提高高性能混凝土耐久性

孔繼飛

摘要：耐久性是混凝土結(jié)構(gòu)功能之一。隨著生活水平的逐漸提高，人們對(duì)建筑的安全性、耐久性要求也越來越高。不久前，北京市開展的開展的保障性住房百年住宅標(biāo)準(zhǔn)的課題研究也表明耐久性問題引起了業(yè)內(nèi)的普遍重視。在建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中，必須重視耐久性問題，只有明確耐久性的相關(guān)要求和存在的問題，找出設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。才可以制定科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：高性能;混凝土;耐久性

1 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性

混凝土結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用年限內(nèi)，除應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和能安全地承受設(shè)計(jì)荷載外，還應(yīng)具有在所處的自然環(huán)境和使用條件下，長(zhǎng)期保持正常使用性能和外觀完整性的能力?；炷两Y(jié)構(gòu)耐久性分為材料的耐久性和結(jié)構(gòu)的耐久性兩個(gè)方面。

混凝土材料的耐久性包括抗?jié)B性、抗凍性、抗堿骨料反應(yīng)、抗腐蝕等幾個(gè)方面。影響混凝土耐久性的因素可分為內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素包括混凝土的水膠比，雜質(zhì)含量，鋼筋保護(hù)層厚度，外加劑不當(dāng)或錯(cuò)誤，振搗不密實(shí)或外觀疵病缺陷等;外部因素即外部環(huán)境影響包括：（1）鋼筋被有害氣體、液體腐蝕;（2）混凝土碳化;（3）凍融循環(huán)、溫濕變化;（4）堿-骨料反應(yīng);5.物理性損害（磨損、風(fēng)蝕）等。其中，混凝土的碳化，堿-骨料反應(yīng)和鋼筋的腐蝕對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性影響最大，必須采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

2 當(dāng)前我國(guó)建筑工程結(jié)構(gòu)耐久性存在的問題

相關(guān)調(diào)查表明，國(guó)內(nèi)大多數(shù)工業(yè)建筑物在使用25～30年后即需大修，處于惡劣環(huán)境下的建筑物使用壽命僅15～20年。民用建筑和公共建筑的使用環(huán)境相對(duì)較好，一般可維持50年以上，但陽(yáng)臺(tái)、雨蓬等露天構(gòu)件的使用壽命通常僅在30年左右。

筆者于2010左右參加了中小學(xué)校舍安全工程，曾對(duì)大量的既有校舍進(jìn)行了抗震鑒定和加固工作，在現(xiàn)狀現(xiàn)場(chǎng)踏勘中發(fā)現(xiàn)，建于上世紀(jì)八十年代的校舍，處于室內(nèi)環(huán)境的混凝土構(gòu)件外觀基本良好，但處于室外環(huán)境的外走廊梁柱、雨蓬、欄板等混凝土構(gòu)件多數(shù)存在下列情況的一項(xiàng)或多項(xiàng)：混凝土龜裂或酥松，漏筋或鋼筋腐蝕嚴(yán)重，存在過大裂縫等。另外，施工管理和施工水平也是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素。筆者在一個(gè)加固工程中發(fā)現(xiàn)，揭開樓面裝修層發(fā)現(xiàn)，板面沿梁邊存在明顯的通長(zhǎng)裂縫，經(jīng)向原施工單位了解后判斷，此裂縫是施工時(shí)搶工期而過早拆除模板造成的。

3 混凝土耐久性設(shè)計(jì)影響因素

3.1 環(huán)境影響作用

環(huán)境是影響混凝土使用性能的關(guān)鍵因素。所以，在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)完全考慮建筑物周圍環(huán)境的具體情況，避免給混凝土結(jié)構(gòu)帶來影響?；炷敛牧陷^其他材料不同的是：其若長(zhǎng)期處于特殊的環(huán)境下，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)就會(huì)伴隨著時(shí)間的增加而出現(xiàn)改變，以此會(huì)給整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)帶來影響。因此，為了進(jìn)一步提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，延長(zhǎng)建筑工程的使用壽命，需結(jié)合環(huán)境條件，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)做出科學(xué)設(shè)計(jì)，確保充分地發(fā)揮出混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

3.2 混凝土的碳化反應(yīng)

在一般的硅酸鹽水泥混凝土中，水泥熟料的主要礦物成分包括以下幾種，分別是硅酸鹽三鈣、硅酸鹽二鈣、鋁酸三鈣以及石膏等等，而水化產(chǎn)物則主要為水化硅酸鈣和氫氧化鈣兩種，充分水化之后混凝土空隙水溶液為氫氧化鈣飽和溶液，PH值為12-13，呈現(xiàn)出堿性‘而外部環(huán)境當(dāng)中酸性氣體二氧化碳或者液體隨時(shí)會(huì)侵入到混凝土當(dāng)中，和水泥熟料中的堿性物質(zhì)發(fā)生碳化反應(yīng)，混凝土中的PH值就會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。關(guān)于如何有效阻止混凝土碳化反應(yīng)的出現(xiàn)或者有效減緩混凝土碳化的反應(yīng)程度，筆者提出以下兩個(gè)方面的建議：

首先，加強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，減少工業(yè)殘?jiān)蛷U料的排放。外界環(huán)境中二氧化碳的含量是非常高的，混凝土的碳化反應(yīng)幾乎是沒有辦法完全阻止的。但是，我們可以盡全力去控制好人為因素影響下產(chǎn)生的二氧化碳排放量，其中，最主要的便是控制好工業(yè)化廢料和殘?jiān)呐欧帕?，控制好二氧化碳的濃度的增加，?qiáng)化環(huán)保意識(shí)，進(jìn)而有效控制混凝土碳化現(xiàn)象的產(chǎn)生。

其次，提高混凝土的強(qiáng)度和密度。在水泥水化的過程當(dāng)中，混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生非常多的孔隙、氣泡以及毛細(xì)管等等，外部環(huán)境中的二氧化碳便會(huì)通過這些孔隙、氣泡以及毛細(xì)管等深入到混凝土的內(nèi)部，并且在混凝土的內(nèi)部擴(kuò)散開來，與混凝土孔隙、氣泡以及毛細(xì)管當(dāng)中的液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終生成碳酸鈣鹽，這就很有可能造成原反應(yīng)物體積發(fā)生膨脹，其中PH值也會(huì)隨之降低，而混凝土的膠凝孔隙和一部分孔隙被碳化的產(chǎn)物發(fā)生堵塞，混凝土的強(qiáng)度和密度會(huì)隨之提高很多，這就在很大程度上減輕了二氧化碳的擴(kuò)散情況，在一定程度上阻止了碳化反應(yīng)的發(fā)生。

3.3 鋼筋銹蝕

混凝土具有較強(qiáng)的堿性，而導(dǎo)致這一性能出現(xiàn)的主要原因?yàn)椋夯炷两Y(jié)構(gòu)內(nèi)含有大量的氫氧化鈣飽和溶液，導(dǎo)致鋼筋表面產(chǎn)生致密的鈍化膜，以此就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有效保護(hù)。但是，一旦混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)和空氣中的水分或者二氧化碳結(jié)合時(shí)，其就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的中和反應(yīng)，降低了混凝土結(jié)構(gòu)的堿性，因此也就缺乏了對(duì)鋼筋結(jié)構(gòu)的保護(hù)，導(dǎo)致鋼筋隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，逐漸出現(xiàn)銹蝕的情況[2]。

3.4 壽命設(shè)計(jì)

建筑混凝土材料的使用不是一勞永逸的，而是具有一定的壽命。所以，通常在設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)的過程中，一般都會(huì)進(jìn)行壽命設(shè)計(jì)，并將其主要分為：使用壽命、預(yù)期使用壽命以及設(shè)計(jì)使用年限等許多的種類。

4 提高高性能混凝土耐久性的方法

4.1 明確混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)目標(biāo)

要想增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，就應(yīng)首先明確混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)目標(biāo)，采用合理有效的耐久性設(shè)計(jì)方法，以便科學(xué)的提高建筑混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，確保能夠延長(zhǎng)混凝土的使用壽命。因此，在具體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選擇合適的混凝土材料，并結(jié)合建筑工程周圍的施工環(huán)境和使用年限等因素，科學(xué)地分配原材料的比例，這樣才能有效地增強(qiáng)混凝土使用的耐久性。倘若混凝土結(jié)構(gòu)具體應(yīng)用環(huán)境的溫度較低，就應(yīng)根據(jù)每年凍融次數(shù)來科學(xué)地應(yīng)用引氣劑，這樣才能有效地滿足建筑工程的實(shí)際居住需求。隨著使用時(shí)間的不斷增加，混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)受外界環(huán)境的影響，而發(fā)生相應(yīng)的化學(xué)侵蝕反應(yīng)，此時(shí)就可采用環(huán)氧涂層確保提高整個(gè)建筑工程的抗腐蝕性能。此外，對(duì)于不同的環(huán)境，應(yīng)建立不同的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，合理地選擇混凝土結(jié)構(gòu)的保護(hù)層，并設(shè)置合理的排水結(jié)構(gòu)，以此來有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的合理保護(hù)。

4.2 混凝土保護(hù)層厚度

化學(xué)離子的攝入和擴(kuò)散，需要一定的時(shí)間，而且與本身的濃度有關(guān)，在一定程度上來說，還與混凝土保護(hù)層本身的厚度有關(guān)。因此，要想有效維護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，可以結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究結(jié)果，根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求來提高混凝土的保護(hù)層厚度，這樣能夠避免那些化學(xué)離子在短時(shí)間內(nèi)就能夠到達(dá)混凝土結(jié)構(gòu)。

4.3 水泥品種和骨料

施工團(tuán)隊(duì)在選擇水泥品種和骨料的時(shí)候，必須要對(duì)品種和材料做深入的評(píng)估，而且要針對(duì)不同的影響因素去選擇適合的品種。目前經(jīng)過多次試驗(yàn)所得，國(guó)內(nèi)施工團(tuán)隊(duì)大多會(huì)選擇那些低堿度，低需水量的水泥材料。而且還需要選擇那些雜質(zhì)含量較少的，頂配的骨料，這樣能夠有效減小水泥結(jié)構(gòu)之間的空隙。

4.4 配合比

施工團(tuán)隊(duì)必須要選擇合適的配合比，將水泥用量，以及水分之間形成科學(xué)合理的配比，這樣能夠有助于形成一定的骨料來填補(bǔ)結(jié)構(gòu)之間的空隙，如果配合比過大或者過小，可能會(huì)導(dǎo)致這些材料降低使用性能。

4.5 外加劑

在施工的過程當(dāng)中，還可以采用一些有效的外加劑。比如常見的防銹劑，就是針對(duì)鋼筋結(jié)構(gòu)，容易產(chǎn)生生銹和腐蝕現(xiàn)象所研發(fā)而出的一種試劑，施工人員采用這種外加劑可以有效加強(qiáng)鋼筋混凝土本身的預(yù)應(yīng)力穩(wěn)定性能。除此之外，還需要加強(qiáng)對(duì)施工過程的控制和管理，根據(jù)實(shí)際情況，合理運(yùn)用一些外加試劑和設(shè)備。而且需要加強(qiáng)操作人員的規(guī)范意識(shí)和自覺意識(shí)，讓他們能夠從設(shè)計(jì)階段到施工階段，以及管理環(huán)節(jié)都能夠落實(shí)，增強(qiáng)預(yù)應(yīng)力穩(wěn)定性能的措施。

4.6 嚴(yán)格控制施工環(huán)節(jié)

（1）高性能混凝土通常具有高敏感性，對(duì)材料溫度的變化極為敏感，所以需要分別進(jìn)行夏季和冬季配合比設(shè)計(jì)，根據(jù)季節(jié)及氣溫變化情況確定配合比參數(shù);在施工中，應(yīng)根據(jù)外界氣溫變化情況適時(shí)增減外加劑摻量，既要避免高溫時(shí)出現(xiàn)混凝土坍落度損失過大，又要避免氣溫出現(xiàn)突降并維持一段時(shí)間后出現(xiàn)混凝土離析現(xiàn)象。（2）嚴(yán)格控制水泥中的C3A含量，降低混凝土早期水化熱，減少混凝土微觀裂紋及受力裂縫，確?；炷聊途眯詽M足要求。（3）嚴(yán)格控制骨料的含泥量及石粉含量，以達(dá)到降低混凝土骨料比表面積的目的。（4）針對(duì)前文提到的微觀裂紋產(chǎn)生的機(jī)理，應(yīng)該從減緩膠凝材料的初期水化速率、降低芯部與周邊及外界環(huán)境的溫度差、降低芯部與周邊的硬化速率差及收縮速率差等環(huán)節(jié)著手予以解決。（5）粉煤灰的需水量比對(duì)混凝土的工作性、耐久性具有重大影響，所以“需水量比”指標(biāo)應(yīng)盡量控制在下限。（6）對(duì)砂、石堆場(chǎng)及拌合用水進(jìn)行遮蓋保溫處理，避免溫度出現(xiàn)驟變;夏季進(jìn)行混凝土拌合施工時(shí)，可將冰塊破碎后加入拌和用水中，以降低拌合用水溫度;新進(jìn)場(chǎng)水泥的溫度通常較高，可將水泥靜置幾晝夜后再使用。（7）嚴(yán)格控制混凝土拌和時(shí)間，一般以180s為宜。（8）夏季施工時(shí)，盡量在氣溫較低時(shí)進(jìn)行混凝土澆筑施工，混凝土入模溫度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求，針對(duì)大體積混凝土，應(yīng)采取有效的降溫措施。（9）施工中盡量保持混凝土坍落度穩(wěn)定，保證混凝土拌合物的均質(zhì)性。（10）混凝土表面龜裂通常是收縮應(yīng)力引起，解決措施是加強(qiáng)混凝土覆蓋養(yǎng)護(hù);連續(xù)貫穿的裂紋通常是由溫度應(yīng)力引起的，解決方法針對(duì)大體積混凝土采取有效降溫措施，同時(shí)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，減少構(gòu)件芯部與構(gòu)件表面及外界的溫差。（11）在進(jìn)行混凝土澆注作業(yè)時(shí)，應(yīng)采用多點(diǎn)澆筑，在墩柱和現(xiàn)澆梁腹板施工時(shí)，應(yīng)增加串筒等混凝土減速裝置，避免將混凝土直接噴射在鋼筋上，造成骨料和漿液離析情況，從而影響混凝土構(gòu)件的均質(zhì)性。

4.7 強(qiáng)化施工質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)體系

企業(yè)在經(jīng)營(yíng)和發(fā)展中制訂的相應(yīng)規(guī)章制度是企業(yè)不斷深化發(fā)展的重要基礎(chǔ)和方針，在企業(yè)進(jìn)行建設(shè)的過程中能有章可循，在既定范圍內(nèi)有效提升工程建筑的質(zhì)量。那么企業(yè)在進(jìn)行房屋建筑工程建設(shè)的施工過程中能建立健全的監(jiān)督管理機(jī)制，保證工程運(yùn)行下能得到制度上的指導(dǎo)。進(jìn)而在工程推進(jìn)中能保障各個(gè)工作環(huán)節(jié)的有效銜接。工作人員應(yīng)將責(zé)任感貫徹落實(shí)在自身的工作內(nèi)容中，不斷踐行和完善自身的工作方式方法，保證工作能順利完成[3]。

4.8 全面實(shí)施人才培養(yǎng)機(jī)制

混凝土工程建設(shè)過程中出現(xiàn)的大量問題，基本都是混凝土工程中人才技術(shù)缺失造成的，進(jìn)行有效的工程設(shè)計(jì)和質(zhì)量?jī)?yōu)良的工程建設(shè)，需要強(qiáng)大的人才基礎(chǔ)支撐。因此，工程建設(shè)單位應(yīng)保證在進(jìn)行建設(shè)的過程中具備完善的人才基礎(chǔ)。在工程建設(shè)中發(fā)揮老員工的工作經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而對(duì)新員工進(jìn)行相應(yīng)的幫助和指導(dǎo)，逐漸建立完善的工作團(tuán)隊(duì)，保障在工作環(huán)節(jié)技術(shù)的穩(wěn)定實(shí)施。企業(yè)也應(yīng)積極吸引具有專業(yè)能力和專業(yè)素養(yǎng)的新員工參與工作，給予企業(yè)發(fā)展一定的新鮮血液，增強(qiáng)企業(yè)建設(shè)的活力和能動(dòng)性。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性能的強(qiáng)弱在很大程度上影響著整體建筑的質(zhì)量，相關(guān)部門和人員必須要高度重視起混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能，要加大對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究力度，全面提升混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能。

（作者單位：中國(guó)建筑土木建設(shè)有限公司? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?中土木（北京）技術(shù)檢測(cè)有限公司）