淺談混凝土耐久性提高的措施
康吉芹
摘要：混凝土的耐久性是混凝土建筑物所處的自然環(huán)境及使用條件下經(jīng)久耐用的性能，耐久的混凝土當(dāng)暴露在它工作的環(huán)境中時(shí)，能長(zhǎng)期保持混凝土原來(lái)的形狀和性能，使結(jié)構(gòu)物正常使用。同時(shí)混凝土的鋼筋腐蝕、碳化、侵蝕性介質(zhì)腐蝕、凍融破壞、堿- 骨料反應(yīng)是破壞其耐久性的主要因素，本文重點(diǎn)提出了確保和提高混凝土耐久性的措施
關(guān)鍵詞：混凝土；耐久性；因素；措施
一、混凝土的結(jié)構(gòu)
混凝土是由水泥、水、骨料經(jīng)攪拌、澆搗和硬化過(guò)程而形成的一種水硬性復(fù)合材料。其主要成分為水泥、水和粗、細(xì)骨料。未碳化的混凝土是堿性的。為了改善或提高混凝土的某些物理力學(xué)性能和施工性能，在混凝土中，一般需要摻加外加劑�，F(xiàn)代混凝土中外加劑的應(yīng)用越來(lái)越普遍，被譽(yù)為混凝土的第四種成分。混凝土的結(jié)構(gòu)是非均勻的，也十分復(fù)雜。這是由混凝土的組成材料決定的。從宏觀水平上看，硬化水泥漿可看成是基材，粗骨料分布于基材之中。由于混凝土的級(jí)配及骨料含量等的不同，混凝土的宏觀結(jié)構(gòu)也有所不同。在有些混凝土中，水泥砂漿的含量超過(guò)骨料之間的空隙，粗骨料之間互不接觸；而有些混凝土中，粗骨料用量較多，骨料之間的水泥漿則相對(duì)較少，甚至在骨料之間出現(xiàn)孔洞。從微
觀水平上看，由于混凝土中各種成分分布不均勻，成型不密實(shí)等，混凝土的密實(shí)性是不均勻的，有些區(qū)域是致密的，而有些區(qū)域則是多孔的。不同的混凝土具有不同的宏觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)。
二、影響混凝土耐久性的因素
耐久性是混凝土的一個(gè)綜合性指標(biāo)，包括原材料、抗?jié)B性、抗凍性、抗腐蝕、抗碳化性、抗磨性、抗堿—骨料反應(yīng)及混凝土中的鋼筋耐銹蝕等性能。綜合分析混凝土耐久性主要包括以下幾方面：一是抗?jié)B性。即指混凝土抵抗水、油等液體在壓力作用下滲透的性能。二是抗凍性。混凝土的抗凍性是指混凝土在飽水狀態(tài)下，經(jīng)受多次抵抗凍融循環(huán)作用，能保持強(qiáng)度和外觀性的能力。在寒冷地區(qū)，尤其是在接觸水又受凍的環(huán)境下的混凝土，要求具有較高的抗凍性能。三是抗侵蝕
性�；炷�土暴露在有化學(xué)物質(zhì)的環(huán)境和介質(zhì)中，有可能遭受化學(xué)侵蝕而破壞。四是堿骨料反應(yīng)。如前分析，不論是上述哪一種因素主導(dǎo)著混凝土的劣化過(guò)程，其共同點(diǎn)是混凝土內(nèi)有充足的水分和其他有害物質(zhì)的侵入。要提高混凝土耐久性，滿足耐久性要求，必須降低混凝土的孔隙率，特別是降低毛細(xì)管孔隙率，即混凝土必須有足夠的密實(shí)性并且不出現(xiàn)有害裂縫，從而能夠抵抗水分和侵蝕性介質(zhì)的滲入。
三、提高混凝土耐久性的具體措施
（一）原材料控制措施
在混凝土配合比的委托檢驗(yàn)中，由于部分施工單位對(duì)原材料質(zhì)量不夠重視，對(duì)混凝土質(zhì)量的概念不清晰，送檢的原材料存在各方面的問(wèn)題，導(dǎo)致配合比設(shè)計(jì)造成困難。針對(duì)不同的混凝土技術(shù)性能，混凝土施工單位首先應(yīng)有一個(gè)科學(xué)的統(tǒng)籌的原材料采購(gòu)計(jì)劃，在這方面預(yù)拌混凝土有著天然的較大的優(yōu)勢(shì)。
1、水泥。一般而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在考慮強(qiáng)度多而考慮耐久性少、重視強(qiáng)度極限狀態(tài)而不重視使用極限狀態(tài)、重視結(jié)構(gòu)的建造而不重視結(jié)構(gòu)的維護(hù)等現(xiàn)象，必須改變這種“強(qiáng)度第一”的思維方式；但不可否認(rèn)在某些地區(qū)同時(shí)也有“短期經(jīng)濟(jì)第一”的思維方式。但是兩者都說(shuō)明了建設(shè)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工單位對(duì)混凝土的耐久性的重視程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)參照《混凝土耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》同時(shí)確定選用的水泥品種及礦物摻合料用量的限定范圍等，以避免施工單位對(duì)水泥選擇的隨意性。關(guān)于水泥樣品的問(wèn)題，我們有時(shí)做出的水泥實(shí)測(cè)28 d 強(qiáng)度比其本身強(qiáng)度等級(jí)還高一個(gè)等級(jí)，例如某樣品P·O 32.5R 的水泥28 d 抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值為47.7 MPa，對(duì)于這些明顯超過(guò)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值甚至跨強(qiáng)度等級(jí)的水泥，我們會(huì)將此檢測(cè)結(jié)果僅作為一個(gè)參考性的指標(biāo)，而且這一次送檢的明顯偏離的樣品強(qiáng)度能否代表整個(gè)工程的水泥質(zhì)量也是值得懷疑的，在實(shí)際配合比設(shè)計(jì)時(shí)
宜考慮按一般的水泥富余系數(shù)（γc=1.10 左右）進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。因?yàn)榛炷�土配合比設(shè)計(jì)一般需要一個(gè)月左右，故此有些檢測(cè)單位以水泥3 d 強(qiáng)度或快速測(cè)定強(qiáng)度推定，并按此強(qiáng)度進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)。但是有研究表明當(dāng)混合材品種和摻量、水泥磨細(xì)細(xì)度等發(fā)生變化時(shí)，28 d 推定強(qiáng)度會(huì)發(fā)生明顯波動(dòng)。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，本地區(qū)使用的水泥品牌種類很多，質(zhì)量也不穩(wěn)定，故我們還是按照正常的檢測(cè)程序進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。
2、骨料。碎石宜選擇連續(xù)級(jí)配碎石，單粒級(jí)碎石易引起混凝土離析。石子的顆粒形狀、表面特征對(duì)混凝土的需水性、黏結(jié)性能都有一定的影響。在本地區(qū)送檢的碎石樣品中，普遍的骨料級(jí)配有較多的是單粒級(jí)，甚至都找不到相應(yīng)級(jí)配，粒型偏于針片狀，這應(yīng)當(dāng)和當(dāng)前大部分石場(chǎng)落后的破碎工藝有很大關(guān)系。當(dāng)配合比試驗(yàn)使用這些級(jí)配不良粒型不好的石子時(shí)，我們不得不提高用水量，提高漿體量，但其保水性、黏聚性則仍然不良。有資料顯示，一些攪拌站或工程采用了兩級(jí)配的石子，混凝土的水泥用量減少了20%。同樣，砂子的顆粒級(jí)配應(yīng)滿足II 類砂要求，顆粒級(jí)配及細(xì)度模量對(duì)拌合料的稠度和保水性有著較大影響。一般的普通混凝土，粗骨料的用量應(yīng)按最大密度法進(jìn)行優(yōu)化，用多級(jí)配石子試配達(dá)到最大密實(shí)度（孔隙率應(yīng)≤42%），再用砂子填充其間的孔隙�！痘炷�土耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》的B.3.2 條文規(guī)定“混凝土骨料應(yīng)滿足骨料級(jí)配和粒型的要求，并應(yīng)采用單粒級(jí)兩級(jí)配或三級(jí)配投料”。關(guān)于砂率的確定，和上述闡述的因素都有關(guān)系，并和施工方式及混凝土的其他技術(shù)性能要求有關(guān)，并應(yīng)在混凝土試配中觀察其和易性及黏聚性，再進(jìn)行調(diào)整。在混凝土配合比設(shè)計(jì)中，砂石采用飽和面干基才是更科學(xué)的做法，因此在做配合比試配時(shí)，砂石骨料應(yīng)當(dāng)采用自然陰干或風(fēng)干才更接近飽和面干狀態(tài)；如果要準(zhǔn)確確定飽和面干狀態(tài)，則要進(jìn)行以烘干質(zhì)量為基準(zhǔn)的吸水率試驗(yàn)。一般而言，中砂的吸水率為1%，碎石的吸水率為1.2%。
3、外加劑。使用外加劑可以減少用水量以及調(diào)整混凝土有關(guān)技術(shù)性能，對(duì)改善混凝土耐久性有著重要作用。若不使用減水劑，要想達(dá)到《混凝土耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》所要求的最低強(qiáng)度等級(jí)和最大水膠比，有時(shí)不可能的。我們一般按照生產(chǎn)廠家推薦的減水率及摻量，在試配時(shí)再按照和易性調(diào)整為合適的摻量，而在施工中對(duì)使用的外加劑摻量進(jìn)行調(diào)整有時(shí)是不可避免的�；�于外加劑與水泥的相容性，有必要時(shí)應(yīng)按JC/T 1083—2008《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》的凈漿流動(dòng)度法，找出外加劑的飽和摻量點(diǎn)，確定外加劑的適宜摻量范圍；通過(guò)與基準(zhǔn)減水劑的對(duì)比，確定外加劑的適宜摻量及相對(duì)應(yīng)的減水率。
4、礦物摻合料。礦物摻合料對(duì)混凝土的貢獻(xiàn)能補(bǔ)償硅酸鹽水泥的劣勢(shì)，如
降低混凝土溫升、提高抗化學(xué)腐蝕的能力、后期強(qiáng)度的持續(xù)增長(zhǎng)，以及粉煤灰的抗裂性，應(yīng)該將礦物摻合料叫做“輔助性膠凝材料”。關(guān)于礦物摻合料取代部分水泥的計(jì)算方法，應(yīng)該采用等漿體體積法，而不能采用傳統(tǒng)的等量取代法、超量取代法或者等水膠比法�？紤]到礦物摻合料的密度小于水泥密度，按質(zhì)量摻入時(shí)，混凝土漿體體積會(huì)增大。所以應(yīng)按等漿體設(shè)計(jì)（漿體體積不變，按照摻量調(diào)整水膠比），有利于保持混凝土的體積穩(wěn)定性，也就是從密實(shí)性方面考慮的緣故。
（二）混凝土攪拌和運(yùn)輸過(guò)程中的控制措施
混凝土采用攪拌站拌合。砼各組成材料的計(jì)量按重量計(jì)，各種材料的稱量允許偏差：水泥、水、外加劑、摻合料為1%，砂石骨料為2%。施工中自動(dòng)計(jì)量設(shè)備，并及時(shí)測(cè)定骨料的含水率，每工作班至少一次，當(dāng)含水率有顯著變化時(shí)，增加
測(cè)定次數(shù)，依據(jù)測(cè)定結(jié)果及時(shí)調(diào)整用水量和骨料用量，保證配合比的準(zhǔn)確性。根據(jù)攪拌機(jī)類型和混凝土的坍落度現(xiàn)場(chǎng)確定最佳攪拌時(shí)間，但不得少于90s。各種計(jì)量器具定期進(jìn)行檢定。采用混凝土輸送攪拌車運(yùn)輸混凝土。運(yùn)輸途中，攪拌筒保持慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，保證混凝土不產(chǎn)生離析。若出現(xiàn)坍落度損失過(guò)大，防礙卸料和泵送時(shí)，采取往攪拌筒內(nèi)加入一定量的水和水泥的措施，直到坍落度符合要求。避免往筒內(nèi)直接加水的做法�；炷�土采用輸送泵泵送入模。泵送混凝土之前先適量的水潤(rùn)濕泵的料斗、活塞及輸送管的內(nèi)壁等與混凝土直接接觸的部位，再泵送0.5m³ 水泥漿或水泥砂漿。潤(rùn)滑用的水、水泥漿和水泥砂漿分散布料，避免集中澆注在任一部位。在高溫季節(jié)對(duì)泵管用濕麻袋包裹，并經(jīng)常噴灑冷水降溫。在寒冷季節(jié)對(duì)泵管包裹保溫。嚴(yán)格控制混凝土入機(jī)質(zhì)量，在料斗上設(shè)置金屬格柵，防止大粒徑骨料或其他異物進(jìn)入。泵送速度先慢后快，逐步加速。泵送過(guò)程中受料斗內(nèi)混凝土料面超過(guò)攪拌軸線，以防吸入空氣。泵送結(jié)束后，及時(shí)清理料斗及管道�；炷�土泵送工作堅(jiān)持信息化施工，加強(qiáng)供料、運(yùn)輸、泵送及澆注工作面上操作人員之間的聯(lián)系、協(xié)調(diào)，使施工進(jìn)度正常，出現(xiàn)問(wèn)題能及時(shí)處理。
（三）要有足夠的保護(hù)層厚度
􀀁混凝土的高堿度可以使鋼筋表面形成鈍化膜, 它對(duì)鋼筋有保護(hù)作用, 混凝土的保護(hù)層可以阻止外界腐蝕介質(zhì)氧氣和水分的滲入, 保護(hù)作用的效果與混凝土的密實(shí)度和保護(hù)層的厚度密切相關(guān), 適當(dāng)加大混凝土保護(hù)層厚度是提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性、延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的重要措施。
􀀁另外，各國(guó)規(guī)范在規(guī)定最小混凝土保護(hù)層厚度時(shí), 除普遍考慮環(huán)境條件外, 對(duì)其他條件的影響各有側(cè)重,如美國(guó)規(guī)范對(duì)構(gòu)件類型、鋼筋類型和直徑大小很重
視, 將構(gòu)件分為三個(gè)檔次, 板墻小梁、梁柱、殼體折板等；對(duì)不同粗細(xì)的鋼筋也予以區(qū)別對(duì)待。而英國(guó)規(guī)范對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不同則規(guī)定也不同。
（四）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，目前只有加氣混凝土才能有效提高混凝土的抗凍性。引氣是提高混凝土抗凍性的主要參數(shù)。一般引氣量4%～8%，同時(shí)，應(yīng)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。在混凝土中摻加優(yōu)質(zhì)引氣型高效減水劑，既能獲得大量均勻分布的微小氣泡，顯著提高抗凍性，又能大幅度減小水灰比，從而保證混凝土強(qiáng)度不降低，甚至有所提高。
（五）施工方面可采取的技術(shù)措施
從施工角度來(lái)說(shuō)，最重要的是保護(hù)混凝土制備過(guò)程中所采取的措施有效發(fā)揮作用，同時(shí)也可以從施工方面減少對(duì)混凝土配合比的限制，使混凝土配合比設(shè)計(jì)能更多的考慮降低混凝土的放熱量，具體可以采取以下措施。
1、盡可能避免在高溫下施工。
2、選擇適當(dāng)?shù)氖┕すに�，盡量避免長(zhǎng)距離泵送長(zhǎng)距離泵送混凝土對(duì)坍落度要求高，坍落度高必然導(dǎo)致用水量增加，膠凝材料用量增加，混凝土放熱量增大。
3、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)包括養(yǎng)護(hù)和保溫兩方面,養(yǎng)護(hù)防止混凝土的早期干縮，保溫防止?jié)仓�塊表面溫度過(guò)低，內(nèi)外溫差過(guò)大而導(dǎo)致較大的溫度變形差， 產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力使混凝土產(chǎn)生裂縫。
4、避免過(guò)早的拆�；蚣雍奢d。為了溫控的需要，大體積混凝土的早期強(qiáng)度通常較低。因此，在施工時(shí)應(yīng)注意早期保護(hù)，不要過(guò)早的拆�；蚴够炷�土受力，以免破壞混凝土結(jié)構(gòu)。
（六）避免或減輕堿骨料反應(yīng)
混凝土堿骨料反應(yīng)危害很大，一旦發(fā)生很難修復(fù)。當(dāng)混凝土使用有堿活性反應(yīng)的骨料時(shí)，必須從配合比出發(fā)，嚴(yán)格控制混凝土中的總堿含量以保證混凝土的耐久性。此外，外加劑特別是早強(qiáng)劑帶來(lái)高含量的堿，為預(yù)防堿骨料反應(yīng)，在設(shè)計(jì)上應(yīng)對(duì)外摻劑的使用提出要求。
四、結(jié)束語(yǔ)
混凝土耐久性問(wèn)題是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。它涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、配合比設(shè)計(jì)、材料、施工以及使用維護(hù)等多方面、多學(xué)科,很少是由于某一孤立的原因造成的，只有各方面共同努力，才能解決這一工程領(lǐng)域中的重大課題。但合理的構(gòu)造、合理的混凝土配合比、優(yōu)質(zhì)的原材料、嚴(yán)格的施工質(zhì)量控制以及定期養(yǎng)護(hù)、檢測(cè)與維修是確保混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的有效措施。


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