桥梁高性能混凝土耐久性浅谈
混凝土的耐久性与工程的使用寿命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能力，这一正常功能不仅包括结构的安全性，而且更多地体现在适用性上。高性能耐久混凝土作为一种客运专线海上桥梁主要建筑材料，它的质量好坏，直接影响结构物的安全寿命。在桥梁工程中，混凝土施工占有很大的比例。跨海大桥客运专线快速铁路的出现使高性能耐久混凝土的质量控制尤为重要。混凝土质量优劣直接影响到桥梁的质量、安全和经济使用寿命。
影响桥梁结构混凝土耐久性的因素很多，砼质量及其保护层是内在因素；环境与载荷作用则是外在因素。原材料质量，配合比设计，混凝土生产，混凝土成型及养护，裂缝缺陷修复。切实控制混凝土施工质量，进而保证在我国混凝土工程的质量，建设高质量的桥梁工程。
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础上采用现代混凝土技术制作的新型高技术混凝土。针对不同的用途要求，有重点地予以保证：耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性、经济性等。
1.1.1 自密实性
高性能混凝土的用水量较低，流动性好，抗离析性高，从而具有较优异的填充性。因此，配好恰当的大流动性高性能混凝土有较好的自密实性。
1.1.2 体积稳定性
高性能混凝土的体积稳定性较高，表现为具有高弹性模量、低收缩与徐变、低温度变形。普通混凝土的弹性模量为20～25gpa，采用适宜的材料与配合比的高性能混凝土，其弹性模可达40～45gpa。采用高弹性模量、高强度的粗集料并降低混凝土中水泥浆体的含量，选用合理的配合比配制的高性能混凝土，90天龄期的干缩值低于0.04%。
1.1.3 强度
高性能混凝土的抗压强度已超过200mpa。目前，28d平均强度介于100～120mpa的高性能混凝土，已在工程中应用。高性能混凝土抗拉强度与抗压强度值比高强混凝土有明显增加，高性能混凝土的早期强度发展加快，而后期强度的增长率却低于普通强度混凝土。
1.1.4 水化热
由于高性能混凝土的水灰比较低，会较早的终止水化反应，因此，水化热相应的降低。
1.1.5 收缩和徐变
高性能混凝土的总收缩量与其强度成反比，强度越高总收缩量越小。但高性能混凝土的早期收缩率，随着早期强度的提高而增大。相对湿度和环境温度，仍然是影响高性能混凝土收缩性能的两个主要因素。
1.1.6 耐久性
高性能混凝土除通常的抗冻性、抗渗性明显高于普通混凝土之外，高性能混凝土的clˉ渗透率，明显低于普通混凝土。高性能混凝土由于具有较高的密实性和抗渗性，因此，其抗化学腐蚀性能显著优于普通强度混凝土。
1.2 高性能耐久混凝土质量控制
高性能耐久混凝土是由水泥、矿物质混合材料、集料、水、化学外加剂，按比例配合，经过均匀拌制，振捣密实成型及养护硬化而成的人工石材。影响混凝土抗压强度的有水泥强度，水泥水化硅酸钙凝胶对混凝土中砂石集料等起胶结作用，并填充其间孔隙。s95矿粉可以等量替代水泥，提高混凝土的和易性、耐久性强度、降低成本。集料混凝土中集料体积大约占混凝土体积的3/4，由于所占的体积相当大，所以集料的质量对混凝土的技术性能和生产成本均产生一定的影响，集料起骨架及填充作用，近年研究还表明，在集料和水泥浆的交界面附近，存在一个过度区，区内水化产物的形性、排列、浓度不同于过度区外，尤其是孔缝的大量存在，使过度区成为混凝土中的薄弱环节，是裂缝的多发区，也是水或诸多破坏因素进入混凝土内部的通道。制作均匀优质的混凝土，尤其是高性能耐久性的混凝土，不仅要选用坚硬洁净的集料，对于集料的强度、级配、表面特征、颗粒形状、杂质的含量、吸水率吸附性等，都应有一定的要求。细集料砂材质的好坏，对c50以上混凝土的拌和物和易性的影响比粗集料要大。优先选取级配良好的江砂或河砂。因为江砂或河砂比较干净，含泥量少，砂中石英颗粒含量较多，级配一般都能符合要求。水是满足水泥水化所需要的，超过水化需要的水主要是为了满足工作性的需要。但超量的水，在混凝土内部却留下了孔缝，使高性能耐久混凝土强度、密度和各种耐久性都受到不利影响。化学外加剂分散胶凝材料颗粒可降低用水量，增加可塑性。合理的配比可以降低造价，提高混凝土质量。相同配比相同施工条件下原材料的质量直接决定混凝土的好坏。
2 提高高性能混凝土耐久性的措施
2.1 增加钢筋保护层的厚度
避免与环境中有害物质与载荷控制，与环境中的有害物质隔绝达到提高耐久性的作用。成型后进行防腐涂装，从施工过程中控制混凝土耐久性。如有裂缝及时进行裂缝修补，预防钢筋的锈蚀。常用的方法有环氧涂层钢筋，采用静电喷涂环氧树脂粉末工艺在钢筋表面形成一定厚度的环氧树脂防腐涂层，这种钢筋保护层能长期保护钢筋使其免遭腐蚀。此外，在混凝土表面涂层也是简便有效的方法，但涂料应是耐碱、耐老化和与钢筋表面有良好附着性的材料。还可掺加高效减水剂，在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减小水灰比，使混凝土的总孔隙率，特别是毛细孔隙率大幅度降低。还可研究新技术，开发新产品，如耐锈钢筋、阻锈钢筋等。
2.2 防止混凝土产生龟裂
钢筋混凝土无龟裂时，cl-离子以hooke之扩散法则，从混凝土表面渗透至钢筋表面需要100年。对于钢筋混凝土结构，如果建在湿度较小的地区，混凝土即便存在一些小龟裂，对结构的耐久性影响也不会太大。但在南部沿海地区，如果o2，co2，h2o等从龟裂处的裂缝进入，可以导致加速混凝土中性化及腐蚀，即盐分比较容易进入钢筋表面，将钢筋表面的钝态皮膜破坏且加剧腐蚀，严重降低结构的耐久年限，因此必须设法避免混凝土表面龟裂的产生。
近年来大直径钢筋应用越来越多，采用大直径钢筋时由于对于混凝土干燥收缩拘束增大，内部易产生微细龟裂，同时由于混凝土介面增大易产生泌水，且易产生孔隙，降低其抗蚀性。因此设计时应考虑配合钢筋直径比以决定钢筋保护层厚度。
2.3 防止混凝土的冻融破坏
防止混凝土的冻融破坏。混凝土的组成、配合比、养护条件和密实度决定了其在饱水状态下抵抗冻融破坏的能力，目前只有加气混凝土才能有效提高混凝土的抗冻性。引气是提高混凝土抗冻性的主要参数。一般引气量4％-8％，同时，应避免采用吸水率较高的集料，加强排水以免混凝土结构被水饱和。在混凝土中掺加优质引气型高效减水剂，既能获得大量均匀分布的微小气泡，显著提高抗冻性，又能大幅度减小w/c，从而保证混凝土强度不降低，甚至有所提高。
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影响桥梁结构混凝土耐久性的因素很多，砼质量及其保护层是内在因素；环境与载荷作用则是外在因素。原材料质量，配合比设计，混凝土生产，混凝土成型及养护，裂缝缺陷修复。切实控制混凝土施工质量，进而保证在我国混凝土工程的质量，建设高质量的桥梁工程。
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础上采用现代混凝土技术制作的新型高技术混凝土。针对不同的用途要求，有重点地予以保证：耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性、经济性等。
1.1.1 自密实性
高性能混凝土的用水量较低，流动性好，抗离析性高，从而具有较优异的填充性。因此，配好恰当的大流动性高性能混凝土有较好的自密实性。
1.1.2 体积稳定性
高性能混凝土的体积稳定性较高，表现为具有高弹性模量、低收缩与徐变、低温度变形。普通混凝土的弹性模量为20～25gpa，采用适宜的材料与配合比的高性能混凝土，其弹性模可达40～45gpa。采用高弹性模量、高强度的粗集料并降低混凝土中水泥浆体的含量，选用合理的配合比配制的高性能混凝土，90天龄期的干缩值低于0.04%。
1.1.3 强度
高性能混凝土的抗压强度已超过200mpa。目前，28d平均强度介于100～120mpa的高性能混凝土，已在工程中应用。高性能混凝土抗拉强度与抗压强度值比高强混凝土有明显增加，高性能混凝土的早期强度发展加快，而后期强度的增长率却低于普通强度混凝土。
1.1.4 水化热
由于高性能混凝土的水灰比较低，会较早的终止水化反应，因此，水化热相应的降低。
1.1.5 收缩和徐变
高性能混凝土的总收缩量与其强度成反比，强度越高总收缩量越小。但高性能混凝土的早期收缩率，随着早期强度的提高而增大。相对湿度和环境温度，仍然是影响高性能混凝土收缩性能的两个主要因素。
1.1.6 耐久性
高性能混凝土除通常的抗冻性、抗渗性明显高于普通混凝土之外，高性能混凝土的clˉ渗透率，明显低于普通混凝土。高性能混凝土由于具有较高的密实性和抗渗性，因此，其抗化学腐蚀性能显著优于普通强度混凝土。
1.2 高性能耐久混凝土质量控制
高性能耐久混凝土是由水泥、矿物质混合材料、集料、水、化学外加剂，按比例配合，经过均匀拌制，振捣密实成型及养护硬化而成的人工石材。影响混凝土抗压强度的有水泥强度，水泥水化硅酸钙凝胶对混凝土中砂石集料等起胶结作用，并填充其间孔隙。s95矿粉可以等量替代水泥，提高混凝土的和易性、耐久性强度、降低成本。集料混凝土中集料体积大约占混凝土体积的3/4，由于所占的体积相当大，所以集料的质量对混凝土的技术性能和生产成本均产生一定的影响，集料起骨架及填充作用，近年研究还表明，在集料和水泥浆的交界面附近，存在一个过度区，区内水化产物的形性、排列、浓度不同于过度区外，尤其是孔缝的大量存在，使过度区成为混凝土中的薄弱环节，是裂缝的多发区，也是水或诸多破坏因素进入混凝土内部的通道。制作均匀优质的混凝土，尤其是高性能耐久性的混凝土，不仅要选用坚硬洁净的集料，对于集料的强度、级配、表面特征、颗粒形状、杂质的含量、吸水率吸附性等，都应有一定的要求。细集料砂材质的好坏，对c50以上混凝土的拌和物和易性的影响比粗集料要大。优先选取级配良好的江砂或河砂。因为江砂或河砂比较干净，含泥量少，砂中石英颗粒含量较多，级配一般都能符合要求。水是满足水泥水化所需要的，超过水化需要的水主要是为了满足工作性的需要。但超量的水，在混凝土内部却留下了孔缝，使高性能耐久混凝土强度、密度和各种耐久性都受到不利影响。化学外加剂分散胶凝材料颗粒可降低用水量，增加可塑性。合理的配比可以降低造价，提高混凝土质量。相同配比相同施工条件下原材料的质量直接决定混凝土的好坏。
2 提高高性能混凝土耐久性的措施
2.1 增加钢筋保护层的厚度
避免与环境中有害物质与载荷控制，与环境中的有害物质隔绝达到提高耐久性的作用。成型后进行防腐涂装，从施工过程中控制混凝土耐久性。如有裂缝及时进行裂缝修补，预防钢筋的锈蚀。常用的方法有环氧涂层钢筋，采用静电喷涂环氧树脂粉末工艺在钢筋表面形成一定厚度的环氧树脂防腐涂层，这种钢筋保护层能长期保护钢筋使其免遭腐蚀。此外，在混凝土表面涂层也是简便有效的方法，但涂料应是耐碱、耐老化和与钢筋表面有良好附着性的材料。还可掺加高效减水剂，在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减小水灰比，使混凝土的总孔隙率，特别是毛细孔隙率大幅度降低。还可研究新技术，开发新产品，如耐锈钢筋、阻锈钢筋等。
2.2 防止混凝土产生龟裂
钢筋混凝土无龟裂时，cl-离子以hooke之扩散法则，从混凝土表面渗透至钢筋表面需要100年。对于钢筋混凝土结构，如果建在湿度较小的地区，混凝土即便存在一些小龟裂，对结构的耐久性影响也不会太大。但在南部沿海地区，如果o2，co2，h2o等从龟裂处的裂缝进入，可以导致加速混凝土中性化及腐蚀，即盐分比较容易进入钢筋表面，将钢筋表面的钝态皮膜破坏且加剧腐蚀，严重降低结构的耐久年限，因此必须设法避免混凝土表面龟裂的产生。
近年来大直径钢筋应用越来越多，采用大直径钢筋时由于对于混凝土干燥收缩拘束增大，内部易产生微细龟裂，同时由于混凝土介面增大易产生泌水，且易产生孔隙，降低其抗蚀性。因此设计时应考虑配合钢筋直径比以决定钢筋保护层厚度。
2.3 防止混凝土的冻融破坏
防止混凝土的冻融破坏。混凝土的组成、配合比、养护条件和密实度决定了其在饱水状态下抵抗冻融破坏的能力，目前只有加气混凝土才能有效提高混凝土的抗冻性。引气是提高混凝土抗冻性的主要参数。一般引气量4％-8％，同时，应避免采用吸水率较高的集料，加强排水以免混凝土结构被水饱和。在混凝土中掺加优质引气型高效减水剂，既能获得大量均匀分布的微小气泡，显著提高抗冻性，又能大幅度减小w/c，从而保证混凝土强度不降低，甚至有所提高。
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