(四川大學(xué) 水利水電學(xué)院 水利水電工程專業(yè), 成都 610065)

提高混凝土耐久性的主要措施

盧愈容

(四川大學(xué) 水利水電學(xué)院 水利水電工程專業(yè), 成都 610065)

用于各種建筑物的混凝土不僅要求具有足夠的強(qiáng)度，保證能承受設(shè)計(jì)荷載，還要求具有良好的耐久性，即混凝土所處環(huán)境和使用條件下經(jīng)久耐用的性能。本文從滲透作用、凍融作用、堿骨料反應(yīng)、碳化作用的作用機(jī)理出發(fā)，分析混凝土耐久性的影響因素，從材料、結(jié)構(gòu)、施工三個(gè)方面論述提高混凝土耐久性的主要措施。

混凝土；耐久性； 材料；結(jié)構(gòu)；施工;

混凝土是目前用量最大的土木工程結(jié)構(gòu)材料，具有成本低、可模性好、抗壓強(qiáng)度大、適應(yīng)性強(qiáng)、綜合能耗低等優(yōu)點(diǎn)。然而，混凝土材料性能會(huì)隨著時(shí)間不斷劣化，逐漸不能滿足預(yù)定功能，造成安全威脅和經(jīng)濟(jì)損失。因此，加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究、提高混凝土材料耐久性能、延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命是一個(gè)重要的課題。

1 混凝土耐久性的主要內(nèi)容及作用機(jī)理

混凝土的耐久性是指混凝土所處環(huán)境和使用條件下經(jīng)久耐用的性能。混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性、抗碳化作用、抗堿骨料反應(yīng)、抗沖磨性等都是耐久性研究的主要內(nèi)容。

混凝土的抗?jié)B性是指其抵抗有壓水滲透作用的能力。混凝土滲水主要源于其內(nèi)部存在滲水通道。這些滲水通道除產(chǎn)生于振搗不密實(shí)外，主要是水泥漿多余水分蒸發(fā)及泌水而形成的孔隙和微裂縫。

混凝土的抗凍性是指混凝土在吸水飽和狀態(tài)下能經(jīng)受多次凍融作用而不破壞，也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性能?；炷恋蜏仄茐牡母驹蚴瞧鋬?nèi)部孔隙水的凍融循環(huán)。水結(jié)冰時(shí)的體積膨脹，對(duì)孔壁形成擠壓力，當(dāng)水壓大于混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，毛細(xì)孔壁產(chǎn)生裂隙，混凝土構(gòu)件強(qiáng)度不斷降低直至完全破壞[1]。

混凝土的堿骨料反應(yīng)是指在混凝土內(nèi)部水泥凝結(jié)體中的堿性氧化物含量較高時(shí)，在有水的條件下，它會(huì)與骨料中的活性SiO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成堿-硅酸鹽凝膠，吸水后會(huì)產(chǎn)生體積膨脹導(dǎo)致混凝土開裂破壞的現(xiàn)象。

混凝土的碳化是指空氣中的CO2通過(guò)混凝土中的毛細(xì)孔隙，在濕度相宜時(shí)，與Ca(OH)2反應(yīng)生成CaCO3的過(guò)程。一方面減弱了混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用；另一方面會(huì)增加混凝土的收縮，引起混凝土的表面產(chǎn)生拉應(yīng)力而出現(xiàn)微細(xì)裂縫。

2 提高混凝土耐久性的主要措施

雖然混凝土在遭受水壓力、冰凍、碳化等作用時(shí)的破壞過(guò)程各不相同，但對(duì)提高混凝土的耐久性措施卻有很多共同之處?？蓮牟牧?、結(jié)構(gòu)和施工三個(gè)層次提高混凝土耐久性（圖2）。

圖2 提高混凝土耐久性主要措施框架圖Fig.1 The main measures to improve the durability of concrete

2.1 材料層次

材料層次的研究是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最基礎(chǔ)的部分?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)時(shí)，各國(guó)規(guī)范都制定了強(qiáng)度和耐久性方面的雙重標(biāo)準(zhǔn)。 材料層次上可從以下三方面措施提高混凝土耐久性。

（1）嚴(yán)格控制水灰比和水泥用量

在混凝土配合比設(shè)計(jì)中，除了按強(qiáng)度要求確定混凝土的水灰比和水泥用量外，還應(yīng)受國(guó)家和各行業(yè)規(guī)范規(guī)定的滿足耐久性要求的最大水灰比和最小水泥用量的控制。

（2）把好組成材料的質(zhì)量關(guān)

根據(jù)工程所處環(huán)境及對(duì)混凝土耐久性要求的特點(diǎn)，合理選擇水泥品種，嚴(yán)格控制砂、石材料的有害雜質(zhì)含量，選擇級(jí)配良好的骨料。

（3）適當(dāng)摻用減水劑和引氣劑

適當(dāng)摻用減水劑和引氣劑，改善混凝土和易性和空隙結(jié)構(gòu)，提高其密實(shí)度，是提高混凝土抗?jié)B性和抗凍性的有力措施。

2.2 結(jié)構(gòu)層次

混凝土結(jié)構(gòu)體系的耐久性包括兩部分：對(duì)未建混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)和對(duì)服役混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐久性評(píng)估。

（1）耐久性設(shè)計(jì)

環(huán)境作用下的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮多個(gè)方面的因素，包括設(shè)計(jì)使用年限，結(jié)構(gòu)所處環(huán)境對(duì)鋼筋和混凝土的腐蝕作用，減輕或延遲材料劣化的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施，保證結(jié)構(gòu)耐久性的施工質(zhì)量控制以及使用年限內(nèi)的定期維修與檢測(cè)等[2]。在混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合安全性、實(shí)用性和可修復(fù)性三大功能對(duì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（2）耐久性評(píng)估

通常使用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的評(píng)估方法有：外觀調(diào)查評(píng)估法、專家經(jīng)驗(yàn)評(píng)估法、基于設(shè)計(jì)規(guī)范的方法、現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)法、層次分析法、基于可靠度理論的方法[3]。我國(guó)2010年12月實(shí)行的TB10005-2010《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]比較全面地對(duì)混凝土原材料、裂縫寬度限值、設(shè)計(jì)使用年限、構(gòu)造設(shè)計(jì)、保護(hù)層厚度、摻合料以及施工工藝等作了明確規(guī)定，對(duì)指導(dǎo)和規(guī)范我國(guó)混凝土橋梁耐久性評(píng)估產(chǎn)生了積極的意義。

2.3 施工層次

施工因素，如澆筑條件、養(yǎng)護(hù)條件和模板工程等是影響耐久性的一個(gè)重要方面。好的施工條件對(duì)改善和提高混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。

（1）混凝土的澆筑

混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件以整體澆筑，不宜留施工縫。當(dāng)必須有施工縫時(shí)，其位置及構(gòu)造不得有損于結(jié)構(gòu)的耐久性[5]。保護(hù)層厚度對(duì)混凝土的耐久性也有重要影響。若保護(hù)層厚度過(guò)小，會(huì)縮短鋼筋的脫鈍時(shí)間；如果保護(hù)層過(guò)厚，構(gòu)件表面則容易出現(xiàn)較大的收縮裂縫和溫度裂縫[6]。

（2）加強(qiáng)施工養(yǎng)護(hù)

對(duì)采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥拌制的混凝土，澆水養(yǎng)護(hù)不得少于7d，對(duì)于摻用緩凝型外加劑或有抗?jié)B要求的混凝土，不得少于14d[7]。即使在工期等方面原因的約束下，也應(yīng)保證混凝土結(jié)構(gòu)有足夠的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，不能隨意改變。

（3）提高模板工程質(zhì)量

模板工程作為建筑工程中極為重要的一部分對(duì)混凝土耐久性有重要影響。在模板制作與安裝方面，多層模板支架相比于傳統(tǒng)的單層支架能夠有效提升建筑工程的質(zhì)量[8]。在模板的拆除與維護(hù)方面，混凝土構(gòu)件澆筑一段時(shí)間后，對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，其強(qiáng)度達(dá)到了一定要求后，才能將模板拆除掉，否則會(huì)影響混凝土強(qiáng)度的發(fā)展，造成結(jié)構(gòu)的整體變形。

結(jié)語(yǔ)

提高混凝土的耐久性的主要措施主要有材料、結(jié)構(gòu)和施工三個(gè)層次。材料層次的研究是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最基礎(chǔ)的部分，也是在耐久性研究方面最成熟的部分，在材料方面提高混凝土耐久性一方面應(yīng)控制混凝土配合比、提高組成材料質(zhì)量，更重要的是對(duì)新型摻和材料的研究；我國(guó)在混凝土結(jié)構(gòu)層次上的研究尚不深入，應(yīng)加強(qiáng)混凝土耐久性設(shè)計(jì)、耐久性評(píng)估方面研究，制定標(biāo)準(zhǔn)、明確規(guī)范；施工層次上，混凝土工程的施工往往受技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和工期的限制，要在施工層次上提高混凝土的耐久性，除了應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定進(jìn)行施工還應(yīng)注意施工技術(shù)的改進(jìn)。

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