李慶錫

（浙江省交通投資集團(tuán)有限公司，浙江杭州 310020）

混凝土耐久性再次探討

李慶錫

（浙江省交通投資集團(tuán)有限公司，浙江杭州 310020）

混凝土的耐久性是指混凝土在使用條件下抵抗各種外界破壞因素的影響，仍然長(zhǎng)期保持強(qiáng)度和外觀完整性的能力。影響混凝土耐久性的因素很多，本文從配合比設(shè)計(jì)開(kāi)始，并結(jié)合混凝土碳化、凍融、鋼筋銹蝕等方面進(jìn)行闡述，分析其影響耐久性的因素，并對(duì)施工中的控制措施進(jìn)行簡(jiǎn)要分析研究。

混凝土結(jié)構(gòu) 耐久性 因素

近年來(lái)，隨著我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的不斷拓展，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性要求日益為人們所關(guān)注，在各種設(shè)計(jì)規(guī)程中，均把耐久性列為混凝土的一項(xiàng)重要指標(biāo)。為了確保混凝土結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)使用年限要求，應(yīng)充分分析影響混凝土耐久性的主要因素，從配合比設(shè)計(jì)階段著手，結(jié)合工程所處的環(huán)境、當(dāng)?shù)氐脑牧瞎?yīng)情況、施工方法等，從而維持混凝土結(jié)構(gòu)的安全和正常使用。

1. 混凝土耐久性控制的重要性

混凝土結(jié)構(gòu)在其應(yīng)用期間，很多結(jié)構(gòu)失效問(wèn)題會(huì)直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的使用壽命急劇縮短，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效問(wèn)題的原因很多，其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足造成結(jié)構(gòu)承受荷載不利變化情況普遍，而耐久性也是影響使用壽命的決定性因素。從國(guó)內(nèi)外大量工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，因鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性病害造成的工程損失是無(wú)法估量的，因此針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性這樣棘手的問(wèn)題勢(shì)，應(yīng)認(rèn)真研究和總結(jié)，既要對(duì)在建項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)合理的耐久性評(píng)估和服役期限預(yù)測(cè)并選用正確的方法進(jìn)行修復(fù)，又要對(duì)擬建項(xiàng)目進(jìn)行相關(guān)耐久性的設(shè)計(jì)研究工作，分析可能影響到混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的各項(xiàng)因素，從設(shè)計(jì)和施工兩個(gè)方面共同把關(guān)。

2. 混凝土配合比設(shè)計(jì)的考慮

本工程通過(guò)混凝土的配合比設(shè)計(jì)對(duì)材料和混凝土性能提出了明確的要求：最大膠凝材料用量不大于450kg/m3，最小膠凝材料用量不小于340 kg/m3；混凝土凝結(jié)時(shí)間不小于10h，含氣量為3%，56d的電通量小于1200C；其余指標(biāo)應(yīng)符合規(guī)范或設(shè)計(jì)要求。

2.1 原材料的選用

1）本地區(qū)工程采用兩種水泥：其一采用P·O42.5水泥，其二考慮P·O42.5水泥中混合料摻入量較大，與外加劑不易相容，因此部分結(jié)構(gòu)采用P·II52.5水泥。

2）摻合材料則選用I、II級(jí)粉煤灰、礦渣微粉等具有活性的礦物摻合材料，需水量比較低，在降低成本的同時(shí)，可以減少混凝土熱開(kāi)裂。

3）外加劑則選用聚羧酸高效減水劑，根據(jù)施工環(huán)境可選擇性加入聚丙烯等有機(jī)類(lèi)纖維材料。

4）嚴(yán)格控制粗細(xì)集料質(zhì)量，合理進(jìn)行集料的摻配，減少單位用水量，使用合理砂率，保證混凝土施工性能。細(xì)集料選用顆粒級(jí)配為II區(qū)的中砂。粗集料采用碎石，粒徑為5～25mm且顆粒級(jí)配良好。

2.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

本工程主體結(jié)構(gòu)混凝土配合比設(shè)計(jì)的主要理念：采用優(yōu)質(zhì)外加劑，大摻量的礦物摻合料，低水膠比，以降低水化熱的作用，增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度，提高防水能力。主要采用的試驗(yàn)室配合比如表1，對(duì)混凝土的耐久性指標(biāo)（電通量、抗?jié)B性能、抗凍性能）進(jìn)行了檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表2。

表1 試驗(yàn)室配合比用材料

表2 水泥混凝土及拌合物性能指標(biāo)

3. 影響耐久性的關(guān)鍵因素或改善措施

3.1 凍融循環(huán)對(duì)混凝土的影響

1）破壞原理

在拌制混凝土?xí)r，為了得到必要的和易性，加入的拌和用水總要多于水泥的水化用水， 這部分多余的水便以游離水的形式滯留于混凝土中形成連通的毛細(xì)孔，并占有一定的體積，另外，還有一些水泥水化后形成的膠凝孔。這種毛細(xì)孔的自由水就是導(dǎo)致混凝土遭受凍害的主要因素，在反復(fù)凍融循環(huán)后，混凝土內(nèi)部裂縫互相貫通，強(qiáng)度逐漸減低，最后使混凝土由表及里遭受破壞。

2）提高混凝土抗凍融的措施

①提高混凝土抗凍耐久性的—個(gè)十分重要而有效的措施是在混凝土拌合物中摻人一定量的引氣劑。引氣劑是具有增水作用的表面活性物質(zhì)，它可以明顯的降低混凝土拌合水的表面張力和表面能，起到緩沖減壓的作用，使混凝土內(nèi)部具有足夠的含氣量，改善了混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)．大大提高混凝土的抗凍耐久性。

②減水劑的應(yīng)用也成為混凝土不可缺少的組份。減水劑可以大幅度降低混凝土的水膠比，提高混凝土的強(qiáng)度和致密性，使混凝土抵抗凍融破壞的能力提高。

③摻加部分粉煤灰或細(xì)磨礦渣或硅灰等骨料，其有助于改善混凝土內(nèi)孔結(jié)構(gòu)、填充內(nèi)部空隙、提高密實(shí)度、改善混凝土性能。

3.2 混凝土的碳化

混凝土碳化又稱為混凝土的中性化， 幾乎所有混凝土表面都處在碳化過(guò)程中。碳化作用使混凝土內(nèi)部堿性降低， 使鋼筋處于中性化環(huán)境，鋼筋表面鈍化膜遭到破壞而生銹，造成混凝土保護(hù)層開(kāi)裂和混凝土的粘結(jié)作用降低， 致使構(gòu)件破壞。

3.3 鋼筋的銹蝕

混凝土在一種或多種外界作用下，材料的耐久性能會(huì)發(fā)生衰退，逐漸降低了對(duì)其內(nèi)部鋼筋的保護(hù)作用。當(dāng)鋼筋外面的混凝土中性化或出現(xiàn)開(kāi)裂等情況時(shí)， 鋼筋失去了堿性混凝土的保護(hù)，鈍化膜破壞并開(kāi)始銹蝕。銹蝕的鋼筋不但截面積有所損失，材料的各項(xiàng)性能也會(huì)發(fā)生衰退，從而影響混凝土構(gòu)件的承載能力和使用性能。鋼筋銹蝕也是引起混凝土結(jié)構(gòu)耐久性下降的最主要和最直接的因素。

3.4 混凝土抗?jié)B性能

1）抗?jié)B機(jī)理及影響因素

所謂混凝土的抗?jié)B性，是指混凝土材料抵抗壓力水滲透的能力，它是決定混凝土耐久性最基本的因素。水或者直接導(dǎo)致膨脹和開(kāi)裂，或者作為侵蝕介質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)去混凝土內(nèi)部的載體。所以，混凝土的抗?jié)B性對(duì)于混凝土的耐久性具有重大的意義。

影響混凝土抗?jié)B性的根本因素是孔隙率和孔隙特征?；炷恋目紫堵试降?，抗?jié)B性越好。為了最大程度的降低混凝土的孔隙率，提高混凝土的抗?jié)B性，主要的措施是降低水灰比，選擇好的骨料級(jí)配，充分振搗和養(yǎng)護(hù)，摻用引氣劑和優(yōu)質(zhì)粉煤灰摻和料等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2）提高混凝土抗?jié)B性能的措施

①選擇合理的水灰比及灰砂比，從而改善混凝土抗?jié)B性能。

②選用好的骨料級(jí)配，可以減少混凝土的孔隙率，從而提高混凝土的抗?jié)B性。主要應(yīng)控制混凝土中砂漿的數(shù)量和質(zhì)量，控制混凝土結(jié)構(gòu)的形成，改善混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部構(gòu)造。

③引氣劑的使用可以讓微小氣泡切斷了許多毛細(xì)孔的通道，含氣量超過(guò)6%時(shí)，會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度急劇降低。引氣劑的摻入，在混凝土中會(huì)引入大量均勻分布、相互獨(dú)立的類(lèi)球形微小氣泡，在混凝土中起到了滾珠的作用，而大量氣泡又增加了漿體的體積、漿體粘度和屈服應(yīng)力，因此混凝土拌合物的和易性得到了極大改善和提高，提高了混凝土的耐久性。

④粉煤灰在混凝土中能發(fā)揮其形態(tài)效應(yīng)、微集料效應(yīng)和活性效應(yīng)，提高混凝土的密實(shí)度，細(xì)化孔隙，從而提高混凝土的抗?jié)B性。

3.5 其他

1）在混凝土生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按試驗(yàn)室配合比進(jìn)行調(diào)整，使用符合配合比要求的原材料，適時(shí)監(jiān)測(cè)砂石含水率。

2）注意控制混凝土構(gòu)件的鋼筋保護(hù)層厚度，保護(hù)層的墊塊一般選用塑料保護(hù)層定位夾或定型的纖維砂漿塊等。

3）混凝土在澆筑過(guò)程中嚴(yán)禁隨意加水。若坍落度較小，可適當(dāng)添加外加劑，確保混凝土的連續(xù)；振搗必須充分密實(shí)；嚴(yán)格控制混凝土澆筑溫度，如澆筑大體積混凝土構(gòu)件則應(yīng)在氣溫低的條件下進(jìn)行，可從施工角度控制混凝土入模的溫度，一般可以夜間施工。

4）混凝土構(gòu)件的養(yǎng)生。在澆搗完畢后立即對(duì)成型的構(gòu)件進(jìn)行遮覆保水，避免混凝土構(gòu)件失水過(guò)快。

5）質(zhì)量檢測(cè)

①原材料的性能檢測(cè)。施工中應(yīng)加強(qiáng)原材料的質(zhì)量檢測(cè)，杜絕不符合要求的材料用于工程中。

表3 施工中混凝土質(zhì)量檢測(cè)主要指標(biāo)

②在施工過(guò)程中，抽取現(xiàn)場(chǎng)混凝土進(jìn)行耐久性檢驗(yàn)和同條件下的模擬試驗(yàn)。該項(xiàng)目在施工過(guò)程中，混凝土主要指標(biāo)如表3所示。從表中可以看出，各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范或設(shè)計(jì)要求。

4. 結(jié)束語(yǔ)

4.1 為了建設(shè)工程的百年大計(jì)，提高混凝土的耐久性是混凝土發(fā)展的必然趨勢(shì)。我們應(yīng)根據(jù)工程所在的環(huán)境條件和施工工藝分析影響混凝土耐久性的各種因素，確?；炷两Y(jié)構(gòu)安全可靠。

4.2 軌道交通工程混凝土耐久性設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“以防為主”的基本原則，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇及嚴(yán)格的施工質(zhì)量等來(lái)保證，同時(shí)應(yīng)注意對(duì)其在使用階段實(shí)行必要的管理和維護(hù)。

[1]劉德成.提高鋼筋混凝土耐久性的措施[J]. 科技信息，2009（36）

[2]尚勇，張凌云，朱德武.路橋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性能主要病害研究[J]. 山東交通科技，2005（02）

TQ172

B

1007-6344（2015）11-0343-02

李科（1983），女，黃岡師范學(xué)院建筑學(xué)院，講師，從事巖土工程研究.