2019-09-06
UHPC的耐久性是其最有價(jià)值的性能之一，是預(yù)期服役壽命最長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)工程材料。UHPC耐久性除了高抗?jié)B性、良好保護(hù)內(nèi)部鋼材與耐化學(xué)腐蝕的能力外，還包括對(duì)凍融循環(huán)破壞、堿—骨料反應(yīng)（AAR）和延遲鈣礬石生成（DEF）的免疫能力，微裂縫狀態(tài)下良好抗?jié)B性與微裂縫自愈能力。UHPC耐久性在工程應(yīng)用與暴露試驗(yàn)中，得到了一定程度的驗(yàn)證（檢驗(yàn)周期還不足夠長(zhǎng)）。對(duì)非鋼纖維的增強(qiáng)纖維耐久性，目前還缺乏足夠的了解。這些內(nèi)容將在后續(xù)“UHPC耐久性（2）-（6）”中闡述。
至今，對(duì)UHPC的耐久性已經(jīng)開(kāi)展了大量研究，下表匯總UHPC主要耐久性指標(biāo)，以及與高性能混凝土（HPC）和普通混凝土（NC）的對(duì)比。UHPC的低滲透性，體現(xiàn)在水、氣滲透性以及腐蝕性介質(zhì)擴(kuò)散速率有大幅度降低，這來(lái)源于UHPC基體的“超高”的密實(shí)度和抗?jié)B性。
水泥膠凝的材料體系，水泥水化反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生體積減縮（化學(xué)減縮），因此漿體必然會(huì)產(chǎn)生孔隙，具有滲透性。此外，多余或殘留的未參與水化反應(yīng)拌合水也會(huì)成為孔隙。決定滲透性高低的關(guān)鍵是孔隙生成的尺寸與連通性。與優(yōu)質(zhì)混凝土（HPC）對(duì)比，UHPC的孔隙率至少降低超過(guò)50%（約從10%降低到4%左右），氯離子擴(kuò)散系數(shù)和氣體滲透系數(shù)至少有一個(gè)數(shù)量級(jí)的降低（見(jiàn)表中紅框數(shù)據(jù)），表明UHPC孔隙尺寸和連通性大幅度降低。這樣幅度的滲透性降低或抗?jié)B性提高，對(duì)于重化學(xué)類腐蝕如酸類、硝酸銨等，抵抗能力只有幾倍的提高；然而，對(duì)于自然環(huán)境中各種腐蝕性因素，包括硫酸鹽侵蝕、碳化和氯離子引發(fā)鋼筋銹蝕，抵抗能力則發(fā)生了“質(zhì)”的提高。
丹麥曾試驗(yàn)，在UHPC的拌合水中拌入氯鹽，使氯離子含量超過(guò)通常引發(fā)鋼筋銹蝕的臨界濃度，兩年多后UHPC中的鋼筋沒(méi)有銹蝕跡象[3]。日本采用加速方法進(jìn)行類似試驗(yàn)，在UHPC與對(duì)比混凝土（w/c=0.4）中拌入氯化物使氯含量達(dá)到13kg/m3（對(duì)于普通混凝土，引發(fā)銹蝕的臨界氯濃度為水泥重量的0.4~2%，大約在1.8~9kg/m3范圍，取決于混凝土密實(shí)度[4]），進(jìn)行180°C、10大氣壓的蒸壓加速銹蝕，經(jīng)過(guò)5個(gè)持續(xù)8小時(shí)的蒸壓循環(huán)，對(duì)比混凝土中鋼筋全部表面有黑、紅鐵銹；UHPC中鋼筋雖然輕微變黑，疑似是黑鐵銹，但看上去是健全的[5]。此外，在海洋氯鹽環(huán)境進(jìn)行了15年的暴露試驗(yàn)以及對(duì)幾個(gè)服役10年左右實(shí)際工程檢驗(yàn)顯示，UHPC露出表面的鋼纖維會(huì)較快銹蝕，但銹蝕不會(huì)深入內(nèi)部；沒(méi)有露出表面的鋼纖維，即使靠近表面幾乎沒(méi)有保護(hù)層厚度，也沒(méi)有發(fā)生銹蝕。這些事實(shí)說(shuō)明，在UHPC中已經(jīng)不存在氯離子引發(fā)鋼材銹蝕的條件，最合理的解釋為：UHPC拌合水被水泥水化消耗且遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠水泥完全水化，導(dǎo)致內(nèi)部非常干燥；其高抗?jié)B性阻礙了氧和水的滲入，因而保持了內(nèi)部的缺氧和缺水狀態(tài)，使鋼材銹蝕不能引發(fā)與開(kāi)展。該機(jī)理解釋了氯離子在高干燥與高抗?jié)BUHPC基體中無(wú)法活化鋼材表面的原因，還需要進(jìn)一步從理論和試驗(yàn)上研究證實(shí)，但不爭(zhēng)的事實(shí)是：UHPC高密實(shí)基體能為埋入鋼筋和鋼纖維提供有效的防腐保護(hù)，并且覆蓋或保護(hù)層厚度可以低至幾毫米。
基于高密實(shí)、高干燥、高抗?jié)B性的基體為鋼材提供防腐保護(hù)的能力，是UHPC“超高”耐久性的基礎(chǔ)，也是預(yù)期UHPC工程結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)百年以上免維護(hù)服役壽命的依據(jù)。因此，UHPC的抗?jié)B性是其能夠達(dá)到和必須具備關(guān)鍵耐久性性能。UHPC的耐久性最終歸結(jié)為抗?jié)B性，可以用孔隙率、透氣性或氯離子擴(kuò)散系數(shù)來(lái)表征。在試驗(yàn)測(cè)試的可操作性和辨識(shí)度方面，最好的方法是用氯離子擴(kuò)散系數(shù)表征UHPC的抗?jié)B性。UHPC基體的氯離子擴(kuò)散系數(shù)低至10-14~10-15m2/s數(shù)量級(jí)，已超過(guò)RCM法的測(cè)量精度范圍，NEL法可以滿足測(cè)量要求（試驗(yàn)方法詳見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)T/CBMF37《超高性能混凝土基本性能與試驗(yàn)方法》附錄A）。快速的氯離子滲透性或擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)方法，只適合測(cè)量UHPC基體或含不導(dǎo)電纖維的UHPC。
需要注意，UHPC無(wú)法有效抵抗重化學(xué)腐蝕，如暴露于高酸性（pH<3.5）液體或高腐蝕性鹽中，參考下圖。在重化學(xué)腐蝕暴露環(huán)境（多為工業(yè)環(huán)境）應(yīng)用時(shí)，需對(duì)UHPC暴露表面進(jìn)行防護(hù)。
021-59165809 (150-0193-2819)
上海市閔行區(qū)申昆路1899號(hào)
contact@fodev.com