路橋?qū)Ｓ酶咝阅芑炷灵L期耐久性試驗研究

武利強(qiáng) （陽煤集團(tuán)二礦經(jīng)營管理部，山西 陽泉 045008）

1 關(guān)于離性能混凝土橋梁與耐久性試驗

1.1 影響高性能混凝土橋梁長期耐久性的因素

國內(nèi)外學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)，鋼筋的銹蝕是造成高性能混凝土橋梁耐久性降低的一個主要原因，此外還有一些原因也可能會造成耐久性降低，如凍融的循環(huán)、機(jī)械磨損、骨料與堿的相關(guān)反應(yīng)，混凝土的碳化和意外事故及自然災(zāi)害的發(fā)生。

1.2 高性能混凝土橋梁發(fā)生問題的機(jī)理

在混凝土中的氯離子含量過高而碳化深度不夠的情況下，一般混凝土中的鋼筋也會受到銹蝕，比如近海地區(qū)的橋用混凝土中的鋼筋就容易銹蝕，是因為在沿海地區(qū)，空氣中的氯離子穿透性較一般地區(qū)強(qiáng)，而當(dāng)氯離子積累到一定程度，大量存在于混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋的空隙中，并達(dá)到一定的濃度以后，氯離子就會慢慢滲透到混凝土的鈍化膜中，從而激活鋼筋表面的鐵原子。并且，在鋼筋發(fā)生銹蝕的過程中，氯離子會充當(dāng)一個催化劑，在自己本身含量不會隨著腐蝕而減少的情況下，對腐蝕的過程進(jìn)行催化，加快腐蝕。因此，一旦發(fā)現(xiàn)氯離子超標(biāo)，就必須采取措施，否則，鋼筋就會持續(xù)被腐蝕。

1.3 研究高性能混凝土耐久性的試驗方法

與一般性的實驗相比，耐久性實驗最大不同就是實驗周期，耐久性實驗其周期是數(shù)月、數(shù)年甚至更長的時間。目前學(xué)術(shù)界主要有兩種實驗方法對橋梁用混凝土的耐久性能進(jìn)行研究，一種是模擬實驗的方法，而另一種是真實驗。這兩種實驗方法各有千秋，所謂模擬實驗，就是通過人工模擬的方法對橋梁用的混凝土進(jìn)行催化，加速其退化，在退化到一定程度以后就可以對其耐久性進(jìn)行研究。這種方法的不足是現(xiàn)場的實際情況與模擬情況之間存在差異，無法完全做到一致。而優(yōu)點是周期較短，成本較低，可以人為控制，所以在一定程度上可以多次重復(fù)。而真實性實驗需要花費大量的人力、物力，實驗成本較高，優(yōu)點是結(jié)果準(zhǔn)確，實驗結(jié)果可以較為精確的反應(yīng)實際情況。

2 路橋高性能混凝土長期耐久性試驗設(shè)計與實施

2.1 試驗的方案設(shè)計

此次實驗主要通過人工方法控制和改變實驗室中的氣候條件，如日光、海水侵蝕、降雨等因素模擬近海地區(qū)的自然條件，并對其中某一個類別的氣候條件進(jìn)行強(qiáng)化，從而使得混凝土的性能得以加速退化。這其中，要考慮的因素如環(huán)境的濕度、溫度、混凝土的灰水比例以及氯離子的濃度和保護(hù)層的厚度等。

2.2 試驗的基本方法

此次實驗所選用的水泥為山鋁牌FO42.5R，出產(chǎn)地為山東，所有相關(guān)數(shù)據(jù)均符合標(biāo)準(zhǔn)。安定性合格，標(biāo)準(zhǔn)稠度和用水迓均為27.2%，細(xì)度是2.15%，燒失量4.75%，28d抗壓的強(qiáng)度為53.141MPa，初凝時間3.8h，終凝時間6.1h。復(fù)合所采用的超細(xì)粉主要是通過粉煤灰和磨細(xì)的礦渣按照比例混合制成的。通過水泥凈漿和復(fù)合的超細(xì)粉之間的流動實驗，了解和掌握復(fù)合超細(xì)粉在代替水泥時的用水。在實驗過程中，用復(fù)合的超細(xì)粉代替其中一部分水泥，并測量超細(xì)粉的相對用水。其中使用的砂原料和粗集料都符合標(biāo)準(zhǔn)，級配為合格，為中砂，有害物質(zhì)和泥的含量相較于規(guī)定的數(shù)值都較小。外加劑所用的是與水泥相容性比較好的型商效氨基磺酸減水劑。實驗中所需的拌和物性能試驗、耐久性試驗、配合比設(shè)計以及力學(xué)性能試驗都嚴(yán)格按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和方法來實施。

2.3 試驗的實施過程

實驗中所用到的構(gòu)件在脫模后，首先需要放到標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)護(hù)室中進(jìn)行28d養(yǎng)護(hù)，然后在將其取出，放到鹽水中進(jìn)行20d的浸泡，最后將其取出放在室內(nèi)靜放一個月之后方能使用。隨后將所有的實驗構(gòu)件拿到實驗室中進(jìn)行備用，隨后對構(gòu)件中鋼筋腐蝕的電流密度以及腐蝕電位等數(shù)據(jù)進(jìn)行測量。在實驗完成以后，通過鉆取得到鋼筋內(nèi)部的混凝土粉末，對其中氯離子的分布及含量情況進(jìn)行測量分析。

3 路橋高性能混凝土長期耐久性試驗結(jié)果的分析

3.1 對鋼筋的腐蝕電位及腐蝕的電流密度測定

通過半電池的電位方法和對混凝土鋼筋中的腐蝕的電流密度進(jìn)行分析，從而判斷混凝土鋼筋是否被腐蝕，以及腐蝕的程度。通過控制人工氣候環(huán)境，可以觀察出同一構(gòu)件中鋼筋腐蝕的電流密度由于氣候環(huán)境的不同而變化，呈波浪型。在濕度和溫度適宜的情況下，鋼筋腐蝕的電流密度大，說明其受到腐蝕的可能性高。這一研究結(jié)果與近海地區(qū)混凝土中鋼筋的銹蝕使得混凝土的耐久性下降這一實際情況相符合。（見表1）

半電池電位方法及腐蝕電流密度判斷混凝土鋼筋腐蝕情況 表1

3.2 鋼筋的銹蝕試驗結(jié)果

通過對鋼筋的銹蝕實驗，我們可以看出鋼筋的失重率與混凝土的強(qiáng)度等級之間成反比，混凝土的強(qiáng)度等級越高，鋼筋的失重率就越低，參入復(fù)合超細(xì)粉代替水泥的混凝土鋼筋的失重率也相應(yīng)較低（表2）。在氣候條件不變的情況下，混凝土的平均電阻會隨著混凝土強(qiáng)度等級的升高而升高，其造成破壞的時間也相對較長。而與普通的混凝土相比，摻入超細(xì)粉代替水泥的混凝土在其他條件不變的情況下，其平均電阻會高出一倍，且造成破壞的時間也更長。因此，我們可以得出，鋼筋的防銹蝕能力會隨著混凝土強(qiáng)度等級的提高而提高，并且在其他條件不變的情況下，摻入復(fù)合超細(xì)粉代替水泥的混凝土，其防銹蝕能力較一般混凝土也較強(qiáng)（表3）。

鋼筋混凝土中鋼筋失重率情況 表2

恒電壓鋼筋銹蝕試驗（平均電阻和破壞時間） 表3

3.3 對混凝土中氯離子的含量的測定

把混凝土試驗中所用到的實驗構(gòu)件在人工形成的海水中浸泡3個月以后取出，再將試驗品弄碎并磨成粉末，然后用化學(xué)分析的方法對其中的氯離子含量進(jìn)行測量?？梢缘贸龌炷林械穆入x子含量與混凝土強(qiáng)度之間呈反比，會隨著混凝土強(qiáng)度的提高而減少。（見表4）

混凝土試驗中試件氯離子含量測定 表4

4 結(jié)語

從上文中可以看出，大型橋梁工程的使用壽命以及混凝土的耐久性問題，是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵，如何提高大型橋梁工程的使用壽命和耐久性這一問題，漸漸受到各國學(xué)者、專家、企業(yè)甚至是普通民眾的重視和關(guān)注。所以，技術(shù)界要對混凝土的耐久性進(jìn)行不斷的的研究和實驗，并總結(jié)教訓(xùn)和經(jīng)驗，探索新的、有效的提高混凝土耐久性和大橋梁工程使用壽命的途徑和方法，提升大橋梁工程的質(zhì)量，延長使用壽命，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。