浅谈混凝土耐久性提高的措施-建筑设计职称论文发表
浅谈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处的自然环境及使用条件下经久耐用的性能，耐久的混凝土当暴露在它工作的环境中时，能长期保持混凝土原来的形状和性能，使结构物正常使用。同时混凝土的钢筋腐蚀、碳化、侵蚀性介质腐蚀、冻融破坏、碱- 骨料反应是破坏其耐久性的主要因素，本文重点提出了确保和提高混凝土耐久性的措施
关键词：混凝土；耐久性；因素；措施
一、混凝土的结构
混凝土是由水泥、水、骨料经搅拌、浇捣和硬化过程而形成的一种水硬性复合材料。其主要成分为水泥、水和粗、细骨料。未碳化的混凝土是碱性的。为了改善或提高混凝土的某些物理力学性能和施工性能，在混凝土中，一般需要掺加外加剂。现代混凝土中外加剂的应用越来越普遍，被誉为混凝土的第四种成分。混凝土的结构是非均匀的，也十分复杂。这是由混凝土的组成材料决定的。从宏观水平上看，硬化水泥浆可看成是基材，粗骨料分布于基材之中。由于混凝土的级配及骨料含量等的不同，混凝土的宏观结构也有所不同。在有些混凝土中，水泥砂浆的含量超过骨料之间的空隙，粗骨料之间互不接触；而有些混凝土中，粗骨料用量较多，骨料之间的水泥浆则相对较少，甚至在骨料之间出现孔洞。从微
观水平上看，由于混凝土中各种成分分布不均匀，成型不密实等，混凝土的密实性是不均匀的，有些区域是致密的，而有些区域则是多孔的。不同的混凝土具有不同的宏观结构和微观结构。
二、影响混凝土耐久性的因素
耐久性是混凝土的一个综合性指标，包括原材料、抗渗性、抗冻性、抗腐蚀、抗碳化性、抗磨性、抗碱—骨料反应及混凝土中的钢筋耐锈蚀等性能。综合分析混凝土耐久性主要包括以下几方面：一是抗渗性。即指混凝土抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能。二是抗冻性。混凝土的抗冻性是指混凝土在饱水状态下，经受多次抵抗冻融循环作用，能保持强度和外观性的能力。在寒冷地区，尤其是在接触水又受冻的环境下的混凝土，要求具有较高的抗冻性能。三是抗侵蚀
性。混凝土暴露在有化学物质的环境和介质中，有可能遭受化学侵蚀而破坏。四是碱骨料反应。如前分析，不论是上述哪一种因素主导着混凝土的劣化过程，其共同点是混凝土内有充足的水分和其他有害物质的侵入。要提高混凝土耐久性，满足耐久性要求，必须降低混凝土的孔隙率，特别是降低毛细管孔隙率，即混凝土必须有足够的密实性并且不出现有害裂缝，从而能够抵抗水分和侵蚀性介质的渗入。
三、提高混凝土耐久性的具体措施
（一）原材料控制措施
在混凝土配合比的委托检验中，由于部分施工单位对原材料质量不够重视，对混凝土质量的概念不清晰，送检的原材料存在各方面的问题，导致配合比设计造成困难。针对不同的混凝土技术性能，混凝土施工单位首先应有一个科学的统筹的原材料采购计划，在这方面预拌混凝土有着天然的较大的优势。
1、水泥。一般而言，结构设计中存在考虑强度多而考虑耐久性少、重视强度极限状态而不重视使用极限状态、重视结构的建造而不重视结构的维护等现象，必须改变这种“强度第一”的思维方式；但不可否认在某些地区同时也有“短期经济第一”的思维方式。但是两者都说明了建设、结构设计及施工单位对混凝土的耐久性的重视程度远远不够。在结构设计时还应参照《混凝土耐久性设计与施工指南》同时确定选用的水泥品种及矿物掺合料用量的限定范围等，以避免施工单位对水泥选择的随意性。关于水泥样品的问题，我们有时做出的水泥实测28 d 强度比其本身强度等级还高一个等级，例如某样品P·O 32.5R 的水泥28 d 抗压强度实测值为47.7 MPa，对于这些明显超过强度标准值甚至跨强度等级的水泥，我们会将此检测结果仅作为一个参考性的指标，而且这一次送检的明显偏离的样品强度能否代表整个工程的水泥质量也是值得怀疑的，在实际配合比设计时
宜考虑按一般的水泥富余系数（γc=1.10 左右）进行配合比设计。因为混凝土配合比设计一般需要一个月左右，故此有些检测单位以水泥3 d 强度或快速测定强度推定，并按此强度进行混凝土配合比设计。但是有研究表明当混合材品种和掺量、水泥磨细细度等发生变化时，28 d 推定强度会发生明显波动。经过统计分析，本地区使用的水泥品牌种类很多，质量也不稳定，故我们还是按照正常的检测程序进行配合比设计。
2、骨料。碎石宜选择连续级配碎石，单粒级碎石易引起混凝土离析。石子的颗粒形状、表面特征对混凝土的需水性、黏结性能都有一定的影响。在本地区送检的碎石样品中，普遍的骨料级配有较多的是单粒级，甚至都找不到相应级配，粒型偏于针片状，这应当和当前大部分石场落后的破碎工艺有很大关系。当配合比试验使用这些级配不良粒型不好的石子时，我们不得不提高用水量，提高浆体量，但其保水性、黏聚性则仍然不良。有资料显示，一些搅拌站或工程采用了两级配的石子，混凝土的水泥用量减少了20%。同样，砂子的颗粒级配应满足II 类砂要求，颗粒级配及细度模量对拌合料的稠度和保水性有着较大影响。一般的普通混凝土，粗骨料的用量应按最大密度法进行优化，用多级配石子试配达到最大密实度（孔隙率应≤42%），再用砂子填充其间的孔隙。《混凝土耐久性设计规范》的B.3.2 条文规定“混凝土骨料应满足骨料级配和粒型的要求，并应采用单粒级两级配或三级配投料”。关于砂率的确定，和上述阐述的因素都有关系，并和施工方式及混凝土的其他技术性能要求有关，并应在混凝土试配中观察其和易性及黏聚性，再进行调整。在混凝土配合比设计中，砂石采用饱和面干基才是更科学的做法，因此在做配合比试配时，砂石骨料应当采用自然阴干或风干才更接近饱和面干状态；如果要准确确定饱和面干状态，则要进行以烘干质量为基准的吸水率试验。一般而言，中砂的吸水率为1%，碎石的吸水率为1.2%。
3、外加剂。使用外加剂可以减少用水量以及调整混凝土有关技术性能，对改善混凝土耐久性有着重要作用。若不使用减水剂，要想达到《混凝土耐久性设计规范》所要求的最低强度等级和最大水胶比，有时不可能的。我们一般按照生产厂家推荐的减水率及掺量，在试配时再按照和易性调整为合适的掺量，而在施工中对使用的外加剂掺量进行调整有时是不可避免的。基于外加剂与水泥的相容性，有必要时应按JC/T 1083—2008《水泥与减水剂相容性试验方法》的净浆流动度法，找出外加剂的饱和掺量点，确定外加剂的适宜掺量范围；通过与基准减水剂的对比，确定外加剂的适宜掺量及相对应的减水率。
4、矿物掺合料。矿物掺合料对混凝土的贡献能补偿硅酸盐水泥的劣势，如
降低混凝土温升、提高抗化学腐蚀的能力、后期强度的持续增长，以及粉煤灰的抗裂性，应该将矿物掺合料叫做“辅助性胶凝材料”。关于矿物掺合料取代部分水泥的计算方法，应该采用等浆体体积法，而不能采用传统的等量取代法、超量取代法或者等水胶比法。考虑到矿物掺合料的密度小于水泥密度，按质量掺入时，混凝土浆体体积会增大。所以应按等浆体设计（浆体体积不变，按照掺量调整水胶比），有利于保持混凝土的体积稳定性，也就是从密实性方面考虑的缘故。
（二）混凝土搅拌和运输过程中的控制措施
混凝土采用搅拌站拌合。砼各组成材料的计量按重量计，各种材料的称量允许偏差：水泥、水、外加剂、掺合料为1%，砂石骨料为2%。施工中自动计量设备，并及时测定骨料的含水率，每工作班至少一次，当含水率有显著变化时，增加
测定次数，依据测定结果及时调整用水量和骨料用量，保证配合比的准确性。根据搅拌机类型和混凝土的坍落度现场确定最佳搅拌时间，但不得少于90s。各种计量器具定期进行检定。采用混凝土输送搅拌车运输混凝土。运输途中，搅拌筒保持慢速转动，保证混凝土不产生离析。若出现坍落度损失过大，防碍卸料和泵送时，采取往搅拌筒内加入一定量的水和水泥的措施，直到坍落度符合要求。避免往筒内直接加水的做法。混凝土采用输送泵泵送入模。泵送混凝土之前先适量的水润湿泵的料斗、活塞及输送管的内壁等与混凝土直接接触的部位，再泵送0.5m³ 水泥浆或水泥砂浆。润滑用的水、水泥浆和水泥砂浆分散布料，避免集中浇注在任一部位。在高温季节对泵管用湿麻袋包裹，并经常喷洒冷水降温。在寒冷季节对泵管包裹保温。严格控制混凝土入机质量，在料斗上设置金属格栅，防止大粒径骨料或其他异物进入。泵送速度先慢后快，逐步加速。泵送过程中受料斗内混凝土料面超过搅拌轴线，以防吸入空气。泵送结束后，及时清理料斗及管道。混凝土泵送工作坚持信息化施工，加强供料、运输、泵送及浇注工作面上操作人员之间的联系、协调，使施工进度正常，出现问题能及时处理。
（三）要有足够的保护层厚度
混凝土的高碱度可以使钢筋表面形成钝化膜, 它对钢筋有保护作用, 混凝土的保护层可以阻止外界腐蚀介质氧气和水分的渗入, 保护作用的效果与混凝土的密实度和保护层的厚度密切相关, 适当加大混凝土保护层厚度是提高混凝土结构耐久性、延长混凝土结构使用寿命的重要措施。
另外，各国规范在规定最小混凝土保护层厚度时, 除普遍考虑环境条件外, 对其他条件的影响各有侧重,如美国规范对构件类型、钢筋类型和直径大小很重
视, 将构件分为三个档次, 板墙小梁、梁柱、壳体折板等；对不同粗细的钢筋也予以区别对待。而英国规范对混凝土强度等级不同则规定也不同。
（四）防止冻融破坏
混凝土的组成、配合比、养护条件和密实度决定了其在饱水状态下抵抗冻融破坏的能力，目前只有加气混凝土才能有效提高混凝土的抗冻性。引气是提高混凝土抗冻性的主要参数。一般引气量4%～8%，同时，应避免采用吸水率较高的骨料，加强排水以免混凝土结构被水饱和。在混凝土中掺加优质引气型高效减水剂，既能获得大量均匀分布的微小气泡，显著提高抗冻性，又能大幅度减小水灰比，从而保证混凝土强度不降低，甚至有所提高。
（五）施工方面可采取的技术措施
从施工角度来说，最重要的是保护混凝土制备过程中所采取的措施有效发挥作用，同时也可以从施工方面减少对混凝土配合比的限制，使混凝土配合比设计能更多的考虑降低混凝土的放热量，具体可以采取以下措施。
1、尽可能避免在高温下施工。
2、选择适当的施工工艺，尽量避免长距离泵送长距离泵送混凝土对坍落度要求高，坍落度高必然导致用水量增加，胶凝材料用量增加，混凝土放热量增大。
3、加强养护包括养护和保温两方面,养护防止混凝土的早期干缩，保温防止浇筑块表面温度过低，内外温差过大而导致较大的温度变形差， 产生较大的温度应力使混凝土产生裂缝。
4、避免过早的拆模或加荷载。为了温控的需要，大体积混凝土的早期强度通常较低。因此，在施工时应注意早期保护，不要过早的拆模或使混凝土受力，以免破坏混凝土结构。
（六）避免或减轻碱骨料反应
混凝土碱骨料反应危害很大，一旦发生很难修复。当混凝土使用有碱活性反应的骨料时，必须从配合比出发，严格控制混凝土中的总碱含量以保证混凝土的耐久性。此外，外加剂特别是早强剂带来高含量的碱，为预防碱骨料反应，在设计上应对外掺剂的使用提出要求。
四、结束语
混凝土耐久性问题是一个复杂的系统工程。它涉及结构设计、配合比设计、材料、施工以及使用维护等多方面、多学科,很少是由于某一孤立的原因造成的，只有各方面共同努力，才能解决这一工程领域中的重大课题。但合理的构造、合理的混凝土配合比、优质的原材料、严格的施工质量控制以及定期养护、检测与维修是确保混凝土结构耐久性的有效措施。
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