混凝土耐久性影響因素的研究

賈換

(西安思源學(xué)院，陜西 西安 710038)

混凝土耐久性影響因素的研究

賈換

(西安思源學(xué)院，陜西 西安 710038)

混凝土的耐久性是指在實(shí)際使用條件下，混凝土抵抗各種環(huán)境破壞，長(zhǎng)期保持外觀完整性和強(qiáng)度的能力。本文主要從混凝土耐久性定義和對(duì)混凝土耐久性的影響因素兩方面進(jìn)行研究。影響混凝土耐久性的因素較多，比如混凝土水灰比，集料的級(jí)配，水泥摻合料的性能，環(huán)境條件，施工工藝，配合比設(shè)計(jì)及長(zhǎng)期荷載作用等。

混凝土；耐久性；影響因素

1 混凝土耐久性的概述

隨著混凝土與鋼筋技術(shù)的不斷改進(jìn)，它們逐漸取代了石材、木材、鋼結(jié)構(gòu)在社會(huì)中的應(yīng)用，而且使用的時(shí)間相比較短，1824年，英國(guó)人J. Aspdin取得了波特蘭水泥發(fā)明專利，1872年，美國(guó)人Warder創(chuàng)作了第一個(gè)稱之為鋼筋混凝土構(gòu)件，至今也才有50年的歷史。全球每年有數(shù)座高樓大廈及超高建筑拔地而起，而最早興建的鋼筋混凝土進(jìn)入老化階段，每年需要投入高額資金進(jìn)行維修，據(jù)研究人員報(bào)道，在美國(guó)，現(xiàn)存大型混凝土建筑的總價(jià)值達(dá) 6萬(wàn)億美元，而且每年的建筑橋梁房屋的維修花費(fèi)高達(dá)300億美元；在加拿大，建筑基礎(chǔ)設(shè)備維修費(fèi)用共計(jì)耗資5千億美元；在英國(guó)，混凝土碳化腐蝕占17%，氯鹽腐蝕占38%，冬季腐蝕占10%，堿骨料破壞占9%；在我國(guó)統(tǒng)計(jì)的一萬(wàn)座橋梁中，每年的維修費(fèi)用共計(jì)耗資38億元，而僅有 25%的資金落實(shí)到位。所以，在科技飛速發(fā)展的時(shí)代，我們不得不考慮混凝土耐久性的問(wèn)題，可以讓其保持一兩百年甚至更久，在減少維修費(fèi)用的情況下，保持原用建筑結(jié)構(gòu)性能，這將是我們所期待的。

混凝土耐久性指在長(zhǎng)期環(huán)境作用下，對(duì)砼結(jié)構(gòu)造成一定侵蝕，或者由于其內(nèi)部原因被破壞，導(dǎo)致砼使用壽命縮短，砼保持良好的性能而對(duì)其產(chǎn)生一定抵抗的能力。對(duì)于規(guī)定年限，混凝土不需要額外的維修費(fèi)用，并能保證建筑物的安全及正常使用等，這也說(shuō)明混凝土耐久性能良好。如何提高當(dāng)前混凝土建筑工程的使用年限，且在特定土壤水分天氣環(huán)境下，保持其具有良好的使用性能，也就是如何提高混凝土耐久性的問(wèn)題。提高混凝土的耐久性也成為一個(gè)比較熱門(mén)而又復(fù)雜的問(wèn)題，至今也難以建立一個(gè)評(píng)定混凝土耐久性的確定指標(biāo)。

影響混凝土耐久性的因素可分為：物理破壞：長(zhǎng)期同水直接接觸下，反復(fù)發(fā)生混凝土凍融環(huán)境作用。凍融破壞是影響混凝土耐久性最主要的問(wèn)題之一。它是指混凝土在吸飽水作用下，經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用，能保持強(qiáng)度不顯著降低和外觀完整的性能。比如：凍融循壞和冬季除冰等，使混凝土產(chǎn)生剝落、分層等。這主要由于不一樣的膨脹系數(shù)導(dǎo)致水泥石同砂石之間產(chǎn)生較大裂縫?；瘜W(xué)破壞：接觸海水氯化物，除冰鹽的橋梁、隧道等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，靠海的路上建筑外墻及室外構(gòu)件，海水游泳池壁，橋梁護(hù)欄、護(hù)墻，立交橋墩等。污水管道，化糞池等接觸腐蝕性氣體液體，大氣中酸雨霧霾等污染，水土中的硫酸鹽和酸類，含鹽大氣環(huán)境中，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的腐蝕。這是因?yàn)榛炷林械膲A性物質(zhì)和骨料中的活性物質(zhì)二氧化硅發(fā)生的反應(yīng)，生成堿硅酸凝膠，若在潮濕的空氣中，膠體產(chǎn)生膨脹，致使水泥石開(kāi)裂，此被定義為堿骨料反應(yīng)。還有海水、工業(yè)廢料、生活污水、垃圾中硫酸根離子和混凝土中水化鋁酸鈣及氫氧化鈣晶體發(fā)生反應(yīng)，生成膨脹物質(zhì)，導(dǎo)致混凝土組分變質(zhì)，結(jié)構(gòu)的破壞，強(qiáng)度下降等破壞。

2 混凝土耐久性的影響因素

2.1 原材料對(duì)混凝土耐久性的影響

不同的水泥品種，凝結(jié)硬化時(shí)間不同，形成水泥石結(jié)構(gòu)的致密度和抗侵蝕的性能也不盡相同，當(dāng)水泥石受到破壞，混凝土的那就行就不言而喻。水泥石破壞的三大因素主要由于氫氧化鈣含量過(guò)多，水化鋁酸鈣的存在，水泥石結(jié)構(gòu)致密度差等，所以，選擇耐熱耐水，抗酸堿鹽侵蝕性好，選擇堿含量少，收縮性小的水泥，并結(jié)合實(shí)際情況，不同水質(zhì)砂石選用合適的水泥品種。除此之外，水泥強(qiáng)度等級(jí)必須同混凝土強(qiáng)度相適應(yīng)，若水泥強(qiáng)度過(guò)高，水泥原料不夠，骨料必然外露，造成配比不合適，骨肉分離；若水泥強(qiáng)度太低，水泥原料過(guò)多，除了包裹砂石之外，多余的水泥漿在振搗過(guò)程中，易形成泌漿現(xiàn)象，所以，在建筑工程中，根據(jù)工程要求選擇相適應(yīng)的水泥強(qiáng)度顯得更為重要[1-2]。

為了抑制混凝土癌癥的發(fā)生，在選擇混凝土原料中，第一，考慮水泥中堿性物質(zhì)的減少，大量使用摻有混合材料的水泥；其次減少骨料中活性成分的數(shù)量；第三，合理選用骨料級(jí)配，提高混凝土的流動(dòng)性，改善混凝土的密實(shí)性能，抑制堿骨料反應(yīng)的發(fā)生。

2.2 配合比設(shè)計(jì)對(duì)混凝土耐久性的影響

應(yīng)滿足工程強(qiáng)度需求，工作性能要求，還考慮盡量節(jié)約水泥，保護(hù)環(huán)境，減少成外本，同時(shí)還用考慮混凝土的耐久性問(wèn)題。采取措施如：降低水泥水化熱，避免內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生，增強(qiáng)混凝土密實(shí)度；采用外加劑，減水劑減少水量，外加劑提高混凝土流動(dòng)性抗凍性；摻入混合材料，提高混凝土抗侵蝕能力；對(duì)鋼筋采取保護(hù)措施，增加混凝土保護(hù)層厚度，其目的為了提高混凝土耐久性。

2.3 施工工藝對(duì)混凝土耐久性的影響

冬季攪拌混凝土前，用加熱水將原材料預(yù)熱，達(dá)到合適的溫度以便入模；及時(shí)將入模的混凝土均勻振搗，且不得過(guò)振或者漏振，不宜超過(guò)三十秒；利用混凝土二次攪拌法施工，其和易性和強(qiáng)度都得到提高；攪拌時(shí)，先是砂，水泥和外加劑進(jìn)行攪拌，再加用水量均勻拌合，最后石子進(jìn)行攪拌；對(duì)于大體積工程，在澆筑振搗時(shí)嚴(yán)格按照規(guī)定制度，加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，避免混凝土收縮和施工裂縫的產(chǎn)生，提高混凝土密實(shí)度。

2.4 化學(xué)腐蝕對(duì)混凝土耐久性的影響

鋼筋混凝土在堿性環(huán)境下，可以避免氯離子對(duì)它的腐蝕，但是如果堿性環(huán)境一旦破壞，氯離子通過(guò)細(xì)孔進(jìn)入到混凝土內(nèi)部，就會(huì)同鋼筋發(fā)生反應(yīng)，鋼筋發(fā)生鈍化，破壞混凝土結(jié)構(gòu)，造成混凝土與鋼筋產(chǎn)生一定應(yīng)力，兩者之間的裂紋加大，造成鋼筋萎縮，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變差，鋼筋混凝土耐久性降低；鋼筋同氯離子反應(yīng)生成一定的氫氣，造成混凝土內(nèi)部存在缺陷，產(chǎn)生壓力，這會(huì)造成鋼筋發(fā)生脆性斷裂。硫酸根離子的存在也會(huì)對(duì)混凝土的耐久性產(chǎn)生影響。硫酸根離子同水泥中氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸鈣，及石膏。隨著時(shí)間延長(zhǎng)，石膏會(huì)同水泥水化的產(chǎn)物水化硫酸鈣發(fā)生反應(yīng)，生成我們常見(jiàn)的鈣礬石，及水化硫鋁酸鈣，它的存在會(huì)導(dǎo)致水泥石產(chǎn)生2.5倍的體積膨脹，降低混凝土強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞。強(qiáng)堿對(duì)混凝土的的腐蝕，是氫氧化鈉會(huì)同水泥石中間的水化鋁酸鈣發(fā)生反應(yīng)，生成沒(méi)有粘結(jié)力的水化鋁酸鈉，它也是一種膨脹物，造成混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

2.5 其他因素對(duì)混凝土耐久性的影響

抗壓強(qiáng)度是衡量混凝土力學(xué)性能的重要指標(biāo)。提高水泥強(qiáng)度等級(jí)和水泥摻量，才能達(dá)到混凝土的高強(qiáng)度，但是，高強(qiáng)度水泥必然導(dǎo)致水泥高反應(yīng)，高放熱，從而引起混凝土嚴(yán)重收縮，產(chǎn)生應(yīng)力和裂紋，降低混凝土的密實(shí)度，其混凝土的耐久性也就出現(xiàn)了問(wèn)題。

3 總結(jié)

總之，用高性能混凝土代替普通混凝土，將會(huì)大大提高混凝土的耐久性，而且有利于環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展.其實(shí)到目前為止，高性能混凝土的報(bào)道還比較少，對(duì)于混凝土抗壓強(qiáng)度超過(guò)80MPa的各方面規(guī)定還不夠完善，對(duì)于如何檢測(cè)高性能混凝土的耐久性，以及高性能混凝土的耐久性相關(guān)的國(guó)家規(guī)定的細(xì)則也很少。

[1]劉玉娟,文靜,王海蕾. 淺談混凝土耐久性[J]. 科技信息,2012, 24(7):21.

[2]馮乃謙.混凝土及混凝土結(jié)構(gòu)物的耐久性[J]. 施工技術(shù),1995,(7):35-37.

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