淺談混凝土耐久性

精品文檔-下載后可編輯淺談混凝土耐久性在現(xiàn)今土建工程中，混凝土是用途最廣、用量最大的建筑材料之一，提高混凝土強(qiáng)度是人們不斷追求的目標(biāo)。近年來(lái)，考慮到某些工程的需要，在追求高強(qiáng)度的同時(shí)，也對(duì)混凝土耐久性提出了一定的要求。如果混凝土耐久性不足，將會(huì)影響建筑物的使用壽命，造成嚴(yán)重后果，甚至對(duì)未來(lái)社會(huì)造成極為沉重的負(fù)擔(dān)（比如巨額的維修和重建費(fèi)用）。因此混凝土耐久性問題已經(jīng)引起了各主管部門、廣大設(shè)計(jì)者和施工部門的重視。

根據(jù)自己十年來(lái)的工作經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)就混凝土耐久性的主要影響因素及提高措施作一個(gè)簡(jiǎn)單的論述。

一、對(duì)混凝土耐久性概念的理解

混凝土耐久性是指結(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、正常使用和可接受的外觀能力。它的主要特征表現(xiàn)在混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性、、碳化、堿集料反應(yīng)等方面?，F(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2022）中，明確規(guī)定混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。但現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范只劃分兩個(gè)極限狀態(tài)，即承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，而將耐久性能列入正常使用極限狀態(tài)之中，且以構(gòu)造要求為主?；炷聊途眯耘c工程的使用壽命相聯(lián)系，是使用期內(nèi)結(jié)構(gòu)保持正常功能的能力，這一正常功能不僅包括結(jié)構(gòu)的安全性，而且更多地體現(xiàn)在適用性上。

二、影響混凝土耐久性的主要因素

1.抗?jié)B性能對(duì)混凝土耐久性的影響

抗?jié)B性能差會(huì)引起混凝土耐久性的不足?；炷帘举|(zhì)上是一種多孔性材料，混凝土的抗?jié)B性主要與其密實(shí)度及內(nèi)部孔隙的大小和構(gòu)造有關(guān)。由于在混凝土工程中為了滿足混凝土施工的工作性要求，適當(dāng)加大了水灰比，水灰比越大，水分越多，蒸發(fā)后混凝土內(nèi)部留下相互聯(lián)通的孔隙和毛細(xì)通路就越多，以及由于在混凝土施工成型時(shí)，振搗不實(shí)產(chǎn)生的蜂窩、孔洞都會(huì)造成混凝土滲水，從而導(dǎo)致抗?jié)B性能差，影響混凝土耐久性。

2.抗凍性能差引起混凝土耐久性不足

混凝土的抗凍性是指混凝土在飽水狀態(tài)下，經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用，能保持強(qiáng)度和外觀完整性的能力。在寒冷地區(qū)，特別是在接觸水又受凍的環(huán)境下的混凝土，要求必須有較高的抗凍性能。而混凝土的密實(shí)度、孔隙構(gòu)造和數(shù)量、孔隙的充水程度是決定抗凍性的主要因素?；炷猎谄鋬鋈谶^(guò)程中，遭受兩種破壞應(yīng)力，其一是混凝土內(nèi)部孔隙中的水在負(fù)溫下發(fā)生物態(tài)變化，由水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹9％左右，受毛細(xì)孔壁約束形成膨脹壓力，從而在孔周圍的微觀結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生拉應(yīng)力；其二是毛細(xì)孔水結(jié)成冰時(shí)，由凝膠孔中過(guò)冷水在混凝土微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起的滲管壓力。當(dāng)混凝土受凍時(shí)，這兩種壓力會(huì)損傷混凝土內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，經(jīng)反復(fù)凍融以后，損傷逐步積累不斷擴(kuò)大，發(fā)展成互相連通的裂縫，使混凝土強(qiáng)度逐步降低，最后甚至完全喪失。

3.抗侵蝕性能對(duì)混凝土耐久性的影響

混凝土抗侵蝕性與所用水泥的品種、混凝土的密實(shí)度以及孔隙特征有關(guān)。若混凝土密實(shí)程度不高，多數(shù)孔隙程線性分布，形成各種侵蝕介質(zhì)及有害物質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部的通道，侵蝕介質(zhì)和有害物會(huì)長(zhǎng)時(shí)間不斷損害混凝土及內(nèi)部鋼筋，引起混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不足。

4.混凝土的碳化對(duì)混凝土耐久性的影響

混凝土的碳化是二氧化碳與水泥石中的氫氧化鈣作用生成碳酸鈣和水，碳化過(guò)程是二氧化碳由表及里向混凝土內(nèi)部逐步擴(kuò)散的過(guò)程。

碳化對(duì)混凝土性能既有有利的影響，也有不利的影響。有利影響就是碳化能使混凝土的抗壓強(qiáng)度增大，其原因是碳化放出的水分有助于水泥的水化作用，而且碳酸鈣減少了水泥石內(nèi)部的孔隙。不利影響是因?yàn)樘蓟?，使混凝土中性化而降低其堿度，當(dāng)混凝土保護(hù)層被碳化至鋼筋表面時(shí)，鋼筋表面由于堿性形成的氧化膜就會(huì)遭到破壞，這時(shí)，如果含氧水分侵入，鋼筋就會(huì)銹蝕，嚴(yán)重時(shí)體積就會(huì)膨脹，導(dǎo)致沿鋼筋長(zhǎng)度出現(xiàn)縱向裂縫，使混凝土結(jié)構(gòu)件破壞；再一個(gè)由于混凝土的碳化層產(chǎn)生碳化收縮，對(duì)其核心形成壓力，而表面碳化層產(chǎn)生拉應(yīng)力可能出現(xiàn)微細(xì)裂縫，使混凝土抗拉、抗折強(qiáng)度降低，影響混凝土耐久性。

5.堿集料反應(yīng)對(duì)混凝土耐久性的影響

堿集料反應(yīng)是指硬化混凝土中所含的堿（Na2O和K2O）與集料中的活性成分發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象。堿集料反應(yīng)生成一種產(chǎn)物，并吸水膨脹，體積可增大3～4倍，從而導(dǎo)致混凝土開裂、剝落等，直至喪失使用能力。

6.水泥石中的水化物穩(wěn)定性不足也會(huì)對(duì)混凝土耐久性產(chǎn)生影響

例如，波特蘭水泥水化后的主要水化物是堿度較高的高堿性水化矽酸鈣、水化鋁酸鈣和水化硫鋁酸鈣，此外，在水化物中還有數(shù)量很大的游離石灰，它的強(qiáng)度極低，穩(wěn)定性極差，在侵蝕條件下，很容易發(fā)生體積膨脹產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土開裂、損壞。

三、根據(jù)以上對(duì)影響混凝土耐久性主要因素的分析，要提高混凝土的耐久性，可以采取以下幾種措施

1.按要求摻入高效減水劑

混凝土的抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕性能的好壞直接影響到混凝土耐久性，而提高這三種性能就必須降低混凝土的孔隙率，特別是毛細(xì)管孔隙率，以提高混凝土的密實(shí)度。最主要的方法是降低混凝土的拌合用水量，減小水灰比，但純粹的降低用水量，混凝土的工作性將隨之降低，又會(huì)使搗實(shí)成型困難，同樣造成混凝土結(jié)構(gòu)不致密，甚至?xí)霈F(xiàn)蜂窩等宏觀缺陷，不但混凝土強(qiáng)度降低，而且混凝土的耐久性也同時(shí)降低。因此，必須在保證混凝土和易性要求的同時(shí)盡可能減小水灰比，使混凝土的總孔隙，特別是毛細(xì)管空隙率大幅度降低。水泥在加水?dāng)嚢韬?，?huì)產(chǎn)生一種絮凝狀結(jié)構(gòu)，在這些絮凝狀結(jié)構(gòu)中包裹著許多拌合水，從而降低了新拌混凝土的工作性。施工中為了保持混凝土拌合物所需工作性，就必須在拌和時(shí)相應(yīng)增加用水量，這樣就會(huì)促使水泥石結(jié)構(gòu)中形成過(guò)多的孔隙。當(dāng)加入減水劑后，由于減水劑的定向排列，使水泥質(zhì)點(diǎn)表面均帶有相同電荷，在電性斥力的作用下，不但使水泥體系處于相對(duì)穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，還在水泥顆粒表面形成一層溶劑化水膜，同時(shí)使水泥絮凝體內(nèi)的游離水釋放出來(lái)，因而達(dá)到堿水的目的。許多研究表明，當(dāng)水灰比降到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，而且不會(huì)影響混凝土的施工性。

2.提高混凝土的抗碳化能力

方法有：1、在混凝土終凝前做好原漿抹面壓光，增強(qiáng)表面密實(shí)度，也可采用表面侵漬和表面涂覆的手段來(lái)降低混凝土表面的滲透性，從而阻止混凝土碳化。2、減小水灰比，增大水泥用量，有效地控制混凝土的孔隙數(shù)量和結(jié)構(gòu)；摻加引氣劑，使混凝土中形成很多封閉氣泡，切斷毛細(xì)管的通道，兩者均可以使二氧化碳的有效擴(kuò)散系數(shù)顯著減小，從而降低混凝土的碳化速度。3、通過(guò)再堿化技術(shù)，使鋼筋周圍的混凝土恢復(fù)堿化，從而使鋼筋表面恢復(fù)鈍化，以防止由于碳化引起的鋼筋銹蝕。

3.避免或減輕堿集料反應(yīng)

混凝土只有含活性二氧化硅的骨料、有較多的堿（Na2O和K2O）和有充分的水三個(gè)條件同時(shí)具備時(shí)才能發(fā)生堿集料反應(yīng)。抑制其反應(yīng)的措施：1、選擇無(wú)堿活性的骨料；2、在不得不采用具有堿活性的骨料時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土中的總堿量；3、選用活性摻合料，如硅灰、礦渣、粉煤灰（高鈣高堿粉煤灰除外）等，對(duì)堿骨料反應(yīng)有明顯的抑制效果?；钚該胶狭吓c混凝土中的堿起反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物均勻分散在混凝土中，而不是集中在骨料表面，不會(huì)發(fā)生有害的膨脹，從而降低了混凝土的含堿量，起到抑制堿集料反應(yīng)的作用。4、控制進(jìn)入混凝土的水分。堿集料反應(yīng)要有水分，如果沒有水分，反應(yīng)就會(huì)大為減少乃至完全停止。因此，要防止外界水分滲入混凝土以減輕堿集料反應(yīng)的危害。

4.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)定的不足，是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中摻入活性礦物的目的，在于改善混凝土中水泥石的膠凝物質(zhì)的組成?；钚缘V物摻料中含有大量活性SiO2及活性Al2O3，它們能和波特蘭水泥水化過(guò)程中產(chǎn)生的游離石灰及高堿性水化矽酸鈣產(chǎn)生二次反應(yīng)，生成強(qiáng)度更高、穩(wěn)定性更優(yōu)的低堿水化矽酸鈣，從而達(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)更致密，并阻斷可能形成的滲透路。此外，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)。

四、總結(jié)

混凝土的耐久性是一個(gè)涉及環(huán)境、材料、設(shè)計(jì)、施工等多種因素的復(fù)