淺談高耐久性混凝土的配制

達(dá)海清　劉香忠

摘要：介紹混凝土高耐久性指標(biāo)和要求，從原材料選擇、配合比設(shè)計方面闡述高耐久混凝土的配制和質(zhì)量控制思路。

關(guān)鍵詞：混凝土 高耐久性 配制

從上世紀(jì)中期以來，混凝土成為了使用最廣泛的建筑材料之一。以往工程中都比較重視混凝土的強度而容易忽視混凝土的耐久性，但調(diào)查顯示[1～5]，許多國家的混凝土構(gòu)筑物都受到不同程度的侵蝕與破壞，嚴(yán)重的導(dǎo)致強度下降，結(jié)構(gòu)破壞甚至倒塌。采用高性能混凝土替代傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)物和建筑，改善混凝土耐久性能，延長混凝土構(gòu)筑物使用壽命，研制并應(yīng)用高耐久混凝土，不僅能夠大大提高項目的投資效益，而且功在當(dāng)代，利在千秋，具有深遠(yuǎn)的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 混凝土高耐久性的指標(biāo)和要求

1.1 考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)境要素，為確保混凝土構(gòu)筑物100年設(shè)計使用壽命的要求，依據(jù)環(huán)境作用等級，確定混凝土耐久性所涉及到的抗凍、堿集料反應(yīng)等的設(shè)計指標(biāo)為：①混凝土56d電通量：C35～C45<1500庫侖；C50<1000庫侖。②混凝土的抗凍等級（56d）≥F300。③混凝土的抗裂性應(yīng)通過對比試驗。④混凝土首選非堿活性骨料。若使用堿活性骨料，混凝土中的最大堿含量為3.0kg/m3。

1.2 高耐久性混凝土要求的原材料品質(zhì)、配合比參數(shù)限值如下：①混凝土強度等級≥C35。②嚴(yán)格控制水泥用量：C35膠凝材料用量≥320kg/m3、≤400kg/m3，水膠比≤0.5；C40水膠比≤0.45；C50水膠比≤0.36。③混凝土中的最大氯離子含量為0.08%。④大體積混凝土避免采用高水化熱水泥，優(yōu)先采用雙摻技術(shù)。

2 高耐久混凝土的配制思路

針對混凝土的耐久性指標(biāo)和要求，應(yīng)以配合比設(shè)計為重點，盡可能降低混凝土的單位用水量，實現(xiàn)低水膠比和低漿體用量[6]，并將單位用水量作為控制混凝土耐久性的一項首要控制手段，貫穿于混凝土生產(chǎn)的過程控制和施工管理。如下分別從原材料選擇、配合比設(shè)計方面闡述高耐久混凝土的配制和質(zhì)量控制。

2.1 原材料優(yōu)選

2.1.1 水泥。細(xì)顆粒較多的水泥，水化后在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微小毛細(xì)孔，可以使有害孔隙減小，從而提高混凝土的抗?jié)B性，但需注意水泥細(xì)度的增加對降低水灰比不利，使混凝土抗裂性下降。配置混凝土?xí)r，優(yōu)先采用水化熱低的普通硅酸鹽水泥。對水泥技術(shù)指標(biāo)的要求：除基本技術(shù)指標(biāo)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)（GB175-2007）對普通硅酸鹽水泥的要求外，在細(xì)度上要求水泥不宜過細(xì)。此外還控制對體積安定性有較大影響的游離石灰、三氧化硫和氧化鎂的含量，以及水化速度快、水化熱高、需水量大、體積收縮大的鋁酸三鈣含量，嚴(yán)格控制水泥的堿含量（以Na2O計）不大于0.6%，熟料中C3A含量不大于8%。

2.1.2 粗、細(xì)骨料。配制高耐久性的混凝土的骨料應(yīng)滿足下列要求：

①質(zhì)地均勻堅固，粒形和級配良好、吸水率低、空隙率小。②處于凍融循環(huán)下的工程混凝土，宜進(jìn)行骨料的堅固性試驗，堅固性試驗的失重率要低于5%（細(xì)骨料）和8%（粗骨料）。③對于可能處于干濕交替或者凍融循環(huán)下的混凝土，粗、細(xì)骨料中的含泥量應(yīng)該分別低于0.7%和1%。④在氯鹽環(huán)境作用下的混凝土，不宜采用抗?jié)B性較差的巖質(zhì)如某些花崗巖、砂巖等作為骨料。⑤對于重要的鋼筋混凝土工程應(yīng)嚴(yán)禁使用海砂。⑥粗、細(xì)骨料中硫化物及硫酸鹽含量均小于0.5%，氯離子含量均小于0.02%。

針對以上要求，配置混凝土選用的細(xì)骨料應(yīng)為級配良好、質(zhì)地均勻堅固、吸水率低的天然中粗砂，級配區(qū)為Ⅱ區(qū)，控制其細(xì)度模數(shù)在2.6～2.9之間。粗骨料應(yīng)為級配合理、粒形良好、質(zhì)地均勻堅固、線脹系數(shù)小、吸水率小的潔凈碎石，粒徑5～31.5mm（C50為5～25mm），特別控制其吸水率小于1.0%，壓碎值指標(biāo)小于10.0%，針片狀含量小于8.0%，堅固性指標(biāo)小于5.0%。在滿足泵送及施工的條件下，盡量擴大粗骨料最大公稱粒徑（優(yōu)先選用5～31.5mm），因為粗骨料粒徑越大，級配越好，孔隙率越小，總表面積越小，每方混凝土的砂漿和水泥用量越小，水化熱就隨之降低，此為配制高耐久混凝土的關(guān)鍵。

2.1.3 外加劑。在保證混凝土拌和物所需流動性的同時，應(yīng)盡可能降低用水量，減少水灰比，使混凝土的總孔隙、特別是毛細(xì)管孔隙率大幅度降低。加入減水劑后，不但使水泥體系處于相對穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，還在水泥顆粒表面形成一層溶劑化水膜，阻止了水泥顆粒間的直接接觸，并在顆粒間起了潤滑的作用，同時使水泥絮凝體內(nèi)的游離水釋放出來，增加了混凝土的流動性，改善了拌合物的和易性，從而達(dá)到減水的目的。許多研究表明，當(dāng)水灰比降低到0.38以下時，消除毛細(xì)管孔隙的目標(biāo)便可以實現(xiàn)，而摻入高效減水劑，完全可以將水灰比降低到0.38以下。

高耐久性混凝土的配制應(yīng)選用減水率高、坍落度損失小、適量引氣，能明顯提高混凝土的耐久性且質(zhì)量穩(wěn)定的外加劑。一方面它與水泥及各種礦物摻合料之間有良好的相容性，另一方面混凝土中摻入減水劑后使混凝土工作性能有了明顯的改善，減少拌合用水量，降低水泥用量，從而降低了水化熱，賦予混凝土高密實度和優(yōu)異的施工性能。泵送混凝土可同時添加緩凝劑，延緩凝結(jié)時間，避免因凝結(jié)時間過早導(dǎo)致混凝土層間縫隙的產(chǎn)生，從而使混凝土防水、抗裂和整體強度提高，同時也改善混凝土的和易性，減少運輸過程中的坍落度損失。

2.1.4 摻合料。優(yōu)先采用雙摻技術(shù)，利用不同礦物成分的協(xié)同優(yōu)勢，以改善新拌和硬化混凝土的性能，并使高性能混凝土更經(jīng)濟和更生態(tài)。粉煤灰和礦粉在混凝土配合比中的應(yīng)用，一方面由于其顆粒呈圓球狀，加入到混凝土中后能起到潤滑作用，可顯著地改善混凝土的和易性，大大改善混凝土工作性能；同時在滿足強度要求下可替代部分水泥，以降低水化熱，減小混凝土的溫度應(yīng)力，從而增加地鐵混凝土的抗裂性能；另一方面由于粉煤灰和礦粉的火山灰反應(yīng)，進(jìn)一步改善混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土中總的孔隙率降低，孔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步細(xì)化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，混凝土收縮值也相應(yīng)減小。

2.2 優(yōu)化配合比設(shè)計 混凝土配合比設(shè)計的參數(shù)值（設(shè)計的目標(biāo)強度值、水膠比、工作性、最小膠凝材料用量、抗?jié)B等級、抗凍等級、56d電通量、氯離子含量、總堿含量等）同時滿足JGJ55-2000《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》、GB/T50476-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》、CCES01-2004《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南》、CECS220：2007《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評定標(biāo)準(zhǔn)》、《地鐵混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計暫行規(guī)定》（鐵建[2005]157號）中相關(guān)配合比要求的所有規(guī)定。

采用低水膠比、雙摻摻合料（礦粉和粉煤灰）或者單摻摻合料、添加引氣減水劑的設(shè)計思路。在完成初步配合比計算后進(jìn)行試配并調(diào)整確定，保證強度達(dá)到設(shè)計要求，同時滿足施工和易性要求。

3 結(jié)語

提高混凝土的耐久性對于當(dāng)前實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，更好地利用資源、節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境，都具有十分重要的意義，這需要我們研究原材料及配合比對混凝土性能，特別是耐久性能的影響，來更好的延長混凝土構(gòu)筑物使用壽命。

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[4]混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性綜合調(diào)查報告[R].混凝土結(jié)構(gòu)耐久性綜合調(diào)查組，1990.1.

[5]全國水工混凝土建筑物耐久性及病害處理調(diào)查報告[R].水利水電科學(xué)研究所，1986.

[6]吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中國鐵道出版社，1999.

作者簡介：達(dá)海清（1981-），女，青海互助人，助理工程師，研究方向：混凝土配合比設(shè)計與混凝土性能。