【摘 要】高性能混凝土是一種新型混凝土，具有低水灰比、高耐久性、高強度及高流動性的特點。本文主要結(jié)合鐵路工程建設(shè)的實例，初步對高性能纖維混凝土的耐久性做了分析，并簡要介紹了耐久性的檢測方法。
【關(guān)鍵詞】高性能混凝土；耐久性；鐵路工程
1 高性能纖維混凝土耐久性綜述
高性能混凝土是通過采用“雙摻”法而得到的一種新型混凝土，即在混凝土中加入硅粉、磨細(xì)礦渣、粉煤灰及高效減水劑等一些外加劑和活性混合材所獲得的一種低水灰比、高耐久性、高強度及高流動性的混凝土。為滿足橋梁工程設(shè)計使用年限100年的要求，采用了高性能混凝土，它除了要滿足混凝土的工作性能和強度要求外，耐久性能是至關(guān)重要的一個指標(biāo)。
各種外界環(huán)境因素對混凝土的耐久性均有不同程度的影響，如二氧化碳濃度高的環(huán)境可能造成混凝土碳化，冰凍或凍融環(huán)境造成混凝土劣化等，鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計給出了碳化環(huán)境、氯鹽環(huán)境、化學(xué)侵蝕環(huán)境、凍融破壞環(huán)境和磨蝕環(huán)境的設(shè)計指標(biāo)。在混凝土劣化的外部條件存在時，高性能混凝土本身密實并不產(chǎn)生原生裂縫，硬化后體積穩(wěn)定而不產(chǎn)生收縮裂縫，同時，減少混凝土內(nèi)部受侵蝕的組合，以保證高性能混凝土的耐久性。高性能混凝土具有水灰比低、密實度高、強度高、體積穩(wěn)定性好，耐久性好的特點�；炷恋哪途眯灾饕ǹ�?jié)B性、抗凍性、抗碳化性、抗化學(xué)腐蝕、抗物理侵蝕、抗微生物侵蝕、堿集料反應(yīng)、護(hù)筋性等。本文主要從抗?jié)B性及抗凍性來嘗試性地研究高性能混凝土的耐久性及測定。
2 高性能纖維混凝土耐久性分析
2.1 抗?jié)B性
混凝土的抗?jié)B性是指混凝土在壓力水的作用下抵抗?jié)B透的能力，是決定堿骨料的膨脹，以及酸和硫酸鹽侵蝕等破壞性作用中質(zhì)量傳輸速率的基本因素。如抗?jié)B性不好的混凝土，溶液性的物質(zhì)能浸透混凝土，使混凝土的耐久性降低。在鋼筋混凝土中，由于水分與空氣的滲透，會引起鋼筋的銹蝕。鋼筋的銹蝕導(dǎo)致其體積增大，造成混凝土保護(hù)層的開裂與剝落，使鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)失去耐久性。
纖維混凝土阻止了混凝土的離析現(xiàn)象(即水泥漿與集料的分離傾向)，提高了澆注體的整體均勻性，不致發(fā)生分層的不均勻收縮，減少澆注體的內(nèi)部裂縫；即使基材在限制收縮條件下因失水干縮而引發(fā)裂縫，由于存在纖維的阻裂作用，亦可顯著減少裂縫的數(shù)量、裂縫的長度和寬度，并因而降低生產(chǎn)貫通裂縫的可能性；由于混凝土體內(nèi)大量均勻散步的短纖維呈現(xiàn)三維亂象分布，因此可以起到阻斷混凝土內(nèi)毛細(xì)作用的效果；由于摻入合成纖維的作用，混凝土的抗?jié)B性能得到明顯改善，透水性減低，因此降低了混凝土內(nèi)水分、氯離子、空氣等的轉(zhuǎn)移速率，從而起到延緩鋼筋銹蝕的作用。
高性能混凝土一般都含有礦物摻和料硅粉、粉煤灰或磨細(xì)礦渣，經(jīng)過國內(nèi)外大型橋梁中的實際應(yīng)用表明，其中以硅粉提高強度和耐久性的效果最顯著。硅粉為高活性、無定性 SiO2 微小顆粒，粒徑是水泥粒徑的 1/100，可以填充在水泥顆粒之間，同時能將水泥水化產(chǎn)生的 Ca（OH）2 轉(zhuǎn)化為 CSH 凝膠（即火山灰反應(yīng)），從而大幅度提高混凝土強度和降低混凝土滲透性。在非常惡劣環(huán)境中要求混凝土結(jié)構(gòu)具有長壽命，或混凝土強度等級在C80 以上，硅粉是高性能混凝土的必要組成部分。優(yōu)質(zhì)粉煤灰具有物理減水作用，高細(xì)度礦渣具有增強作用。這兩種摻和料也都有火山灰反應(yīng)活性，能夠在一定程度上降低混凝土滲透性。
趙鐵軍在其博士論文中研究了用于高性能混凝土滲透性評定的試驗方法。該方法采用電壓為1V、頻率為1KHz的交流電，被測混凝土試件兩端都為3%的NaC1溶液，最終是以經(jīng)修正的混凝土電阻Ｒ反映混凝土的滲透性，并參照ASTMC1202對混凝土滲透性評定標(biāo)準(zhǔn)，用該方法將混凝土滲透性分為5級，見表1。
表1用交流電測量混凝土滲透性的評定標(biāo)準(zhǔn)（參照ACI高性能混凝土委員會用ASTMC1202和AASHTOT277將高性能混凝土滲透性分級的評定標(biāo)準(zhǔn)），趙鐵軍用交流電測量法也提出了對高性能混凝土滲透性的評定標(biāo)準(zhǔn)，見表2。即認(rèn)為若用交流電測量混凝土滲透性，當(dāng)修正后的混凝土電阻大于450Ω時，就滲透性方面講該混凝土可稱為高性能混凝土，修正后混凝土的電阻值越大則高性能混凝土滲透性越低，相應(yīng)抗?jié)B性等級越高。
2.2 抗凍性
混凝土抗凍性，就是在飽水狀態(tài)下多次凍融循環(huán)時保持混凝土強度的能力。室外負(fù)溫條件下使用的混凝土，抗凍性是保證耐久性的最重要性能指標(biāo)之一。飽水狀態(tài)下受凍時，混凝土的破壞首先與孔隙中水結(jié)冰有關(guān)。當(dāng)水在孔隙和毛細(xì)管中結(jié)冰時，體積膨脹9％。因此，若混凝土中的全部孔都充滿水，則第一次凍融循環(huán)之后就應(yīng)該破壞。
水泥漿硬化過程之初，生成相互聯(lián)系的毛細(xì)孔體系，孔的體積相當(dāng)于拌和水的體積，而孔的橫截面平均半徑與成水灰比成正比。配合比選擇正確，混凝土拌和物攪拌正常時，這些毛細(xì)孔紊亂地分布，但從統(tǒng)計學(xué)觀點看來沿混凝土整個體積分布是均勻的。水泥水化條件下，水泥石中的結(jié)合水形式和混凝土的孔隙率特性，隨齡期的延長而改變。
硬化最初幾小時中水泥漿由于化學(xué)收縮而減小體積。水泥漿的塑性收縮，部分由化學(xué)收縮引起的。但水泥石中生成足夠堅硬的晶體骨架之后，就不能出現(xiàn)因化學(xué)收縮引起的收縮變形，水泥石沿整個體積均勻地形成最小的孔，因而破壞了密實性。這些孔具有很大的毛細(xì)孔勢能，因而從較大的孔中吸水，結(jié)果使較大的孔部分或全部脫水，同時被蒸汽-空氣混合氣體充填。水泥石在水泥水化時形成的較大孔和毛細(xì)孔，由于化學(xué)收縮而被蒸汽-空氣混合氣體充填，由水泥凝膠從各個方向連接成的孔脫水之后，即使試件在水中養(yǎng)護(hù)使毛細(xì)孔內(nèi)吸，也不會被水充填，因為脫水孔的毛細(xì)孔勢能低于凝膠孔的毛細(xì)孔勢能。
飽水混凝土受凍時，由于孔中凍晶體的形成和生長，剩下尚未凍結(jié)的液相中產(chǎn)生靜水壓力。在該壓力作用下，水溶液會被擠入儲備孔，使水泥石和混凝土晶體連生體固體骨架中的拉應(yīng)力，或全部消失或大大成小。當(dāng)容納水的儲備孔和其它孔體積比生成的冰的體積小得多，或是由于多次反復(fù)凍融循環(huán)，上述全部孔都逐漸填滿水并完全結(jié)成冰，這時混凝土就會破壞。
對于高強混凝土或高性能混凝土，其抗凍性能多采用水中快凍法進(jìn)行抗凍性試驗，進(jìn)行測試。
3 結(jié)語
高性能混凝土是以耐久性為主要目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計的混凝土，它以優(yōu)異的耐久性為主要特性，具有高流動性而不離析、不泌水；成型均勻、密實；高早期強度，長期保持的力學(xué)性能；具有高韌性，高體積穩(wěn)定性；優(yōu)異的耐久性，能夠抵抗外部環(huán)境的侵蝕，硬化后滲透性低等優(yōu)點，為混凝土的發(fā)展找到了一條新的出路。在這種情況下，鑒于纖維較強的阻裂作用，將其摻入混凝土中是配置新型高性能混凝土的良方。現(xiàn)已有很多將這種高性能纖維混凝土應(yīng)用于鐵路橋梁工程中的成功實例。
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