低温环境下桥梁结构高性能混凝土耐久性研究

低温环境下桥梁结构高性能混凝土耐久性研究

廖洋

身份证号码：511322198812231018   四川成都 610000

摘要：高性能混凝土结构的耐久性是一个非常复杂的问题，不仅与环境有关，而且与材料、施工等因素有关，要有效地解决它的耐久性问题，必须从多个角度来考虑。为了确保高性能混凝土结构的使用寿命，必须从结构设计、材料选择、施工质量控制、使用阶段的维修和管理等方面进行研究，从而有效地控制高性能混凝土的耐久性，从而推动我国的桥梁建设事业的健康发展。

关键词：低温环境；桥梁结构；高性能混凝土；耐久性研究

引言

耐久性指的是对自身和周围环境的破坏能力，而桥梁混凝土结构的耐久性受到使用条件、外部压力等多种因素的影响。因此，必须加强对桥梁结构构件的耐久性的研究，以防止桥梁病害。

1.高性能混凝土的发展历史

与砌体结构、钢结构、木结构相比，混凝土结构是近百年来在人类建筑史上出现的一种新结构。在50年代初期，水泥、沙子、砾石混合而成，而在最近几年，高性能混凝土已成为人们关注的焦点。高性能混凝土是由挪威学者于1986年提出的，此后，欧美等发达国家对其进行了大量的研究和开发。高性能混凝土在国内外的应用中有着各自的特点。日本的科学家重视新型混凝土的容易与自紧，而美国则侧重于高性能混凝土的强化性能。目前国内外对高性能混凝土的研究已形成了一致意见，认为其耐久性是其设计的重要标准。为了满足各种应用和需求，需要确保耐用性，加工性，适用性，强度和经济性。与国外许多国家相比，我国的高性能混凝土发展起步较晚，但其发展速度却非常快。在我国，关于高性能混凝土概念的研究中，对其概念的界定并不统一。为了规范高性能混凝土的评估，促进高性能混凝土的推广和工程质量，《高性能混凝土评价标准》将其界定为“混凝土在设计、施工和使用中的特殊性能”。选用高质量的普通原材料，选用合理的环保生产技术，采取严格的施工工艺，合理使用含水量较低的胶粘剂，并对其进行了优选。阎培渝教授指出，在我国，在某些建设周期长，安全要求高，使用寿命长，或者是环境污染严重的关键项目中，开始了对高性能混凝土的工程应用。高性能混凝土的分布主要集中在经济发展较好的区域，在我国推广应用尚需时日。

2.高性能高耐久性混凝土的特征

2.1.耐久性高

混凝土的耐久性问题是当前混凝土使用过程中迫切需要解决的问题，这里指的耐久性主要是对大气作用以及化学腐蚀的抵抗，在混凝土工程施工过程中容易受到诸多因素的影响，要求所使用的材料有耐久性的特点。如果所使用的材料存在劣化的状况，其主要原因可能是由于混凝土中水分以及有毒物质的影响。混凝土较强的密实性会对耐久性的提升有着很大的帮助，需要做好水量的控制，以此来提升密实性。

2.2.强度高

不同的混凝土结构对混凝土的强度有着不同要求，很难有一个统一的要求，其中桥梁工程需要使用强度比较高的材料，以此提升桥梁的稳定性。

2.3.节能效果显著

目前，我国的桥梁建设规模不断扩大，对桥梁的质量提出了更高的要求，所以在施工的时候，必须严格控制材料的用量，合理的利用水、矿石、土地等。为防止废气的排放，降低废渣的产生，节约后期维护成本，达到节能减排的目的，必须大力推广高性能混凝土，提高建筑的整体质量。

3.桥梁施工中使用高性能高耐久性混凝土的优势

3.1.提升桥梁跨度

当前社会正在高速发展，其对于桥梁跨度方面有着更高的要求，现阶段我国交通运输行业在如火如荼的发展，其本身对桥梁结构有着很高的要求，而在具体施工过程中所使用的混凝土结构很容易受到各种因素的影响，在此种状况下，更加需要研究高性能混凝土的使用，做好耐久性的研究，以此来提升桥梁的预应力。

3.2.延长使用年限

目前，高性能混凝土对桥梁的应用要求很高，因为其结构比较特殊，所以在使用的时候，必须要将它和其他的材料完美的结合起来，然后根据具体情况进行分析。通常情况下，采用高性能混凝土作为大跨度桥梁，其主要目标是提高其使用寿命。

3.3.符合工程需求

当前桥梁施工过程中所使用的高性能混凝土材料具有较高的强度，且此种混凝土结构也比较稳定，很大程度上满足了当前桥梁工程的需求。而对于一些比较特殊的桥梁工程来讲，还需要根据实际状况做好材料性能的分析工作。参与工程设计的单位在最初设计阶段就要把高性能混凝土的标准纳入其中，做好相应的规划，在具体施工过程中应用高性能混凝土，并在实际工程中充分的实现资源的二次利用。此外还要对工程施工的效率给予重视，在保持工程进度的同时，控制好工程质量，保证当前所使用的高性能混凝土能够具体工程的要求。

4.基于耐久性的桥梁高性能混凝土设计及质量控制

4.1.高性能混凝土耐久性分析

混凝土内部环境为强碱性，钢筋在混凝土表面形成致密的净化膜，避免腐蚀。然而，混凝土在凝结硬化过程中水分会蒸发，在材料内部形成不同尺寸的孔隙。混凝土孔隙中充满了空气中的CO2。水以膜的形式溶解在混凝土的内部结构中，并通过混凝土的孔隙扩散到混凝土中，溶于孔隙中，使混凝土成分本身不含Ca2+，而水分解成H和O，形成碱性物质Ca（OH）2。孔隙中的CO2与碱性物质Ca（OH）2反应生成CaCO3，即碳化反应。从混凝土碳化过程来看，碳化速率主要取决于3个方面：①化学反应速率；②二氧化碳在混凝土中的扩散速率；③碳化物在凝析孔中的扩散速率计算值。对于预应力结构，混凝土一般无拉应力或拉应力接近于零，对K值影响不大。当构件为非预应力结构时，混凝土的碳化问题不容忽视。

4.2.掺加硅藻土类材料的桥梁结构混凝土耐久性研究

4.2.1.掺加硅藻土类材料的桥梁结构混凝土

选用 PH6.9，水分3%，吸水性360%，锻烧硅藻土 pH值为10，水分为0.2%，比重为2.15克/立方厘米。结果显示，在水泥中加入硅藻土的用量为2%时，水泥用量为1%,1.5%,2%，在混凝土中加入硅藻土后，其坍落度降低，含气量增加，抗渗率提高，比同级别的普通混凝土高，抗压强度提高不大。硅藻土和锻烧硅藻土的加入对各等级混凝土的性能有很大的影响，两者都可以提高混凝土的性能和含气量，C50混凝土的抗压强度比硅藻土高，但并没有明显的相关性。其表面破坏特性与一般混凝土无明显差别。

4.2.2.掺加硅藻土类材料桥梁结构混凝土抗冻性分析

在C50混凝土中加入两种不同的硅藻土后，其抗冻性能的变化不大，而C30和C40混凝土的抗冻性要好，而在桥梁混凝土中加入硅藻土的比例要高得多。从破坏机制上看，硅藻土表面大，孔隙度高，储水能力强，但锻烧硅藻土则表现出更好的特性，当加入量在2%左右时，部分硅藻土会通过减少用量和加入水化作用来提高结构的孔隙和孔隙，从而提高其抗冻性，而过量的硅藻土则会形成双微孔体系，导致混凝土从内破裂，所以要根据具体情况来决定掺量。

5.结束语

综上所述，通过对混凝土的孔隙结构及冻结规律的分析，探讨了低温条件下桥梁混凝土的抗冻性。通过对不同等级的引气剂、粉煤灰等混凝土的外观损伤和质量损失率的测试，对冻融条件下混凝土的耐久性进行了全面的分析，并对其进行了优化设计。同时，还对硅藻土在不同等级的混凝土中的工作性能、强度和抗渗率进行了对比分析。

参考文献

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[2]于泽.严寒地区桥梁结构高性能混凝土耐久性研究[D].吉林大学,2017.

[3]吴松涛.桥梁结构耐久性的思考与研究[J].交通世界,2016,(35):80-81.