淺談鐵路客運(yùn)專線混凝土的耐久性指標(biāo)及施工質(zhì)量控制措施

孫軻

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

1 引言

抗壓強(qiáng)度是人們長期以來注重的混凝土指標(biāo)，而對由于材料自身性能劣化出現(xiàn)后期安全質(zhì)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(guān)注強(qiáng)度的同時，還應(yīng)充分考慮混凝土在復(fù)雜環(huán)境下抵抗有害物質(zhì)侵入的能力。這就產(chǎn)生了耐久性這一新指標(biāo)。

2 鐵路客運(yùn)專線混凝土耐久性評價(jià)指標(biāo)分析

鐵路客運(yùn)專線主體結(jié)構(gòu)所用滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)各項(xiàng)要求的混凝土實(shí)際上就是所謂的高性能混凝土。由于其設(shè)計(jì)指標(biāo)主要為耐久性，綜合考慮所處環(huán)境種類與作用等級，以及使用年限，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)提高一定綜合性能，同時在施工時進(jìn)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(shí)狀態(tài)。相關(guān)研究表明，因混凝土構(gòu)件處在碳化、氯鹽、侵蝕、凍融及磨蝕等多種作用并存的復(fù)雜環(huán)境，所以其耐久性和密實(shí)度有著直接關(guān)系。

密實(shí)度最初采用抗?jié)B等級進(jìn)行表示，但通過實(shí)踐可知，該表示方法更適用于強(qiáng)度較低的混凝土，如果強(qiáng)度等級在C30以上，則抗?jié)B等級可以超過P20[1]。僅采用抗?jié)B等級衡量混凝土性能并不準(zhǔn)確。

目前，應(yīng)用較多的混凝土抗有害物質(zhì)侵入能力評價(jià)方法主要為氯離子擴(kuò)散系數(shù)法和電通量法。這兩種方法無論是配合比設(shè)計(jì)，還是質(zhì)量監(jiān)控均能使用。電通量和密實(shí)度成反比，即電通量越小越密實(shí)。以主體結(jié)構(gòu)為例，其在氯鹽環(huán)境當(dāng)中的電通量應(yīng)控制在800C以內(nèi)；而強(qiáng)度等級低于C30的結(jié)構(gòu)，其在碳化環(huán)境當(dāng)中的電通量應(yīng)控制在2000C以內(nèi)。

2.2 保護(hù)層厚度

處在碳化環(huán)境當(dāng)中的結(jié)構(gòu)，當(dāng)密實(shí)度確定時，其鋼筋銹蝕發(fā)生時間與發(fā)展速度都和保護(hù)層厚度有關(guān)。隨著保護(hù)層厚度的不斷增加，銹蝕發(fā)生時間延后，且發(fā)展速度減慢。雖然保護(hù)層厚度一般在設(shè)計(jì)過程中確定，但施工中必須予以控制，實(shí)際厚度必須等于或大于設(shè)計(jì)厚度。以往規(guī)范對保護(hù)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(fā)生后會造成其環(huán)線開裂脫落，而且在箍筋分布較密的位置，還會出現(xiàn)大面積脫落現(xiàn)象。因此，無論布置在外側(cè)的鋼筋類型如何，都應(yīng)有一致的保護(hù)層厚度。其他國家的相關(guān)技術(shù)規(guī)范對保護(hù)層厚度提出了常規(guī)環(huán)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(shí)際損失為主?？箖龅燃壥俏覈嚓P(guān)行業(yè)對抗凍性能進(jìn)行評價(jià)的主要指標(biāo)。將試樣凍融試驗(yàn)的動性彈性模量降至初始值的60%作為抗凍等級。結(jié)構(gòu)使用年限不同其抗凍等級也不同，一般主體結(jié)構(gòu)應(yīng)達(dá)到F300以上，其他結(jié)構(gòu)為F250以上[2]。

2.4 原材料品質(zhì)

高品質(zhì)原材料是使混凝土具有良好耐久性的重要基礎(chǔ)。通過實(shí)踐可知，如果水泥較細(xì)，且C3A實(shí)際含量較高，則能增大強(qiáng)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(chǎn)生較大的收縮，容易發(fā)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(biāo)準(zhǔn)較多，也會增大開裂傾向?？紤]到氯離子是造成銹蝕現(xiàn)象的主要因素，所以對氯離子的實(shí)際含量也應(yīng)有所限制。骨料中泥塊含量的控制，不單是出于對強(qiáng)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(yùn)專線混凝土施工質(zhì)量控制措施

3.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

施工前必須進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)質(zhì)量決定了施工質(zhì)量，并對成本效益有直接影響。相比于過去，應(yīng)在選定試驗(yàn)過程中增加一些檢驗(yàn)項(xiàng)目，比如除坍落度、抗壓強(qiáng)度、含氣量等必做項(xiàng)目外，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況檢驗(yàn)試件耐磨性、抗凍性與彈性模量。

綜合考慮結(jié)構(gòu)種類、所處環(huán)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(shí)際用量要求，這些都和耐久性有關(guān)。根據(jù)耐久性的要求設(shè)計(jì)混凝土配合比，和根據(jù)強(qiáng)度的要求設(shè)計(jì)混凝土配合比是完全不同的。前者需要結(jié)合混凝土所處環(huán)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(dāng)條件允許時，應(yīng)選用小的水膠比，同時減小水及膠凝材料實(shí)際用量。通過這樣的處理，能增加密實(shí)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(qiáng)度貢獻(xiàn)度。然而，需要注意，如果膠凝材料實(shí)際用量太少，則對工作性能、強(qiáng)度及耐久性均不利，所以應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)有效控制。

3.2 入?？刂?/h3>

①含氣量。增加含氣量能提高抗凍性，還能增強(qiáng)抗腐蝕能力，減少膨脹反應(yīng)，改善綜合性能，避免熱擴(kuò)散和泌水。基于此，當(dāng)條件為非凍融時，其含氣量應(yīng)達(dá)到2%以上，而為凍融時，應(yīng)達(dá)到4%以上。此外，在拌制的過程中應(yīng)對含氣量進(jìn)行測試，每50m3至少測試一次[3]。②溫度。控制入模溫度是預(yù)防裂縫的前提。但實(shí)際施工中的溫度控制往往不到位，普遍認(rèn)為只有大體積砼才應(yīng)進(jìn)行溫度控制。而通過實(shí)踐可知，水泥細(xì)度及強(qiáng)度的增加，也會使內(nèi)部大幅溫升而開裂。外界環(huán)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(nèi)部膨脹后，產(chǎn)生裂縫。由此可見，應(yīng)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(yīng)避免光照日曬。對此現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)也給出了相應(yīng)的規(guī)定，如冬季施工過程中入模溫度應(yīng)控制在5℃以上；而夏季施工過程中入模溫度應(yīng)控制在當(dāng)時環(huán)境氣溫以下，并且不能超過30℃；施工時安排專人進(jìn)行測溫，每班不少于3次[4]。

3.3 養(yǎng)護(hù)溫度

通常情況下，養(yǎng)護(hù)都采用澆水保濕的方法，而對溫度變化沒有引起注意。在養(yǎng)護(hù)過程中，若表面溫度和內(nèi)部溫度之間、表面溫度與外部環(huán)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(xiàn)象?；诖?，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)提出了以下補(bǔ)充規(guī)定：芯部溫度應(yīng)在65℃以下，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的方法時，升溫和降溫的速度都應(yīng)控制在10℃/h以內(nèi)，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(jù)結(jié)構(gòu)類型、養(yǎng)護(hù)條件等制定切實(shí)可行的測溫方案，以此檢驗(yàn)養(yǎng)護(hù)溫度是否達(dá)到要求。

3.4 施工過程控制

標(biāo)準(zhǔn)要求，在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)選定時，需要對抗凍等級與電通量進(jìn)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(xiàng)指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在一定離散性，而且各種試驗(yàn)方法還未能找出準(zhǔn)確的替代規(guī)律，進(jìn)而無法像強(qiáng)度檢測那樣。實(shí)際工作中，應(yīng)嚴(yán)格按照已選好的材料、混凝土配合比及技術(shù)組織方案實(shí)施：要注重原材料的檢驗(yàn)批次并及時對比分析檢驗(yàn)結(jié)果，一旦發(fā)現(xiàn)原材料質(zhì)量不穩(wěn)定，要及時停止使用或調(diào)整配合比以滿足設(shè)計(jì)要求；要注重混凝土振搗及振搗效果，避免出現(xiàn)混凝土構(gòu)筑物中夾雜氣泡和局部不密實(shí)；諸如此類問題，若施工中未加控制，則必定會產(chǎn)生質(zhì)量缺陷，從而無法達(dá)到耐久性要求。因此，做好施工過程控制，減少質(zhì)量缺陷、降低質(zhì)量缺陷等級，能更好地滿足混凝土工程耐久性要求。

4 結(jié)語

綜上所述，耐久性是高性能混凝土重要指標(biāo)之一，但衡量耐久性的指標(biāo)很少，在常規(guī)檢驗(yàn)中也并不一定涉及，所以在實(shí)際工作中應(yīng)做出相應(yīng)的調(diào)整，并通過施工質(zhì)量控制保證耐久性，以此滿足實(shí)際要求。