耐久性混凝土配合比設(shè)計(jì)與研究

■劉志偉 ■中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津市 300222

在建筑工程的建設(shè)材料中，使用量最大，使用最廣泛的應(yīng)就是混凝土了?，F(xiàn)在，混凝土更加越來越多地應(yīng)用于現(xiàn)代工程建設(shè)之中，同時(shí)面臨著可持續(xù)發(fā)展的問題，如生態(tài)問題、環(huán)保問題、節(jié)能問題等等，而不斷加快的施工進(jìn)度和所處環(huán)境的不斷惡化導(dǎo)致混凝土的耐久性大幅度下降，很多混凝土基礎(chǔ)設(shè)施在二、三十年甚至更短時(shí)間內(nèi)就出現(xiàn)了劣化，所以混凝土的耐久性則成為了我國混凝土工程建設(shè)領(lǐng)域所面臨的比較嚴(yán)峻的問題。

1 配合比設(shè)計(jì)

1.1 抗碳化(中性化)的配合比設(shè)計(jì)

因?yàn)榛炷帘砻嬖诃h(huán)境作用下會(huì)發(fā)生碳化反應(yīng)，所以混凝土內(nèi)部的堿度大幅降低，鋼筋也會(huì)因鈍化膜破壞而受到腐蝕，影響耐久性，而水灰比較小的混凝土由于水泥漿的組織密實(shí)，透氣性小，碳化速度較慢，因此在配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇較小的水灰比。

通過短暫的班會(huì)活動(dòng)，孩子們明顯輕松了不少。下晚自習(xí)的時(shí)候，有的孩子拿著自己的氣球一路揮舞，一路歡笑，引得其他班的同學(xué)紛紛扭頭注目。

1.2 抗鹽害的配合比設(shè)計(jì)

做抗鹽害的混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，在進(jìn)行對比的兩個(gè)配合比中分別摻入粉煤灰和粉煤灰與硅粉的混合料，通過觀測后發(fā)現(xiàn)摻入硅粉的混凝土細(xì)孔總量較少，氫氧化鈣含量也較少，從而使混凝土的電阻增加，更有效的防止了鹽害的侵入。

1.3 抗凍害的混凝土配合比設(shè)計(jì)

在配合比設(shè)計(jì)的過程中為了抵抗凍害影響，通常摻加引氣劑，使含氣量在3.5%以上，但超過5%時(shí)，就會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度，因此在設(shè)計(jì)中把含氣量控制在3.5%～5%之間。

1.4 抗硫酸鹽腐蝕的配合比設(shè)計(jì)

在做抗堿反應(yīng)的混凝土配合比時(shí)，首選應(yīng)選用無堿活性的骨料或者嚴(yán)格控制混凝土總的堿含量，使其在生產(chǎn)過程中無法發(fā)生堿骨料反應(yīng)，從而提高拌合物的耐久性。

她笑了笑，招手把本派新生叫了出來，他們離開隊(duì)伍，很快消失在前方無邊的黑暗里。目送最后一個(gè)身影離開，我看著剩下的人。大部分新生都來自無畏派，因此這時(shí)只剩下了九個(gè)人：當(dāng)然，我是唯一的無私派轉(zhuǎn)派生，沒有友好派，其余幾個(gè)來自博學(xué)派，令人吃驚的是還有誠實(shí)派。一直以來，不是誠實(shí)最需要勇氣嗎？但他們?yōu)槭裁崔D(zhuǎn)派？不得而知。

1.5 抗堿骨料反應(yīng)的混凝土配合比設(shè)計(jì)

在進(jìn)行硫酸鹽腐蝕環(huán)境下的混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，適當(dāng)?shù)慕档突炷了冶?，用適當(dāng)比例的礦物質(zhì)超細(xì)粉摻合料等量替換一部分水泥，或者適當(dāng)選用低C3A 含量的水泥，則是提高混凝土在硫酸鹽腐蝕環(huán)境下耐久性的有效途徑。

2 混凝土的耐久性研究

2.1 凍融環(huán)境下混凝土耐久性的研究

基于此，目前已經(jīng)在運(yùn)行中的中國農(nóng)作物有害生物監(jiān)控信息系統(tǒng)、全國農(nóng)作物重大病蟲害數(shù)字化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)等監(jiān)管體系之間的信息壁壘可以徹底消除，統(tǒng)籌構(gòu)建成植保數(shù)據(jù)中心、信息采集系統(tǒng)、分析處理系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)和信息服務(wù)系統(tǒng)，最終形成一個(gè)覆蓋全國、統(tǒng)一接入、統(tǒng)籌利用的植保大數(shù)據(jù)共享平臺(tái)。

2.2 氯鹽環(huán)境下耐久性研究

混凝土在碳化環(huán)境下的耐久性是通過室內(nèi)試驗(yàn)使混凝土快速碳化，然后對混凝土的性能指標(biāo)進(jìn)行比較全面的測試，通過對整個(gè)試驗(yàn)過程的記錄和分析得出:混凝土碳化的程度與材料中的水灰比和含氣量有關(guān)聯(lián)。通過觀察發(fā)現(xiàn)當(dāng)含氣量超過8%時(shí)，混凝土的碳化深度加深，而當(dāng)摻入的粉煤灰量小于20%時(shí)，隨著礦渣粉的增加混凝土的碳化深度在逐漸減小。另外混凝土的強(qiáng)度和滲透性也是影響混凝土碳化的主要因素。

2.3 混凝土在碳化環(huán)境下耐久性的研究

通過采用室內(nèi)電通量法，觀察不同條件下混凝土中的氯離子擴(kuò)散系數(shù)情況。通過實(shí)驗(yàn)過程的記錄和觀察發(fā)現(xiàn)，氯離子的擴(kuò)散系數(shù)與混凝土制作過程中的水灰比及單方水泥用量有很大關(guān)系。實(shí)驗(yàn)顯示當(dāng)水灰比從0.3 增大到0.5 時(shí)，混凝土的電通量和氯離子的擴(kuò)散系數(shù)也隨著水灰比的增加而增大，另外增加水泥用量，電通量和氯離子的擴(kuò)散系數(shù)也隨著增大。在混凝土中加入部分粉煤灰后28d 與56d 齡期試件表現(xiàn)出的變化不同，養(yǎng)護(hù)28d 齡期的試件電通量增加，氯離子的擴(kuò)散系數(shù)隨著電通量的增加而增大，反觀56d 齡期的混凝土試件則出現(xiàn)全部降低的現(xiàn)象。結(jié)合以上分析得出:除含有特殊成分的混凝土外，不同齡期的電通量和氯離子的變化情況有很大的相似性，另外因?yàn)榉勖夯視?huì)降低混凝土的電通量，所以用電通量作為研究混凝土中氯離子的指標(biāo)時(shí)其結(jié)果往往不太可靠。

3 提高混凝土耐久性的控制措施

3.1 做好對原料的控制

新澆筑的混凝土應(yīng)尤其注重早期的養(yǎng)護(hù)工作，并且應(yīng)該從養(yǎng)護(hù)材料、養(yǎng)護(hù)時(shí)間及養(yǎng)護(hù)方法等方面綜合考慮，以盡量使混凝土較少地出現(xiàn)裂縫，并且應(yīng)重點(diǎn)控制構(gòu)件的濕潤養(yǎng)護(hù)。若為大體積混凝土，應(yīng)盡量選用流水法或蓄水法養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)的時(shí)間應(yīng)該控制在14 天～28 天。

3.2 施工管理

(1)充分振搗:混凝土施工時(shí)加強(qiáng)振搗可大幅度增強(qiáng)混凝土的密實(shí)性，減小混凝土滲透性。(2)做好保護(hù)層:在混凝土澆筑時(shí)應(yīng)重點(diǎn)確?；炷帘Ｗo(hù)層穩(wěn)定，所以在澆筑前應(yīng)仔細(xì)檢查保護(hù)層位置的精確性和尺寸的正確性。增大混凝土保護(hù)層厚度可有效延緩腐蝕因子侵入到鋼筋表面的試件，其能改善對鋼筋銹蝕膨脹的抵抗力。鋼筋墊塊，應(yīng)選用水泥砂漿或細(xì)石混凝土進(jìn)行制備，部分情況下應(yīng)盡量選用定型的塑料墊塊，應(yīng)避免使用碎石或鋼筋制作墊塊。

凍融環(huán)境下的混凝土耐久性的研究是在凍融環(huán)境下做多個(gè)不同條件下的凍融試驗(yàn)，評價(jià)混凝土抗凍性的依據(jù)為耐久性系數(shù)。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水灰比、單方水泥的用量、含氣量、活性物質(zhì)的摻合量是影響凍融性的主要因素。實(shí)驗(yàn)顯示混凝土的含氣量在4%～9%之間時(shí)抗凍性比較好，也就是說混凝土的含氣量是影響其抗凍性的決定性因素。

3.3 加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)

(1)調(diào)整水灰比:水灰比過高會(huì)直接影響混凝土的耐久性，因?yàn)樗冶葧?huì)影響混凝土的孔隙率、混凝土鋼筋的銹蝕程度和混凝土碳化速率、空氣內(nèi)腐蝕性物質(zhì)在孔隙內(nèi)的擴(kuò)散程度等?？刂七m當(dāng)?shù)乃冶冗€可保證成型后的混凝土抗?jié)B等級，抗凍性能，避免結(jié)構(gòu)在環(huán)境作用下發(fā)生破壞。所以在建筑工程混凝土中膠凝材料的總量應(yīng)控制在550kg/m3以內(nèi)。(2)選用骨料:配制混凝土?xí)r所使用的骨料，應(yīng)確保具有較低的堿活性、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，級配優(yōu)良，質(zhì)量堅(jiān)硬，且滿足色澤要求。(3)不同種類的減水劑可能會(huì)對混凝土的耐久性產(chǎn)生不同程度的影響。相比萘系減水劑，聚羧酸類高效減水劑則具有更優(yōu)良的作用效果。(4)適當(dāng)添加礦渣、粉煤灰等礦物摻和料可大幅度增強(qiáng)混凝土的耐久性。實(shí)際施工過程中可依據(jù)相應(yīng)使用環(huán)境條件選用恰當(dāng)?shù)牡V物摻和料。(5)混凝土的配制應(yīng)依照添加活性摻和料、選用高效減水劑、優(yōu)化配合比參數(shù)等設(shè)計(jì)原則。利用水泥水化產(chǎn)物的改善、水灰比與孔隙率的降低、水泥與骨料界面的增強(qiáng)和密實(shí)度的提高來實(shí)現(xiàn)高耐久性與高性能。(6)種類不同的水泥可不同程度影響混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗?jié)B性、耐凍性與耐腐蝕性。實(shí)際配制中應(yīng)盡量選用含堿量較低和水化熱較低的水泥，如火山灰水泥和普通硅酸鹽水泥，或選用具有摻和料的硅酸鹽水泥。

堤防工程原則上以原有堤防除險(xiǎn)加固為主，參照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286—1998）規(guī)定執(zhí)行。對新建堤防，應(yīng)根據(jù)山洪溝泄洪要求，經(jīng)過比選，合理選定堤線和堤距布置，并根據(jù)山洪溝行洪斷面、地形地質(zhì)條件、當(dāng)?shù)夭牧弦约罢嫉厍闆r，合理確定堤防結(jié)構(gòu)形式。對人口密集區(qū)、溝道兩岸地形狹窄、已建建筑物限制等沒有條件布置土堤的地段，可采用防洪墻等形式；溝道兩岸地形有條件時(shí)，可采用土堤形式。

4 混凝土的可持續(xù)發(fā)展問題

根統(tǒng)計(jì)，全球每年混凝土消耗的天然骨料在80 億噸以上。以生產(chǎn)1 噸硅鹽水泥來計(jì)算，所需1.5 噸石灰石，還需要一定數(shù)量的煤、電、石油等原能，并向大氣釋放約1 噸二氧化碳，還排放一定數(shù)量的粉塵、二氧化硫、氮氧化物等重金屬污染物。全球二氧化碳等污染物7%來自水泥工業(yè)。如此之大的資源消耗和嚴(yán)重的環(huán)境污染，如果沒有有效的節(jié)制措施，將直接威脅著人類和整個(gè)地球的生命。

但是，社會(huì)要前進(jìn)，人類要發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也不可能停步，而且還是高速、快速的姿態(tài)。面對快速發(fā)展建設(shè)的需求和日益嚴(yán)重的環(huán)境污染。要使這一問題得到解決，混凝土工業(yè)必須走向可持續(xù)發(fā)展的道路。

教材是小學(xué)科學(xué)教師教學(xué)工作開展的重要依托，也是幫助學(xué)生構(gòu)建完整知識(shí)體系架構(gòu)的重要工具，但是僅僅依托教材內(nèi)容的課堂必定是失敗的。鑒于此，教師在開展教學(xué)活動(dòng)時(shí)，不僅要以課本為主，還需要深入挖掘教材的深層次內(nèi)涵，將思維擴(kuò)展到教室以外，才能讓整個(gè)課堂充斥著生命力與活力，培育學(xué)生批判性思維。除此之外，小學(xué)科學(xué)教師給學(xué)生教授的內(nèi)容還需要融入一定的生活元素，將日常生活中常見的物品作為學(xué)生的科學(xué)實(shí)踐材料，為生活化教學(xué)提供物質(zhì)基礎(chǔ)，促使學(xué)生能夠主動(dòng)將科學(xué)技能運(yùn)用到生活中，在實(shí)踐中培養(yǎng)興趣與動(dòng)手能力。

就目前來看，讓混凝土走上可持續(xù)發(fā)展的道路需解決好四個(gè)問題:一是節(jié)能減排。利用工業(yè)廢渣和天然礦物，減少水泥熟料的用量，尤其是工業(yè)廢渣的利用，具有非常大的潛力。這樣做既解決了工業(yè)廢渣的污染，又節(jié)約了混凝土的原材料，一舉雙贏。同時(shí)應(yīng)加大科研力度，改善水泥生產(chǎn)工藝，做到低排放、低能耗或?qū)ふ倚滦湍z凝材料，以替代水泥。二是提高混凝土的耐久壽命?；炷凉I(yè)的專家和學(xué)者們應(yīng)從多方面考慮，如何綜合各方面的因素，使其耐久壽命的延長。三是基礎(chǔ)工業(yè)設(shè)施建設(shè)的規(guī)劃要科學(xué)化、全面化、長遠(yuǎn)化。不要今天建設(shè)，明天挖，這是對能源和資源的最大浪費(fèi)。四是生態(tài)環(huán)保應(yīng)貫穿于混凝土生產(chǎn)和使用的全過程。除了在生產(chǎn)混凝土所消耗資源能源帶來的生態(tài)環(huán)境問題外，混凝土釋放有害物質(zhì)和其廢棄物都會(huì)影響生態(tài)環(huán)境，所以，還需加大對混凝土的使用期以及廢棄的環(huán)境問題研究。

5 結(jié)語

總之，在工程實(shí)施過程中，只有采取有效措施進(jìn)行混凝土耐久性配合比設(shè)計(jì)，在施工過程中采用科學(xué)的試驗(yàn)檢測方法，精細(xì)施工、嚴(yán)格控制施工的各個(gè)環(huán)節(jié)，才能使混凝土具有較好的耐久性，提高工程使用壽命。