清水混凝土耐久性的影響因素及措施分析

郭 峰

(陽泉煤業(yè)集團吉成建設(shè)工程檢測有限責任公司，山西 陽泉 045000)

·建筑材料及應(yīng)用·

清水混凝土耐久性的影響因素及措施分析

郭 峰

(陽泉煤業(yè)集團吉成建設(shè)工程檢測有限責任公司，山西 陽泉 045000)

介紹了清水混凝土的特點，從抗?jié)B性、抗凍性、抗風化性、抗污染性等方面，分析了影響清水混凝土耐久性的因素，并從工程設(shè)計與施工工藝兩個角度，提出了有效的解決措施，旨在延長清水混凝土建筑的使用年限。

清水混凝土，耐久性，抗?jié)B性，施工工藝

1 清水混凝土耐久性的主要影響因素

清水混凝土因其具有裝飾效果，又被稱為裝飾混凝土，它屬于一次澆灌成型，不需要其他任何裝飾，直接應(yīng)用自然表面效果作為裝飾面，其特點是平整光滑、沒有蜂窩狀孔洞、無明顯氣泡、色澤均勻，幾乎可達到零污染、零破損，且棱角分明，尺寸準確。相比于普通混凝土，清水混凝土體現(xiàn)出的是本質(zhì)的美感，樸實無華，十分天然卻也不失穩(wěn)重，因此，清水混凝土的發(fā)展不僅體現(xiàn)在建筑領(lǐng)域，同時也涉及到了藝術(shù)領(lǐng)域。此外，正因為清水混凝土外表面沒有其他修飾，使其直接暴露在空氣中，直接受到空氣、溫度、水分以及不同天氣情況的影響，因此對清水混凝土耐久性的要求更加嚴格。耐久性是指結(jié)構(gòu)物體在使用的過程中，受到內(nèi)在或外在的，人為或自然的，可抗或不可抗等因素作用下，結(jié)構(gòu)物在使用年限內(nèi)能夠保持自身工作能力或抵抗被侵蝕和破壞的一種性能，具有耐久性的清水混凝土應(yīng)在使用年限內(nèi)保持原有的形狀、質(zhì)量、功能和適用性等。清水混凝土耐久性的主要影響因素如下。

1.1 清水混凝土的抗?jié)B性

如圖1所示，硫化物、堿骨料反應(yīng)、鋼筋銹蝕、碳化、凍融循環(huán)等外界因素都會對清水混凝土的耐久性產(chǎn)生影響，尤其是硫化物、堿骨料反應(yīng)與鋼筋銹蝕，雖然不會在一開始便對清水混凝土產(chǎn)生破壞作用，但是隨著使用時間的延長，其破壞程度將急劇增加。

雖然因素眾多、機理復(fù)雜，但這些因素的共同點是：腐蝕作用都與清水混凝土的滲透性有關(guān)。圖2說明了滲透性對混凝土耐久性影響。

因此，清水混凝土的抗?jié)B性對耐久性的影響最大，被人們看作是評價清水混凝土的最重要的綜合指標信息，也是目前人們研究最多的一個影響因素。外界的腐蝕性物質(zhì)首先要滲透進入混凝土內(nèi)部與混凝土的某些組分發(fā)生反應(yīng)才能產(chǎn)生破壞作用。清水混凝土的抗?jié)B性包括抗透氣性和抗透水性，直接受到混凝土抗碳化性、抗泛白(返堿)性、增白(防鹽)性、護筋性及抗腐蝕性等的影響。

1)抗?jié)B性對抗碳化性的影響。清水混凝土的碳化指的是空氣中的二氧化碳和某些酸性物質(zhì)進入混凝土間隙的氫氧化鈣溶液中，并與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而引起清水混凝土pH值降低的一種現(xiàn)象。實驗表明，清水混凝土只有在堿性條件下才能在表面產(chǎn)生一層致密的氧化膜而起到保護作用，使鋼筋不被銹蝕進而增加清水混凝土的耐久性，由于混凝土發(fā)生碳化pH值降低，使鋼筋表面不能形成保護膜或保護膜遭到破壞，導(dǎo)致鋼筋表面銹蝕，體積膨脹，進而導(dǎo)致包裹在鋼筋外部的清水混凝土受到內(nèi)部鋼筋膨脹的支撐的力，使清水混凝土表面出現(xiàn)裂痕甚至直接破裂，不僅降低了清水混凝土的建筑美觀性，還降低了混凝土的質(zhì)量和安全性。因此提高清水混凝土的抗碳化性對于提高抗?jié)B性，進而增加清水混凝土的耐久性有著重要的意義。

2)抗?jié)B性對抗泛白(泛堿)性的影響。清水混凝土可分為初次泛白和第二次泛白，初次泛白是泛堿，出現(xiàn)在整個表面，第二次泛白是水分溶解氫氧化鈣，會不均勻的出現(xiàn)在表面某個局部區(qū)域。

清水混凝土表面泛白也可稱為泛堿或起霜，通常認為水泥處于水化過程時，即硅酸三鈣與硅酸二鈣水化生成C-S-H凝膠時，會形成大量的氫氧化鈣，氫氧化鈣在水中極易溶解，水化初期時存在于混凝土的游離水中，當清水混凝土開始凝結(jié)硬化時，處于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的含氫氧化鈣濃度較高的游離水會隨著混凝土的干燥而逐漸從內(nèi)部向外遷移，目的是補充在清水混凝土表面蒸發(fā)掉的部分水分，也就將溶于游離水中的氫氧化鈣帶出，并滯留在清水混凝土表面，此外氫氧化鈣還會與空氣中的二氧化碳和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生不溶于水的碳酸鈣白色沉淀，附著在清水混凝土表面上，這種硬化過程中的泛堿就稱為初次泛白。隨著時間的延長，清水混凝土的硬化速度逐漸下降，經(jīng)過不同溫度、氣候等的影響，水分會進入清水混凝土的內(nèi)部，將殘余的氫氧化鈣溶解，當混凝土的外表面水分減少時，內(nèi)部的游離水會再一次的將氫氧化鈣帶到清水混凝土的表面，形成第二次泛白。二次泛白并不會出現(xiàn)在清水混凝土的整個表面，而是局部出現(xiàn)，這就證明二次泛白與水泥比例、用量、密度、吸水率和孔隙率等因素有關(guān)，也就是在清水混凝土的表面粗糙且容易積水的部位或內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松多孔導(dǎo)致吸水率過大的部位容易產(chǎn)生多次泛白。提高清水混凝土的抗?jié)B性可以有效的防止內(nèi)部水分向外部遷移，防止外部的水分滲入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，從而減少泛白的發(fā)生。

3)抗?jié)B性對抗腐蝕性的影響。清水混凝土的腐蝕性主要原因在于硫酸根離子和氯離子。硫酸根離子溶于水，隨著水分通過毛細滲透作用滲入到清水混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中與某些可溶性的鹽或堿反應(yīng)，生成難溶性的鹽，使清水混凝土的內(nèi)部體積膨脹增大，對清水混凝土的表面的應(yīng)力超過了混凝土的承受范圍，導(dǎo)致清水混凝土表面出現(xiàn)裂紋或開裂進而影響清水混凝土的耐久性。同樣，氯離子也可以溶于水，通過毛細滲透等形式滲入到清水混凝土內(nèi)部，但與硫酸根離子的作用不同，氯離子并不是生成難溶性鹽，而是直接吸附在鋼筋的表面，破壞鋼筋的氧化膜或找到氧化膜薄的地方而穿過氧化膜，直接接觸鋼筋，造成鋼筋腐蝕，體積膨脹，使清水混凝土表面出現(xiàn)裂紋。提高清水混凝土的抗?jié)B性，可以有效的阻止硫酸根離子和氯離子進入清水混凝土內(nèi)部，減少鋼筋腐蝕，增加清水混凝土的耐久性。

此外，實驗結(jié)果表面，混凝土表層的滲透性可以分為3個級別，滲透系數(shù)越大，清水混凝土的表層滲透性越差，清水混凝土的抗?jié)B性越好，耐久性越好，如表1所示。

表1 混凝土表層滲透性分級表

1.2 清水混凝土的抗凍性

由于我國國土面積大，包括多種不同溫度帶，如熱帶、亞熱帶、溫帶等，溫帶中還包括暖溫帶和寒溫帶，這就使清水混凝土面臨著大幅度溫度差異的挑戰(zhàn)，尤其是在寒冷地區(qū)，水分進入清水混凝土的間隙，冷凍成冰，在毛細孔內(nèi)與未冰凍的水分形成滲透壓，使未冰凍的水分向冰凍區(qū)域流動，同時，冰凍的水分由于體積膨脹，增加了對清水混凝土的應(yīng)力，而未冰凍的水分由于表面張力使泥石產(chǎn)生收縮趨勢，當清水混凝土中的水分不斷的冷凍融解，清水混凝土內(nèi)部受到連續(xù)的膨脹力和收縮力，最終導(dǎo)致清水混凝土出現(xiàn)裂痕甚至開裂破碎，降低其耐久性。

1.3 清水混凝土的抗風化性

清水混凝土表面沒有裝飾和保護，直接暴露在空氣中，受到空氣中二氧化碳、二氧化硫、硫化氫等的影響，清水混凝土表面的氫氧化鈣會與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成酸性的二水硫酸鈣或三水硫酸鈣，為防止水分的流失，這些酸性物質(zhì)會與清水混凝土中的碳酸鈣發(fā)生反應(yīng)生成可溶性物質(zhì)，再隨著氣候的變化，造成清水混凝土的風化，降低清水混凝土的耐久性。

1.4 清水混凝土的抗污染性

其污染性是由于清水混凝土中的含硫雜質(zhì)會產(chǎn)生易吸附粉塵的硫酸鈣，這些粉塵雜質(zhì)會隨著硫酸鈣的流動而流動，最后滯留在清水混凝土的表面，直接影響清水混凝土的外表面質(zhì)量。

2 解決措施

提高清水混凝土耐久性要綜合考慮多種因素對耐久性的影響。

第一，在工程設(shè)計措施方面，要充分考慮環(huán)境的因素，比如溫度、光照、空氣、水分等，其次是要有合理的構(gòu)件形式和配筋方式，如構(gòu)件過小，則無法保證保護層厚度，還會導(dǎo)致清水混凝土不易振實而疏松多孔，增加了滲透性，降低了耐久性，構(gòu)件外形也以簡單為宜。配合比設(shè)計合理，在集料的品種和粒徑的選擇中，在符合建筑條件的情況下，結(jié)合具體的實踐，通過試驗找出最合理的砂率；對于水泥的選擇也應(yīng)慎重，因為不同廠家生產(chǎn)的水泥各有不同，尤其是在標準稠度的用水量方面；水灰比在很大程度上會影響清水混凝土的抗?jié)B性能，應(yīng)在保證清水混凝土的質(zhì)量前提下，盡量降低水灰比，從而降低清水混凝土的密實度，減少混凝土的空隙，增加抗?jié)B性，進而增加耐久性；通過摻入高效減水劑降低用水量，使水泥處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，降低毛細管孔隙率，此外還可以在水泥表面形成一層保護膜，有利于增加其耐久性；加入高效活性礦物摻料可增加水泥石中水化物的穩(wěn)定性，加入足量的阻銹劑可有效的抑制氯離子的作用，起到抗腐蝕的保護作用。

第二，在施工工藝措施方面，一是要有足夠的保護層厚度，這一點對清水混凝土的耐久性有著關(guān)鍵性的作用，保護層厚度越大，其耐久性越好，但是，當對清水混凝土有保持外表美觀的要求時，要注意保護層的厚度，不可隨意增加；二是對原材料的控制，實際使用的原材料必須與設(shè)計的配合比高度一致，集料在應(yīng)用前需進行嚴格的篩選清洗，控制泥量，降低含水量差異；三是拌和澆筑過程的控制，做好澆筑前準備工作，嚴把清水混凝土運輸關(guān)，在澆筑過程中保證均勻性，可引入適量的微細氣泡以增加抗凍性；最后是對新澆清水混凝土的養(yǎng)護，控制好養(yǎng)護的時間、技術(shù)，盡可能增加日后清水混凝土的使用壽命。

3 結(jié)語

由于耐久性的影響因素復(fù)雜繁多，所以應(yīng)從不同方面，多角度，綜合性的解決其耐久性問題，增加清水混凝土的耐久性，不僅是增加建筑使用壽命、節(jié)約建筑成本的手段，更是保證建筑安全的重要條件。

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Analysis on the influence factors and measures for the durability of fair faced concrete

Guo Feng

(JichengConstructionEngineeringDetectionLimitedLiabilityCompany,YangquanCoalIndustryGroup,Yangquan045000,China)

This paper introduced the characteristics of fair faced concrete, from the impermeability, frost resistance, weathering resistance, anti pollution and other aspects, analyzed the factors influence of the durability of fair faced concrete, and from engineering design and construction technology two aspects, put forward some effective measures to prolong the service life of fair faced concrete construction.

fair faced concrete, durability, impermeability, construction technology

1009-6825(2017)05-0148-02

2016-12-06

郭 峰(1982- )，男，工程師

TU528

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