橋梁高性能混凝土耐久性淺談
混凝土的耐久性與工程的使用壽命相聯系，是使用期內結構保持正常功能的能力，這一正常功能不僅包括結構的安全性，而且更多地體現在適用性上。高性能耐久混凝土作為一種客運專線海上橋梁主要建筑材料，它的質量好壞，直接影響結構物的安全壽命。在橋梁工程中，混凝土施工占有很大的比例。跨海大橋客運專線快速鐵路的出現使高性能耐久混凝土的質量控制尤為重要?；炷临|量優劣直接影響到橋梁的質量、安全和經濟使用壽命。
影響橋梁結構混凝土耐久性的因素很多，砼質量及其保護層是內在因素；環境與載荷作用則是外在因素。原材料質量，配合比設計，混凝土生產，混凝土成型及養護，裂縫缺陷修復。切實控制混凝土施工質量，進而保證在我國混凝土工程的質量，建設高質量的橋梁工程。
1 高性能耐久混凝土
1.1 高性能混凝土的特性
在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現代混凝土技術制作的新型高技術混凝土。針對不同的用途要求，有重點地予以保證：耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩定性、經濟性等。
1.1.1 自密實性
高性能混凝土的用水量較低，流動性好，抗離析性高，從而具有較優異的填充性。因此，配好恰當的大流動性高性能混凝土有較好的自密實性。
1.1.2 體積穩定性
高性能混凝土的體積穩定性較高，表現為具有高彈性模量、低收縮與徐變、低溫度變形。普通混凝土的彈性模量為20～25gpa，采用適宜的材料與配合比的高性能混凝土，其彈性?？蛇_40～45gpa。采用高彈性模量、高強度的粗集料并降低混凝土中水泥漿體的含量，選用合理的配合比配制的高性能混凝土，90天齡期的干縮值低于0.04%。
1.1.3 強度
高性能混凝土的抗壓強度已超過200mpa。目前，28d平均強度介于100～120mpa的高性能混凝土，已在工程中應用。高性能混凝土抗拉強度與抗壓強度值比高強混凝土有明顯增加，高性能混凝土的早期強度發展加快，而后期強度的增長率卻低于普通強度混凝土。
1.1.4 水化熱
由于高性能混凝土的水灰比較低，會較早的終止水化反應，因此，水化熱相應的降低。
1.1.5 收縮和徐變
高性能混凝土的總收縮量與其強度成反比，強度越高總收縮量越小。但高性能混凝土的早期收縮率，隨著早期強度的提高而增大。相對濕度和環境溫度，仍然是影響高性能混凝土收縮性能的兩個主要因素。
1.1.6 耐久性
高性能混凝土除通常的抗凍性、抗滲性明顯高于普通混凝土之外，高性能混凝土的clˉ滲透率，明顯低于普通混凝土。高性能混凝土由于具有較高的密實性和抗滲性，因此，其抗化學腐蝕性能顯著優于普通強度混凝土。
1.2 高性能耐久混凝土質量控制
高性能耐久混凝土是由水泥、礦物質混合材料、集料、水、化學外加劑，按比例配合，經過均勻拌制，振搗密實成型及養護硬化而成的人工石材。影響混凝土抗壓強度的有水泥強度，水泥水化硅酸鈣凝膠對混凝土中砂石集料等起膠結作用，并填充其間孔隙。s95礦粉可以等量替代水泥，提高混凝土的和易性、耐久性強度、降低成本。集料混凝土中集料體積大約占混凝土體積的3/4，由于所占的體積相當大，所以集料的質量對混凝土的技術性能和生產成本均產生一定的影響，集料起骨架及填充作用，近年研究還表明，在集料和水泥漿的交界面附近，存在一個過度區，區內水化產物的形性、排列、濃度不同于過度區外，尤其是孔縫的大量存在，使過度區成為混凝土中的薄弱環節，是裂縫的多發區，也是水或諸多破壞因素進入混凝土內部的通道。制作均勻優質的混凝土，尤其是高性能耐久性的混凝土，不僅要選用堅硬潔凈的集料，對于集料的強度、級配、表面特征、顆粒形狀、雜質的含量、吸水率吸附性等，都應有一定的要求。細集料砂材質的好壞，對c50以上混凝土的拌和物和易性的影響比粗集料要大。優先選取級配良好的江砂或河砂。因為江砂或河砂比較干凈，含泥量少，砂中石英顆粒含量較多，級配一般都能符合要求。水是滿足水泥水化所需要的，超過水化需要的水主要是為了滿足工作性的需要。但超量的水，在混凝土內部卻留下了孔縫，使高性能耐久混凝土強度、密度和各種耐久性都受到不利影響?；瘜W外加劑分散膠凝材料顆粒可降低用水量，增加可塑性。合理的配比可以降低造價，提高混凝土質量。相同配比相同施工條件下原材料的質量直接決定混凝土的好壞。
2 提高高性能混凝土耐久性的措施
2.1 增加鋼筋保護層的厚度
避免與環境中有害物質與載荷控制，與環境中的有害物質隔絕達到提高耐久性的作用。成型后進行防腐涂裝，從施工過程中控制混凝土耐久性。如有裂縫及時進行裂縫修補，預防鋼筋的銹蝕。常用的方法有環氧涂層鋼筋，采用靜電噴涂環氧樹脂粉末工藝在鋼筋表面形成一定厚度的環氧樹脂防腐涂層，這種鋼筋保護層能長期保護鋼筋使其免遭腐蝕。此外，在混凝土表面涂層也是簡便有效的方法，但涂料應是耐堿、耐老化和與鋼筋表面有良好附著性的材料。還可摻加高效減水劑，在保證混凝土拌和物所需流動性的同時，盡可能降低用水量，減小水灰比，使混凝土的總孔隙率，特別是毛細孔隙率大幅度降低。還可研究新技術，開發新產品，如耐銹鋼筋、阻銹鋼筋等。
2.2 防止混凝土產生龜裂
鋼筋混凝土無龜裂時，cl-離子以hooke之擴散法則，從混凝土表面滲透至鋼筋表面需要100年。對于鋼筋混凝土結構，如果建在濕度較小的地區，混凝土即便存在一些小龜裂，對結構的耐久性影響也不會太大。但在南部沿海地區，如果o2，co2，h2o等從龜裂處的裂縫進入，可以導致加速混凝土中性化及腐蝕，即鹽分比較容易進入鋼筋表面，將鋼筋表面的鈍態皮膜破壞且加劇腐蝕，嚴重降低結構的耐久年限，因此必須設法避免混凝土表面龜裂的產生。
近年來大直徑鋼筋應用越來越多，采用大直徑鋼筋時由于對于混凝土干燥收縮拘束增大，內部易產生微細龜裂，同時由于混凝土介面增大易產生泌水，且易產生孔隙，降低其抗蝕性。因此設計時應考慮配合鋼筋直徑比以決定鋼筋保護層厚度。
2.3 防止混凝土的凍融破壞
防止混凝土的凍融破壞?；炷恋慕M成、配合比、養護條件和密實度決定了其在飽水狀態下抵抗凍融破壞的能力，目前只有加氣混凝土才能有效提高混凝土的抗凍性。引氣是提高混凝土抗凍性的主要參數。一般引氣量4％-8％，同時，應避免采用吸水率較高的集料，加強排水以免混凝土結構被水飽和。在混凝土中摻加優質引氣型高效減水劑，既能獲得大量均勻分布的微小氣泡，顯著提高抗凍性，又能大幅度減小w/c，從而保證混凝土強度不降低，甚至有所提高。
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影響橋梁結構混凝土耐久性的因素很多，砼質量及其保護層是內在因素；環境與載荷作用則是外在因素。原材料質量，配合比設計，混凝土生產，混凝土成型及養護，裂縫缺陷修復。切實控制混凝土施工質量，進而保證在我國混凝土工程的質量，建設高質量的橋梁工程。
1 高性能耐久混凝土
1.1 高性能混凝土的特性
在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現代混凝土技術制作的新型高技術混凝土。針對不同的用途要求，有重點地予以保證：耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩定性、經濟性等。
1.1.1 自密實性
高性能混凝土的用水量較低，流動性好，抗離析性高，從而具有較優異的填充性。因此，配好恰當的大流動性高性能混凝土有較好的自密實性。
1.1.2 體積穩定性
高性能混凝土的體積穩定性較高，表現為具有高彈性模量、低收縮與徐變、低溫度變形。普通混凝土的彈性模量為20～25gpa，采用適宜的材料與配合比的高性能混凝土，其彈性?？蛇_40～45gpa。采用高彈性模量、高強度的粗集料并降低混凝土中水泥漿體的含量，選用合理的配合比配制的高性能混凝土，90天齡期的干縮值低于0.04%。
1.1.3 強度
高性能混凝土的抗壓強度已超過200mpa。目前，28d平均強度介于100～120mpa的高性能混凝土，已在工程中應用。高性能混凝土抗拉強度與抗壓強度值比高強混凝土有明顯增加，高性能混凝土的早期強度發展加快，而后期強度的增長率卻低于普通強度混凝土。
1.1.4 水化熱
由于高性能混凝土的水灰比較低，會較早的終止水化反應，因此，水化熱相應的降低。
1.1.5 收縮和徐變
高性能混凝土的總收縮量與其強度成反比，強度越高總收縮量越小。但高性能混凝土的早期收縮率，隨著早期強度的提高而增大。相對濕度和環境溫度，仍然是影響高性能混凝土收縮性能的兩個主要因素。
1.1.6 耐久性
高性能混凝土除通常的抗凍性、抗滲性明顯高于普通混凝土之外，高性能混凝土的clˉ滲透率，明顯低于普通混凝土。高性能混凝土由于具有較高的密實性和抗滲性，因此，其抗化學腐蝕性能顯著優于普通強度混凝土。
1.2 高性能耐久混凝土質量控制
高性能耐久混凝土是由水泥、礦物質混合材料、集料、水、化學外加劑，按比例配合，經過均勻拌制，振搗密實成型及養護硬化而成的人工石材。影響混凝土抗壓強度的有水泥強度，水泥水化硅酸鈣凝膠對混凝土中砂石集料等起膠結作用，并填充其間孔隙。s95礦粉可以等量替代水泥，提高混凝土的和易性、耐久性強度、降低成本。集料混凝土中集料體積大約占混凝土體積的3/4，由于所占的體積相當大，所以集料的質量對混凝土的技術性能和生產成本均產生一定的影響，集料起骨架及填充作用，近年研究還表明，在集料和水泥漿的交界面附近，存在一個過度區，區內水化產物的形性、排列、濃度不同于過度區外，尤其是孔縫的大量存在，使過度區成為混凝土中的薄弱環節，是裂縫的多發區，也是水或諸多破壞因素進入混凝土內部的通道。制作均勻優質的混凝土，尤其是高性能耐久性的混凝土，不僅要選用堅硬潔凈的集料，對于集料的強度、級配、表面特征、顆粒形狀、雜質的含量、吸水率吸附性等，都應有一定的要求。細集料砂材質的好壞，對c50以上混凝土的拌和物和易性的影響比粗集料要大。優先選取級配良好的江砂或河砂。因為江砂或河砂比較干凈，含泥量少，砂中石英顆粒含量較多，級配一般都能符合要求。水是滿足水泥水化所需要的，超過水化需要的水主要是為了滿足工作性的需要。但超量的水，在混凝土內部卻留下了孔縫，使高性能耐久混凝土強度、密度和各種耐久性都受到不利影響?；瘜W外加劑分散膠凝材料顆粒可降低用水量，增加可塑性。合理的配比可以降低造價，提高混凝土質量。相同配比相同施工條件下原材料的質量直接決定混凝土的好壞。
2 提高高性能混凝土耐久性的措施
2.1 增加鋼筋保護層的厚度
避免與環境中有害物質與載荷控制，與環境中的有害物質隔絕達到提高耐久性的作用。成型后進行防腐涂裝，從施工過程中控制混凝土耐久性。如有裂縫及時進行裂縫修補，預防鋼筋的銹蝕。常用的方法有環氧涂層鋼筋，采用靜電噴涂環氧樹脂粉末工藝在鋼筋表面形成一定厚度的環氧樹脂防腐涂層，這種鋼筋保護層能長期保護鋼筋使其免遭腐蝕。此外，在混凝土表面涂層也是簡便有效的方法，但涂料應是耐堿、耐老化和與鋼筋表面有良好附著性的材料。還可摻加高效減水劑，在保證混凝土拌和物所需流動性的同時，盡可能降低用水量，減小水灰比，使混凝土的總孔隙率，特別是毛細孔隙率大幅度降低。還可研究新技術，開發新產品，如耐銹鋼筋、阻銹鋼筋等。
2.2 防止混凝土產生龜裂
鋼筋混凝土無龜裂時，cl-離子以hooke之擴散法則，從混凝土表面滲透至鋼筋表面需要100年。對于鋼筋混凝土結構，如果建在濕度較小的地區，混凝土即便存在一些小龜裂，對結構的耐久性影響也不會太大。但在南部沿海地區，如果o2，co2，h2o等從龜裂處的裂縫進入，可以導致加速混凝土中性化及腐蝕，即鹽分比較容易進入鋼筋表面，將鋼筋表面的鈍態皮膜破壞且加劇腐蝕，嚴重降低結構的耐久年限，因此必須設法避免混凝土表面龜裂的產生。
近年來大直徑鋼筋應用越來越多，采用大直徑鋼筋時由于對于混凝土干燥收縮拘束增大，內部易產生微細龜裂，同時由于混凝土介面增大易產生泌水，且易產生孔隙，降低其抗蝕性。因此設計時應考慮配合鋼筋直徑比以決定鋼筋保護層厚度。
2.3 防止混凝土的凍融破壞
防止混凝土的凍融破壞?；炷恋慕M成、配合比、養護條件和密實度決定了其在飽水狀態下抵抗凍融破壞的能力，目前只有加氣混凝土才能有效提高混凝土的抗凍性。引氣是提高混凝土抗凍性的主要參數。一般引氣量4％-8％，同時，應避免采用吸水率較高的集料，加強排水以免混凝土結構被水飽和。在混凝土中摻加優質引氣型高效減水劑，既能獲得大量均勻分布的微小氣泡，顯著提高抗凍性，又能大幅度減小w/c，從而保證混凝土強度不降低，甚至有所提高。
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