土發(fā)展的必然趨勢(shì)。抗氯鹽高性能混凝土必須大量、高效利用以工業(yè)廢渣為主的摻合料，最大限度的減少水泥用量，更大地發(fā)揮出高性能的優(yōu)勢(shì)，增加建筑物的使用壽命，提高耐久性能，以減少對(duì)自然資源和能源的消耗；同時(shí)能有效的吸收建筑垃圾等固體垃圾，實(shí)現(xiàn)混凝土的可持續(xù)化發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

抗氯鹽高性能混凝土是現(xiàn)代混凝土技術(shù)水平的代表，是我國(guó)推廣應(yīng)用的新技術(shù)之一，其在保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、提高資源利用效率等各方面發(fā)揮出重要作用。隨著我國(guó)城市化水平的不斷提高、基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、對(duì)混凝土耐久性要求的不斷提高，抗氯鹽高性能混凝土將得到更多的應(yīng)用。雖然國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)抗氯鹽高性能混凝土技術(shù)進(jìn)行了很多實(shí)驗(yàn)研究并取得了大量研究成果，但工程應(yīng)用中標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化明顯不足；抗氯鹽高性能混凝土的基本性能及多因素作用下的性能還存在較多問(wèn)題，為形成一套完善的理論系統(tǒng)，還需要繼續(xù)開(kāi)展廣泛的研究工作。

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作者簡(jiǎn)介：方萬(wàn)里（1989- ），男，河南信陽(yáng)人，碩士，建造師，研究方向：建筑工程技術(shù)與管理。