桥梁用高耐久性混凝土性能研究

屠张锋

身份证号码：330682198610215018

桥梁用高耐久性混凝土性能研究

屠张锋

身份证号码：330682198610215018

混凝土的耐久性是目前公路界面临的严重问题之一，混凝土的耐久性在很大程度上决定了公路桥梁结构的安全性，其耐久性不足是许多公路桥梁结构过早破坏的主要原因。高耐久性混凝土是在大幅度提高混凝土性能的基础上以耐久性、经济性作为设计指标的一种高技术混凝土，为环境保护和公路桥梁建设的可持续发展提供了一条崭新的道路。桥梁的全寿命周期一般为50～100年以上，但一部分桥梁用普通混凝土在5～10年就开始出现局部开裂、剥落、性能劣化等现象。基于此，本文主要针对桥梁用高耐久性混凝土性能进行了详细的分析。

桥梁；高耐久性混凝土；性能

桥梁用高性能混凝土是一种集高耐久性、高强度和高工作性于一体的新型绿色混凝土。混凝土的耐久性在很大程度上决定了桥梁结构的安全性，其耐久性不足是许多桥梁过早破坏的主要原因。

1 发展概况

近20年来，全球范围内由于受环境作用引起的混凝土工程劣化情况明显严重，这主要是由于应用于各种劣化环境(包括对于混凝土来说严酷的环境)的混凝土工程数量的增大；环境的恶化(如酸雨、排污等)和施工片面追求进度等导致的工程质量问题等。我国是一个发展中的大国，目前处于大规模的基本建设时期，每年投资规模达2万亿人民币以上，目前建设的混凝土结构物再过30～50年将进入维修期，所需维修或重建费将会是一笔巨额资金。因此发展高耐久性混凝土，提高结构物的服役年限，有巨大的经济和社会效益。

2 高性能混凝土的定义

目前对高性能混凝土的定义还没有统一的标准，不同国家甚至是同一个国家的不同学者或部门对高性能混凝土的定义都存在差异。现在普遍认同的定义是由美国国家标准与技术研究院和美国混凝土学会(ACI)于1990年5月提出的：高性能混凝土(HighPerformance Concrete，简称HPC)是以耐久性指标为基本要求，在采用常规材料和工艺制造的水泥混凝土中掺入一定量的矿物掺合料和专用复合外加剂，取用较低的水胶比和较少的水泥用量，并在施工时采取严格质量控制措施制备满足力学性能要求，具有较高耐久性和良好工作性的混凝土。

3 桥梁用高性能混凝土的耐久性问题

3.1 桥梁用高性能混凝土的耐久性

从本质上说，尽管混凝土是一种耐用的材料，但与其他建筑材料相比，混凝土可能受到各种有害的攻击，如冰霜破坏，除冰盐、硫酸盐以及氯离子侵袭等。所有的这些危害过程都牵涉到水和离子在混凝土孔结构中的运动、迁移。这些危害对普通混凝土来说是致命的，严重影响混凝土的使用寿命。

3.2 混凝土耐久性的影响因素

(1)外界因素

环境条件：环境条件包括气候条件和暴露条件。在气候条件中，温度变化是影响混凝土结构物耐久性的主要因素。冰冻条件或环境冻融循环的年发生次数更需要重点考虑。氯离子也成为决定混凝土结构物寿命的因素。工作条件：对于公路桥梁混凝土，工作条件是车辆和流水中的悬浮物等，它们都可能引起混凝土的表面磨损。对于水工泄水结构物两种常见的破坏形式是冲刷磨损和气蚀。

(2)内在因素

主要为桥梁结构的体系设计、结构或构件的构造、混凝土结构保护层厚度、水灰比和密实度、水泥品种、标号和用量、外加剂类型、混凝土和钢筋的应力大小及裂缝等，这些因素影响混凝土结构的碳化速度以及结构或构件的裂缝形式和发展。

4 桥梁用高性能混凝土的耐久性设计

4.1 原材料的性能

(1)水泥：细颗粒较多的水泥，水化后在混凝土内部产生微小毛细孔，可以使有害孔隙减小，从而提高混凝土的抗渗性，但需注意水泥细度的增加对降低水灰比不利，使混凝土抗裂性下降。配置混凝土时，优先采用水化热低的普通硅酸盐水泥。

(2)矿物掺和料：矿物掺和料最好选用粉煤灰、磨细粉煤灰、磨细矿渣粉，其产品性质要求稳定，并且粉煤灰、磨细矿渣粉等也要满足国家现行标准、规范中的有关规定。

(3)外加剂：在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，应尽可能降低用水量，减少水灰比，使混凝土的总孔隙、特别是毛细管孔隙率大幅度降低。加入减水剂后，不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态，还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，阻止了水泥颗粒间的直接接触，并在颗粒间起了润滑的作用，同时使水泥絮凝体内的游离水释放出来，增加了混凝土的流动性，改善了拌合物的和易性，从而达到减水的目的。

(4)粗细骨料：对于细骨料，可以选用洁净、天然的河砂，细度模数为2.6-3.2，含泥量小于2.0%。对于粗骨料要求质地均匀坚硬、粒形良好、级配合理，粒径大约在5-20mm。最大公称直径小于25mm，且不得超过钢筋混凝土保护层厚度的2/3和钢筋最小间距的3/4，并分两级(5-10mm和10-20(25)mm)。使用时要求粒径5-10mm碎石与粒径10-20(25)mm质量之比为(40±5)%：(60±5)%。

4.2 配合比设计

由于桥梁处在寒冷地带，且可能撒除冰盐，因此要求混凝土具有很高的耐久性， 300次冻融循环的抗冻指标DF值＞ 90%和56次循环的盐冻剥落量＜1.0 kg/m2。设计时必须满足：①保证满足C50强度等级设计要求；②由于工地采用搅拌车运输混凝土，要求坍落度为100mm～120mm；③耐久性设计为 100年，要求抗冻性按抗冻耐久性指标DF≥80%。氯离子扩散系数 ＜5×10-8cm2/s；为确保耐久性要求含气量应为5.0%±0.5%。

综上所述，提高桥梁用混凝土的耐久性具有十分重要的意义，这需要我们研究原材料及配合比对混凝土性能，特别是耐久性能的影响，来更好的延长混凝土构筑物使用寿命。

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