铁路高性能混凝土耐久性浅析

建筑设计

甘肃科技纵横铁路高性能混凝土耐久性浅析

杨建平

（中铁二十一局一公司，新疆乌鲁木齐830011）

摘要：高性能混凝土在近些年的应用越来越广泛，尽管对高性能混凝土有不同的定义和解释，但普遍认为高性能混凝土是

指采用普通原材料、常规施工工艺，通过掺加外加剂和掺合料配制而成的具有高工作性、高强度、高耐久性的综合性能优良不发生或尽量少发生由于温度和收缩产生的裂缝，硬化后体积稳的混凝土。它的特点是保证拌合物易于浇筑和密实成型，

定且有足够的强度，内部孔隙结构合理而有低渗透性和高抗化学侵蚀性能。关键词：高性能；混凝土；耐久性

1高性能混凝土的核心是保证耐久性

耐久性对工程浩大的混凝土工程来说意义非常重

粉煤灰时，应严格控制粉煤灰的品质，尤其严格控制其烧失量，因为烧失量对混凝土含气量影响很大，铁路规C50及以范规定C50以下粉煤灰烧失量不大于5.0%，上粉煤灰烧失量不大于3.0%。

（2）温度应力裂缝。近年来许多的大型桥梁采用大体积混凝土结构物，而混凝土中的水泥水化反应时要放出热量，导致构件中心与边缘出现温度差而产生应力，该应力大于混凝土当时的抗拉强度，混凝土就会开裂，混凝土构件的尺寸越大，发生温度应力裂缝的可能性越大，减少混凝土的水泥用量和降低混凝土的初始温度及使用低热水泥，减少混凝土温差等措施，很大程度上可以减少或避免混凝土开裂，大大提高了混凝土耐久性能。

水泥中熟料主要是有C3S、C2S、C3A、C4AF等，其中C3S决定水泥早期强度，但C3S水化速度快，水化的发热量大。C3A水化最快，水化热最大，水化物强度最低，干缩最大，所以，早强水泥中，C3S、C3A含量高，导致水化速率快，水化热大，混凝土收缩性大，抗裂性下降，混凝土的微结构不良，抗腐蚀性差，所以铁路规范规定了不宜使用早强水泥，尽可能降低胶凝材料中硅酸盐水泥用量，加大矿物掺合料的用量，减少水泥用量大带来的负面影响，混凝土早期强度越高，对混凝土长期性能使用矿物掺合料首先是越不利。混凝土早期也易开裂，

为了混凝土耐久性需要，而不是单纯降低混凝土成本。

（3）氯离子渗入到钢筋表面，会破坏钢筋表面而引起锈蚀，钢筋锈蚀，会伴有体积增加，其体积大约可增加到铁的体积的6倍，使混凝土保护层膨胀开裂、起鼓、剥落、钢筋失去保护。氯离子渗入引起的钢筋锈蚀的破坏速度快，往往成为桥梁寿命的决定性因素，所以铁路规范规定混凝土中氯离子总量为不超过胶凝材料重量的0.1%，预应力混凝土不超过胶凝材料用量的0.06%。

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要，若耐久性不足，将对未来社会造成极为沉重的负这就意味着担。普通混凝土使用寿命约为30～50年，

工程使用寿命到期后，国家将投入巨大的财力、物力对这些工程进行维修、重建。

为了满足混凝土施工工作性要求（即用水量大、水灰比高），会导致混凝土的孔隙率较高，特别是其中毛氧细孔占有相当大部分，毛细孔是水分和侵蚀性介质、气、二氧化碳及其他有害物质进入混凝土内部的通道，引起混凝土耐久性的不足；其次，水泥中的水化物稳定性不足也会对耐久性产生影响。

2对于混凝土耐久性的影响可以从内外部因素分析

2.1外部影响主要包括

（1）混凝土的冻融破坏。混凝土是多孔复合材料，外部的水分可以通过毛细作用进入这些孔隙，当温度降至冰点以下时，孔隙中的水冻结膨胀，体积增加，持续冻融的结果使混凝土开裂，甚至崩裂，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，引气是提高混凝土抗冻性的主要参数，混凝土加入引气剂后，对混凝土工作性、均质性有所提高，引气剂可以减少混凝土用水量，降低泌水率，更重要的是水在拌合物中的悬浮状态更加稳定，可以改善骨料底沉陷等不良现象。同时应避免采用吸水率部浆体泌水、

较高的骨料，加强排水，以免混凝土结构被水饱和，粗细骨料的吸水率应小于2%（粗骨料用于干湿交替或冻融破坏环境下的混凝土，其吸水率应小于1%）。

矿物掺合料对混凝土抗冻性也有一定影响，掺加

甘肃科技纵横2.2内部环境影响主要有以下几点：

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2011年（第40卷）第4期

）掺入高效减水剂。施工中为了保持混凝土拌合（1

）碱-骨料反应。水泥中的碱和骨料中的活性二（1

氧化硅发生化学反应，生成碱-硅酸凝胶，并吸收水分产生膨胀压力，使混凝土开裂的现象叫碱-骨料反应，只有水泥中的碱含量大于0.6%，而同时骨料中含有活性二氧化硅时，才可能发生碱-骨料反应，发生碱-骨料反应的充分条件是有水份存在，碱-硅酸凝胶在干燥状态下不产生体积膨胀，对混凝土无破坏作用，碱-骨料反应通常进行的很慢，引起的破坏往往经若干年破坏时是无后才出现，但是，一旦发生碱-骨料反应，法修复的。

（2）控制硬化混凝土的体积稳定性。随着环境及温、湿度的变化，组成混凝土的水泥石和骨料产生胀缩变形，混凝土中发生干缩的主要成分是水泥石，因此减少混凝土中水泥石的相对含量可以减少混凝土的收缩，骨料起限制收缩的作用，骨料的含量愈多，混凝土收缩愈小。骨料的弹性模量则决定着对水泥石收缩的限制程度，弹性模量愈大，限制收缩作用愈大。另外，水泥石和水泥石和骨料骨料的热膨胀系数也不相同。温度变化，

必然产生不同的变形值，这会削弱混凝土的密实性。

（3）施工因素造成的影响，混凝土材料品质低下和混凝土配合比选择不当会导致混凝土性能不良，施工操作粗糙形成潜在的混凝土缺陷，都容易使混凝土不密实。

（4）混凝土养护中存在的问题。混凝土养护是影响混凝土耐久性的又一个重要因素，混凝土是一种疏孔多孔的混合物，新拌制的混凝土中存在着大量均匀分布的毛细孔，其中充满水，使水泥进一步水化作用，使大孔变成小孔增加混凝土的密实度，因为毛细孔是相通的，如果外界环境湿度低，毛细孔的水份会向外界蒸发，减少了供给水化反应的水量，如果环境湿度大或放在水中，则可通过毛细管补给水化反应的用水，混凝土性能就会不断提高。在干旱多风天气下毛细孔的水份蒸发，水泥不仅因缺水而停止水化作用，还会因毛细管孔的引力作用在混凝土中引起收缩。此时混凝土强度很低，收缩引起的拉应力很快使混凝土开裂，破坏混凝土的结构，因此混凝土浇筑完后必须及时养护，在混凝土实际施工中，往往由于对混凝土养护原理不了解，对养护工序常常重视不够，出现养护不及时、湿度不够、养护时间短等情况，尤其是耐久性混凝土，更加要注意正确、及时的养护。

物所需的工作性能，就必须在拌合时相应增加水量，就会使混凝土结构中形成过多的孔隙，当加入减水剂的定向排列，使水泥质点表面均带有相同的电荷，在电性斥力的作用下，不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态，还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，使水泥絮凝体内的游离水释放出来，因此达到减水的目的。

（2）掺入高效活性矿物掺合料。普通混凝土中水泥水化物稳定性不足，是混凝土不能耐久的另一主要因素。在普通混凝土中加入活性矿物掺合料的主要目的，在于改善混凝土中胶凝物质的组成，活性矿物掺合料中含有大量的活性二氧化硅及活性三氧化二铝，它能和水泥中的水化过程中产生的游离石灰等产生二次反应产生强度更高、稳定性更好的低碱性水化碳酸钙，从而达到改善水化胶凝物质的组成，消除游离石灰的目的。

（3）消除混凝土自身的结构破坏因素。除了外界环境因素引起的混凝土结构破坏以外，混凝土本身的一些物理、化学因素，也可能引起混凝土结构的严重破坏，如混凝土的化学收缩和干缩过大引起的开裂，水化反应放热过高引起的温度裂缝，硫酸铝的延迟生成及混凝土的碱-骨料反应等。

（4）保证混凝土的强度。尽管强度与耐久性是不同的概念，但又是密切相关的，它们之间的本质联系是基于混凝土的内部结构，都是与水灰比这个因素直接相关，在混凝土能充分密实的条件下，随水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的强度不断提高。

4结束语

高性能混凝土在配制上的特点是低水灰比，选用

优质的原材料，必须掺入足够数量的矿物掺合料和高效减水剂，减少水泥用量，减少混凝土内部孔隙率，减少体积收缩，提高强度，达到耐久性要求。随着国民经济的快速发展，高性能混凝土不仅在铁路工程中应用较多，其它如道路、桥梁、港口、海洋及建筑物等各种工程中都将越来越广泛的应用，伴随着强度等级的不断提高，对其研究也将更加深入，前景更为广阔。

参考文献：

［1］黄明圣.铁路高性能混凝土施工技术研究［J］.科技创新导

报，2011，13.

［2］王贤乐.客运铁路专线高性能混凝土施工质量控制技术研

究［J］.科技创新导报，2010，19.

［3］雷慧锋.高性能混凝土应用于铁路桥梁上的探讨［J］.铁道标

准设计，1999，5.

3铁路施工中高性能混凝土耐久性的控制方

法

目前提高混凝土耐久性的方法主要有以下几种：

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