安會(huì)麗，付飛，沈朗，劉炳，向榮

（中建二局第二建筑工程有限公司，廣東深圳 518000）

1 引言

高強(qiáng)混凝土作為一種在結(jié)構(gòu)工程中廣泛應(yīng)用的材料，其卓越的力學(xué)性能和耐久性使其在各類工程項(xiàng)目中扮演著至關(guān)重要的角色[1]。然而，在面對(duì)惡劣環(huán)境，如酸性介質(zhì)、高溫、潮濕和化學(xué)侵蝕等影響因素的挑戰(zhàn)時(shí)，高強(qiáng)混凝土的性能可能會(huì)受到嚴(yán)重的損害，從而影響結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性[2]。傳統(tǒng)研究主要集中在高強(qiáng)混凝土的基本性能和普通環(huán)境中的高強(qiáng)混凝土的耐久性方面，對(duì)于惡劣環(huán)境下高強(qiáng)混凝土的性能維護(hù)及優(yōu)化方面的深入研究相對(duì)較少。此外，傳統(tǒng)研究往往忽視了不同環(huán)境條件下高強(qiáng)混凝土性能的差異性，以及這些差異對(duì)結(jié)構(gòu)安全性的潛在影響[3]。因此，本文針對(duì)惡劣環(huán)境條件下高強(qiáng)混凝土的實(shí)際應(yīng)用需求，結(jié)合先進(jìn)的材料科學(xué)，在高強(qiáng)混凝土中加入合成纖維，提出全新的性能維護(hù)與優(yōu)化策略。期望能為工程實(shí)踐提供可靠的技術(shù)支持，推動(dòng)高強(qiáng)混凝土在惡劣環(huán)境條件下的廣泛應(yīng)用。

2 潮濕環(huán)境對(duì)高強(qiáng)混凝土性能的影響

潮濕環(huán)境對(duì)高強(qiáng)混凝土的影響是一個(gè)多方面的復(fù)雜問題，涉及水分滲透、氯離子侵蝕、堿骨料反應(yīng)等方面。潮濕環(huán)境中，大氣中的水分容易滲透到高強(qiáng)混凝土內(nèi)部。水分的滲透會(huì)引起高強(qiáng)混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的變化，導(dǎo)致高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度和耐久性下降。水分滲透會(huì)導(dǎo)致高強(qiáng)混凝土內(nèi)部孔隙飽和，進(jìn)而影響高強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能。此外，水分中可能含有鹽分，加劇了高強(qiáng)混凝土的化學(xué)侵蝕。潮濕的環(huán)境中，海水、海風(fēng)等可能含有氯離子，這些離子容易滲透到高強(qiáng)混凝土內(nèi)部，引發(fā)氯離子侵蝕。氯離子可侵蝕高強(qiáng)混凝土內(nèi)部的鋼筋，形成金屬氧化物，導(dǎo)致鋼筋腐蝕。在潮濕環(huán)境中，如果高強(qiáng)混凝土中使用的骨料含有反應(yīng)性堿性物質(zhì)，可能引發(fā)堿骨料反應(yīng)（Alkali-Aggregate Reaction,AAR）。AAR 會(huì)導(dǎo)致高強(qiáng)混凝土中的骨料膨脹，引起高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫和變形。這不僅影響高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度和耐久性，還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)嚴(yán)重?fù)p壞。上述影響因素的疊加作用最終導(dǎo)致高強(qiáng)混凝土整體性能下降，包括抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量等方面。

3 對(duì)潮濕環(huán)境中高強(qiáng)混凝土性能的優(yōu)化

經(jīng)過親水改性處理的高性能合成纖維，不僅可以使纖維在高強(qiáng)混凝土中均勻分布，還賦予了其與水泥基體卓越的黏結(jié)性。在高強(qiáng)混凝土的制備過程中，這種處理可以提高高強(qiáng)混凝土的性能水平。同時(shí)，經(jīng)過處理的合成纖維在抑制高強(qiáng)混凝土干燥收縮、溫度變化等因素引起的裂縫方面表現(xiàn)出色，有效減緩了裂縫的生成和擴(kuò)展。這不僅歸功于合成纖維卓越的分散性，也與其與水泥的良好黏結(jié)性有關(guān)。這種纖維不僅可以提高高強(qiáng)混凝土的抗裂性能，還可以顯著增強(qiáng)其整體韌性和抗沖擊能力，使高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)更具穩(wěn)定性和耐久性。

為了進(jìn)一步優(yōu)化高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的性能，通過試驗(yàn)深入研究合成纖維對(duì)高強(qiáng)混凝土性能的影響。試驗(yàn)高強(qiáng)混凝土的水膠比為0.27，將16%的粉煤灰和9%的硅灰等量替換水泥，以提高高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度、耐久性和抗裂能力，制備5 組高強(qiáng)混凝土試件（A 組～E 組），纖維摻量分別為0%、0.5%、1%、1.5%、2%，高強(qiáng)混凝土?xí)r間制備完成后，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)60 d 后，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示。

圖1 5 組高強(qiáng)混凝土試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的抗壓強(qiáng)度

圖1 展示了60 d 齡期內(nèi)高強(qiáng)混凝土試件抗壓強(qiáng)度的演變趨勢。養(yǎng)護(hù)時(shí)間達(dá)到7 d 時(shí)，A 組試件顯示出最低的抗壓強(qiáng)度，僅為46.58 MPa。相比之下，C 組試件展現(xiàn)最高抗壓強(qiáng)度，達(dá)58.82 MPa，相較A 組提高了26.3%。對(duì)4 組摻加纖維的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，纖維的添加顯著提升了高強(qiáng)混凝土試件的抗壓強(qiáng)度。B 組試件表現(xiàn)相對(duì)較溫和，抗壓強(qiáng)度為50.61 MPa，相較A 組提高了8.6%。這表明纖維的引入對(duì)高強(qiáng)混凝土的抗壓性能產(chǎn)生了顯著的正面影響。然而，需要注意的是，雖然纖維的摻加對(duì)抗壓強(qiáng)度的提升有積極效果，但不同摻量的纖維對(duì)性能的影響存在一定差異。C 組試件的顯著提升可能與其較高的纖維摻量有關(guān)，但在實(shí)際工程應(yīng)用中，需權(quán)衡纖維摻量與性能提升的關(guān)系，以找到最優(yōu)配比。此外，B 組試件的相對(duì)較溫和的提升速度可能意味著在一定范圍內(nèi)，纖維的增加對(duì)抗壓強(qiáng)度的提升會(huì)逐漸減緩。

在深入研究纖維對(duì)高強(qiáng)混凝土抗壓性能影響的基礎(chǔ)上，研究還關(guān)注了高強(qiáng)混凝土的毛細(xì)吸水行為，這是評(píng)估高強(qiáng)混凝土耐久性的重要依據(jù)。3 種毛細(xì)吸水方式如圖2 所示。

圖2 高強(qiáng)混凝土的3 種毛細(xì)吸水方式

如圖2 所示，實(shí)驗(yàn)過程中，首先對(duì)3 種不同吸水方法的高強(qiáng)混凝土樣本進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理。接著，分別測量了未添加合成纖維和添加合成纖維后的高強(qiáng)混凝土樣本在不同時(shí)間間隔內(nèi)的吸水量。通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，添加合成纖維的高強(qiáng)混凝土樣本在所有3 種吸水方法下的吸水量普遍低于未添加纖維的樣本。在研究合成纖維高強(qiáng)混凝土在潮濕環(huán)境下的吸水性能時(shí)，采用了3 種方法，上吸法、下吸法和側(cè)吸法。通過下吸法可以直接觀察到高強(qiáng)混凝土底部的吸水情況，從而更準(zhǔn)確地分析合成纖維在高強(qiáng)混凝土中的分布及其對(duì)吸水性能的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，合成纖維的加入通過減少結(jié)構(gòu)微裂縫，有效減少了水分通過裂縫的滲透。同時(shí)，纖維的存在調(diào)整了毛細(xì)孔隙的大小和分布，進(jìn)一步影響了高強(qiáng)混凝土的毛細(xì)吸水性能。實(shí)驗(yàn)表明，合成纖維的加入顯著改善了高強(qiáng)混凝土的吸水性能，減少了微裂縫的生成，從而降低了水分的滲透。

4 濕熱養(yǎng)護(hù)對(duì)纖維增強(qiáng)高強(qiáng)混凝土性能的影響分析

在潮濕環(huán)境中，宜采用濕熱養(yǎng)護(hù)方式對(duì)高強(qiáng)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。本文以上述不同纖維摻量的高強(qiáng)混凝土試件為樣品進(jìn)行濕熱養(yǎng)護(hù)，然后進(jìn)行一系列力學(xué)性能試驗(yàn)，包括抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度等，分析濕熱養(yǎng)護(hù)對(duì)添加纖維后的高強(qiáng)混凝土性能的影響。實(shí)驗(yàn)將在不同齡期內(nèi)進(jìn)行，詳細(xì)計(jì)劃見表1。

表1 不同養(yǎng)護(hù)方式下的測試齡期設(shè)置

在表1 中，濕熱養(yǎng)護(hù)方式中，“1”表示在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)60 d 后，將高強(qiáng)混凝土試件遷移到濕熱養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)1 d，隨后取出試件進(jìn)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)。然后，按照相同的模式，進(jìn)行了2 d、3 d、5 d、9 d 和14 d 的實(shí)驗(yàn)，以全面了解高強(qiáng)混凝土在濕熱環(huán)境中的性能演變趨勢。這一系列的養(yǎng)護(hù)和實(shí)驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)的選擇旨在覆蓋不同的齡期，以綜合評(píng)估高強(qiáng)混凝土在濕熱養(yǎng)護(hù)過程中的力學(xué)性能和耐久性變化。

根據(jù)圖3 的展示，在經(jīng)過60 d 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后，將高強(qiáng)混凝土立方體試件置于濕熱養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)，以模擬濕熱環(huán)境下的性能演變。在第61 d，所有試件的抗壓強(qiáng)度呈上升趨勢。A 組試件，抗壓強(qiáng)度為93.58 MPa，相較之前增長了6.6%。相反，D 組試件，展現(xiàn)最高抗壓強(qiáng)度，達(dá)116.55 MPa，增長了11.5%。然而，C 組試件在61～62 d 期間出現(xiàn)抗壓強(qiáng)度略微下降，降低了0.8%。纖維摻加的B 組、D 組和E 組試件的抗壓強(qiáng)度增長速率逐漸減緩，分別為2.8%、2.7%和1.6%。該趨勢表明纖維的添加對(duì)抗壓強(qiáng)度的提升存在一定的飽和效應(yīng)，尤其是在濕熱環(huán)境的后期。未摻加纖維的A 組試件的抗壓強(qiáng)度增長了5.0%。

圖3 5 個(gè)對(duì)照組在濕熱養(yǎng)護(hù)下的抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)

整體而言，纖維的摻加在濕熱環(huán)境中對(duì)高強(qiáng)混凝土試件的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生了積極影響，但也存在一定的性能限制。C 組試件的略微下降可能是濕熱環(huán)境下某些因素導(dǎo)致的，需要進(jìn)一步深入研究。這可能包括濕熱環(huán)境引起的微觀結(jié)構(gòu)變化，或者與纖維與高強(qiáng)混凝土基體之間的相互作用有關(guān)。這一發(fā)現(xiàn)提示在實(shí)際工程應(yīng)用中，纖維摻加量和濕熱環(huán)境條件的選擇需要經(jīng)過精心權(quán)衡，以最大限度地優(yōu)化高強(qiáng)混凝土的性能。

5 結(jié)論

高強(qiáng)混凝土在長期受到濕度、化學(xué)腐蝕等不利因素的影響，其性能的穩(wěn)定性和耐久性面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。研究采用親水改性處理的高性能合成纖維，可以確保其在高強(qiáng)混凝土中具有優(yōu)異的分散性和流動(dòng)性。研究結(jié)果表明，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，纖維的摻加顯著提升高強(qiáng)混凝土試件的抗壓強(qiáng)度。以C 組試件為例，其1.0%的纖維摻量使其在7 d 時(shí)抗壓強(qiáng)度最高，較未摻加纖維的A 組提高了26.3%。在濕熱環(huán)境中，纖維的添加仍然對(duì)高強(qiáng)混凝土試件的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生積極影響。以D 組試件為例，其1.5%的纖維摻量導(dǎo)致最高抗壓強(qiáng)度達(dá)116.55 MPa，相較之前增長了11.5%。這強(qiáng)調(diào)了纖維在濕熱環(huán)境中對(duì)高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度的穩(wěn)定提升效果。研究還存在一定的限制性，未來可以考慮更多方案，以提升穩(wěn)定效果上限。