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《內蒙古公路與運輸》2014年第二期

1高性能混凝土

高質量混凝土能防止開裂，而減少裂縫就可降低攜帶氯離子的冰雪融水或海水流入混凝土內部去腐蝕預埋鋼筋，因此高質量混凝土的生產和維護極為重要。高性能混凝土(HPC)就是一種高質量混凝土，它的制備材料和摻料是經過精心挑選和配比(優化)的，在集料、拌和水、外加劑等原材料上限制了氯離子和堿含量，即從源頭上加以預防和控制，目的是使其早期強度、極限強度和耐久性超越傳統的混凝土，所以使用壽命更長，耐久性高，其耐久性指標包括新拌混凝土的氣孔結構、較低的滲透率和適當的含水量，以及日后不易開裂等。

高性能混凝土是一種質控混凝土，原料中除了水、硅酸鹽水泥和粗、細集料外，還添加了其他成分，幾十年前的工業“廢”料現在變成了新型質控混凝土不可或缺的組成部分，添加了粉煤灰、微硅粉和高爐礦渣粉(GGBF)等摻料的混凝土可大大降低水灰比，減少混凝土內部的游離水，有效降低混凝土內的孔隙數量和尺寸，阻斷混凝土內部的毛細管，大幅提高混凝土的抗滲透性，從而大幅減少H2O、C1ˉ和CO2在混凝土內的滲透，能使鋼筋銹蝕率降低到普通混凝土中鋼筋的10%以下。它不僅能增加混凝土的強度和耐久性，而且由于是環境友好型的產品而擴大了銷路。高性能混凝土能提高混凝土預制構件的力學性能，其中包括抗拉強度和抗壓強度、彈性(剛度)模量，在易凍地區它的益處更是巨大。高性能混凝土耐久性的提高有助于增強其抵御含氯化物冰雪融水的滲透作用，從而提高預埋鋼筋的使用壽命，減少剝落、開裂和相關的維修。雖然高性能混凝土經常被運用在橋梁上部結構、下部結構和高層建筑上，但由于其早期開裂難以預料，故在橋面的使用上不受青睞。混凝土橋面的早期開裂是個復雜的問題，可能是由于生產和澆筑等綜合因素造成的，如蒸發率高、收縮幅度大、在拌和或澆筑中混凝土的坍落度過高、混凝土中水分過量，也可能是由于頂部配筋不足、混凝土震蕩搗固不夠、伸縮縫處加筋不足，或由于模殼的重量或翹曲所致。高性能混凝土早期開裂風險的增大可能與使用微硅粉導致其強度增大有關，混凝土強度大會使橋面的橫向開裂雪上加霜。如果說對高性能混凝土其中一個方面的規范是增加其耐久性的話，那么對耐久性規范的一個方面就是消除或減少開裂。這不僅僅與滲透性有關，而是滲透性與工作性是否平衡以及混凝土的搗固程度和均勻度如何的問題。用高性能混凝土建筑橋面時應把所有這些因素都考慮進去，而不應一味強調它的高強度。美國伊利諾斯州橋梁專家克勞斯，在研究了用高分子量甲基丙烯酸樹脂填補高性能混凝土橋面板裂縫的效果后說，當前流行的處治方法就是將丙烯酸樹脂灑滿整個橋面來填補裂縫。橋面上的紋理和溝紋從橋面上很難用肉眼看到，但攜帶銹漬的銹水會從底部滲出，從橋底很容易看到，所以把樹脂撒布到整個橋面就能覆蓋包括看不到的所有溝紋。2004年美國聯邦公路管理局在一份報告里公布了美國23個州針對高性能混凝土鋪筑的橋面產生的裂縫擬采取的措施，該報告得出結論說，精心養生是確保高性能混凝土無虞的秘訣。如果橋面的不透水性是防御氯化物引起腐蝕的第一道防線的話，那么最后一道防線就是能將融雪劑與鋼筋隔離開來的涂料涂層，常見的一種辦法是使用環氧涂層鋼筋。

2環氧涂層鋼筋

環氧涂層鋼筋在近幾十年得到非常廣泛的應用，它在20世紀70年代初剛出現時，與無涂層鋼筋相比，成本增加了80%～120%。但隨后的價格大幅下降，尤其是人們對它的生命周期計算之后。環氧涂層鋼筋的價值是巨大的，其中一大益處就是確保預埋鋼筋不受氯化物的腐蝕，避免腐蝕引起的開裂、剝落和坑槽，同時阻斷了鋼筋間相互的導電性，這就在長時間內大大地降低了腐蝕率。

3陰極防護

雖然保護預埋鋼筋免受腐蝕有許多手段，但能絕對阻止它發生的只有一種，這就是陰極防腐保護，它的原理是通過外加直流電，或把鋼筋搭接到防腐陽極或電阻陽極上使鋼筋變為陰極;一旦接通電流，就會抵消腐蝕反應時釋放的電荷，從而阻止其在軌道上出現腐蝕。陰極保護系統包括使用電弧噴涂鋅板、活性鍍鋅板和離散陽極，不過這些方法常常與伸縮縫系統的改進和涂料的使用相結合。隨著人們對防腐保護越來越重視，陰極保護也被提上了議事日程，但它需要的維護工作巨大，所以這一技術應該集中運用到價值較高的構件上，如橋面板、預制混凝土或預應力混凝土大梁、橋墩、墩帽、支柱等不容易更換的承重構件上，以及伸縮縫處的梁端部。修復橋面板最常見的措施是使用密封劑或更換低滲透性的橋面板加鋪層，雖然大部分橋的橋面到期就得更換，而且也容易更換，但陰極保護也不失為一種可取的選擇。不過陰極保護并沒有作為常態真正起步，因為一方面人們缺乏這方面的意識，另一方面對陰極保護系統的跟蹤和維護需要投入大量的人力和精力，而這是交通管理部門頭疼的事。即使陰極保護系統已經工作了，也還需要進行定期“微調”，因為包括橋面在內的橋體在不斷的變化，所以管理部門需要不斷地調整所施加的電流大小才能保證效果更佳。

4防腐材料

有一種方法能完全避免腐蝕問題，那就是使用不腐蝕的惰性非金屬材料來加固混凝土。鋼筋阻銹劑是一種理想的抗銹蝕摻料，摻入混凝土中可以延緩或阻止鋼筋受蝕，以達到延長結構壽命的目的。這種材料適用于普通硅酸鹽水泥或礦渣水泥制成的混凝土，同礦渣粉、粉煤灰、微硅粉和常用減水劑的相容性較好，但對引氣劑有選擇性。在25℃以上時有明顯的促凝、早強作用，并在坍落度損失方面有影響，在必要情況下可采取緩凝措施。它能在鋼筋表面形成致密的保護層，當有害離子C1ˉ等侵入混凝土時，保護層能有效延緩、抑制或阻止鋼筋生銹的電化學反應過程，從而保護鋼筋，延長結構的使用壽命。

還可以選擇使用不銹鋼，它使用周期長但價格昂貴，所以成本較低的材料最終可能要從新一代碳纖維增強聚合物(CFRP)中開發，但需要進行進一步的實驗室和實地試驗分析。2002年5月開通的一座美國橋梁上橫向和縱向鋼筋的頂部和底部的鋼筋網就使用了碳纖維增強聚合物作為橫向和縱向加固物，并在開通后開始監測裂縫的形成及位置，最大裂縫寬度和長度的形成從開通后的第2個月開始，一直持續到2005年9月。橋面上的裂縫無法度量，因為測量到的最大裂縫寬度小于裂紋比較儀上的1/100英寸，這表明裂縫遠遠低于“美國各州公路與運輸工作者協會”(AASHTO)標準規范中允許的最大裂縫寬度0.013英寸。

作者：申茂枝閆桃芬李欽勇單位：林郭勒盟公路管理處內蒙古二連浩特邊防公路機械化養護隊內蒙古錫林郭勒盟寶昌養路工區