路橋專用高性能混凝土長期耐久性試驗研究

武利強 （陽煤集團二礦經營管理部，山西 陽泉 045008）

1 關于離性能混凝土橋梁與耐久性試驗

1.1 影響高性能混凝土橋梁長期耐久性的因素

國內外學者通過研究發現，鋼筋的銹蝕是造成高性能混凝土橋梁耐久性降低的一個主要原因，此外還有一些原因也可能會造成耐久性降低，如凍融的循環、機械磨損、骨料與堿的相關反應，混凝土的碳化和意外事故及自然災害的發生。

1.2 高性能混凝土橋梁發生問題的機理

在混凝土中的氯離子含量過高而碳化深度不夠的情況下，一般混凝土中的鋼筋也會受到銹蝕，比如近海地區的橋用混凝土中的鋼筋就容易銹蝕，是因為在沿海地區，空氣中的氯離子穿透性較一般地區強，而當氯離子積累到一定程度，大量存在于混凝土結構與鋼筋的空隙中，并達到一定的濃度以后，氯離子就會慢慢滲透到混凝土的鈍化膜中，從而激活鋼筋表面的鐵原子。并且，在鋼筋發生銹蝕的過程中，氯離子會充當一個催化劑，在自己本身含量不會隨著腐蝕而減少的情況下，對腐蝕的過程進行催化，加快腐蝕。因此，一旦發現氯離子超標，就必須采取措施，否則，鋼筋就會持續被腐蝕。

1.3 研究高性能混凝土耐久性的試驗方法

與一般性的實驗相比，耐久性實驗最大不同就是實驗周期，耐久性實驗其周期是數月、數年甚至更長的時間。目前學術界主要有兩種實驗方法對橋梁用混凝土的耐久性能進行研究，一種是模擬實驗的方法，而另一種是真實驗。這兩種實驗方法各有千秋，所謂模擬實驗，就是通過人工模擬的方法對橋梁用的混凝土進行催化，加速其退化，在退化到一定程度以后就可以對其耐久性進行研究。這種方法的不足是現場的實際情況與模擬情況之間存在差異，無法完全做到一致。而優點是周期較短，成本較低，可以人為控制，所以在一定程度上可以多次重復。而真實性實驗需要花費大量的人力、物力，實驗成本較高，優點是結果準確，實驗結果可以較為精確的反應實際情況。

2 路橋高性能混凝土長期耐久性試驗設計與實施

2.1 試驗的方案設計

此次實驗主要通過人工方法控制和改變實驗室中的氣候條件，如日光、海水侵蝕、降雨等因素模擬近海地區的自然條件，并對其中某一個類別的氣候條件進行強化，從而使得混凝土的性能得以加速退化。這其中，要考慮的因素如環境的濕度、溫度、混凝土的灰水比例以及氯離子的濃度和保護層的厚度等。

2.2 試驗的基本方法

此次實驗所選用的水泥為山鋁牌FO42.5R，出產地為山東，所有相關數據均符合標準。安定性合格，標準稠度和用水迓均為27.2%，細度是2.15%，燒失量4.75%，28d抗壓的強度為53.141MPa，初凝時間3.8h，終凝時間6.1h。復合所采用的超細粉主要是通過粉煤灰和磨細的礦渣按照比例混合制成的。通過水泥凈漿和復合的超細粉之間的流動實驗，了解和掌握復合超細粉在代替水泥時的用水。在實驗過程中，用復合的超細粉代替其中一部分水泥，并測量超細粉的相對用水。其中使用的砂原料和粗集料都符合標準，級配為合格，為中砂，有害物質和泥的含量相較于規定的數值都較小。外加劑所用的是與水泥相容性比較好的型商效氨基磺酸減水劑。實驗中所需的拌和物性能試驗、耐久性試驗、配合比設計以及力學性能試驗都嚴格按照規定的標準和方法來實施。

2.3 試驗的實施過程

實驗中所用到的構件在脫模后，首先需要放到標準的養護室中進行28d養護，然后在將其取出，放到鹽水中進行20d的浸泡，最后將其取出放在室內靜放一個月之后方能使用。隨后將所有的實驗構件拿到實驗室中進行備用，隨后對構件中鋼筋腐蝕的電流密度以及腐蝕電位等數據進行測量。在實驗完成以后，通過鉆取得到鋼筋內部的混凝土粉末，對其中氯離子的分布及含量情況進行測量分析。

3 路橋高性能混凝土長期耐久性試驗結果的分析

3.1 對鋼筋的腐蝕電位及腐蝕的電流密度測定

通過半電池的電位方法和對混凝土鋼筋中的腐蝕的電流密度進行分析，從而判斷混凝土鋼筋是否被腐蝕，以及腐蝕的程度。通過控制人工氣候環境，可以觀察出同一構件中鋼筋腐蝕的電流密度由于氣候環境的不同而變化，呈波浪型。在濕度和溫度適宜的情況下，鋼筋腐蝕的電流密度大，說明其受到腐蝕的可能性高。這一研究結果與近海地區混凝土中鋼筋的銹蝕使得混凝土的耐久性下降這一實際情況相符合。（見表1）

半電池電位方法及腐蝕電流密度判斷混凝土鋼筋腐蝕情況 表1

3.2 鋼筋的銹蝕試驗結果

通過對鋼筋的銹蝕實驗，我們可以看出鋼筋的失重率與混凝土的強度等級之間成反比，混凝土的強度等級越高，鋼筋的失重率就越低，參入復合超細粉代替水泥的混凝土鋼筋的失重率也相應較低（表2）。在氣候條件不變的情況下，混凝土的平均電阻會隨著混凝土強度等級的升高而升高，其造成破壞的時間也相對較長。而與普通的混凝土相比，摻入超細粉代替水泥的混凝土在其他條件不變的情況下，其平均電阻會高出一倍，且造成破壞的時間也更長。因此，我們可以得出，鋼筋的防銹蝕能力會隨著混凝土強度等級的提高而提高，并且在其他條件不變的情況下，摻入復合超細粉代替水泥的混凝土，其防銹蝕能力較一般混凝土也較強（表3）。

鋼筋混凝土中鋼筋失重率情況 表2

恒電壓鋼筋銹蝕試驗（平均電阻和破壞時間） 表3

3.3 對混凝土中氯離子的含量的測定

把混凝土試驗中所用到的實驗構件在人工形成的海水中浸泡3個月以后取出，再將試驗品弄碎并磨成粉末，然后用化學分析的方法對其中的氯離子含量進行測量。可以得出混凝土中的氯離子含量與混凝土強度之間呈反比，會隨著混凝土強度的提高而減少。（見表4）

混凝土試驗中試件氯離子含量測定 表4

4 結語

從上文中可以看出，大型橋梁工程的使用壽命以及混凝土的耐久性問題，是基礎設施建設的關鍵，如何提高大型橋梁工程的使用壽命和耐久性這一問題，漸漸受到各國學者、專家、企業甚至是普通民眾的重視和關注。所以，技術界要對混凝土的耐久性進行不斷的的研究和實驗，并總結教訓和經驗，探索新的、有效的提高混凝土耐久性和大橋梁工程使用壽命的途徑和方法，提升大橋梁工程的質量，延長使用壽命，為經濟發展做出貢獻。