抗氯盐高性能混凝土的研究应用及发展趋势

摘 要：解决因氯盐侵蚀导致钢筋混凝土结构耐久性不良问题的首要措施是采用抗氯盐高性能混凝土。抗氯盐高性能混凝土是现代混凝土技术水平的代表，文章简述了抗氯盐高性能混凝土的研究现状及工程应用情况，探讨了抗氯盐高性能混凝土的发展趋势和推广应用前景。

关键词：抗氯盐高性能混凝土；研究现状；应用；发展趋势

很多工业发达的临海国家目前面临着建筑物结构耐久性损失非常严重的问题，特别是桥梁道路港口等基础设施，每年均需要投入大量财力进行修缮。尤其对于海岸工程、撒除冰盐的路桥工程以及处于盐渍地区的建筑物，因氯盐侵蚀导致钢筋锈蚀现象格外严重。根据挪威海边的建筑结构耐久性调查报告显示：溅浪区，约有20%的混凝土梁结构及板的钢筋腐蚀至结构严重破坏，约有24%的混凝土柱结构耐久性破坏断面损失率达10%-30%，约有14%的断面损失率超过30%。

我国氯盐环境下的钢筋混凝土结构耐久性问题也非常严重，南部沿海已使用的码头中，基本都存在较为明显的腐蚀现象，约有50%的码头梁结构和板混凝土保护层严重脱落，浪溅区的结构混凝土剥落和钢筋锈蚀现象更加严重。氯离子侵蚀导致结构耐久性问题的情况，给世界各国造成了严重的经济损失和社会影响。目前，解决因氯盐侵蚀导致钢筋混凝土结构耐久性不良问题的首要措施是采用抗氯盐高性能混凝土。

1 抗氯盐高性能混凝土的研究现状

自20世纪80年代末，高性能混凝土的研究被提出后，得到了各国专家学者的一致认同并相继开展了研究工作，目前已经取得了丰硕的成果。高性能混凝土概念引进至我国后，迅速掀起了高性能混凝土研究热潮，有关成果不计其数。至于高性能混凝土的定义，各个学者理解不尽相同，至今没有统一的界定。一般而言，高性能混凝土以高耐久性为核心，可以采用常规工艺和材料生产，具有混凝土结构所要求各项力学性能，并具有高耐久性、高体积稳定性、高工作性和经济性等所需性能要求的匀质混凝土。

1.1 抗氯盐高性能混凝土技术途径研究

抗氯盐高性能混凝土是同时采用低水胶比（通常低于0.40）和优质矿物掺合料（通常包括矿渣微粉、优质粉煤灰和硅灰等）两种技术措施配制的高性能混凝土，低水胶比的作用主要是减少混凝土中掺加的水量，采用矿物掺合料的作用主要是依靠矿物掺合料粒子的填充作用以及其与氢氧化钙的二次水化反应，从而使得混凝土尽量密实。研究表明，采用抗氯盐高性能混凝土，可以大幅降低混凝土的氯离子扩散系数，提高建筑物的耐久寿命几倍以至十几倍，是提高建筑物抗氯盐能力的重要途径。

杨医博等对抗氯盐高性能混凝土技术进行了较为系统的研究总结，单掺情况，在粉煤灰掺量不太大的前提下，掺加粉煤灰可以明显提高混凝土抗氯盐性能，但高性能混凝土水胶比不宜高于0.36；掺加矿渣微粉的高性能混凝土，其矿渣的掺量不宜低于50%，混凝土抗氯盐性能远优于普通混凝土；掺有硅灰的高性能混凝土28天龄期氯离子扩散系数只有普通混凝土的21%～56%，随着硅灰掺量增加，其氯离子扩散系数明显降低；矿渣微粉和粉煤灰双掺高性能混凝土的抗氯盐性能优于矿渣微粉或粉煤灰单掺高性能混凝土，同时远优于普通混凝土；硅灰和粉煤灰双掺高性能混凝土具有优良的抗氯盐性能和抗冻融性能，随着龄期的增长，混凝土抗氯盐性能进一步增强；粉煤灰、矿渣微粉和硅灰三掺混凝土具有优良的抗氯盐性能，在适宜的材料比例时其抗氯盐性能要优于双掺抗氯盐高性能混凝土。

1.2 抗氯盐高性能混凝土氯离子结合性能研究

混凝土抗氯盐性能很大一部分来源于其氯离子结合性能，T.U.Mohammed等通过对位于海洋环境中的混凝土进行氯离子含量检测表明，不同混凝土氯离子结合能力排序：SCB（掺量为30～60%的矿渣微粉混凝土）

胡蝶等研究了自然扩散时间、养护龄期及矿物掺合料的掺量对混凝土氯离子结合能力的影响，结果显示，矿渣微粉混凝土的氯离子结合能力随矿渣微粉掺量的增加而急剧增强，粉煤灰混凝土氯离子结合能力随粉煤灰掺量的增加呈先上升后下降的趋势；此外，混凝土的氯离子结合能力与自然扩散的时间无关，但随着混凝土标准养护龄期的延长而增强。

1.3 多因素作用抗氯盐高性能混凝土性能研究

P.J.Tumidajski等研究了二氧化碳气体对浸泡在硫酸盐及氯盐复合溶液中混凝土的抗氯盐性能影响，结果表明，二氧化碳的存在提高了氯离子在矿渣微粉混凝土中的扩散性能，但却可以降低氯离子在普通混凝土中的扩散性能。金祖权等研究了碳化后粉煤灰混凝土和普通混凝土的抗氯盐性能，结果表明，碳化作用提高了混凝土表观氯离子扩散系数，使混凝土中的氯离子含量增加。

Zhang等研究了荷载作用对矿物掺合料混凝土抗氯盐性能的影响，分别对不同粉煤灰掺量的圆柱形混凝土试件进行数次循环加载后，截取中间段试件进行快速氯离子迁移试验，结果发现：当压应力水平不大于混凝土强度的40%时，混凝土氯离子渗透性能变化不大；当应力水平為混凝土强度的80%时，混凝土氯离子渗透性提高了10%～50%；粉煤灰掺量增大时，荷载对混凝土抗氯盐性能影响减弱。该研究小组同样对不同矿渣微粉掺量的混凝土试件进行了试验，得到了类似的结论。

2 抗氯盐高性能混凝土的工程应用

抗氯盐高性能混凝土技术是现代混凝土技术水平的代表，不仅可以提高钢筋混凝土结构耐久性能，延长建筑物的使用寿命，减少结构维护修补费用，而且能够利用大量工业废渣，节省资源，降低能耗。抗氯盐高性能混凝土技术符合节能、减排、环保和可持续发展的战略要求，与普通混凝土相比，其具有明显的技术优势，推广使用抗氯盐高性能混凝土技术符合《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）》。

因为掺加硅灰可以大大提高混凝土的抗氯盐性能及抗渗性能，从而提高建筑结构的耐久性，自1989年开始，挪威主要的高速公路及混凝土桥梁结构均采用掺加硅灰、低水胶比的抗氯盐高性能混凝土技术来提高结构耐久性能。日本明石大橋桥墩采用的免振自密实混凝土和桥面及梁采用的泵送混凝土均为抗氯盐高性能混凝土，达到了120年耐久性设计要求。

我国在抗氯盐高性能混凝土的应用上也有不少引人注目的实例，如香港青马大桥采用粉煤灰、矿渣微粉、硅灰复合掺合料抗氯盐高性能混凝土，达到了120年耐久性设计要求；杭州湾跨海大桥采用了粉煤灰、矿渣微粉双掺抗氯盐高性能混凝土。杨医博等详细介绍了很多抗氯盐高性能混凝土应用的工程实例，取得了很好的社会、经济效益，在此不一一列举。虽然抗氯盐高性能混凝土在工程中的应用初见成效，但我国大部分建筑结构仍然以普通混凝土为主，其应有的社会、环境效益仍然没有得以更好的发挥出来。

3 抗氯盐高性能混凝土的发展趋势

3.1 建立科学的设计方法，实现标准规范化

现在高校及企业实验室已能够研制出很多种不同配比的抗氯盐高性能混凝土，但实际工程应用以后，部分却出现了不少问题。这表明抗氯盐混凝土的高性能化不仅仅是实验室配合比就能决定的，而是一个系统工程。对于不同的环境条件和使用目的，所需抗氯盐高性能混凝土的性能要求也不尽相同，如何建立经济的科学的合理的研制方法是抗氯盐高性能混凝土课题的关键。标准规范是设计、施工人员工作的主要依据，对于抗氯盐高性能混凝土，国内外研究人员研究取得了大量研究成果，但目前只有少数地方推荐标准实施；因此，总结归纳现阶段已有的抗氯盐高性能混凝土技术，然后纳入到国家规范或行业标准之中，这已经成为氯盐环境中混凝土耐久性领域的迫切任务。

3.2 抗氯盐高性能混凝土性能研究

抗氯盐高性能混凝土掺加了大量的矿物掺合料，其组成成分已远不同于普通混凝土，以往用于计算普通混凝土性能的公式或模型是否适用于抗氯盐高性能混凝土需要进行考究；同时抗氯盐高性能混凝土的基本性能，如热物理性能、体积稳定性等并不明确，急需做进一步试验研究。目前，掺合料混凝土的氯离子结合性能研究结果并不一致，相关研究工作要进一步开展。为了更加的符合工程实际，多因素共同作用下抗氯盐高性能混凝土的性能研究仍需加强。

3.3 迈向绿色高性能混凝土行列

抗氯盐高性能混凝土会朝着节约资源、能源与保护环境，降低碳排放的绿色高性能混凝土（GHPC）方向发展，绿色混凝土是未来混凝土发展的必然趋势。抗氯盐高性能混凝土必须大量、高效利用以工业废渣为主的掺合料，最大限度的减少水泥用量，更大地发挥出高性能的优势，增加建筑物的使用寿命，提高耐久性能，以减少对自然资源和能源的消耗；同时能有效的吸收建筑垃圾等固体垃圾，实现混凝土的可持续化发展。

4 结语

抗氯盐高性能混凝土是现代混凝土技术水平的代表，是我国推广应用的新技术之一，其在保护环境、节约资源、提高资源利用效率等各方面发挥出重要作用。随着我国城市化水平的不断提高、基础建设规模的不断扩大、对混凝土耐久性要求的不断提高，抗氯盐高性能混凝土将得到更多的应用。虽然国内外研究者对抗氯盐高性能混凝土技术进行了很多实验研究并取得了大量研究成果，但工程应用中标准规范化明显不足；抗氯盐高性能混凝土的基本性能及多因素作用下的性能还存在较多问题，为形成一套完善的理论系统，还需要继续开展广泛的研究工作。

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作者简介：方万里（1989- ），男，河南信阳人，硕士，建造师，研究方向：建筑工程技术与管理。