浅谈铁路客运专线混凝土的耐久性指标及施工质量控制措施

孙轲

（1.中国铁道科学研究院，北京100081；2.成都铁路局集团重庆建设指挥部，重庆400023）

1 引言

抗压强度是人们长期以来注重的混凝土指标，而对由于材料自身性能劣化出现后期安全质量问题或使用寿命缩短却考虑不够、做得不好，特别是铁路工程混凝土。因此，在始终关注强度的同时，还应充分考虑混凝土在复杂环境下抵抗有害物质侵入的能力。这就产生了耐久性这一新指标。

2 铁路客运专线混凝土耐久性评价指标分析

铁路客运专线主体结构所用满足现行标准各项要求的混凝土实际上就是所谓的高性能混凝土。由于其设计指标主要为耐久性，综合考虑所处环境种类与作用等级，以及使用年限，设计过程中应提高一定综合性能，同时在施工时进行综合考量与深度控制。

2.1 电通量

电通量能充分反映出混凝土所处密实状态。相关研究表明，因混凝土构件处在碳化、氯盐、侵蚀、冻融及磨蚀等多种作用并存的复杂环境，所以其耐久性和密实度有着直接关系。

密实度最初采用抗渗等级进行表示，但通过实践可知，该表示方法更适用于强度较低的混凝土，如果强度等级在C30以上，则抗渗等级可以超过P20[1]。仅采用抗渗等级衡量混凝土性能并不准确。

目前，应用较多的混凝土抗有害物质侵入能力评价方法主要为氯离子扩散系数法和电通量法。这两种方法无论是配合比设计，还是质量监控均能使用。电通量和密实度成反比，即电通量越小越密实。以主体结构为例，其在氯盐环境当中的电通量应控制在800C以内；而强度等级低于C30的结构，其在碳化环境当中的电通量应控制在2000C以内。

2.2 保护层厚度

处在碳化环境当中的结构，当密实度确定时，其钢筋锈蚀发生时间与发展速度都和保护层厚度有关。随着保护层厚度的不断增加，锈蚀发生时间延后，且发展速度减慢。虽然保护层厚度一般在设计过程中确定，但施工中必须予以控制，实际厚度必须等于或大于设计厚度。以往规范对保护层厚度提出的要求往往偏小，而且主要指的是受力主筋，未考虑箍筋与分布筋。就耐久性而言，箍筋最早被侵蚀，锈蚀发生后会造成其环线开裂脱落，而且在箍筋分布较密的位置，还会出现大面积脱落现象。因此，无论布置在外侧的钢筋类型如何，都应有一致的保护层厚度。其他国家的相关技术规范对保护层厚度提出了常规环境下不小于35mm的要求。

2.3 抗冻等级

抗冻性能的表示方式有很多种，目前以动性弹性模量的实际损失为主。抗冻等级是我国相关行业对抗冻性能进行评价的主要指标。将试样冻融试验的动性弹性模量降至初始值的60%作为抗冻等级。结构使用年限不同其抗冻等级也不同，一般主体结构应达到F300以上，其他结构为F250以上[2]。

2.4 原材料品质

高品质原材料是使混凝土具有良好耐久性的重要基础。通过实践可知，如果水泥较细，且C3A实际含量较高，则能增大强度，但水泥的水化速度会变化，释放更多的水化热，使混凝土产生较大的收缩，容易发生开裂，影响耐久性。此外，不论是否采用活性骨料，如果碱含量超过标准较多，也会增大开裂倾向。考虑到氯离子是造成锈蚀现象的主要因素，所以对氯离子的实际含量也应有所限制。骨料中泥块含量的控制，不单是出于对强度的考虑，也是防止宏观缺陷的方法，同样能提高耐久性。

3 铁路客运专线混凝土施工质量控制措施

3.1 混凝土配合比设计

施工前必须进行配合比设计，设计质量决定了施工质量，并对成本效益有直接影响。相比于过去，应在选定试验过程中增加一些检验项目，比如除坍落度、抗压强度、含气量等必做项目外，还应根据实际情况检验试件耐磨性、抗冻性与弹性模量。

综合考虑结构种类、所处环境类型、作用等级与使用年限，还提出水胶比要求及胶凝材料实际用量要求，这些都和耐久性有关。根据耐久性的要求设计混凝土配合比，和根据强度的要求设计混凝土配合比是完全不同的。前者需要结合混凝土所处环境种类与作用程度，选定合适的水胶比与不同胶凝材料最佳用量。当条件允许时，应选用小的水胶比，同时减小水及胶凝材料实际用量。通过这样的处理，能增加密实度，减小收缩。除此之外，水胶比的降低还能提高各类掺合料强度贡献度。然而，需要注意，如果胶凝材料实际用量太少，则对工作性能、强度及耐久性均不利，所以应按照标准有效控制。

3.2 入模控制

①含气量。增加含气量能提高抗冻性，还能增强抗腐蚀能力，减少膨胀反应，改善综合性能，避免热扩散和泌水。基于此，当条件为非冻融时，其含气量应达到2%以上，而为冻融时，应达到4%以上。此外，在拌制的过程中应对含气量进行测试，每50m3至少测试一次[3]。②温度。控制入模温度是预防裂缝的前提。但实际施工中的温度控制往往不到位，普遍认为只有大体积砼才应进行温度控制。而通过实践可知，水泥细度及强度的增加，也会使内部大幅温升而开裂。外界环境气温较高时，需要采取有效措施控制入模温度，但温度的降低不能太多，否则会使表面快速硬化，待内部膨胀后，产生裂缝。由此可见，应在冬季施工中使用温度较高的混凝土。而夏季施工除了要做好降温，还应避免光照日晒。对此现行标准也给出了相应的规定，如冬季施工过程中入模温度应控制在5℃以上；而夏季施工过程中入模温度应控制在当时环境气温以下，并且不能超过30℃；施工时安排专人进行测温，每班不少于3次[4]。

3.3 养护温度

通常情况下，养护都采用浇水保湿的方法，而对温度变化没有引起注意。在养护过程中，若表面温度和内部温度之间、表面温度与外部环境气温之间存在较大差别，或升温和降温的速度较快，则也会造成开裂现象。基于此，现行标准提出了以下补充规定：芯部温度应在65℃以下，采用蒸汽养护的方法时，升温和降温的速度都应控制在10℃/h以内，不同部分的温度差不得超过20℃，而为桥梁时不能超过15℃[5]。在混凝土工程施工中，需根据结构类型、养护条件等制定切实可行的测温方案，以此检验养护温度是否达到要求。

3.4 施工过程控制

标准要求，在进行配合比设计选定时，需要对抗冻等级与电通量进行检测。由于对混凝土耐久性方面的研究工作还处在初期阶段，抗冻等级与电通量两项指标的实验数据存在一定离散性，而且各种试验方法还未能找出准确的替代规律，进而无法像强度检测那样。实际工作中，应严格按照已选好的材料、混凝土配合比及技术组织方案实施：要注重原材料的检验批次并及时对比分析检验结果，一旦发现原材料质量不稳定，要及时停止使用或调整配合比以满足设计要求；要注重混凝土振捣及振捣效果，避免出现混凝土构筑物中夹杂气泡和局部不密实；诸如此类问题，若施工中未加控制，则必定会产生质量缺陷，从而无法达到耐久性要求。因此，做好施工过程控制，减少质量缺陷、降低质量缺陷等级，能更好地满足混凝土工程耐久性要求。

4 结语

综上所述，耐久性是高性能混凝土重要指标之一，但衡量耐久性的指标很少，在常规检验中也并不一定涉及，所以在实际工作中应做出相应的调整，并通过施工质量控制保证耐久性，以此满足实际要求。