淺談提高混凝土耐久性的措施本科畢業(yè)論

1、.河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文淺談提高混凝土耐久性的措施摘要提高混凝土的耐久性對(duì)于高層、大跨建筑、房屋建筑 及橋梁、隧道有著重要的意義。隨著工程建設(shè)量的增多，特別是某些混凝土工程在短期內(nèi)遭受?chē)?yán)重破壞的慘痛教 訓(xùn)，混凝土耐久性越來(lái)越引起各主管部門(mén)和設(shè)計(jì)、施工部門(mén)對(duì)它的重視。混凝土的耐久性是指結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，正常維護(hù)條件下，在實(shí)際使用條件中能夠保證其安全和使用，而不要花費(fèi)大量資金加固處理就能抵抗各種破壞因素的作用。主要表現(xiàn)在抗?jié)B性、抗凍性、耐水性、抗化學(xué)腐蝕性 等性能。 我國(guó)現(xiàn)有公路上，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的舊橋，特別是20世紀(jì)80年代以前修建的橋梁，由于設(shè)計(jì)荷載偏低，承載能力不足，寬度不夠，

2、加之年久失修、維修養(yǎng)護(hù)不夠，相當(dāng)多的橋梁發(fā)生不同程度的破損，正逐步成為危橋?；炷聊途眯杂鷣?lái)愈成為重要問(wèn)題，也是影響可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要方面。關(guān)鍵詞：混凝土；耐久性；提高耐久性措施.;AbstractTo improve the durability of concrete for high-rise buildings, large span buildings, buildings and bridges, tunnel has important significance. With the increasing volume of engineering construction, e

3、specially the painful lessons of some concrete engineering suffered serious damage in the short term, more and more concrete caused by various departments and design, construction department pay more attention to it. The durability of concrete refers to the structure used in the design period, norma

4、l maintenance conditions, to ensure their safety and use in the actual use conditions, and don't spend a lot of money will be able to resist all kinds of damage factors of the treatment effect of reinforcement. Mainly in the impermeability, frost resistance, water resistance, chemical corrosion

5、resistance and other properties. Our existing old bridge road, tens of thousands, especially before the bridge built in the twentieth Century 80, due to lower design loads, low bearing capacity, and the width is not enough, disrepair, repair and maintenance is not enough, many bridges damaged in dif

6、ferent degree, is becoming a dangerous bridge. More and more of the durability of concrete has become an important problem, which is also an important aspect of sustainable development.Key Words: Concrete; durability; durability improvement measures目錄1引言.12混凝土耐久性的基本概述.22.1混凝土耐久性的

7、定義.22.2混凝土耐久性的應(yīng)用.22.3混凝土耐久性的重要性.33影響混凝土耐久性的主要因素.53.1混凝土耐久性的內(nèi)部因素.53.1.1水灰比.53.1.2化學(xué)反應(yīng).53.2混凝土耐久性的外部因素.63.2.1混凝土的凍融破壞.63.2.2施工因素影響.63.2.3侵蝕介質(zhì)的腐蝕.64提高混凝土耐久性的措施.74.1消除混凝土自身的結(jié)構(gòu)破壞因素.74.2對(duì)混凝土材料提出具體要求.74.2.1水泥.74.2.2水.84.2.3骨料.84.2.4外加劑.94.3摻入高效活性礦物摻料.114.4混凝土的強(qiáng)度.114.5防止凍融破壞.124.6進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì).124.6.1改進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)型式.124

8、.6.2合理設(shè)計(jì)混凝土配合比.124.6.3對(duì)混凝土耐久性進(jìn)行合理的評(píng)估.124.6.4進(jìn)行合理使用與正常維護(hù).135結(jié)論.14參考文獻(xiàn).15致謝.161 引言混凝土的工程應(yīng)用至今已有一百多年的歷史,是當(dāng)今世界上最廣泛使用的建筑材料。鑒于經(jīng)濟(jì)能源和資源等因素,高耐久性一直是人們不斷追求的目標(biāo)。土結(jié)構(gòu)物建成后, 隨其使用時(shí)間的延長(zhǎng) ,其各項(xiàng)物理性能逐漸降低,這種質(zhì)量的劣變通常稱之為老化 ,混凝土抵抗老化的能力稱為耐久性，一般認(rèn)為是混凝土在環(huán)境介質(zhì)的作用下保持其使用功能的能力,或混凝土抵抗隨時(shí)間引起的性能與狀態(tài)改變的能力。本世紀(jì)建造的混凝土結(jié)構(gòu)物由于種種原因 ,例如溫變收縮、干縮、凍融循環(huán)、鋼筋銹

9、蝕、堿骨料反應(yīng)和硫酸鹽侵蝕等,據(jù)估計(jì)使用壽命達(dá)不到100年。而自40年代以來(lái),通過(guò)硅酸鹽水泥成分的變化以及混凝土技術(shù)的快速進(jìn)步,混凝土的強(qiáng)度顯著提高 ,但從鋼筋保護(hù)和混凝土耐凍、耐腐蝕角度看,則與強(qiáng)度并不匹配。亦即, 當(dāng)今更多的混凝土結(jié)構(gòu),比之50年前更不耐久。據(jù)綜合估計(jì), 我國(guó)的某些混凝土結(jié)構(gòu),例如混凝土壩的平均壽命僅約為3050年。相反,某些2000多年前用火山灰和石灰作為水硬性膠凝材料建造的羅馬古建筑現(xiàn)在仍呈現(xiàn)完好狀態(tài)。為什么混凝土技術(shù)大大進(jìn)步了,混凝土的強(qiáng)度普遍提高了,而混凝土的耐久性問(wèn)題卻變得日益突出,甚至變得更為嚴(yán)重了呢?這不能不成為一個(gè)值得人們深刻思考的問(wèn)題。這其中有技術(shù)因素,也

10、有經(jīng)濟(jì)利益使然。就后者來(lái)房面積增長(zhǎng)可能導(dǎo)致今后510年內(nèi),每年仍有較大的建筑總量。如果以每年竣工1000萬(wàn)m2(其中多層70%,高層30%),裝修1000萬(wàn)m2計(jì) ,所需砂漿將達(dá)到180萬(wàn)m3以上。如果加上工業(yè)與公共建筑,實(shí)際砂漿用量將達(dá)到200萬(wàn)m3。因此提高混凝土的耐久性是一個(gè)刻不容緩的話題。本文將就如何提高混凝土耐久性進(jìn)行討論。2 混凝土耐久性的基本概述2.1混凝土耐久性的定義混凝土的耐久性是指混凝土在實(shí)際使用條件下抵抗各種破壞因素的作用，長(zhǎng)期保持強(qiáng)度和外觀完整性的能力?；炷聊途眯允侵附Y(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用年限內(nèi)，在各種環(huán)境條件作用下，不需要額外的費(fèi)用加固處理而保持其安全性、正常使用和可接受

11、的外觀能力。簡(jiǎn)單地說(shuō)，混凝土材料的耐久性指標(biāo)一般包括：抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性、混凝土的碳化（中性化）、堿骨料反應(yīng)。 2.2混凝土耐久性的應(yīng)用近10余年來(lái),我國(guó)在若干重大工程的建設(shè)中已經(jīng)充分貫徹了“混凝土耐久性設(shè)計(jì)”理念,并提升到了“強(qiáng)度設(shè)計(jì)與耐久性設(shè)計(jì)并重,強(qiáng)度服從耐久性”的認(rèn)識(shí)高度。長(zhǎng)江三峽水利樞紐工程是世界上最大的水利水電工程,具有防洪、發(fā)電、航運(yùn)、供水、養(yǎng)殖等綜合功能,對(duì)長(zhǎng)江和長(zhǎng)江流域的自然生態(tài)、人文環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響巨大。水庫(kù)總庫(kù)容393億m3 ,電站總裝機(jī)容量22400MW,年均發(fā)電846.8億kWh,攔河壩最大壩高183m,混凝土方量2700萬(wàn)m3 。1993年開(kāi)工后

12、,各方專家對(duì)三峽工程混凝土大壩的耐久性和工程安全運(yùn)行年限進(jìn)行了廣泛的討論,提出了“三峽大壩混凝土耐久性壽命500年的設(shè)計(jì)構(gòu)想”。“確保三峽工程一流質(zhì)量的建議案”1997年曾被列為全國(guó)政協(xié)八屆五次會(huì)議的“一號(hào)提案”,引起中央和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人的高度重視,特別召開(kāi)了關(guān)于三峽大壩混凝土耐久性的高層決策會(huì)議。在這個(gè)會(huì)議上,明確提出了三峽大壩的設(shè)計(jì)思想要突出耐久性設(shè)計(jì)的概念,同時(shí)明確了三峽大壩要采用微膨脹型低堿中熱硅酸鹽水泥,摻用優(yōu)質(zhì)引氣劑和優(yōu)質(zhì)高效減水劑,確定必須摻用級(jí)粉煤灰,盡可能降低用水量,嚴(yán)格控制水膠比,并明確三峽大壩外部混凝土,特別是水位變化區(qū)混凝土的抗凍等級(jí)要達(dá)到F250。為預(yù)防混凝土的堿活性骨料

13、反應(yīng),采用人工制備的花崗巖骨料,并限定水泥中的含堿量0.5%以及混凝土的總堿含量2.5kg/m3 ,在施工過(guò)程中執(zhí)行嚴(yán)格的溫控防裂措施。防裂關(guān)鍵部位混凝土出機(jī)口溫度控制在7,澆筑溫度1214。三峽工程1994年開(kāi)始的大壩混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)理念就符合高性能混凝土思想,三峽工程采取的提高混凝土耐久性措施。穿越“世界屋脊”的青藏鐵路格拉段全長(zhǎng)1180多公里,其中海拔高度大于4000m的路段約965km,穿越多年凍土地帶的路段約550km。除格爾木和拉薩外,沿線年平均氣溫為-2-6,極端最高氣溫為25,極端最低氣溫為-45。沿線氣候干燥,干濕交替頻繁,年日正負(fù)溫天數(shù)高達(dá)180d左右,凍融作用強(qiáng)烈,一

14、些地段的河流中存在有害離子的侵蝕危害。在如此惡劣的自然環(huán)境條件下進(jìn)行鐵路工程建設(shè),對(duì)混凝土材料的長(zhǎng)期耐久性是個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為保證工程的長(zhǎng)期耐久性使用要求,青藏鐵路 明確提出了必須按高性能混凝土原則配制橋隧結(jié)構(gòu)用混凝土的要求:水膠比0.4,抗凍耐久性指數(shù)0.60.9,電通量1000庫(kù)侖,粉煤灰摻量10%15%,同時(shí)摻入多重效能的復(fù)合高效外加劑達(dá)到高效減水、早強(qiáng)、防凍、引氣、增實(shí)、保坍、抗硫酸鹽腐蝕和抑制堿硅酸反應(yīng)膨脹的功效。杭州灣跨海大橋全長(zhǎng)36km,其中跨越海域長(zhǎng)度近32km。大橋主體結(jié)構(gòu)除南、北航道橋采用鋼 箱梁外,其余均為混凝土結(jié)構(gòu)。全橋混凝土用量約250萬(wàn)m3 ,設(shè)計(jì)使用壽命100年。杭州

15、灣跨海大橋保證混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性措施包括:以氯離子擴(kuò)散系數(shù)為混凝土耐久性的主要控制指標(biāo),采用大摻量摻合料和低水膠比,低氯離子擴(kuò)散系數(shù)，設(shè)置合理的鋼筋保護(hù)層厚度(承臺(tái)水變區(qū)90mm,橋墩浪濺區(qū)60mm);對(duì)特殊部位采取附加防護(hù)措施,作為目前對(duì)耐久性問(wèn)題認(rèn)識(shí)不足的儲(chǔ)備(環(huán)氧涂層鋼筋、陰極防護(hù)、鋼筋阻銹劑、表面防護(hù)涂層,安裝耐久性檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)跟蹤監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證評(píng)估等)。 南水北調(diào)中線工程從湖北丹江口水庫(kù)陶岔渠首引水至北京團(tuán)城湖,輸水總干線全長(zhǎng)1267km,天津干線從河北徐水向東至天津長(zhǎng)154km,橫跨江、淮、黃、海四大水系的700余條大小河流,是我國(guó)實(shí)現(xiàn)水資源合理調(diào)配的特大型調(diào)水工程,沿途需興建

16、1000多座穿越河流、道路、山體、山?jīng)_、谷口等眾多復(fù)雜地形的水工建筑物。工程的耐久性問(wèn)題主要有凍融、碳化、堿活性骨料,重點(diǎn)是抑制堿骨料反應(yīng),確保工程的長(zhǎng)期耐久性。針對(duì)華北地區(qū)太行山脈和燕山山脈骨料的堿活性比較普遍的現(xiàn)狀,工程在開(kāi)工之前就制訂了“預(yù)防混凝土工程堿骨料反應(yīng)技術(shù)條例”,規(guī)定了骨料堿活性的檢驗(yàn)規(guī)則(取樣、檢驗(yàn)方法、檢驗(yàn)程序、評(píng)定標(biāo)準(zhǔn))、工程分類(環(huán)境、結(jié)構(gòu)分類)、預(yù)防措施、混凝土堿含量計(jì)算方法、工程管理與驗(yàn)收等。2.3混凝土耐久性的重要性高性能混凝土的核心是保證耐久性。耐久性對(duì)工程量浩大的混凝土工程來(lái)說(shuō)意義非常重要，若耐久性不足，將會(huì)產(chǎn)生極嚴(yán)重的后果，甚至對(duì)未來(lái)社會(huì)造成極為沉重的負(fù)擔(dān)。

17、據(jù)美國(guó)一項(xiàng)調(diào)查顯示，美國(guó)的混凝土基礎(chǔ)設(shè)施工程總價(jià)值約為6萬(wàn)億美元，每年所需維修費(fèi)或重建費(fèi)約為3千億美元。美國(guó)50萬(wàn)座公路橋梁中20萬(wàn)座已有損壞，平均每年有150200座橋梁部分或完全坍塌，壽命不足20年；美國(guó)共建有混凝土水壩3000座，平均壽命30年，其中32%的水壩年久失修；而對(duì)二戰(zhàn)前后興建的混凝土工程，在使用3050年后進(jìn)行加固維修所投入的費(fèi)用，約占建設(shè)總投資的40%50%以上?；乜粗袊?guó)，我國(guó)50年代所建設(shè)的混凝土工程已使用40余年。如果平均壽命按3050年計(jì)，那么在今后的1030年間，為了維修這些建國(guó)以來(lái)所建的基礎(chǔ)設(shè)施，耗資必將是極其巨大的。而我國(guó)目前的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程規(guī)模宏大，每年高達(dá)

18、2萬(wàn)億人民幣以上。照此來(lái)看，約3050年后，這些工程也將進(jìn)入維修期，所需的維修費(fèi)用和重建費(fèi)用將更為巨大。因此，高性能混凝土更要從提高混凝土耐久性入手，以降低巨額的維修和重建費(fèi)用。 混凝土耐久性不足會(huì)導(dǎo)致多種不同的問(wèn)題，如下圖為幾種常見(jiàn)類型： 圖2-1 混凝土表面脫落 圖2-2氯離子侵蝕3 影響混凝土耐久性的主要因素影響混凝土耐久性的原因，既有混凝土內(nèi)部所存在的問(wèn)題，也有外部不利因素的影響。引起結(jié)構(gòu)破壞的因素往往是內(nèi)部和外部共同作用的結(jié)果。3.1 混凝土耐久性的內(nèi)部因素3.1.1水灰比對(duì)于混凝土的耐久性，水灰比起著十分關(guān)鍵的作用，它與混凝土的碳化深度、抗凍性、抗?jié)B性及強(qiáng)度有著明顯的相關(guān)

19、性。水灰比越小，混凝土的孔隙率越低，碳化深度越小，混凝土的強(qiáng)度越高，密實(shí)性高，抗?jié)B性越好。工程實(shí)驗(yàn)表明，水灰比低于0.6時(shí)碳化深度較小，水灰比大于0.7時(shí)碳化深度急劇加大。3.1.2化學(xué)反應(yīng)1>混凝土的碳化所謂碳化，指大氣中的CO2與混凝土內(nèi)具有堿性的物質(zhì)產(chǎn)Ca(OH) 2 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，具體反應(yīng)如下：CO2+H2O=H2CO3Ca(OH)2+H2CO3=CaCO3+2H2O3CaO·SiO3·3H2O+3H2CO3=CaCO3+SiO2·6H2O 幾乎所有混凝土表面都處在碳化過(guò)程中，碳化過(guò)程會(huì)使混凝土堿性降低。當(dāng)pH<1時(shí)鋼筋表面在高堿條件下產(chǎn)生的致

20、密氧化膜（鈍化膜）遭到破壞，使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用。另外，碳化加劇混凝土的收縮，致使混凝土出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。水泥的品種及標(biāo)號(hào)、水泥的用量、水灰比、混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度、環(huán)境濕度及CO2 濃度等都會(huì)影響混凝土碳化速率。2>混凝土堿集料反應(yīng)堿集料反應(yīng)指混凝土集料中某些活性礦物與混凝土微孔中的堿性溶液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成的化合物重新排序，吸水產(chǎn)生膨脹壓力，致使混凝土開(kāi)裂，破壞整體結(jié)構(gòu)。堿集料反應(yīng)主要表現(xiàn)為：水中的堿K2O或Na2O與集料中的活性成分氧化硅、碳酸鹽等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的化合物重新排序，反應(yīng)機(jī)理如下：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2ONa2CO3+10H2O=Na2CO

21、3·10H2O3>其它化學(xué)反應(yīng)。混凝土在使用中還會(huì)受到酸性侵蝕，膠凝狀物質(zhì)水泥石易溶于水的那部分侵蝕產(chǎn)物會(huì)溶解掉，但難溶于水的部分產(chǎn)物則留在原處，反應(yīng)機(jī)理如下：CaSiO4+2H2O=CaSO42H2O(二水石膏) 3CaO·Al2O3·6H2O+3CaSO4·2H2O+19H2O=3CaO·Al2O3 ·3CaSO3·3H2O混凝土制作過(guò)程中使用的外加劑可與其中Ca(OH)2和3CaO·Al2O3·6H2O等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成易溶的CaCl2并伴有大量結(jié)晶水析出，所產(chǎn)生的化合物反應(yīng)物質(zhì)體積成倍增大

22、，造成混凝土的膨脹破壞。反應(yīng)機(jī)理如下：2Cl-+Ca(OH)2 =CaCl2+2OH-3CaO·Al2O3·6H2O+25H2O=3CaO·AlO·3CaCl2·31H2O3.2 混凝土耐久性的外部因素3.2.1混凝土的凍融破壞當(dāng)結(jié)構(gòu)處于冰點(diǎn)以下環(huán)境時(shí)，部分混凝土內(nèi)孔隙中的水將結(jié)冰，產(chǎn)生體積膨脹，過(guò)冷的水發(fā)生遷移，形成各種壓力，當(dāng)壓力達(dá)到一定程度時(shí)，導(dǎo)致混凝土的破壞?；炷涟l(fā)生凍融破壞的最顯著特征是表面剝落，嚴(yán)重時(shí)可以露出石子。混凝土的抗凍性能與混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)和氣泡含量多少密切相關(guān)，孔越少越小，破壞作用越小，封閉氣泡越多，抗凍性越好?；炷?/p>

23、的飽和度、水灰比、混凝土的齡期、集料的孔隙率及其間的含水率等也會(huì)影響混凝土抗凍性。3.2.2施工因素影響實(shí)際施工過(guò)程中，混凝土澆注成型時(shí)，振搗不密實(shí)會(huì)使混凝土內(nèi)部孔隙增加，降低抗?jié)B性。采用潮濕條件下養(yǎng)護(hù)混凝土，水泥水化充分使總孔隙降低，抗?jié)B性會(huì)隨齡期的增加而提高，混凝土內(nèi)部的孔隙會(huì)有所減小。采用加熱養(yǎng)護(hù)時(shí)，如果溫度上升速度過(guò)快，或恒溫溫度過(guò)高，就會(huì)使混凝土內(nèi)部水分大量蒸發(fā)，水泥水化沒(méi)有足夠的水兒導(dǎo)致孔隙增加，抗?jié)B性降低?；炷敛牧媳旧碣|(zhì)量低下，水灰比選擇以及骨料級(jí)配不當(dāng)都會(huì)導(dǎo)致混凝土性能下降，施工過(guò)程中操作不當(dāng)?shù)热藶橐蛩卦斐傻幕炷羶?nèi)部存在的缺陷，都會(huì)使混凝土容易遭到破壞。3.2.3侵蝕介質(zhì)的

24、腐蝕除化學(xué)介質(zhì)對(duì)混凝土侵蝕，引起混凝土結(jié)構(gòu)破壞外，侵蝕性介質(zhì)的腐蝕還包括硫酸鹽腐蝕、酸腐蝕、生物腐蝕、海水腐蝕以及鹽類結(jié)晶型腐蝕等。如酸、堿溶液直接接觸混凝土?xí)r，引起嚴(yán)重的腐蝕；酸雨則大面積地影響著工程結(jié)構(gòu)的耐久性。此外，風(fēng)沙、持續(xù)的超高氣溫、機(jī)械磨損及不可抗拒的偶然因素等也會(huì)影響到混凝土的耐久性。4 提高混凝土耐久性的措施4.1 消除混凝土自身的結(jié)構(gòu)破壞因素混凝土本身的一些物理化學(xué)因素，會(huì)引起混凝土結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞，致使混凝土失效。要提高混凝土的耐久性，就必須減小或消除這些結(jié)構(gòu)破壞因素。限制或消除從原材料引入的堿、S03、C1-等可以引起破壞結(jié)構(gòu)和侵蝕鋼筋物質(zhì)的含量，加強(qiáng)施工控制環(huán)節(jié)，避免收縮

25、及溫度裂縫產(chǎn)生，以提高混凝土的耐久性。4.2 對(duì)混凝土材料提出具體要求根據(jù)規(guī)范要求，提出不同環(huán)境類別下的最大水灰比、最小水泥用量、最低強(qiáng)度等級(jí)、最大氯離子含量以及最大堿含量和保護(hù)層最小厚度，這些設(shè)計(jì)要求為減弱混凝土的碳化、防止鋼筋銹蝕、降低混凝土的滲透性、防止凍融破壞等提供了基本保障。水泥性能對(duì)混凝土的耐久性至關(guān)重要。其中水泥水化熱是造成大體積混凝土開(kāi)裂的直接原因，因此選用低水化熱的水泥，可以減小裂縫，提高耐久性?；炷量够瘜W(xué)腐蝕的能力一般取決于水泥的品種，不同品種的水泥抗化學(xué)腐蝕的能力是不一樣的，選用與腐蝕類型或程度相適應(yīng)的水泥品種，可以減小對(duì)混凝土的腐蝕。4.2.1水泥一般地，對(duì)普通混凝土

26、來(lái)說(shuō)，只需考慮水泥的強(qiáng)度,而對(duì)于高性能混凝土來(lái)說(shuō)水泥性能有其特殊要求。高性能混凝土水膠比很低，要滿足施工工作性的要求，水泥用量就要大。但為了盡量降低混凝土的內(nèi)部溫升和減小收縮，又應(yīng)當(dāng)盡量降低水泥的用量，同時(shí)，為了使混凝土有足夠的彈性模量和體積穩(wěn)定性，對(duì)膠凝材料總量也要加以限制。因此，用于高性能混凝土的水泥的流變性能比強(qiáng)度更重要。為了獲得高性能混凝土，對(duì)水泥性能的要求，除了確保最低限度的流動(dòng)性之外，還要求水泥在低的水灰比下，能促進(jìn)水泥的水化反應(yīng)，使水泥石的結(jié)構(gòu)密實(shí)化。這是至關(guān)重要的。 高性能混凝土所用水泥最好是強(qiáng)度高且同時(shí)具有良好的流變性能，并與目前 大量使用的高效減水劑有很好的相容性。高性能混

27、凝土水膠比較低，其強(qiáng)度發(fā)展較快，水泥早強(qiáng)的要求并不重要。如果沒(méi)有相應(yīng)的措施，最好不用早強(qiáng)型的水泥，以免影響混凝土的流變性能和后期強(qiáng)度的發(fā)展。 一般來(lái)說(shuō)，可以應(yīng)用中等強(qiáng)度等級(jí)的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，混凝土強(qiáng)度等級(jí)大60MPa時(shí)，宜用62.5號(hào)水泥。為了混凝土的高強(qiáng)化與高性能化，在國(guó)外出現(xiàn)了球狀水泥，調(diào)粒水泥，以及活化水泥等。這些新品種水泥的一個(gè)很大的特點(diǎn)是，達(dá)到相同的標(biāo)準(zhǔn)稠度下，需水量很低。 高性能混凝土為了確保其流動(dòng)性，必須摻入高效減水劑。因此，必須選擇適宜低水灰比特性的水泥。其一是細(xì)度及粒子的組成，另一方面是加水后的早期水化。同時(shí)應(yīng)注意與外加劑的適應(yīng)性，水泥與超塑化劑的相容性不好時(shí)，不

28、僅會(huì)影響超塑化劑的減水率，更重要的是會(huì)造成混凝土坍落度的嚴(yán)重?fù)p失，有的混凝土 拌和物攪拌后經(jīng)半小時(shí)坍落度就可損失一半以上。影響水泥與超塑化劑相容性的主要因素，對(duì)高效減水劑來(lái)說(shuō)，是其化學(xué)性質(zhì)、分子量、交聯(lián)度、磺化程度和平 衡離子等；對(duì)水泥來(lái)說(shuō)，是SO3含量同水泥中C3A、細(xì)度和堿含量的匹配。 除水泥標(biāo)號(hào)外，水泥礦物組成和細(xì)度都對(duì)混凝土的性能有較大的影響。一般而言，配制高性能混凝土不得使用立窯水泥，應(yīng)避免使用早強(qiáng)、水化熱較高和高 C3A含量的水泥，同時(shí)水泥中f-CaO，f-MgO，SO3和Cl-等有害成分應(yīng)盡可能的少。由于混凝土耐久性的實(shí)現(xiàn)，必須有良好的施工質(zhì)量為保證，這就要求所配制的混凝土要具有

29、良好的施工和易性，因而水泥必須與所用高效減水劑應(yīng)具有良好的適性，使混凝土拌合物在滿足工作性條件下用水量盡可能的低，坍落度損失小。 4.2.2水混凝土拌合用水是在混凝土攪拌時(shí)，加入其中賦予混凝土的流動(dòng)性，和水泥發(fā)生水化反應(yīng)，使混凝土凝結(jié)、硬化及滿足其強(qiáng)度發(fā)展。拌合用水對(duì)拌合料的性能、混凝土的凝結(jié)、硬化、強(qiáng)度發(fā)展、體積變化以及工作度等方面都有很大影響。 拌制或養(yǎng)護(hù)混凝土用水，不能含有對(duì)混凝土中鋼筋產(chǎn)生有害影響的物質(zhì)。通常使用清潔的能飲用的河水、井水、自來(lái)水、湖水及溪澗水(pH值不得小于4)等。但沼澤水、工廠廢水以及含礦物質(zhì)較多的硬水則不得使用；至于水中含有脂肪、糖類、酸類等有害物質(zhì)比則應(yīng)禁止使用。

30、 混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)對(duì)混凝土拌合水有如下技術(shù)要求：1>對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響；用待檢驗(yàn)水和生活用水，進(jìn)行水泥凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)。兩者的初凝和終凝時(shí)間差不得大于30min，而且要符合水泥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。2>對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響；用待檢驗(yàn)水配制的水泥砂漿或混凝土的28d抗壓強(qiáng)度，不得低于用飲用水拌制的砂漿或混凝土抗壓強(qiáng)度的90%。3>雜質(zhì)含量不能超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。 4.2.3骨料骨料在混凝土中約占70%，是混凝土的主要組成部分。顧名思義，骨料就是作為混凝土骨架的材料。骨料有粗細(xì)之分，細(xì)骨料粒徑范圍在0.15mm5mm之間，如天然砂與石屑；粗骨料粒徑在5mm40mm之間，如卵石與碎石。高性能混凝土對(duì)骨

31、料本身的強(qiáng)度要求高，一般采用碎石，卵石不能配制高性能混凝土。 在混凝土中，骨料具有重要的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)作用，正確選擇骨料的品種和性能，符合有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，是配制高性能混凝土的基礎(chǔ)。在普通混凝土中，一般骨料的強(qiáng)度高于混凝土的34倍，雖然骨料不同，但混凝土的抗壓強(qiáng)度差別很小；但在高強(qiáng)、高性能混凝土中，隨著混凝土強(qiáng)度的提高，骨料的差別對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度影響很大，甚至骨料的粒徑、粒形、表面狀況、級(jí)配及最佳砂率、骨灰比都成為影響高強(qiáng)或高性能混凝土強(qiáng)度的主要因素。 對(duì)于高性能混凝土來(lái)說(shuō)，骨料的選擇應(yīng)考慮以下問(wèn)題： 1>級(jí)配要好；混凝土骨料，既要求級(jí)配合格，也要粗細(xì)、大小適中。空隙率盡可能低，這樣達(dá)到

32、相同流動(dòng)性時(shí)，水泥漿的用量低，混凝土的自收縮變形低，水化熱低，體積穩(wěn)定性好，對(duì)強(qiáng)度耐久性均好。2>物理性能好；骨料的表觀密度和堆積密度要大。吸水率要低，表面要粗糙、粒徑好。表觀密度>2.65,堆積密度>1450kg/m3 ,這樣可以降低骨料空隙率，降低水泥漿用量，有利于流動(dòng)性，耐久性和強(qiáng)度。吸水率<1.0%；說(shuō)明巖石比較 致密，穩(wěn)定性好。粒形方正，針片狀低，表面粗糙的石灰石碎石或硬質(zhì)碎石。粒徑一般<25mm。 3>力學(xué)性能；不含軟弱顆粒的骨料或風(fēng)化骨料。巖石抗壓強(qiáng)度應(yīng)為混凝土強(qiáng)度的1.5倍以上。骨料彈性模量越大，混凝土的彈性模量也相應(yīng)增大。4>化學(xué)性能

33、；骨料應(yīng)是無(wú)堿活性骨料，避免高性能混凝土中發(fā)生堿-骨料反應(yīng)。不含泥塊，含泥量<1.0%；不含有機(jī)物、硫化物和硫酸鹽等雜質(zhì)。4.2.4外加劑外加劑主要通過(guò)提高混凝土密實(shí)度和改善毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)提高混凝土的抗?jié)B性。減水劑、緩凝劑可以有效地改善混凝土的工作性能，有利于混凝土的均勻性和密實(shí)性，減少質(zhì)量缺陷，提高混凝土抗?jié)B性。減水劑可以在滿足施工和易性的條件下，大幅度地減少用水量，減少混凝土的空隙，提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性，研究表明，當(dāng)水灰比降低到0.38以下時(shí)，消除毛細(xì)管孔隙的目標(biāo)便可以實(shí)現(xiàn)，而摻入高效減水劑，完全可以將水灰比降低到0.38以下。引氣劑可以使混凝土中形成一定數(shù)量的均勻分布、穩(wěn)定而封閉的

34、球形孔，從而切斷毛細(xì)孔滲水的通路，達(dá)到提高抗?jié)B性的效果，同時(shí)也能提高混凝土的抗凍、抗腐蝕和耐久性能。改善混凝土拌合物流變性能的外加劑主要包括各種減水劑、引氣劑和泵送劑等。調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時(shí)間、硬化性能的外加劑。包括緩凝劑、早強(qiáng)劑和速凝劑等。改善混凝土耐久性的外加劑。包括引氣劑、防水劑和阻銹劑等。改善混凝土其它性能的外加劑。包括加氣劑、膨脹劑、著色劑、防凍劑、防水劑和泵送劑等。如圖4-1、4-2為混凝土引氣劑與減水劑。圖4-1引氣劑 圖4-2減水劑選擇外加劑時(shí)應(yīng)注意與水泥的適應(yīng)性，試驗(yàn)說(shuō)明，同一種外加劑，對(duì)于不同品種的水泥，其增加混凝土流動(dòng)度與強(qiáng)度的性能均有很大的差別，由于水泥品種不同，摻外加劑引

35、起的混凝土的凝結(jié)時(shí)間和坍落度損失也不同，同一品種，同一強(qiáng)度等級(jí)的水泥，由于生產(chǎn)廠家不同，其水泥活性也不一樣。 因此，外加劑的摻加效果與水泥的適應(yīng)性(協(xié)調(diào)匹配性)有關(guān)，應(yīng)做適應(yīng)性試驗(yàn)，主要包括減水率試驗(yàn)和坍落度經(jīng)時(shí)損失試驗(yàn)兩項(xiàng)，選擇與水泥適應(yīng)性好的優(yōu)良外加劑。外加劑與礦物質(zhì)摻合料也存在同樣的問(wèn)題。 減水劑是在混凝土坍落度基本相同的條件下，能減少用水量的外加劑，又稱塑化劑。根據(jù)減水能力大小分為普通減水劑和高效減水劑。相對(duì)于普通減水劑，高效減水劑的減水能力更強(qiáng)，引氣量低，也叫超塑化劑或流化劑。減水劑在減少拌合用水量的同時(shí)，往往還具有引氣、緩凝或早強(qiáng)等效果，所以減水劑有標(biāo)準(zhǔn)型、引氣型、緩凝型和早強(qiáng)型等

36、，在使用時(shí)應(yīng)根據(jù)需要和混凝土的技術(shù)要求合理選擇。 減水劑的主要技術(shù)性質(zhì)包括減水率、泌水率比、含氣量比、凝結(jié)時(shí)間差和各齡期的抗壓強(qiáng)度等。工程中使用時(shí)應(yīng)根據(jù)所用的類型和品種，按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行有關(guān)性能的試驗(yàn)。減水劑主要用于改善混凝土拌合物的性能，即減少用水量，控制坍落度的損失，改善工作性；也有減水劑兼有引氣、緩凝或膨脹等其他性能。減水劑的主要功能及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：1>提高混凝土拌合物的流動(dòng)性。在拌合水量不變的條件下，摻入減水劑可使混凝土的坍落度提高100200mm。2>減少用水量，降低水膠比，提高混凝土強(qiáng)度。在保持拌合物坍落度不變的條件下，能減少用水量 10%15%。如果水泥用量不變，減少

37、用水量即降低水膠比，因此能提高混凝土強(qiáng)度15%20%。3>節(jié)省水泥，降低成本。若保持混凝土強(qiáng)度不變，即保持水膠比不變，可在減水的同時(shí)減少水泥用量，節(jié)約水泥10%15%，降低混凝土的成本。4>減慢水化放熱速度，推遲放熱峰值的出現(xiàn)。緩凝型減水劑具有延緩水泥水化的作用，其機(jī)理是減水劑分子定向吸附在水泥顆粒表面，起到抑制和延緩水泥水化的作用，同時(shí)，在滿足相同強(qiáng)度、相同耐久性要求的條件下，使用減水劑可減少水泥用量，降低總的水化熱量。這兩點(diǎn)有利于克服大體積混凝土由于溫度應(yīng)力所產(chǎn)生的裂縫。5>有利于提高耐久性。摻入減水劑后使拌合物流動(dòng)性提高，易于澆注密實(shí)，且減少混凝土用水量，可減少混凝土的

38、泌水，使混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔孔隙減少，有利于提高混凝土的抗凍性和抗?jié)B性。由于減水劑的品種繁多，又無(wú)全國(guó)統(tǒng)一的編號(hào)，基本上是一個(gè)廠家一個(gè)編號(hào)，因此在選用減水劑時(shí)對(duì)其主要成分及各種性能應(yīng)有所了解。大量試驗(yàn)表明，配制高性能混凝土所選用的高效減水劑應(yīng)滿足以下要求：1>高減水率；通常減水率應(yīng)大于25%。2>新拌混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失小，應(yīng)以滿足施工的具體要求來(lái)確定。3>與所使用的水泥、礦物質(zhì)摻合料相容性好。高性能混凝土基本特點(diǎn)之一就是采用低水膠比，水泥漿流動(dòng)性差，所以高效減水劑是高性能混凝土必不可少的組成。高效減水劑的適宜摻量為 0.51.0%，在摻加時(shí)宜與拌合水同時(shí)加入攪拌機(jī)內(nèi)，攪拌時(shí)間應(yīng)

39、適當(dāng)延長(zhǎng)，已得到均勻的混凝土拌合物。由于減水劑的品種繁多，又無(wú)全國(guó)統(tǒng)一的編號(hào)，基本上是一個(gè)廠家一個(gè)編號(hào)，因此在選用減水劑時(shí)對(duì)其主要成分及各種性能應(yīng)有所了解。大量試驗(yàn)表明，配制高性能混凝土所選用的高效減水劑應(yīng)滿足以下要求： 1>高減水率；通常減水率應(yīng)大于25%。2>新拌混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失小，應(yīng)以滿足施工的具體要求來(lái)確定。3>與所使用的水泥、礦物質(zhì)摻合料相容性好。高性能混凝土基本特點(diǎn)之一就是采用低水膠比，水泥漿流動(dòng)性差，所以高效減水劑是高性能混凝土必不可少的組成。高效減水劑的適宜摻量為0.51.0%，在摻加時(shí)宜與拌合水同時(shí)加入攪拌機(jī)內(nèi)，攪拌時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)，已得到均勻的混凝土拌合

40、物。4.3 摻入高效活性礦物摻料普通水泥混凝土的水泥石中水化物穩(wěn)定性的不足，使得混凝土不能超耐久。活性礦物摻料中含有大量活性Si03及Al203，能和波特蘭水泥水化過(guò)程中產(chǎn)生的游離石灰及高鹼性水化矽酸鈣產(chǎn)生二次反應(yīng)，生成強(qiáng)度更高、穩(wěn)定性更優(yōu)的低鹼性水化矽酸鈣，達(dá)到改善水化膠凝物質(zhì)的組成，消除游離石灰的目的，使水泥石結(jié)構(gòu)更為致密，并阻斷可能形成的滲透路，還能改善集料與水泥石的界面結(jié)構(gòu)和界面區(qū)性能。這些重要的作用，對(duì)增進(jìn)混凝土的耐久性及強(qiáng)度都有本質(zhì)性的貢獻(xiàn)。4.4 混凝土的強(qiáng)度盡管強(qiáng)度與耐久性概念不同，但密切相關(guān)，它們之間的本質(zhì)聯(lián)系基于混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，都與水灰比直接相關(guān)?；炷脸浞置軐?shí)條件下，隨

41、著水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的強(qiáng)度不斷提高，混凝土的抗?jié)B性提高，因而各種耐久性指標(biāo)也隨之提高。在排除內(nèi)部破壞因素的條件下，隨著混凝土強(qiáng)度的提高，其抵抗環(huán)境侵蝕破壞的能力也越強(qiáng)。4.5 防止凍融破壞混凝土的組成、配合比、養(yǎng)護(hù)條件和密實(shí)度決定了其在飽水狀態(tài)下抵抗凍融破壞的能力，在混凝土中摻加優(yōu)質(zhì)引氣型高效減水劑，能顯著提高抗凍性。一般引氣量4%8%，同時(shí)避免采用吸水率較高的骨料，加強(qiáng)排水以免混凝土結(jié)構(gòu)被水飽和。另外，還可以通過(guò)應(yīng)用新型混凝土來(lái)提高混凝土的耐久性。近些年來(lái)提出的高性能混凝土就是從技術(shù)和施工等方面提出的考慮了混凝土耐久性的新材料。4.6 進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)4.6.1改進(jìn)建筑結(jié)

42、構(gòu)型式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)同時(shí)考慮耐久性要求。處于惡劣環(huán)境下的單薄結(jié)構(gòu)構(gòu)件，盡可能少用，以防止凍融、碳化等引起的損壞。對(duì)于易受疲勞損傷的部位，必須限制允許裂縫寬度，一般不大于0.0035倍保護(hù)層厚度，其余為0.004倍保護(hù)層厚度。值得一提的是，確定鋼筋混凝土保護(hù)層厚度時(shí)除必須區(qū)別工程環(huán)境、規(guī)模、耐久要求外，須考慮保護(hù)層之10%30%的施工誤差影響。4.6.2合理設(shè)計(jì)混凝土配合比控制水泥的最低用量，以保持混凝土的堿性；同時(shí)盡量降低水灰比，以減小游離水的量，對(duì)此可以采用減水劑，在滿足施工要求的前提下，降低用水量。用優(yōu)質(zhì)摻和料，比如在混凝土中摻入優(yōu)質(zhì)粉煤灰代替部分水泥，可以降低水泥用量，減小用水量，改善和易性，降低泌水率，減小干縮變形。通常粉煤灰可以代替約20%的水泥。嚴(yán)格控制原材料的含鹽量，實(shí)驗(yàn)表明，鹽量達(dá)混凝土重量的0.1%0.2%時(shí)，即能引起鋼筋的銹蝕。4.6.3對(duì)混凝土耐久性進(jìn)行合理的評(píng)估通過(guò)對(duì)混凝土耐久性影響因素分析來(lái)預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)物的剩余壽命，從而有針對(duì)性地提出解決方法來(lái)提高混凝土的耐久性?；炷恋哪途眯栽u(píng)估方法有基于可靠度理論的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估與設(shè)計(jì)、基于模糊數(shù)學(xué)理論的混凝土結(jié)構(gòu)