輕骨料混凝土的耐久性控制

摘要：輕骨料混凝土質(zhì)輕、高強，在大跨度結(jié)構(gòu)工程中使用，能夠有效降低結(jié)構(gòu)本身的載荷，經(jīng)濟、技術(shù)效益顯著。因此，加強對輕骨料混凝土耐久性研究對促進(jìn)輕骨料混凝土發(fā)展具有重要的作用。

關(guān)鍵詞：輕骨料混凝土；耐久性

混凝土作為土建結(jié)構(gòu)的主要材料，其力學(xué)性能和耐久性能制約著混凝土結(jié)構(gòu)的使用功能和安全性。特別是由于對混凝土耐久性估計不足，許多混凝土建筑物過早地結(jié)束使用壽命，給人民的生命安全和財產(chǎn)損失造成重大威脅，同時使我國的現(xiàn)代化建設(shè)和國民經(jīng)濟發(fā)展蒙受巨大損失，因此，混凝土的耐久性亟待需重視和解決。

一、輕骨料分類

輕骨料分為粗骨料和細(xì)骨料，凡是粒徑大于5毫米，堆積密度<1000kg/m3的骨料被稱為輕粗骨料；凡是粒徑小于等于5毫米，堆積密度<1200kg/m3的骨料被稱作輕細(xì)骨料。從來源上可以講輕骨料分為三類：○1工業(yè)廢渣類：是以工業(yè)廢渣作為原材料，經(jīng)過加工而成的輕骨料，例如：粉煤灰陶粒、煤矸石等；○2人造類：是以不同地區(qū)的材料為原材料，經(jīng)過加工而成的輕骨料，例如：頁巖陶粒、輕砂等；○1和○2統(tǒng)稱為為人造輕骨料?！?天然類：是天然形成的多孔巖礦石，然后經(jīng)過加工后形成的輕骨料，例如：輕砂以及浮石等。輕骨料混凝土是指用輕骨料、水泥以及水配置而成的混凝土。

二、混凝土耐久性包含的內(nèi)容

混凝土耐久性是指混凝土在使用條件下抵抗周圍環(huán)境中各種因素長期作用而不被破壞的能力。其主要包括抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕、碳化及混凝土中鋼筋的銹蝕。抗?jié)B性是指混凝土抵抗壓力水（或油）滲透能力。其直接影響混凝土的抗凍性和抗侵蝕性。混凝土的抗凍性是指混凝土在使用環(huán)境中，經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用，能保持強度和外觀完整的能力。在寒冷地區(qū)，特別是在接觸水有受凍的環(huán)境下的混凝土要有較高的抗凍性能?？骨治g性與所用水泥品總、混凝土密實度和孔隙有關(guān)。混凝土的碳化是指空氣中的二氧化碳在有水存在的條件下，與水泥石中的氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣和水的過程。堿—集料反應(yīng)是指水泥、外加劑等混凝土構(gòu)成物及環(huán)境中的堿與集料中的堿活性礦物在潮濕環(huán)境下緩慢發(fā)生并導(dǎo)致混凝土開裂膨脹的反應(yīng)。

三、影響混凝土耐久性的主要因素

影響混凝土耐久性的因素十分復(fù)雜，引起結(jié)構(gòu)破壞往往是混凝土內(nèi)部組成不完善，外部不利因素綜合作用的結(jié)果?，F(xiàn)就內(nèi)外兩方面因素加以分析。

（一）內(nèi)部因素的影響

（1）混凝土的材質(zhì)通常講的混凝土是用水泥作膠凝材料，砂、石作集料；與水（加或不加外加劑和摻合料）按一定比例配合，經(jīng)攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)而得的。砂、石、水泥等材料的優(yōu)劣直接影響到硬化后混凝土的密實度和強度，好質(zhì)量的材料將為工程使用期混凝土的耐久性打下良好基礎(chǔ)。

（2）混凝土的碳化（又稱中性化）?；炷林械乃嘣谒^程中產(chǎn)生氫氧化鈣，鋼筋周圍混凝土的孔隙水則呈弱堿性，在鋼筋表面形成堿性“鈍化”薄膜而保護(hù)鋼筋免遭酸性介質(zhì)的侵蝕。但是由于空氣中的二氧化碳與水反應(yīng)生成的碳酸等酸性物質(zhì)通過孔隙和毛細(xì)孔侵人混凝土，中和這種堿性物質(zhì)生成碳酸鈣，即發(fā)生碳化。碳化過程使混凝土堿性降低，鋼筋表面在高堿條件下產(chǎn)生的致密氧化膜（鈍化膜）遭到破壞，混凝土失去對鋼筋的保護(hù)作用，使鋼筋的銹蝕成為可能。當(dāng)碳化進(jìn)行到鋼筋表面后，鋼筋表面鈍化膜遭到破壞，當(dāng)氧和水同時存在時，鋼筋開始銹蝕，其力學(xué)性能急劇衰減。同時，碳化還會加劇混凝土的收縮，致使混凝土出現(xiàn)裂縫，粘結(jié)力下降，甚至鋼筋保護(hù)層剝落，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。

（3）混凝土堿集料反應(yīng)。堿集料反應(yīng)是指混凝土原材料中的堿性物質(zhì)與活性成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有強烈的吸水膨脹能力的物質(zhì)，引起混凝土內(nèi)部產(chǎn)生不均勻膨脹，造成裂縫，并使混凝土的強度和彈性模量下降，影響混凝土的耐久性。混凝土中的堿主要來自水泥熟料、外加劑等，活性材料主要是Si02，碳酸鹽、硅膠鹽等。堿與硅膠鹽產(chǎn)生的凝膠遇水會膨脹，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生膨脹應(yīng)力引起混凝土開裂。

（二）外部因素的影響

（1）鋼筋銹蝕。鋼筋銹蝕是造成混凝土結(jié)構(gòu)耐久性損傷的最主要原因。當(dāng)鋼筋表面處于活化狀態(tài)且存在氯離子和水時，鋼筋就會發(fā)生電化學(xué)腐蝕。氯離子可破壞鋼筋表面的鈍化保護(hù)膜，使腐蝕介質(zhì)滲人鋼筋，加快混凝土結(jié)構(gòu)的損壞。鋼筋銹蝕后，鋼筋的有效截面面積減小，構(gòu)件承載能力降低。同時，鋼筋的不均勻銹蝕還將導(dǎo)致導(dǎo)致鋼筋表面凹凸不平，產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，使鋼筋的脆性增大、延性變差、強度降低。

（2）混凝土的凍融破壞。凍融循環(huán)對混凝土結(jié)構(gòu)的損傷分為內(nèi)部損傷和表層損傷兩類?；炷辆哂袩崦浝淇s的性質(zhì)，在干燥時失水收縮，而在水浸潤后又膨脹。這種作用循環(huán)進(jìn)行，當(dāng)超過混凝土的抗拉強度時，混凝土就會產(chǎn)生裂縫。混凝土本身就是多孔隙的復(fù)合材料，開裂后水分更易侵人。滲人到混凝土中的水在溫度在冰點以下時會結(jié)冰引起膨脹，將從內(nèi)部損傷混凝土結(jié)構(gòu)?；炷帘韺尤舫掷m(xù)受鹽溶液浸蝕，在混凝土薄弱處也將會發(fā)生剝落。經(jīng)過多次凍融循環(huán)，最終將引起混凝土剝落酥裂而降低其耐久性。

（3）浸蝕性介質(zhì)的腐蝕?；炷猎谕獠凯h(huán)境條件下，硫酸鹽、鹽水、腐殖質(zhì)、鎂鹽等一些化學(xué)介質(zhì)都可能對混凝土產(chǎn)生腐蝕。

（4）施工因素影響。施工時水灰比增大時，混凝土的密實性就降低，抗?jié)B性就變差。混凝土滲水也主要是由于混凝土多余水分蒸發(fā)留下空隙，拌合物保水性差引起混凝土泌水現(xiàn)象造成的，混凝土的抗?jié)B性好壞直接影響混凝土的耐久性。因此，施工時應(yīng)該控制水灰比，確保混凝土有良好的和易性和保水性，以保證混凝土的密實度，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。

（5）其他外部因素。諸如風(fēng)沙、持續(xù)的超高氣溫、持續(xù)冰凍天氣、生物腐蝕等都會影響到混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

四、混凝土耐久性的措施措施

從混凝土構(gòu)造方面考慮，其可以采用的措施包括：①確定最小保護(hù)層。其主要目的是為了防止混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋銹蝕。在海水環(huán)境下，針對水下區(qū)、水位變動區(qū)、浪濺區(qū)、大氣區(qū)選用合理的保護(hù)層厚度；②確定混凝土的最低強度等級和最小水泥用量；③確定最大水灰比，主要是為了保證混凝土的密實性；④對混凝土結(jié)構(gòu)中的堿含量、含鹽量進(jìn)行限制。

從混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響現(xiàn)象來考慮，其可以采用的措施包括：①控制或防止堿集料反應(yīng)：優(yōu)選選用低堿水泥；以粉煤灰、礦渣等摻合料加入到混凝土中以減少混凝土中的堿性物質(zhì)；控制含有活性成分的骨料含量；②對于混凝土凍融破壞的主要防制措施：首先控制混凝土中游離態(tài)的自由水的含量，降低水灰比；其次施工過程中使用引氣劑，在混凝土結(jié)構(gòu)中形成細(xì)小的微小氣孔，提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗凍性；③采用措施防止化學(xué)介質(zhì)的腐蝕：摻入樹脂、硫磺、水玻璃等外加劑以便形成特種混凝土，在抗腐蝕能力方面采取有效措施，對混凝土使用壽命的增加和混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的延長均有作用；④防止混凝土碳化采取的主要措施：針對工程特點、環(huán)境、氣候等選用合適的水泥品種，采用合適的混凝土等級，合理提高混凝土中水泥額用量；混凝土拌合過程中控制好混凝土水灰比，增加混凝土的密實度，以及在外加劑的使用合理加以控制；⑤防止鋼筋銹蝕的主要措施包括：控制好混凝土原材的選用材料，在混凝土設(shè)計及施工過程中要確保混凝土結(jié)構(gòu)的密實性；設(shè)計時要合理設(shè)計保護(hù)層厚度，施工時確保保護(hù)層的施工質(zhì)量；可以在表面進(jìn)行涂膜防護(hù)，阻止引起銹蝕作用的水、O2的進(jìn)入；在鋼筋表層涂抹防銹劑等。

影響混凝土耐久性的因素是復(fù)雜的、綜合性的，必須從原材、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工、使用環(huán)境及其檢測維護(hù)等多種因素綜合考慮，使混凝土既滿足承載力要求，又要滿足其耐久性的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]王蕭蕭，申向東.不同摻量粉煤灰輕骨料混凝土的強度試驗研究[J].硅酸鹽通報，2011，01

[2]秦淑芳.偏高嶺土對天然輕骨料混凝土力學(xué)性能及耐久性影響的研究[D].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[3]郭玉順，木村薰，李民偉，丁建彤，黃明君.高強高耐久性輕骨料混凝土的性能[J].混凝土，2000，10