混凝土耐久性的影響因素和改善措施

孫福平

摘要：文章從內(nèi)因和外因兩個(gè)方面，分析了原材料、溫濕度、混凝土的碳化、堿一集料反應(yīng)、化學(xué)侵蝕、鋼筋銹蝕等因素對(duì)混凝土耐久性的影響，并提出了改善混凝土耐久性的相關(guān)措施。

關(guān)鍵詞：混凝土;耐久性;水泥;影響因素;提高措施

中圖分類號(hào)：U491 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.012

文章編號(hào)：1673-4874（2019）08-0043-03

0引言

混凝土目前普遍用于建筑工程當(dāng)中，是一種性能良好的建筑材料，而建筑工程中最常見的問題莫過于混凝土的質(zhì)量問題，其主要表現(xiàn)在耐久性差等方面?；炷恋哪途眯允侵富炷磷陨砟軌蜷L期保持使用性能及外觀完整性，保證使用性和安全性的能力。而目前的建設(shè)工程中往往在意的是混凝土的強(qiáng)度問題，并沒有過多地關(guān)注混凝土耐久性對(duì)混凝土整體使用過程的重要影響。

1混凝土耐久性的影響因素

混凝土耐久性的影響因素主要從這兩方面考慮，即內(nèi)因及外因。內(nèi)因是指所用的原材料：水泥、粗細(xì)集料、外加劑、摻合料、水等。外因是指：外部環(huán)境的溫濕度、混凝土的碳化、堿一集料反應(yīng)、化學(xué)侵蝕、鋼筋銹蝕等。

1.1內(nèi)因（原材料）

（1）水泥：混凝土主要的膠凝材料為水泥，其質(zhì)量與混凝土的質(zhì)量息息相關(guān)。有研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，從混凝土發(fā)展史來看，混凝土耐久性降低的重要因素是水泥性能的變化，導(dǎo)致耐久性越來越差。其根本原因在于水泥早期水化速率過快以及堿含量過高。現(xiàn)在水泥中熟料c3S偏高、堿含量增加、水泥細(xì)度過細(xì)、c3A偏高，這都將引發(fā)水泥水化速率過快。這些僅僅是為了提高水泥早期強(qiáng)度而使混凝土行業(yè)向水泥行業(yè)傳遞了一個(gè)誤導(dǎo)性的信息。這將造成的危害是水泥早期化學(xué)減縮增加、早期水化熱增加、水泥在隨后時(shí)間持續(xù)的強(qiáng)度增長能力消減、水泥容易開裂。

（2）粗細(xì)集料：集料在混凝土中所占的比例最大，起到骨架支撐的作用。集料中的潔凈程度會(huì)對(duì)水泥與集料之間粘結(jié)能力有影響，若集料表面不潔凈會(huì)降低它們之間的粘結(jié)力，從而降低混凝土的強(qiáng)度;集料的外觀分為碎石與卵石，碎石多棱角表面積較大，粘結(jié)性能好;而卵石表面圓滑，流動(dòng)性較好，粘結(jié)性較低，這也會(huì)對(duì)強(qiáng)度造成影響。集料自身應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，來滿足預(yù)計(jì)混凝土所要達(dá)到的強(qiáng)度要求。集料的酸堿性會(huì)影響集料界面間的粘結(jié)強(qiáng)度，由堿性一中性一酸性依次減弱。集料的吸水量會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生影響，吸水過多，集料強(qiáng)度降低，在寒冷地區(qū)會(huì)引發(fā)凍融交替現(xiàn)象，致使混凝土產(chǎn)生凍脹破壞。

（3）外加劑：其可以改善混凝土的某項(xiàng)或多項(xiàng)性能。根據(jù)不同工程的需要，目前已經(jīng)有了各種功能的外加劑：如減水劑、引氣劑等。它對(duì)混凝土的耐久性方面，并不都是有利的。如早強(qiáng)劑將會(huì)犧牲后期強(qiáng)度，造成后期強(qiáng)度不足，混凝土開裂，耐久性降低。

（4）摻合料：目前用得最多的主要是粉煤灰與礦粉等，其目的是增強(qiáng)混凝土的增漿效應(yīng)，改善混凝土工作性，降低水泥用量，降低水化熱，增加混凝土的密實(shí)性。但主要缺點(diǎn)在于摻合料會(huì)犧牲混凝土前期的強(qiáng)度，提升用水量，所以需要嚴(yán)格把控?fù)胶狭系氖褂昧俊?/p>

（5）水：水中雜質(zhì)會(huì)影響整個(gè)混凝土的質(zhì)量，影響混凝土的凝結(jié)硬化，降低其強(qiáng)度。水中雜質(zhì)主要包括泥土、化學(xué)物質(zhì)等。

1.2外因

（1）外部環(huán)境的溫濕度：主要表現(xiàn)為凍融循環(huán)破壞。由于混凝土不夠密實(shí)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在過多的空隙，或者集料吸水率較高，都將使混凝土容易吸水飽和，再受外界反復(fù)凍融循環(huán)致使內(nèi)部孔隙水結(jié)冰，體積膨脹，產(chǎn)生凍脹開裂的破壞，從而影響耐久性。

（2）混凝土的碳化：由于空氣中二氧化碳滲透到混凝土內(nèi)部當(dāng)中，與水泥中的堿性物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，改變混凝土的原有物質(zhì)結(jié)構(gòu)，致使混凝土性能下降，強(qiáng)度降低。它并不是直接致使混凝土耐久性下降的原因，而是對(duì)鋼筋產(chǎn)生破壞，破壞鋼筋表面起保護(hù)作用的致密鈍化膜，在鋼筋失去保護(hù)后加速了鋼筋的銹蝕，從而導(dǎo)致鋼筋混凝土的開裂與破壞。

（3）堿一集料反應(yīng)：指水泥中的堿與集料中的活性氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生膨脹，致使混凝土開裂破壞。其主要分為三類反應(yīng)：堿一硅酸鹽反應(yīng)、堿一碳酸鹽反應(yīng)、堿一硅酸反應(yīng)。這些反應(yīng)要具備三個(gè)條件：①混凝土含一定的堿;②集料具有堿活性;③必須有水的存在。此類反應(yīng)很難被發(fā)現(xiàn)，是工程中的難點(diǎn)，而且危害性很大，可補(bǔ)救性很低，俗稱“堿癌”。

（4）化學(xué)侵蝕：主要是指氯鹽侵蝕與硫酸鹽侵蝕。氯離子會(huì)引起鋼筋表面鈍化膜的破壞，并且還會(huì)加快鋼筋的銹蝕速度。硫酸鹽類物質(zhì)（比如硫酸鉀、硫酸鈉）進(jìn)入混凝土內(nèi)部會(huì)與Ca（OH）2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫酸鈣，硫酸鈣由于混凝土中的水化鋁酸鈣反應(yīng)生成鈣礬石，造成體積膨脹使混凝土從內(nèi)部軟化和脹裂，開裂后會(huì)加速此類反應(yīng)進(jìn)行，進(jìn)而加快混凝土的破壞。

（5）鋼筋銹蝕：除以上出現(xiàn)過的鈍化膜破壞以外，主要的還是在于鋼筋的氧化反應(yīng)產(chǎn)生的銹蝕。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)普遍都是帶裂縫的，在有氧氣和水的情況下，會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，致使鋼筋銹蝕，外表開始剝落，從而使鋼筋強(qiáng)度降低不能滿足承載能力要求，導(dǎo)致鋼筋混凝土整體破壞。例如鋼筋混凝土梁，下部有鋼筋受拉，上部有混凝土受壓，保持兩力平衡，若下部開裂鋼筋銹蝕，受拉承載力下降，導(dǎo)致上部壓力增加，從而達(dá)到混凝土受壓極限而壓壞，致使整個(gè)梁體破壞。

2混凝土耐久性的改善措施

針對(duì)以上分析的因素，主要采取以下措施來提高混凝土的耐久性：

（1）水泥：采用含GS與C3A較低的水泥，采用分別粉磨工藝，降低其早期水化速率，使得水化熱降低，減少其產(chǎn)生的危害。而且C3A含量越低，混凝土對(duì)抵抗硫酸鹽類侵蝕的能力越強(qiáng)。

（2）粗細(xì)集料：集料中必須不含有雜質(zhì)，應(yīng)潔凈;根據(jù)工程需要合理地選擇集料的外觀;集料應(yīng)進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)是否滿足其相應(yīng)的力學(xué)性能要求：壓碎值、磨光值、沖擊值、磨耗值，必須達(dá)到強(qiáng)度要求，從而使混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求;集料選擇時(shí)盡量選擇堿性集料，保證集料間有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度;根據(jù)工程環(huán)境合理地控制集料吸水率，在寒冷潮濕、溫差較大地區(qū)選擇吸水率較大的集料，從而可以減小混凝土的凍融破壞。

（3）外加劑：應(yīng)根據(jù)不同工程的需要和針對(duì)混凝土性能合理選擇使用外加劑的品種與劑量。如高性能減水劑，可以降低水泥的用量從而減少水化熱，減少混凝土拌合用水，保證所需要的坍落度滿足要求，在使混凝土具備良好工作性的同時(shí)，提高混凝土的耐久性。

（4）摻合料：應(yīng)根據(jù)混凝土工程特點(diǎn)以及工程環(huán)境特點(diǎn)合理選擇摻合料的種類與劑量。如使用粉煤灰和礦粉，可以降低水泥的用量從而減少水化熱，可以改善混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，提高混凝土整體密實(shí)性，從而提升其強(qiáng)度和耐久性。

（5）水：潔凈無過多雜質(zhì)的水。

（6）合理的配合比設(shè)計(jì)：混凝土的配合比設(shè)計(jì)直接決定混凝土的質(zhì)量，是混凝土耐久性好壞的關(guān)鍵。采用低水膠比的配合比，用水量減少，孔隙減少，可以提升混凝土的密實(shí)度，減小混凝土的碳化速度;而且密實(shí)性越好，孔隙率越低，抗?jié)B性就越強(qiáng)，大大減少了化學(xué)侵蝕類物質(zhì)的進(jìn)入和水的滲入，從而減少化學(xué)侵蝕破壞和凍融破壞。

（7）堿一集料反應(yīng)：控制集料活性礦物的含量，如活性二氧化硅的含量;盡量將水泥的含堿量（氧化鈉、氧化鉀）控制在6%以內(nèi)，或者采用有抑制堿一集料反應(yīng)的摻合料，如粉煤灰與礦渣;選擇合理配合比，降低混凝土的孔隙率，減少與水的接觸。

（8）鋼筋銹蝕：減小混凝土的碳化速度，使鋼筋表面的鈍化膜不至于過快地被破壞，最有效的措施是保證鋼筋混凝土的保護(hù)層厚度，以免空氣和水的接觸;也可以在鋼筋表面涂刷防護(hù)隔離層直接與外界隔離開來，如環(huán)氧樹脂防腐涂層。

（9）施工與養(yǎng)護(hù)：在施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，混凝土澆筑時(shí)必須振搗密實(shí)，不能隨意加水，不能出現(xiàn)離析與泌水現(xiàn)象。養(yǎng)護(hù)必須及時(shí)進(jìn)行，必須保證養(yǎng)護(hù)環(huán)境潮濕，一般采用塑料薄膜覆蓋并灑水養(yǎng)生，有條件的可采用蒸汽蒸壓養(yǎng)護(hù)，有助于提高混凝土的強(qiáng)度，并且養(yǎng)護(hù)必須持續(xù)到混凝土的齡期結(jié)束，不能隨意終止。

3結(jié)語

混凝土的耐久性問題可以從內(nèi)因與外因兩個(gè)方面入手進(jìn)行探究。內(nèi)因主要是原材料的選取，從混凝土的組成各方面來探究其影響因素;外因主要是由于外部環(huán)境對(duì)混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的影響。混凝土的耐久性關(guān)系到混凝土結(jié)構(gòu)的安全性問題，值得從各個(gè)方面繼續(xù)做深入的研究。