混凝土耐久性若干問題的討論

張亞東 中鐵二十二局集團第六工程有限公司

1 引言

在使用環(huán)境相對較差的情況下，越來越多的混凝土因缺乏耐久性而損壞，而不是缺乏機械強度。例如，目前已投入使用一個冬天的路面混凝土將遭到嚴(yán)重剝落；一些混凝土軌枕使用后不久，甚至使用前，都會出現(xiàn)網(wǎng)格裂縫；長期未給水的建筑物會因冰凍而受損等等。

2 混凝土耐久性差的影響與危害

混凝土被廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)當(dāng)中，因為人們都會認(rèn)為混凝土的結(jié)構(gòu)是一種堅固的，并且很難自然損壞。但是因為混凝土的耐久性差而造成的坍塌案例數(shù)不勝數(shù)。若是混凝土的耐久性不達(dá)標(biāo)，將會影響到建筑物的整體結(jié)構(gòu)，為人民群眾的生命財產(chǎn)安全都造成一定的影響。如果抗?jié)B性不好，水滲透到混凝土內(nèi)部，會導(dǎo)致混凝土膨脹甚至開裂；抗侵蝕性不好，會使混凝土表面逐漸發(fā)生剝落現(xiàn)象，進而引起混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕；抗凍性不好，在寒冷地區(qū)，會發(fā)生混凝土開裂現(xiàn)象，嚴(yán)重的會產(chǎn)生貫穿裂縫；抗碳化性能不好，在水分或者其他有害性介質(zhì)侵入的情況下，鋼筋會發(fā)生銹蝕，并且加快混凝土收縮，從而導(dǎo)致混凝土裂縫甚至結(jié)構(gòu)破壞。因此在我們工程建設(shè)中必須保證混凝土耐久性能的良好。

3 影響混凝土耐久性的關(guān)鍵—低滲透性

長期以來，人們從一個因素來評價與研究混凝土的耐久性。例如，為了抵抗硫酸鹽的腐蝕，要降低鋁酸鹽的含量；如果發(fā)現(xiàn)堿-骨料反應(yīng)的跡象，必須對骨料或者是低堿水泥進行更換。事實上，混凝土也需要像人類一樣提高整體免疫力，而環(huán)境侵蝕也像是各種細(xì)菌的侵襲，造成“交叉感染”，比如硫酸鹽腐蝕混凝土往往與凍結(jié)、堿—骨料反應(yīng)和腐蝕增強重疊。

國內(nèi)外使用的高效減水劑顯著降低了混凝土的水膠比，混凝土的滲透性顯著降低，混凝土的耐久性與水和其它有害物質(zhì)滲入其內(nèi)部的數(shù)量、范圍等有關(guān)，因此抗?jié)B性能高的混凝土，抗各種侵蝕能力顯著提高?；炷量?jié)B性能對混凝土耐久性有著重要的意義。

4 混凝土的試驗評價方法

評估混凝土耐久性的主要問題是，評估混凝土的耐久性需要很長的時間，與工作的程度和強度不同，評估結(jié)果不能夠立即或在很短的時間內(nèi)得到，通常使用不同的快速測試方法來評估混凝土的耐久性，但這些方法通常是單獨準(zhǔn)備的在模擬條件下進行試驗的樣品，具有一定的局限性?；炷猎诤艽蟪潭壬鲜苁┕に胶蛯嶋H環(huán)境條件的影響，無法預(yù)測混凝土的生存能力，但一些試驗方法在一定程度上有助于質(zhì)量控制。

抗?jié)B性是指混凝土抵抗壓力水滲透的能力，是混凝土耐久性最基本的一個因素。工程中一般用混凝土滲透儀檢測，是將一組（6塊）圓柱形試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護的條件下不少于28天，表面涂抹一層密封材料，裝入抗?jié)B儀上進行試驗，試驗時從0.2MPa開始逐級增加水壓，一直加至6個試件中3個試件表面發(fā)現(xiàn)滲水，即可停止試驗。此方法可快速評價混凝土的滲透性能，是工程中常用的一種方法。

抗凍性，是指混凝土在飽和水狀態(tài)下，多次凍融循環(huán)后仍保持原有性能不顯著降低的能力。我國混凝土抗凍性試驗一般執(zhí)行GB/T 50082—2009，此方法是將100mm×100mm×400mm 的棱柱體試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護24天，然后水中浸泡4天后開始試驗。每次凍融循環(huán)中試件的冷凍時間不少于4小時，然后立即放入水中轉(zhuǎn)入融化狀態(tài)。每25 個循環(huán)進行一次外觀檢查，并進行稱重，當(dāng)平均質(zhì)量損失率超過5%時可停止試驗?？箖鰳?biāo)號應(yīng)以抗壓強度損失率不低于25%，質(zhì)量損失率不超過5%時的最大凍融次數(shù)確定。此方法試驗簡便，容易操作，可快速評價混凝土抗凍性能指標(biāo)，為混凝土的質(zhì)量控制提供參考。

電通量，是混凝土在直流恒電壓作用下通過的電量值大小來評價混凝土的抗氯離子滲透性能，也可用來間接評價混凝土的密實性。電通量采用直徑100mm，高50mm 圓柱形試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28天后進行真空飽水，然后放于試驗槽內(nèi)并檢查密封性。將NaCl 和NaOH 分別注入兩個試驗槽中，正確連接電源后，施加60V 直流電壓。過程中記錄電流值，直至通電6小時。由于鋼筋銹蝕造成的混凝土耐久性損傷占很大比例，而氯離子侵蝕是鋼筋銹蝕的主要原因，電通量試驗是測定混凝土耐久性的重要指標(biāo)。

5 混凝土耐久性的控制措施

5.1 原材料選用要精細(xì)

水泥是混凝土一個必不可少的重要組成材料，其性能對混凝土耐久性有很大的影響。水泥要選用強度合格，收縮小的水泥。水泥細(xì)度是個重要的物理指標(biāo)，水泥顆粒過粗，會使水泥水化反應(yīng)速度慢，早期強度過低；水泥越細(xì)其活性就越高，早期水化熱過分集中，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生收縮裂縫，對混凝土耐久性能很不利,因此要控制水泥細(xì)度不小于300m2/kg。

粗骨料要選用堅硬、級配好、潔凈的低吸水率、低孔隙率的碎石，并且要有穩(wěn)定的物理性能、化學(xué)性能，不能與水泥發(fā)生有害反應(yīng)。母巖抗壓強度與基礎(chǔ)混凝土結(jié)構(gòu)強度之比大于2，為獲得密實、高強度的混凝土，骨料級配必須良好；含泥量、硫化物和硫酸鹽含量等有害物質(zhì)指標(biāo)及針片狀含量要符合規(guī)范要求，為保證混凝土耐久性要做粗骨料的堅固性試驗和堿活性試驗。

細(xì)集料最好選用天然中砂，級配良好，質(zhì)地堅固、顆粒潔凈細(xì)集料模數(shù)2.6～3.0。砂的含泥量和泥塊含量對混凝土耐久性危害是很大的，砂中的泥可包裹在砂的表面，妨礙砂與水泥的有效粘結(jié)。并且泥的吸附能力較強，會加大用水量，降低混凝土的抗凍性能和抗?jié)B性能，所以必須要控制其含量。如果指標(biāo)超過規(guī)范要求，可采用水洗的方法處理。

5.2 加入摻合料和外加劑

隨著技術(shù)水平的提高，混凝土不僅僅是水泥、砂、石、水的簡單組合，目前粉煤灰、礦粉、減水劑、引氣劑等材料得到廣泛的應(yīng)用。對于這些材料的應(yīng)用，不但提高了混凝土的強度、和易性等性能，對混凝土的耐久性也有著非凡的意義。長期的工程實踐及試驗資料表明，混凝土中加入適量的引氣劑對混凝土的抗凍性能是有很大提高的，它可以使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量的微小的封閉氣泡。這些氣泡可以阻斷內(nèi)外部水的通道，降低混凝土的滲透性，并且這些氣泡切斷了部分毛細(xì)管道，能使混凝土結(jié)冰時產(chǎn)生的膨脹力得到緩解，起到緩沖減壓的作用。雖然引氣劑對混凝土抗凍性有提高作用，但摻量不可過大，否則會降低混凝土的強度，得不償失。減水劑是目前混凝土必不可少的一部分，減水劑可以大大的減少用水量，降低水膠比，提高混凝土強度和密實度，對混凝土的耐久性有著很大的改善作用。混凝土中粉煤灰、硅灰、礦渣粉等礦物摻合料的加入，對混凝土抗凍性的有著明顯的提高，凍融循環(huán)300次后混凝土的動彈性模量與重量基本無變化。對混凝土性能的改善，不僅體現(xiàn)在抗凍性、抗?jié)B性、抗碳化等耐久性方面，對混凝土的強度、水化熱、和易性、凝結(jié)時間等都有著顯著的改善作用。

5.3 加強混凝土施工工藝控制

提高混凝土的耐久性除上述幾點之外，施工工藝方面也是個重要的環(huán)節(jié)，包括混凝土的拌合、運輸、澆筑、振搗等方面?；炷辽a(chǎn)最好采用集中拌合的方式，大型的拌合站有著相對精確的計量系統(tǒng)，可減小材料的稱量誤差，這樣施工配合比可得到有效的控制，拌合時間要控制好，一般不小于90秒。另外，降雨后拌合站應(yīng)根據(jù)砂石料的實際含水率調(diào)整混凝土加水量和砂石料用量，其他材料摻量不得改變。運輸?shù)倪^程中采用專業(yè)的混凝土運輸車，可保持混凝土的均勻性，不產(chǎn)生離析現(xiàn)象。并提前規(guī)劃好行走路線，道路盡可能平坦，盡量縮短運輸時間，保證混凝土質(zhì)量?；炷翝仓耙崆耙?guī)劃好方案，澆筑層厚不宜過大，要振搗充分，上下層結(jié)合良好。

6 結(jié)語

混凝土的耐久性是個涉及諸多因素的復(fù)雜問題。正確的設(shè)計、選材和嚴(yán)格的施工工藝是保證混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵。同時，現(xiàn)階段還需要解決必要的管理和維護問題，只有這樣才能保證和提高特定結(jié)構(gòu)的生存能力，保證中國建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。