公路结构物混凝土耐久性研究

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1、公路结构物水泥混凝土耐久性研究动态陈拴发，胡长顺（长安大学公路学院西安市710064）摘要：水泥混据土是一种耐久性材料，对其性能的研究．不仅涉及到材料科学和结构工程科学的课题，也涉且到公路建设的可持续发展问题。近年来，由于公路结构物混凝土早期破坏的事例越来越多，昂贵的重建和维修费用曰使公路管理部门不堪重负，井直接影响到新建项目的实施，也促使人们对混凝土的耐久性提出了更高的要求。本文从目前公路混凝土结构物的使用现状，分析了混凝土结构的破坏机理，并提出了相应的发展对策。关键词：公路结构物；水泥混凝土；耐久性；高性能混凝土在交通运输事业快速发展的今天，长期以来一直被认为是

2、耐久性材料的混凝土已成为公路建设应用最为广泛的基础材料。它在工程性能、节能、经济和生态等方面的卓越性能也成为整个土木界不可取代的和应用量最大的建筑材料。从1824年发明波特兰水泥之后，1850年出现了钢筋水泥混凝土，1940年又采用了预应力钢筋水泥混凝土，这些突破性技术的发展，使得公路结构物尤其是大跨度桥梁在世界各地得到了蓬勃发展。但随着水泥混凝土的广泛使用，越来越多的事例已经表明，混凝土工程结构并非都是很耐久的，混凝土也并非是一种长寿命的工程材料，尤其从目前的使用情况来看，其使用寿命远低于设计寿命。沉重的重建和维修费用已使人们认识到混凝土出现了“耐久性危机”，从而

3、促使人们重视混凝土的耐久性。1混疆土的耐久性水泥混凝土的耐久性是混凝土在设计要求的目标使用期内，不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力，或混凝土抵抗气候作用、化学侵蚀、磨损或任何其他破坏过程的能力。这种能力主要取决于以下3个方面：（1）混凝土抵抗腐蚀性介质侵入的能力；（2）硬化水泥浆体的孔隙率及施工时引入的空气量；（3）水泥混凝土的体积稳定性。从目前的研究来看，引起混凝土耐久性不良的主要因素或类型有：(1)冻融作用；(2)硫酸盐介质的化学腐蚀；(3)钢筋锈蚀；(4)碱一集料反应；(5)磨损。1.1冻融作用混凝土孔隙中的水在负温情况下受到冻结

4、，伴随着这种相变，毛细孔壁受到膨胀压力，而剩余的水分流到附近的孔隙和毛细孔中，在水运动的过程中，产生液体压力，井在缺陷处产生应力集中。如果液体压力或冰的膨胀应力超过混凝土的抗拉强度，混凝土将产生不可愈合的裂缝，并成为混凝土内部新的缺陷。反复的冻融作用，最终将在膨胀应力和液体压力的双重作用下使混凝土产生累积损伤而发生疲劳破损，并使混凝土表层出现剥落、崩裂等现象。大量的研究表明，当路(桥)面有除冰盐存在时，加之冻融复合作用，将大大加速路面、桥梁等结构物的破坏。1986年北美、欧洲，日本等16个国家组成技术专家组，对所属国家的约80万座道路桥梁(以1985年计，服务时间为

5、18—29年)进行子细致而全面的现场调查，经分析和测试后认为；在寒冷地区，特别是除冰盐或含盐环境产生的冻融作用及导致的钢筋锈蚀是公路结构物破坏或失效的最主要原因，对这类破坏的防治与修补也是混凝土结构中最棘手的问题．从目前我国已经出现较多的固除冰盐与冻融破坏复合作用的路面与桥面的破坏情况来看，除冰盐对路面及桥面的破坏在我国已成为严寒地区公路混凝土结构耐久性的一个新的和潜在的严重问题。例如黑龙江某高速公路建成通车的第一个冬季使用除冰盐，就导致路面严重剥蚀，而北京、天津许多立交桥的破坏，经分析破坏主因就是除冰盐诱发所致。关于混凝土冻融破坏的机理目前的研究还在不断深入，但以

6、美国学者丁．c．Powers的水压力理论和渗透压理论最为精湛。该理论可以证明以下几点：(1)冻结是从温度低的表层开始，表层混凝土中毛细管水先冻结；(2)伴随着水分冻结而发生膨胀，挤压未冻结的水分，向未受凉的混凝土内部移动；(3)向内部流动的水，在通过微孔的过程中发生粘性阻力，形成水的压力梯度，这种水的移动压力超过混凝土的抗拉强度，就产生混凝土的劣化。混凝土中适量引气，改善孔结构，可以缓和水流压力，从而有效的防止混凝土的冻害。1.2磨损公路工程混凝土常常处于比较严酷的工作环境条件中，但出现磨损破坏主要有2种情况；路面混凝土受到车轮轮胎、行人等反复摩擦作用而造成路表磨损

7、，桥墩、排水设施等结构物表面受夹带泥砂、砾石的水流的冲刷、摩擦作用致使混艇土表面磨损以及桥墩局部在高速水流压力作用下的“空蚀”，从而导致混凝土出现漏筋、结构强度下降等病害。对公路结构物来讲，混凝土的磨损主要取决于机械磨耗与空蚀。研究表明，路面混凝土的抗机械磨耗性能取决于它的强度和硬度，特别是面层混凝土的强度和硬度。路面受反复摩擦时，首先被磨损的是最表面的硬化水泥浆体薄层或者说是水泥砂浆面层，接着粗集料就成了抵抗磨损的主要部分。因为在道路混凝土施工中，由于混凝土的泌水和离析，水泥浆和细颗粒浮在表面，形成一软弱薄层，强度很低，对抗磨损特别不利。因此，粗集料的强度和硬