混凝土的耐久性問題

李曉敏 時澤俊 高新安

（1、2.山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，山東青島266590；3.山東一順建設(shè)有限公司，山東濟(jì)寧272200）

混凝土因其高耐久性、良好的完整性和高抗壓強(qiáng)度而廣泛應(yīng)用于高層建筑、橋梁工程、港口和海洋工程以及特殊結(jié)構(gòu)，可以說任何現(xiàn)代建筑項目都離不開混凝土。與其他常見的建筑材料相比，水泥混凝土生產(chǎn)具有能耗低、原料與工藝簡單、生產(chǎn)成本低、耐用性強(qiáng)、耐火性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)、使用方便、來源廣等特點。

1 混凝土耐久性的基本理論

混凝土結(jié)構(gòu)處在大氣、海洋、土壤以及工業(yè)等不同情況的環(huán)境中，耐久性能就是混凝土結(jié)構(gòu)在不同的環(huán)境中仍能保持自己的工作能力，混凝土的承載能力、安全性、實用性能滿足工作要求。影響混凝土耐久性的主要因素是混凝土的配合比、堿骨料反應(yīng)、鋼筋、不滲透性和混凝土抗凍性腐蝕的碳化。

2 影響混凝土耐久性的因素

2.1 混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)良的配合比

正確合適的配合比是混凝土結(jié)構(gòu)保證耐久性的重要前提，不同環(huán)境、不同工程中所用的混凝土配合比是不同的，沒有一種確定的配合比是適合于所有工程的，環(huán)境的不同所需要的外加劑也存在著差異，因此，在每個建筑項目開工前都需要根據(jù)現(xiàn)場情況做配合比試驗并進(jìn)行驗收，如在東北地區(qū)凍融交替的環(huán)境中，就需要考慮加入加氣劑，以此提高混凝土結(jié)構(gòu)凍融交替的次數(shù)。

2.2 堿骨料反應(yīng)

堿骨料反應(yīng)是指水泥原料中氧化鈉與氧化鉀在混凝土制備過程中與水元素共同作用，形成氫氧化鈉與氫氧化鉀兩種易分解化學(xué)物質(zhì)，并且這兩種物質(zhì)與骨料中的活性二氧化硅結(jié)合形成了堿硅膠和堿。該凝膠迅速擴(kuò)大，在水的存在下最終導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度降低。因此，為了避免堿骨料反應(yīng)，可以采用含堿量低的水泥或者在水泥中摻入火山灰質(zhì)的添加劑，亦或直接采用火山灰硅酸鹽水泥吸收混凝土結(jié)構(gòu)中的活性鈉離子和鉀離子，與飛灰、爐渣、硅粉末和其它外加劑減少混合制備混凝土，以此減少堿骨料反應(yīng)的發(fā)生。

2.3 鋼筋銹蝕破壞

鋼筋外邊面保護(hù)層較小會使鋼筋與外部的酸性物質(zhì)發(fā)生電化反應(yīng)，從而使鋼筋的抗拉性能降低，若混凝土再開裂，會形成水與氧通路，更加速鋼筋的銹蝕過程，最終碳化的鋼筋會與混凝土結(jié)合形成的氧化鐵薄膜（強(qiáng)化鈍化膜）被破壞并產(chǎn)生銹，促進(jìn)混凝土裂縫的快速發(fā)展。

⒉4 抗?jié)B性

混凝土結(jié)構(gòu)的滲透性在耐久性能中起到了極為重要的作用。抗?jié)B性是指混凝土結(jié)構(gòu)抵抗水滲入混凝土孔隙的能力，這種孔洞是由于在混凝土硬化期間混凝土的蒸發(fā)，以便在配制混凝土?xí)r獲得一定程度的結(jié)構(gòu)流動性。一般而言，具有良好不滲透性的混凝土具有高密實性和良好的混凝土耐久性。

⒉5 抗碳化

碳化作用就是空氣中的二氧化碳不斷進(jìn)入混凝土內(nèi)部，與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，明顯降低混凝土的PH值，環(huán)境、工程、物質(zhì)等因素都是造成混凝土碳化的主要因素，在實際操作中混凝土的攪拌、振動以及維護(hù)都會影響其碳化。

⒉6 抗凍性

混凝土的抗凍性是指在使用過程中經(jīng)歷多次凍融作用反應(yīng)后，混凝土沒有明顯破裂并且強(qiáng)度沒有明顯降低。空洞率越大，孔洞中的水越能達(dá)到飽和性，進(jìn)而抗凍性能就會越差。造成這一現(xiàn)象的原因往往就是冷凍凍結(jié)后，孔洞中的水體積膨脹，所產(chǎn)生的壓力對結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生破壞，多次反復(fù)發(fā)生凍融作用，混凝土的強(qiáng)度將逐漸降低,最終導(dǎo)致?lián)p壞。混凝土的抗凍性主要與水泥石的含水狀態(tài)、水泥石的透水性、冷凍速度、內(nèi)部孔的分隔距離等因素有關(guān)。

3 提高混凝土耐久性的途徑

3.1 技術(shù)途徑

3.1.1 摻入高效減水劑

水泥和水以一定比例混合后通過攪拌產(chǎn)生絮凝物質(zhì)，其中的混合水大量被膠封，造成混凝土結(jié)構(gòu)的可加工性明顯降低。在電排斥的作用下，水泥—水系統(tǒng)不僅處于相對穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，而且處于水泥顆粒中。

3.1.2 消除混凝土自身的結(jié)構(gòu)破壞因素

混凝土結(jié)構(gòu)除了在環(huán)境因素中會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞以外，其自身的化學(xué)因素也可能導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的物理和化學(xué)反應(yīng)，造成混凝土結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致混凝土的和易性損失。因此，提高混凝土的耐用性是必要的，以減少或消除這些結(jié)構(gòu)失效的因素。從原料引入限制或消除二氧化硅可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞和腐蝕鋼的內(nèi)容，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)控制，避免收縮和溫度破解，并提高混凝土的耐用性。

3.1.3 保證混凝土的強(qiáng)度

在混凝土內(nèi)部形成主要影響的就是強(qiáng)度和耐久性兩種因素，這與水灰比密切相關(guān)。在混凝土結(jié)構(gòu)完全凝結(jié)硬化后，會隨著水灰比的降低，出現(xiàn)孔隙率明顯降低的現(xiàn)象，并且混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也在不斷增加，同時隨著孔隙率的降低，混凝土的抗?jié)B性也得到改善。另外，在消除內(nèi)部損傷因素的條件下，隨著混凝土強(qiáng)度的增加，其抵抗環(huán)境侵蝕因子的能力更強(qiáng)。

3.2 施工途徑

3.2.1 原材料的選用

①過期、受潮、生產(chǎn)不合格的水泥不能參與使用結(jié)構(gòu)，保證有出廠合格證，并在監(jiān)理工程師的見證下按照說明書的要求來樣和復(fù)試。

②結(jié)構(gòu)中的細(xì)集料采用中砂，石頭由硬砂礫制成。不同批次使用的粗骨料和細(xì)骨料應(yīng)平均送至專業(yè)部門檢驗。嚴(yán)格禁止不符合要求的抽樣指標(biāo)。

③水、外加劑水使用飲用水。

3.2.2 配合比確定

為了確定混凝土結(jié)構(gòu)合適的配合比，應(yīng)委托專業(yè)實驗室進(jìn)行詳細(xì)的計算和試驗，并根據(jù)實際試驗結(jié)果對配合比進(jìn)行合適的調(diào)整。由于環(huán)境的不斷變換，對砂石含水量造成了嚴(yán)重影響，因此，應(yīng)及時測定砂石的含水率，以確定實際的加水量，控制混凝土的水灰比。當(dāng)氣候正常時，需要每隔臺班測量水含量。如果下雨，應(yīng)加密測量?；旌匣炷恋膶嶋H加水量是扣除骨料本身的含水量后的值，比例為0.5，以確?；炷恋膹?qiáng)度。

3.2.3 嚴(yán)格計量控制

材料用量的允許偏差標(biāo)準(zhǔn)是應(yīng)準(zhǔn)確測量混凝土配合比。礫石必須超重,允許偏差≤3%；對水泥進(jìn)行取樣和稱重,計算每袋的平均重量,偏差≤2%,耗水量和外加劑允許偏差≤2%。所用的水量和混合量可以根據(jù)事先調(diào)整的實際量來制定。嚴(yán)格要求將手推車運(yùn)送到每輛車,秤由專業(yè)人員測量,以確保準(zhǔn)確的重量測量?；旌蠒r間由專人監(jiān)督,主要部分報告監(jiān)督站進(jìn)行監(jiān)測。

3.2.4 混凝土拌制

①拌制第一盤混凝土?xí)r，首先加水至混合器幾分鐘,充分潤濕混合器管，傾倒剩余的水。第一盤混凝土攪拌由于砂漿粘筒壁而損失，因此，石的用量應(yīng)按配合比減小。從第二盤開始，根據(jù)混合比投料，饋送順序為：石—水泥添加劑—砂。

②在混凝土加工過程中，應(yīng)保證混凝土的攪拌時間在120秒以下，并且混凝土混合時間不大于180秒。

③雨季(天)施工應(yīng)測量砂石的水分含量，并調(diào)整水的消耗和粗、細(xì)骨料在任何時間的量?；炷翝仓?yīng)在暴雨期間停止。

3.2.5 混凝土運(yùn)輸

混凝土攪拌完成后，通過輸送泵輸送到澆注點，在輸送過程中保證其流動性。

3.2.6 混凝土澆筑

混凝土澆筑后要避免太陽直射，用遮陰膜蓋住。

4 結(jié)語

通過以上對混凝土耐久性的研究，可見混凝土的耐久性能需要從選擇合理的水泥品種、選擇質(zhì)量良好的砂石骨料、控制水灰比及保證足夠的水泥用量、摻入減水劑或引氣劑等措施改善混凝土結(jié)構(gòu)，提高混凝土的抗?jié)B性和抗凍性，改善施工操作,保證施工質(zhì)量。