耐久性混凝土配合比設(shè)計與檢測方法研究

林慶國 許春城

摘要：在工程事業(yè)不斷發(fā)展的背景下，施工材料質(zhì)量控制的重要性不斷凸顯，混凝土作為不可或缺的施工材料，不斷結(jié)合施工要求提升配合比的合理性十分必要，這是因為傳統(tǒng)的混凝土配合比一成不變將難以滿足不斷提升的抗風(fēng)性及抗腐蝕性要求。實際上混凝土配合比設(shè)計與耐久性指標(biāo)密切相關(guān)，這就需要在提升混凝土配合比設(shè)計質(zhì)量的基礎(chǔ)上，促使其耐久性指標(biāo)達到既定標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)延長工程使用壽命，促使混凝土結(jié)構(gòu)更加趨于完善。本文就圍繞耐久性混凝土配合比設(shè)計及檢測方法進行了細化闡述及分析。

關(guān)鍵詞：耐久性混凝土；配合比；設(shè)計；檢測方法

混凝土在現(xiàn)代工程材料使用中占據(jù)重要地位，不斷提升其配合比設(shè)計指標(biāo)有利于推動工程結(jié)構(gòu)的進一步優(yōu)化。但是如果混凝土配合比設(shè)計與耐久性要求難以契合，甚至存在一定差距，就會相對增加混凝土老化風(fēng)險，與之相關(guān)聯(lián)的鋼筋也會隨之出現(xiàn)腐蝕問題，工程的使用壽命及安全性將大打折扣，因此，應(yīng)當(dāng)將混凝土配合比設(shè)計納入重點優(yōu)化范疇，通過持續(xù)提升其重視度及關(guān)注度，促使設(shè)計的優(yōu)化程度不斷提升，進而滿足工程的耐久性要求。

一、原材料的選擇

1.水泥

耐久性混凝土對水泥的要求普遍較高，其中硅酸鹽水泥十分常見，一般情況下需要對水泥強度（不能低于42.5級）及穩(wěn)定性進行考量。在工程實際施工過程中應(yīng)當(dāng)對水泥檢測指標(biāo)進行精細化控制，尤其是水泥凝結(jié)時間及抗壓強度等應(yīng)當(dāng)重點衡量，同時還需要確保水泥中氧化鎂及三氧化硫等化學(xué)成分處于國家標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)。為了從根本上提升混凝土本身的耐久性，促使其抗硫酸鹽腐蝕指標(biāo)相對提升，就應(yīng)當(dāng)對水泥熟料中的硅酸三鈣及鋁酸三鈣的含量進行重點把控，在生產(chǎn)階段還需要重點強化對原材料的檢測工作，促使其質(zhì)量及穩(wěn)定性都能達到既定保準(zhǔn)，為后續(xù)混凝土耐久性能的提升夯實基礎(chǔ)。

2.礦物質(zhì)超細摻合料

礦物質(zhì)超細粉之所以被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中，是因為基于其本身屬性能夠有效提升混凝土應(yīng)用優(yōu)勢，混凝土使用壽命與之密切相關(guān)，因此，礦物質(zhì)超細粉是混凝土不可或缺的摻合料，通過將硅粉及超細礦渣等有機結(jié)合在一起，并運用現(xiàn)代先進工藝生產(chǎn)加工，就能產(chǎn)生高性能的礦物質(zhì)超細摻合料。將其作為水泥的替代品應(yīng)用于混凝土中，能夠從根本上提高混凝土的強度指標(biāo)，與此同時，漿體流動性指標(biāo)的提升，也能促使混凝土的便利性及抗?jié)B能力不斷提高，實現(xiàn)對混凝土耐久性能的持續(xù)優(yōu)化。

3.骨料

從骨料入手提升其耐久性指標(biāo)能夠直接優(yōu)化混凝土的耐久屬性，這就需要盡可能的選擇耐磨及風(fēng)化顆粒含量低的骨料，也就是說只有確保骨料的適溫能力強、增強其抵抗?jié)穸鹊哪芰Γ拍艽偈够炷帘旧淼哪途眯灾笜?biāo)有所提升。一般情況下，需要針對骨料開展堿活性檢驗，一旦發(fā)現(xiàn)危害性存在，就應(yīng)當(dāng)立即停止對堿活性骨料的使用，另外還可以采取有效措施對該類問題進行合理規(guī)避，實現(xiàn)對骨料含量等各項指標(biāo)的嚴(yán)格控制。與此同時，骨料中有機物及硫化物等物質(zhì)的含量應(yīng)當(dāng)與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)相一致。

4.外加劑

現(xiàn)階段高性能混凝土逐漸得到了廣泛應(yīng)用，而對其進行科學(xué)配制則需要應(yīng)用減水劑及引氣劑等材料，在這一過程中還需要對其成分及成分比進行嚴(yán)格的試驗檢測，避免有害物質(zhì)摻雜其中，同時還需要對氯離子含量進行精細化把控，確保外加劑總堿量達到預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

二、配合比設(shè)計

1. 抗碳化（中性化）的配合比設(shè)計

在碳化作用的直接影響下，混凝土本身的堿度指標(biāo)將隨之發(fā)生改變，一旦碳化情況蔓延到混凝土鋼筋周邊，鋼筋就會逐漸出現(xiàn)腐蝕問題，混凝土應(yīng)力值也會呈現(xiàn)出較大改變，因此，基于碳化作用，混凝土的劣化外力與水灰比之間存在密切聯(lián)系將隨之增強。

2. 抗鹽害的配合比設(shè)計

抗鹽害的混凝土配合比設(shè)計難度更大，一般以國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)為主導(dǎo)實現(xiàn)對混凝土定齡期間導(dǎo)電量的科學(xué)控制，同時還需要根據(jù)齡期確定總導(dǎo)電量，并以此為核心對混凝土的抗鹽害配比設(shè)計進行優(yōu)化。

3.抗凍害的混凝土配合比設(shè)計

通常情況下，在進行混凝土配合比設(shè)計工作時，應(yīng)當(dāng)將抗凍害指標(biāo)納入重點優(yōu)化范疇，并在其中加入適量的引氣劑，促使混凝土含量達到最佳標(biāo)準(zhǔn)。這是因為混凝土內(nèi)部含氣量與強度成正比關(guān)系，如果含量適中，混凝土強度就會相對提升，含氣量超標(biāo)，混凝土強度就會相對下降，因此，確保含氣量達到適宜標(biāo)準(zhǔn)，能夠為抗凍害的混凝土設(shè)計提供基礎(chǔ)保障。

4.抗硫酸鹽腐蝕的配合比設(shè)計

抗硫酸鹽腐蝕的混凝土配合比設(shè)計應(yīng)當(dāng)從水灰比入手，通過降低這一指標(biāo)的含量，用礦物質(zhì)超細粉摻合料對水泥進行替換，能夠進一步提升混凝土本身的抗硫酸優(yōu)勢，但是需要注意，應(yīng)當(dāng)盡可能的選擇CA含量低的水泥作為替代品，嚴(yán)禁出現(xiàn)完全替代的現(xiàn)象。

5.抗堿集料反應(yīng)的混凝土配合比設(shè)計

抗堿集料反應(yīng)的混凝土配合比設(shè)計應(yīng)當(dāng)從無堿活性集料及控制混凝土堿含量入手，規(guī)避堿集料反應(yīng)及影響，實際上混凝土配合比設(shè)計就是以多樣化的劣化外力為基準(zhǔn)對設(shè)計指標(biāo)進行優(yōu)化，在充分考量耐久性指標(biāo)的基礎(chǔ)上，促使混凝土強度及硬度指標(biāo)達到最佳狀態(tài)，而混凝土耐久性指標(biāo)之所以下降，是因為受到原材料及有害雜質(zhì)的直接影響，因此，混凝土配合比設(shè)計應(yīng)當(dāng)對耐久性病害進行全方位考量。在對其進行研究的過程中，可以利用礦物質(zhì)超細粉對水泥進行適量替換，促使其水灰比得到優(yōu)化，進而提升混凝土的耐久性。

綜上所述，耐久性混凝土配合比設(shè)計的最優(yōu)化途徑就是以設(shè)計強度為基準(zhǔn)，對混凝土耐久性配合比設(shè)計內(nèi)容進行全面考量，通過將混凝土外部環(huán)境條件與劣化外力相協(xié)調(diào)，就能在分析基礎(chǔ)上明確混凝土配合比設(shè)計要點，而后根據(jù)混凝土設(shè)計的使用期間及彈性劣化指標(biāo)，將減水劑適量融入，就能進一步降低水灰比，促使混凝土強度相對提升。通過將礦物質(zhì)超細粉及水泥替代物適量摻入，還能增強混凝土本身的抵抗能力，促使其耐久性不斷提升。

三、耐久性混凝土試驗檢測方法

1.鹽害

從本質(zhì)上來說，鹽害就是當(dāng)鋼筋混凝土的環(huán)境指標(biāo)中摻雜有大量的氯離子，再加之混凝土本身保護層難以達到較強的厚度標(biāo)準(zhǔn)，就會為氯離子在混凝土內(nèi)部的游離提供便利條件，鋼筋則會受其直接影響出現(xiàn)腐蝕問題，混凝土也會隨之遭到嚴(yán)重破壞。其中混凝土中的氯離子主要有：拌合水中含的氯離子，水泥中含的氯化物，化學(xué)外加劑中含的氯離子等。為防止混凝土由于氯離子含量高引起鋼筋銹蝕造成混凝土破壞，混凝土中氯離子含量應(yīng)小于0.3kg/m。我國混凝土滲透性試驗方法有抗?jié)B標(biāo)號法、滲水系數(shù)法、滲水高度法三種，但對一些強度等級高，結(jié)構(gòu)較密實的混凝土，上述三種方法有其局限性，不適應(yīng)其檢測?，F(xiàn)介紹國際上常用的直接電量法（即AASHTO·T259和ASTMC1202-94所示方法），試驗前試件在真空下飽水，再經(jīng)側(cè)面密封，安裝到試驗箱上并密封進行檢測，試驗時每隔30min記錄一次電流，持續(xù)試驗6h，計算6h中通過的總電量（單位：C）評定混凝土的滲透性。

2.凍害

一般情況下，混凝土凍害最初出現(xiàn)在混凝土表層，這是因為混凝土表層溫度普遍不高，當(dāng)這部分水分受到環(huán)境作用出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象時，就會直接導(dǎo)致膨脹問題發(fā)生，凍結(jié)部分將不斷向未凍結(jié)部分發(fā)展，進而逐漸將凍害問題轉(zhuǎn)向混凝土內(nèi)部。一旦混凝土直接與水分接觸，再加之表面溫度較低，就會降低混凝土本身的抗凍優(yōu)勢，脫落及混凝土裂縫等問題也會頻繁發(fā)生。快速凍融試驗按照JTGE30--2005/I"0565法進行試驗，凍結(jié)最低溫度為一18～C，融解溫度+5℃；經(jīng)過一定凍融循環(huán)之后，測定質(zhì)量損失與動彈性模量降低，按下式計算耐久性指數(shù)：DF=P×N/M（P為相對動彈性系數(shù)；J7＼，為動彈性模量降至60%的循環(huán)次數(shù)；M一般設(shè)定為300次）。一般認為凍融循環(huán)一定次數(shù)直至質(zhì)量損失超過5%或相對動彈模量降至60%以下，即為凍壞。此時次數(shù)為可接受的凍融循環(huán)次數(shù)。

3.中性化

當(dāng)空氣中的二氧化碳與混凝土的堿性物質(zhì)直接接觸就會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，并生成加碳酸鈣及水，促使混凝土本身堿度指標(biāo)下降，這是混凝土的中性化現(xiàn)象，如果不能做到及時處理及優(yōu)化，將直接降低混凝土耐久性，因此可以說中性化是影響混凝土耐久性的關(guān)鍵因素。以ph值的正常標(biāo)準(zhǔn)為主導(dǎo)，一旦低于10，混凝土中的鋼筋就會被腐蝕，銹跡會逐漸擴大，并快速膨脹，這就會相對增加混凝土裂縫風(fēng)險，基于此，混凝土與鋼筋的之間的粘接力也會遭到嚴(yán)重破壞，如果混凝土與之剝離，耐久性指標(biāo)將大幅度下降。在對混凝土中性化進行檢測時，可以將酚酞試液直接噴在混凝土表面上觀察其顏色，如果不是紅色，則代表其處于中性化狀態(tài)中。在工程項目中進行檢測，則應(yīng)當(dāng)以碳化深度為基準(zhǔn)，用電鉆鉆到混凝土內(nèi)部，而后再用酚酞試液觀察紅色區(qū)域分色點深度，就能進一步明確碳化深度。

4.硫酸鹽腐蝕

當(dāng)混凝土與所處環(huán)境中的硫酸鹽離子直接接觸時，腐蝕概率將相對增加，這就需要開展相對應(yīng)的檢測方法，一般情況下浸烘循環(huán)的試驗方法的應(yīng)用頻率較高。其主要的檢測流程為：根據(jù)施工要求及實際情況，對試驗檢測方法的合理性進行判斷，并在精細混凝土試件中放入將5%Na2SO溶液中浸漬干濕循環(huán)，確保將施工階段的各個齡期都能涵蓋其中，對施工的各個項目進行科學(xué)把控，只有這樣才能相對提升試驗檢測的規(guī)范性，促使其耐久性與抗壓強度比重達到預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

四、結(jié)語

綜上所述，在工程施工階段應(yīng)當(dāng)根據(jù)施工要求及實際情況將混凝土耐久性配合比設(shè)計納入重點優(yōu)化范疇，通過積極落實可行性措施提高混凝土耐久性配合比設(shè)計質(zhì)量，相對的還應(yīng)當(dāng)應(yīng)用科學(xué)有效的試驗檢測方法，對施工項目中涵蓋的各個細節(jié)進行精細化控制，促使混凝土耐久性能持續(xù)提升，延長工程使用期間，促使其社會及經(jīng)濟效益雙向提升。

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（作者單位：中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司）