混凝土耐久性研究

付建航 杨海娇 马全欣 宋兴海 孙晓勇

摘 要：混凝土在施工过程中易受到外界的影响，在初凝和终凝的这段时间内若收到影响，会使影响混凝土内部凝结硬花，导致粗细骨料发生位移，影响凝结硬化后的强度和耐久性。采用人为凝结期扰动，借助高精度电子称、超声波等测试方法，系统研究了混凝土耐久性。

关键词：混凝土;扰动;耐久性

1 研究背景

混凝土是现代建筑工程中用量最大、用途最广的材料之一，混凝土的质量直接影响到构筑物的强度、刚度和耐久性[1]。通过研究证明混凝土由粗细骨料、水泥基体、各区域过渡区几部分组成。混凝土构筑物的使用性能主要与其凝结硬化后内部构成有关[2]，通过实验结果和工程实例可知，混凝土各个界面的过渡区力学性能最差，也最容易发生破坏，过度界面的粘结强度决定了结构的力学性能，界面的粘结强度与所选材料、施工环境、施工过程等[3]。由上可知，实际建造过程中，构筑物的力学性能除了与材料的多样性、施工复杂性有很大关系[4]。

一个建筑的建筑物的经济性主要看其是否能达到设计要求的强度和耐久性，在正常使用和所处环境作用下保证其使用的安全性。评价一个建筑的耐久性的好坏，主要取决于其所用材料的耐久性，所以混凝土的耐久性直接影响到了建筑的使用寿命，不能选用强度不达标的水泥和粗细骨料，在保證材料质量的前提下，才可以是建筑物达到设计的使用年限，不发生破坏。

2 纤维混凝土耐久性

混凝土是一种典型的承压材料，其抗压强度远远高于其他力学性能，构筑物除了承受结构本身的自重荷载和活荷载，还要承受自然环境下多种劣化因子作用，导致混凝土结构内部微结构发生改变，承载力分布不均，耐久性降低，影响其使用寿命，达不到设计服役年限。为了进一步改善混凝土结构的性能，延长混凝土的使用寿命，达到设计服役年限，往往在混凝土拌和的过程中添加一些外加材料，改善混凝土抗拉、抗折和抗剪性能。

通过在混凝土中加入纤维提高结构性能的方法早于建筑材料的出现，早在古代时候，人们通过在泥土里加入一下草之类的植物，增大构筑物的使用寿命[5]。纤维混凝土（Fiber reinforced concrere，FRC）简称纤维混凝土，指的是混凝土在拌和的过程中，加入各类不同长度、不同材料、不同粗细纤维，通过加工成型的一种复合材料。添加的纤维可以根据其弹性模量的大小分为两类，如使用过程中所选用的纤维弹性模量大于水泥称为刚性纤维，如刚纤维和玻璃纤维;若使用过程中所选用的纤维弹性模量小于水泥的弹性模量称为柔性纤维，如聚丙烯纤维和尼龙纤维[6]。

陈德玉和谭克锋研究不同长度聚合物微纤维作为掺合料，其中最短的长度为5mm，最长的为15mm，结构成型后，因内部存在大量的微纤维，改善内部微结构，起到了“分流和筛滤”作用，减小了混凝土表面的析水，降低了拌和材料发生离析的概率，使混凝土结构内部的孔隙含量降低，提高了密实度，从而使抗渗能力有所提高。

孙家瑛的实验表明，当混凝土中添加纤维时，使其内部的微孔道和微裂缝增多，为其他介质的进入提供了通道，表现出的抗碳化能力比普通混凝土要差，但当混入两种粗细不同的纤维时，混凝土的抗碳化能力要强于单一纤维混凝土;当混凝土中加入网状聚丙烯纤维时，此时纤维混凝土表现出的抗渗性也较差。贡金鑫等的研究表明，若在高性能混凝土加入PP纤维会影响混凝土的结构密实性，使其孔隙增多，会使混凝土的吸水率增大，抗渗性降低。

华渊等研究表明，在混凝土中添加混合纤维，此时混凝土的抗渗能力均有所提高，而且混合纤维的参量在一定范围内和混凝土抗渗能力提高成正比趋势。因加入大量的混合纤维，使得混凝土内部孔隙降低，密实度提高，抗渗能力提高。

综上，国内外研究者从耐久性的各方面对纤维混凝土进行了研究，尤以材料层面的成果最为显著，构件层面也积累了较多的实验、测试和理论研究的成果。但相对于地铁隧道混凝土所处的特殊工作环境及复杂受力状态，已有的耐久性研究仍显得单调，一些突出性的问题亟待解决。

3 结论

由实际工程可知，影响混凝土结构使用寿命原因非常复杂，不是单研究一种影响因素就可以得出结论，但是单一劣化因素是研究多种复杂劣化因素的基础，虽然对于单一劣化因素的影响已经取得了一些成就，但是还应该对其更深层次的研究，为多种耦合作用提供实验数据。现在好多研究者着重研究碳化、冻融、荷载与氯盐环境等多种劣化影响下共同作用混凝土耐久性的改变，模拟构筑物在复杂环境因素和力学因素下微观和宏观力学性能的改变。此外在实验室的所有实验是基于设定好的实验条件，与实际工程无时无刻不可控外界影响还有很大的差距，不能完全模拟出时间构筑物在服役过程中所遇到复杂环境和受力，因此，如何设定实验过程和影响因素，使得实验结果能更准确、更为接近实际这也是需要进一步研究的内容。

参考文献：

[1]E.R.Grist，K.A Paine，A.Heath，et al.Structural and durability properties of hydraulic lime-pozzolan concretes[J].Cement and Concrete Composites，2015，62：212-223.

[2]王培铭，赵国荣，张国防.聚合物水泥混凝土的微观结构的研究进展[J].硅酸盐学报，2014，42（5）：653-659.

[3]Chang P K，Peng Y N.Influence of mixing techniques on properties of high performance concrete[J].Cement and Concrete Research，2001，31（2）：87-95.

[4]Odd E.Gjorv.Durability of concrete structures[J].Arabian Journal for Science and Engineering，2011，（2）：151-172.

[5]袭益，沈荣熹，李清海.杜拉纤维在土建工程中的应用[M].北京：机械工业出版社，2002.

[6]李影.纤维在混凝土中作用原理浅析[J].市政技术，2004，22（3）：185.

科研项目：芦苇加筋土的轻型击实效果评价研究（2018年度学校科技计划项目SYKJ1802）

作者简介：付建航（1989-），河北沧县人，硕士，助教，主要从事土木工程专业课教学与党务工作。