潮湿环境中高强混凝土的性能优化研究

安会丽，付飞，沈朗，刘炳，向荣

（中建二局第二建筑工程有限公司，广东深圳 518000）

1 引言

高强混凝土作为一种在结构工程中广泛应用的材料，其卓越的力学性能和耐久性使其在各类工程项目中扮演着至关重要的角色[1]。然而，在面对恶劣环境，如酸性介质、高温、潮湿和化学侵蚀等影响因素的挑战时，高强混凝土的性能可能会受到严重的损害，从而影响结构的安全性和可靠性[2]。传统研究主要集中在高强混凝土的基本性能和普通环境中的高强混凝土的耐久性方面，对于恶劣环境下高强混凝土的性能维护及优化方面的深入研究相对较少。此外，传统研究往往忽视了不同环境条件下高强混凝土性能的差异性，以及这些差异对结构安全性的潜在影响[3]。因此，本文针对恶劣环境条件下高强混凝土的实际应用需求，结合先进的材料科学，在高强混凝土中加入合成纤维，提出全新的性能维护与优化策略。期望能为工程实践提供可靠的技术支持，推动高强混凝土在恶劣环境条件下的广泛应用。

2 潮湿环境对高强混凝土性能的影响

潮湿环境对高强混凝土的影响是一个多方面的复杂问题，涉及水分渗透、氯离子侵蚀、碱骨料反应等方面。潮湿环境中，大气中的水分容易渗透到高强混凝土内部。水分的渗透会引起高强混凝土内部孔隙结构的变化，导致高强混凝土的抗压强度和耐久性下降。水分渗透会导致高强混凝土内部孔隙饱和，进而影响高强混凝土的力学性能。此外，水分中可能含有盐分，加剧了高强混凝土的化学侵蚀。潮湿的环境中，海水、海风等可能含有氯离子，这些离子容易渗透到高强混凝土内部，引发氯离子侵蚀。氯离子可侵蚀高强混凝土内部的钢筋，形成金属氧化物，导致钢筋腐蚀。在潮湿环境中，如果高强混凝土中使用的骨料含有反应性碱性物质，可能引发碱骨料反应（Alkali-Aggregate Reaction,AAR）。AAR 会导致高强混凝土中的骨料膨胀，引起高强混凝土结构裂缝和变形。这不仅影响高强混凝土的强度和耐久性，还可能导致结构严重损坏。上述影响因素的叠加作用最终导致高强混凝土整体性能下降，包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量等方面。

3 对潮湿环境中高强混凝土性能的优化

经过亲水改性处理的高性能合成纤维，不仅可以使纤维在高强混凝土中均匀分布，还赋予了其与水泥基体卓越的黏结性。在高强混凝土的制备过程中，这种处理可以提高高强混凝土的性能水平。同时，经过处理的合成纤维在抑制高强混凝土干燥收缩、温度变化等因素引起的裂缝方面表现出色，有效减缓了裂缝的生成和扩展。这不仅归功于合成纤维卓越的分散性，也与其与水泥的良好黏结性有关。这种纤维不仅可以提高高强混凝土的抗裂性能，还可以显著增强其整体韧性和抗冲击能力，使高强混凝土结构更具稳定性和耐久性。

为了进一步优化高强混凝土结构的性能，通过试验深入研究合成纤维对高强混凝土性能的影响。试验高强混凝土的水胶比为0.27，将16%的粉煤灰和9%的硅灰等量替换水泥，以提高高强混凝土的强度、耐久性和抗裂能力，制备5 组高强混凝土试件（A 组～E 组），纤维掺量分别为0%、0.5%、1%、1.5%、2%，高强混凝土时间制备完成后，在标准条件下养护60 d 后，进行抗压强度试验，试验结果如图1 所示。

图1 5 组高强混凝土试件在标准养护条件下的抗压强度

图1 展示了60 d 龄期内高强混凝土试件抗压强度的演变趋势。养护时间达到7 d 时，A 组试件显示出最低的抗压强度，仅为46.58 MPa。相比之下，C 组试件展现最高抗压强度，达58.82 MPa，相较A 组提高了26.3%。对4 组掺加纤维的实验数据分析发现，纤维的添加显著提升了高强混凝土试件的抗压强度。B 组试件表现相对较温和，抗压强度为50.61 MPa，相较A 组提高了8.6%。这表明纤维的引入对高强混凝土的抗压性能产生了显著的正面影响。然而，需要注意的是，虽然纤维的掺加对抗压强度的提升有积极效果，但不同掺量的纤维对性能的影响存在一定差异。C 组试件的显著提升可能与其较高的纤维掺量有关，但在实际工程应用中，需权衡纤维掺量与性能提升的关系，以找到最优配比。此外，B 组试件的相对较温和的提升速度可能意味着在一定范围内，纤维的增加对抗压强度的提升会逐渐减缓。

在深入研究纤维对高强混凝土抗压性能影响的基础上，研究还关注了高强混凝土的毛细吸水行为，这是评估高强混凝土耐久性的重要依据。3 种毛细吸水方式如图2 所示。

图2 高强混凝土的3 种毛细吸水方式

如图2 所示，实验过程中，首先对3 种不同吸水方法的高强混凝土样本进行了标准化处理。接着，分别测量了未添加合成纤维和添加合成纤维后的高强混凝土样本在不同时间间隔内的吸水量。通过对比分析发现，添加合成纤维的高强混凝土样本在所有3 种吸水方法下的吸水量普遍低于未添加纤维的样本。在研究合成纤维高强混凝土在潮湿环境下的吸水性能时，采用了3 种方法，上吸法、下吸法和侧吸法。通过下吸法可以直接观察到高强混凝土底部的吸水情况，从而更准确地分析合成纤维在高强混凝土中的分布及其对吸水性能的影响。实验发现，合成纤维的加入通过减少结构微裂缝，有效减少了水分通过裂缝的渗透。同时，纤维的存在调整了毛细孔隙的大小和分布，进一步影响了高强混凝土的毛细吸水性能。实验表明，合成纤维的加入显著改善了高强混凝土的吸水性能，减少了微裂缝的生成，从而降低了水分的渗透。

4 湿热养护对纤维增强高强混凝土性能的影响分析

在潮湿环境中，宜采用湿热养护方式对高强混凝土进行养护。本文以上述不同纤维掺量的高强混凝土试件为样品进行湿热养护，然后进行一系列力学性能试验，包括抗压强度和抗拉强度等，分析湿热养护对添加纤维后的高强混凝土性能的影响。实验将在不同龄期内进行，详细计划见表1。

表1 不同养护方式下的测试龄期设置

在表1 中，湿热养护方式中，“1”表示在标准养护60 d 后，将高强混凝土试件迁移到湿热养护条件下养护1 d，随后取出试件进行相应实验。然后，按照相同的模式，进行了2 d、3 d、5 d、9 d 和14 d 的实验，以全面了解高强混凝土在湿热环境中的性能演变趋势。这一系列的养护和实验时间点的选择旨在覆盖不同的龄期，以综合评估高强混凝土在湿热养护过程中的力学性能和耐久性变化。

根据图3 的展示，在经过60 d 标准养护后，将高强混凝土立方体试件置于湿热养护箱内，以模拟湿热环境下的性能演变。在第61 d，所有试件的抗压强度呈上升趋势。A 组试件，抗压强度为93.58 MPa，相较之前增长了6.6%。相反，D 组试件，展现最高抗压强度，达116.55 MPa，增长了11.5%。然而，C 组试件在61～62 d 期间出现抗压强度略微下降，降低了0.8%。纤维掺加的B 组、D 组和E 组试件的抗压强度增长速率逐渐减缓，分别为2.8%、2.7%和1.6%。该趋势表明纤维的添加对抗压强度的提升存在一定的饱和效应，尤其是在湿热环境的后期。未掺加纤维的A 组试件的抗压强度增长了5.0%。

图3 5 个对照组在湿热养护下的抗压强度实验

整体而言，纤维的掺加在湿热环境中对高强混凝土试件的抗压强度产生了积极影响，但也存在一定的性能限制。C 组试件的略微下降可能是湿热环境下某些因素导致的，需要进一步深入研究。这可能包括湿热环境引起的微观结构变化，或者与纤维与高强混凝土基体之间的相互作用有关。这一发现提示在实际工程应用中，纤维掺加量和湿热环境条件的选择需要经过精心权衡，以最大限度地优化高强混凝土的性能。

5 结论

高强混凝土在长期受到湿度、化学腐蚀等不利因素的影响，其性能的稳定性和耐久性面临着严峻挑战。研究采用亲水改性处理的高性能合成纤维，可以确保其在高强混凝土中具有优异的分散性和流动性。研究结果表明，在标准养护条件下，纤维的掺加显著提升高强混凝土试件的抗压强度。以C 组试件为例，其1.0%的纤维掺量使其在7 d 时抗压强度最高，较未掺加纤维的A 组提高了26.3%。在湿热环境中，纤维的添加仍然对高强混凝土试件的抗压强度产生积极影响。以D 组试件为例，其1.5%的纤维掺量导致最高抗压强度达116.55 MPa，相较之前增长了11.5%。这强调了纤维在湿热环境中对高强混凝土抗压强度的稳定提升效果。研究还存在一定的限制性，未来可以考虑更多方案，以提升稳定效果上限。