潮濕環境中高強混凝土的性能優化研究

安會麗，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

高強混凝土作為一種在結構工程中廣泛應用的材料，其卓越的力學性能和耐久性使其在各類工程項目中扮演著至關重要的角色[1]。然而，在面對惡劣環境，如酸性介質、高溫、潮濕和化學侵蝕等影響因素的挑戰時，高強混凝土的性能可能會受到嚴重的損害，從而影響結構的安全性和可靠性[2]。傳統研究主要集中在高強混凝土的基本性能和普通環境中的高強混凝土的耐久性方面，對于惡劣環境下高強混凝土的性能維護及優化方面的深入研究相對較少。此外，傳統研究往往忽視了不同環境條件下高強混凝土性能的差異性，以及這些差異對結構安全性的潛在影響[3]。因此，本文針對惡劣環境條件下高強混凝土的實際應用需求，結合先進的材料科學，在高強混凝土中加入合成纖維，提出全新的性能維護與優化策略。期望能為工程實踐提供可靠的技術支持，推動高強混凝土在惡劣環境條件下的廣泛應用。

2 潮濕環境對高強混凝土性能的影響

潮濕環境對高強混凝土的影響是一個多方面的復雜問題，涉及水分滲透、氯離子侵蝕、堿骨料反應等方面。潮濕環境中，大氣中的水分容易滲透到高強混凝土內部。水分的滲透會引起高強混凝土內部孔隙結構的變化，導致高強混凝土的抗壓強度和耐久性下降。水分滲透會導致高強混凝土內部孔隙飽和，進而影響高強混凝土的力學性能。此外，水分中可能含有鹽分，加劇了高強混凝土的化學侵蝕。潮濕的環境中，海水、海風等可能含有氯離子，這些離子容易滲透到高強混凝土內部，引發氯離子侵蝕。氯離子可侵蝕高強混凝土內部的鋼筋，形成金屬氧化物，導致鋼筋腐蝕。在潮濕環境中，如果高強混凝土中使用的骨料含有反應性堿性物質，可能引發堿骨料反應（Alkali-Aggregate Reaction,AAR）。AAR 會導致高強混凝土中的骨料膨脹，引起高強混凝土結構裂縫和變形。這不僅影響高強混凝土的強度和耐久性，還可能導致結構嚴重損壞。上述影響因素的疊加作用最終導致高強混凝土整體性能下降，包括抗壓強度、抗拉強度、彈性模量等方面。

3 對潮濕環境中高強混凝土性能的優化

經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混凝土中均勻分布，還賦予了其與水泥基體卓越的黏結性。在高強混凝土的制備過程中，這種處理可以提高高強混凝土的性能水平。同時，經過處理的合成纖維在抑制高強混凝土干燥收縮、溫度變化等因素引起的裂縫方面表現出色，有效減緩了裂縫的生成和擴展。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性有關。這種纖維不僅可以提高高強混凝土的抗裂性能，還可以顯著增強其整體韌性和抗沖擊能力，使高強混凝土結構更具穩定性和耐久性。

為了進一步優化高強混凝土結構的性能，通過試驗深入研究合成纖維對高強混凝土性能的影響。試驗高強混凝土的水膠比為0.27，將16%的粉煤灰和9%的硅灰等量替換水泥，以提高高強混凝土的強度、耐久性和抗裂能力，制備5 組高強混凝土試件（A 組～E 組），纖維摻量分別為0%、0.5%、1%、1.5%、2%，高強混凝土時間制備完成后，在標準條件下養護60 d 后，進行抗壓強度試驗，試驗結果如圖1 所示。

圖1 5 組高強混凝土試件在標準養護條件下的抗壓強度

圖1 展示了60 d 齡期內高強混凝土試件抗壓強度的演變趨勢。養護時間達到7 d 時，A 組試件顯示出最低的抗壓強度，僅為46.58 MPa。相比之下，C 組試件展現最高抗壓強度，達58.82 MPa，相較A 組提高了26.3%。對4 組摻加纖維的實驗數據分析發現，纖維的添加顯著提升了高強混凝土試件的抗壓強度。B 組試件表現相對較溫和，抗壓強度為50.61 MPa，相較A 組提高了8.6%。這表明纖維的引入對高強混凝土的抗壓性能產生了顯著的正面影響。然而，需要注意的是，雖然纖維的摻加對抗壓強度的提升有積極效果，但不同摻量的纖維對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，但在實際工程應用中，需權衡纖維摻量與性能提升的關系，以找到最優配比。此外，B 組試件的相對較溫和的提升速度可能意味著在一定范圍內，纖維的增加對抗壓強度的提升會逐漸減緩。

在深入研究纖維對高強混凝土抗壓性能影響的基礎上，研究還關注了高強混凝土的毛細吸水行為，這是評估高強混凝土耐久性的重要依據。3 種毛細吸水方式如圖2 所示。

圖2 高強混凝土的3 種毛細吸水方式

如圖2 所示，實驗過程中，首先對3 種不同吸水方法的高強混凝土樣本進行了標準化處理。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混凝土樣本在不同時間間隔內的吸水量。通過對比分析發現，添加合成纖維的高強混凝土樣本在所有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混凝土在潮濕環境下的吸水性能時，采用了3 種方法，上吸法、下吸法和側吸法。通過下吸法可以直接觀察到高強混凝土底部的吸水情況，從而更準確地分析合成纖維在高強混凝土中的分布及其對吸水性能的影響。實驗發現，合成纖維的加入通過減少結構微裂縫，有效減少了水分通過裂縫的滲透。同時，纖維的存在調整了毛細孔隙的大小和分布，進一步影響了高強混凝土的毛細吸水性能。實驗表明，合成纖維的加入顯著改善了高強混凝土的吸水性能，減少了微裂縫的生成，從而降低了水分的滲透。

4 濕熱養護對纖維增強高強混凝土性能的影響分析

在潮濕環境中，宜采用濕熱養護方式對高強混凝土進行養護。本文以上述不同纖維摻量的高強混凝土試件為樣品進行濕熱養護，然后進行一系列力學性能試驗，包括抗壓強度和抗拉強度等，分析濕熱養護對添加纖維后的高強混凝土性能的影響。實驗將在不同齡期內進行，詳細計劃見表1。

表1 不同養護方式下的測試齡期設置

在表1 中，濕熱養護方式中，“1”表示在標準養護60 d 后，將高強混凝土試件遷移到濕熱養護條件下養護1 d，隨后取出試件進行相應實驗。然后，按照相同的模式，進行了2 d、3 d、5 d、9 d 和14 d 的實驗，以全面了解高強混凝土在濕熱環境中的性能演變趨勢。這一系列的養護和實驗時間點的選擇旨在覆蓋不同的齡期，以綜合評估高強混凝土在濕熱養護過程中的力學性能和耐久性變化。

根據圖3 的展示，在經過60 d 標準養護后，將高強混凝土立方體試件置于濕熱養護箱內，以模擬濕熱環境下的性能演變。在第61 d，所有試件的抗壓強度呈上升趨勢。A 組試件，抗壓強度為93.58 MPa，相較之前增長了6.6%。相反，D 組試件，展現最高抗壓強度，達116.55 MPa，增長了11.5%。然而，C 組試件在61～62 d 期間出現抗壓強度略微下降，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抗壓強度的提升存在一定的飽和效應，尤其是在濕熱環境的后期。未摻加纖維的A 組試件的抗壓強度增長了5.0%。

圖3 5 個對照組在濕熱養護下的抗壓強度實驗

整體而言，纖維的摻加在濕熱環境中對高強混凝土試件的抗壓強度產生了積極影響，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境下某些因素導致的，需要進一步深入研究。這可能包括濕熱環境引起的微觀結構變化，或者與纖維與高強混凝土基體之間的相互作用有關。這一發現提示在實際工程應用中，纖維摻加量和濕熱環境條件的選擇需要經過精心權衡，以最大限度地優化高強混凝土的性能。

5 結論

高強混凝土在長期受到濕度、化學腐蝕等不利因素的影響，其性能的穩定性和耐久性面臨著嚴峻挑戰。研究采用親水改性處理的高性能合成纖維，可以確保其在高強混凝土中具有優異的分散性和流動性。研究結果表明，在標準養護條件下，纖維的摻加顯著提升高強混凝土試件的抗壓強度。以C 組試件為例，其1.0%的纖維摻量使其在7 d 時抗壓強度最高，較未摻加纖維的A 組提高了26.3%。在濕熱環境中，纖維的添加仍然對高強混凝土試件的抗壓強度產生積極影響。以D 組試件為例，其1.5%的纖維摻量導致最高抗壓強度達116.55 MPa，相較之前增長了11.5%。這強調了纖維在濕熱環境中對高強混凝土抗壓強度的穩定提升效果。研究還存在一定的限制性，未來可以考慮更多方案，以提升穩定效果上限。