淺談影響混凝土耐久性的因素及改善措施

馬千里 徐威敏

紹興市工程建設(shè)監(jiān)理有限公司

淺談影響混凝土耐久性的因素及改善措施

馬千里 徐威敏

紹興市工程建設(shè)監(jiān)理有限公司

一、概述

混凝土是由膠凝材料、水、粗細骨粒，按適當(dāng)比例配合，必要時摻入一定數(shù)量的外加劑和礦物摻和料，經(jīng)均勻攪拌，密實成型和養(yǎng)護硬化而成的人造石材?；炷潦撬姽こ探ㄔO(shè)及其他建筑工程中用途最廣，用量最大的建筑材料之一?；炷恋膹姸群湍途眯允腔炷两Y(jié)構(gòu)的兩個重要指標(biāo)，在設(shè)計施工中往往把混凝土的抗壓強度作為主要技術(shù)指標(biāo)而對混凝土的耐久性重視不夠?；炷恋哪途眯允侵附M成混凝土的材料在長期使用過程中，抵抗其自身及環(huán)境因素長期破壞作用，保持其原有性能而不變質(zhì)、不破壞的能力，主要指抗?jié)B性、抗凍性、抗碳性、抗化學(xué)侵蝕及堿集料反應(yīng)等。以下根據(jù)國內(nèi)外已有研究成果對混凝土各項耐久性能指標(biāo)的影響進行評述。

二、混凝土工程耐久性不足的后果

混凝土因其工程量大，將會因耐久性不足對未來社會造成極為沉重的負擔(dān)。據(jù)美國一項調(diào)查顯示，美國的混凝土基礎(chǔ)設(shè)施工程總價值約為6萬美元，每年所需維修費或重建費用約3千億美元。美國50萬座公路橋梁中20萬座已損壞，平均每年有150～200座橋梁部分或完全坍塌，壽命不足20年；美國共建有混凝土水壩3000座壽命30年，其中32%的水壩年久失修。美國對二戰(zhàn)前后修建的混凝土工程，在使用30～50年后進行加固維修所投入的費用，約占建設(shè)總投資的40%甚至50%以上。中國50～60年代所建設(shè)的混凝土工程已使用40余年，如果我國混凝土工程的平均壽命30～50年計，在今后的10～30年內(nèi)，為了維修新中國成立以來所建基礎(chǔ)設(shè)施的費用將是極其巨大的。

日前，我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程規(guī)模宏大，每年高達2萬億元人民幣以上，約30～50年后，這些工程也將進入維修期，所需的維修費用或重建費將更巨大。作為21世紀(jì)的高性能混凝土，更要從提高混凝土耐久性入手，以降低巨額的維修和重建費用。

三、影響混凝土耐久性的因素

3.1.混凝土的抗?jié)B性

混凝土的抗?jié)B性，指混凝土抵抗壓力水滲透的能力?；炷磷璧K液體向其內(nèi)部流動的能力越好，混凝土的抗?jié)B性越好?；炷恋哪途眯耘c水和其他有害化學(xué)液體流入其內(nèi)部的數(shù)量、范圍等有關(guān)，因此抗?jié)B性能高的混凝土，其耐久性就高。

3.2.混凝土的凍融破壞

當(dāng)結(jié)構(gòu)處于冰點以下環(huán)境時，部分混凝土內(nèi)空隙中的水將結(jié)冰，產(chǎn)生體積膨脹，過冷的水發(fā)生遷移，形成各種壓力，當(dāng)壓力達到一定程度時，導(dǎo)致混凝土的破壞。混凝土的抗凍性能與混凝土內(nèi)部的氣孔結(jié)構(gòu)和氣泡含量多少密切相關(guān)。氣孔越少越小，破壞作用就越小，封閉氣泡越多，抗凍性就越好。影響混凝土抗凍性的因素，除了氣孔結(jié)構(gòu)和含氣量外，還與混凝土的飽和度、水灰比、混凝土的齡期、集料的空隙率及其間的含水率有關(guān)。

3.3.混凝土的碳化

混凝土的碳化，是指混凝土中的Ca (OH)2與空氣中的CO2起化學(xué)反應(yīng)，生成中性的碳酸鹽CaCO3。未碳化的混凝土呈堿性，混凝土中鋼筋保持鈍化最低（臨界）堿度是PH值為11.5，碳化后的混凝土PH值為8. 5～9.5。碳化使混凝土的碳度降低，同時，增加混凝土孔隙溶液中氫離子數(shù)量，使混凝土對鋼筋的保護作用減弱。當(dāng)碳化超過混凝土的保護層時，在水與空氣存在的條件下，就會使混凝土失去對鋼筋的保護作用，鋼筋開始生銹。鋼筋銹蝕后，銹蝕產(chǎn)生的體積比原來膨脹2～4倍，從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，銹蝕越嚴(yán)重，鐵銹越多，膨脹力越大，最后導(dǎo)致混凝土開裂形成順筋裂縫。裂縫的產(chǎn)生使水和CO2得以順利地進入混凝土內(nèi)，從而加速了碳化和鋼筋的銹蝕。

3.4.混凝土侵蝕性

文中利用可變尺度池化和雙線性插值的思想重新設(shè)計了輸入層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，解決了第一個問題，使得輸入不同輸入尺寸的圖片，可以得到固定的輸出尺寸。同時通過把訓(xùn)練集中不同尺寸的輸入圖片，根據(jù)尺寸大小分批次分階段送入網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，使得每次送入網(wǎng)絡(luò)的輸入尺寸是一樣的，這樣就解決了訓(xùn)練的問題。實驗結(jié)果表明，在卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中加入該結(jié)構(gòu)，可以很好的提升模型的性能，消減了輸入圖片裁剪，縮放對模型性能的影響。尺寸可變網(wǎng)絡(luò)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)處在有侵蝕性介質(zhì)作用的環(huán)境時，會引起水泥石發(fā)生一系列化學(xué)-物理和物理-化學(xué)變化，而逐步受到侵蝕，嚴(yán)重的使水泥石強度降低，以至破壞。常見的化學(xué)侵蝕可分為淡水腐蝕、一般酸性水腐蝕、碳酸腐蝕、硫酸鹽腐蝕、鎂鹽腐蝕五類。淡水的沖刷，會溶解水泥石中的組分，使用使水泥石孔隙增加，密實度降低，造成對水泥石的破壞，因此，淡水沖刷會對水工建筑有一定影響；當(dāng)水中溶有一些酸類時，水泥石就會受到溶淅和化學(xué)溶解雙重作用，腐蝕明顯加速，這類侵蝕常發(fā)生在化工廠；碳酸在溶淅水泥石的同時，，破壞混凝土內(nèi)的堿性環(huán)境，降低水泥水化產(chǎn)物的穩(wěn)定性，影響水泥石的密度、造成對混凝土的侵蝕；硫酸鹽的腐蝕則表現(xiàn)為SO42-離子深入混凝土內(nèi)與水泥組分反應(yīng)，生成物體積膨脹開裂造成破壞；鎂鹽使硬化水泥石的結(jié)構(gòu)組分分解造成混凝土的侵蝕。

3.5.混凝土的堿集反應(yīng)

很多國家和地區(qū)由于天然集料資源貧乏或受到開采條件的限制，只能就地取材，采用活性氧化硅成分較高的石料，如果又使用堿總含量大于0.6%的水泥，則活性集料與水泥中的堿物質(zhì)反應(yīng)時將發(fā)生體積膨脹，導(dǎo)致混凝土脹裂、甚至破壞。因反應(yīng)的因素在混凝土內(nèi)部，其危害作用往往是不能根治的，是混凝土工程的一大隱患。

四、提高混凝土耐久性的措施

從上述分析可知，混凝土的外部環(huán)境、內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)、原料、密實度和抗?jié)B性是影響混凝土耐久性能的重要因素。因此，工程應(yīng)根據(jù)具體情況，有針對性地采取相應(yīng)措施，提高混凝土的耐久性。

4.1.水泥：

水泥類材料的強度和工程性能，是通過水泥砂漿的凝結(jié)、硬化形成的，水泥石一旦受損，混凝土耐久性就被破壞，因此水泥的選擇須注意水泥品種的具體性能，選擇堿含量小、水化熱低，干縮性小、抗腐蝕性、抗凍性能好的水泥，并結(jié)合具體情況進行選擇。工程中選擇水泥強度的同時，需考慮其工程性能，有時其工程性能比強度更重要。

選擇質(zhì)量良好、技術(shù)條件合格的砂、石集料，是保證混凝土耐久性的重要條件。改善粗細集料的顆粒級配，在允許的最大粒徑范圍內(nèi)盡量選用較大粒徑的粗集料，可減少集料的空隙率和比表面積，也有助于提高混凝土的耐久性。

4.3.摻入高效活性礦物摻料：

普通混凝土的水泥石中水化物穩(wěn)定性不足，是混凝土不能超耐久的另一因素。在普通混凝土中摻入活性礦物目的，在于改善混凝土中水泥石的膠凝物質(zhì)的組成，活性礦物摻料中含有大量活性SIO及ALO，它們能和波蘭特水泥水化過程中生的石及高堿性水化矽酸鈣產(chǎn)生二次反應(yīng)，生成強度更高、穩(wěn)定性更優(yōu)的低堿性水化矽酸鈣，從而達到改善水化膠凝物質(zhì)的組成，消除游離石灰的目的，使水泥石的結(jié)構(gòu)更為致密，并阻斷可能形成的滲透通路。此外，還能改善集料與水泥石的界面結(jié)構(gòu)和界面區(qū)性能。這些重要的作用，對增進混凝土的耐久性及強度都有本質(zhì)性的貢獻。

4.4.摻用引所劑或減水劑：

摻用引所劑或減水劑對提高抗?jié)B、抗凍等有良好作用，在某些情況下，還能節(jié)約水泥。

4.5.控制混凝土的水灰比及水泥用量：

水灰比的大小是決定混凝土密實性的主要因素，它不但影響混凝土的強度，而且也嚴(yán)重影響其耐久性，故必須嚴(yán)格控制水灰比。

4.6.改善混凝土的施工操作方法：

在混凝土施工中，應(yīng)當(dāng)攪拌均勻，澆灌和振搗密實及加強養(yǎng)護以保證混凝土的施工質(zhì)量。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.15.037