提高混凝土耐久性的措施

戴麗金

福建省順安建筑工程有限公司（351200）

1 影響混凝土耐久性的主要因素

混凝土由水泥、水、石灰、碎石骨料等拌和而成。在施工過程中，為了確?；炷恋奶涠鹊戎笜朔蠘藴室?，常常在預制混凝土時加入減水劑、緩凝劑、早強劑、防水劑等外加劑，以此提高混凝土強度、抗腐蝕性、抗?jié)B性、抗碳化性及抗磨性。但在碳化反應(yīng)、凍融環(huán)境、化學物質(zhì)侵蝕作用下，混凝土耐久性極易受到影響，導致混凝土強度下降，或者混凝土結(jié)構(gòu)的局部區(qū)域出現(xiàn)裂縫、孔洞、脫落等現(xiàn)象，嚴重的還會給混凝土建筑帶來致命性打擊。

1.1 碳化反應(yīng)的影響因素

由于空氣中含有氮氣、氧氣、氦氣、二氧化碳等成分，當空氣中的二氧化碳氣體與混凝土結(jié)構(gòu)接觸后，一部分二氧化碳將滲入混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而混凝土的化學成分當中含有氫氧化鈣，當氫氧化鈣與二氧化碳結(jié)合后，極易發(fā)生化學反應(yīng)，生成碳酸鈣，反應(yīng)式為:CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O。此時，碳酸鹽中和了混凝土結(jié)構(gòu)中的堿性物質(zhì)，致使氫氧化鈣含量降低，從而使附著在鋼筋表面的鈍化防護膜受到破壞，導致鋼筋銹蝕而降低甚至失去保護作用。另外，在發(fā)生碳化反應(yīng)時，混凝土內(nèi)部的氣相、液相與固相將形成一個完整而復雜的化學反應(yīng)鏈，促使混凝土結(jié)構(gòu)的收縮。當收縮應(yīng)力超過混凝土結(jié)構(gòu)的承載應(yīng)力時，混凝土表面就會出現(xiàn)開裂的情況，混凝土的強度將大幅降低，耐久性能將持續(xù)遞減[1]。

1.2 凍融環(huán)境的影響因素

凍融是指混凝土結(jié)構(gòu)由于溫度降到零度以下和升至零攝氏度以上而產(chǎn)生凍結(jié)和融化的一種物理現(xiàn)象。在凍結(jié)與融化的交替作用下，混凝土結(jié)構(gòu)常常受到兩種破壞應(yīng)力的影響，導致使用壽命縮短。第一種是外界溫度降到零攝氏度以下時，混凝土內(nèi)部的毛細孔水的物態(tài)特征發(fā)生變化，即由液態(tài)水轉(zhuǎn)變成為固態(tài)冰。這時，混凝土結(jié)構(gòu)體積膨脹率將達到9%，隨著膨脹應(yīng)力的逐步擴散，毛細孔壁周圍的混凝土結(jié)構(gòu)就會產(chǎn)生拉應(yīng)力，而加快了混凝土裂縫的產(chǎn)生速度。第二種是混凝土結(jié)構(gòu)的毛細孔水轉(zhuǎn)變成固態(tài)冰時，凝膠孔中的冷水發(fā)生遷移，而產(chǎn)生滲管壓力，在凍結(jié)與融化的交替作用下，壓力值經(jīng)過逐步累積而達到混凝土結(jié)構(gòu)的承載負荷極限，這時，混凝土表面就會出現(xiàn)大量的相互連通、縱橫交錯的裂縫，使混凝土強度大幅降低，嚴重的還會引發(fā)開裂、脫落等安全事故。

1.3 化學侵蝕的影響因素

化學侵蝕的主要介質(zhì)包括硫酸鹽、酸性物質(zhì)以及堿性物質(zhì)，當這些化學物質(zhì)與混凝土結(jié)構(gòu)直接接觸后，將對混凝土表面與內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生侵蝕作用。如日常生活中常見的酸雨，酸雨與混凝土結(jié)構(gòu)中的組成物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)后，經(jīng)過一段時間后，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的微觀形態(tài)就會發(fā)生改變，導致強度下降，從而影響耐久性。此外，風沙、超高溫天氣、機械磨損等不可預知因素的影響，也會縮短混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。

1.3.1 硫酸鹽侵蝕

水泥是混凝土的重要成分。水泥當中含有大量的氫氧化鈣，一旦氫氧化鈣與硫酸鈉、硫酸鎂等硫酸鹽結(jié)合后，彼此之間極易發(fā)生化學反應(yīng)，生成硫鋁酸鈣及石膏等物質(zhì)。這些物質(zhì)將導致混凝土膨脹系數(shù)增大，當膨脹系數(shù)達到極限值時，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)將被脹裂，出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。另外，水泥中的氫氧化鈣與硫酸鎂發(fā)生化學反應(yīng)時，生成物中含有氫氧化鎂成分，這一成分將直接降低混凝土的堿度，產(chǎn)生分解性腐蝕作用，進而影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

1.3.2 酸性物質(zhì)侵蝕

較為常見的酸性物質(zhì)主要包括氧離子、氮氣、硫化氫等。當水泥中的氫氧化鈣與這些酸性離子發(fā)生化學反應(yīng)時，混凝土結(jié)構(gòu)體積就會發(fā)生膨脹現(xiàn)象，導致內(nèi)部混凝土性狀發(fā)生改變，混凝土體積松散。一旦生成物與空氣中的水結(jié)合后，還會發(fā)生水解粉化反應(yīng)，這不僅影響混凝土的結(jié)構(gòu)強度，導致安全性能也大打折扣。

1.3.3 堿性物質(zhì)侵蝕

堿性物質(zhì)的侵蝕作用一般分為兩大類，即物理結(jié)晶侵蝕與化學侵蝕。當液態(tài)堿性物質(zhì)與混凝土混合后，堿性物質(zhì)極易滲入混凝土縫隙當中，與混凝土成分產(chǎn)生結(jié)晶作用，這些結(jié)晶體將加快混凝土的膨脹速度，使混凝土結(jié)構(gòu)與性狀發(fā)生改變?；瘜W侵蝕是水泥中的水化物與液態(tài)堿發(fā)生化學反應(yīng)，生成物將促使混凝土結(jié)構(gòu)的膠結(jié)力減弱，導致混凝土強度下降。如利用堿性水配置混凝土，能夠使鋼筋表面的鈍化膜厚度增加，鋼筋受到侵蝕的概率減小。由于混凝土與堿性水極易產(chǎn)生化學反應(yīng)，混凝土的膨脹系數(shù)增大，這就會影響混凝土的強度與耐久性，嚴重的還會發(fā)生安全事故。

2 提高混凝土耐久性的有效措施

提高混凝土耐久性，首先應(yīng)當提高混凝土的抗裂性與密實性。這就需要工程技術(shù)人員在設(shè)計水、水泥、骨料等成分的配合比時，嚴格遵照GB/T 50476—2019《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》的要求，從材料選擇、施工技術(shù)、日常養(yǎng)護等方面著手，使混凝土的使用壽命滿足耐久性的設(shè)計標準要求。

2.1 合理選擇原材料

混凝土的主要原材料包括水泥、集料、外加劑及摻合料等。在選擇水泥品種時，需要著重考慮水泥的水化熱、干縮性、耐熱性及含堿量等。為了提高混凝土強度，應(yīng)當選擇含堿量小、水化熱低、干縮性小、抗熱性與抗凍性好的水泥，不能僅僅考慮水泥的強度指標，因為一些低標號的水泥也可以配制出高標號的混凝土。

在選擇混凝土集料時，需要著重考慮集料的耐腐蝕性與吸水性，選擇合理的級配碎石，以改善混凝土的和易性，提升混凝土密實度，延長混凝土的使用壽命。混凝土的耐久性與摻合料的選擇密切相關(guān)。目前，混凝土摻合料主要包括粉煤灰、礦渣及硅粉等混合材料。這些材料在改善混凝土性能方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因此，合理選擇原材料是提高混凝土耐久性首先需要考慮的問題。

2.2 提高混凝土的抗碳化能力

為了避免空氣中的二氧化碳與水泥中的氫氧化鈣等物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)，可以采取減緩二氧化碳滲透速度或者阻止二氧化碳滲透路徑的方法。首先對碳化機理進行分析，當二氧化碳進入混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)時，混凝土將形成外部完全碳化區(qū)、中間碳化反應(yīng)區(qū)以及內(nèi)部未碳化區(qū)三個區(qū)域。每一個區(qū)域的pH值及二氧化碳濃度均存在明顯差異。完全碳化區(qū)的pH值一般介于10.5～11，根據(jù)費克第一定律可以計算出該區(qū)域的碳化深度。計算公式是x=at1/2，其中x表示碳化深度，a表示碳化系數(shù)，t表示碳化時間。根據(jù)已知條件，能夠計算出多年以后混凝土的碳化深度，根據(jù)碳化深度可以獲得粉煤灰等摻和物的用量多少。如使用粉煤灰水泥，其標號不得大于C30，水灰比應(yīng)高于0.6。如果水泥用量不變，利用粉煤灰來取代部分砂子，能夠大幅提高混凝土的抗碳化能力，混凝土的耐久性也會隨之提升[2]。

2.3 提高混凝土的抗凍能力

除了選擇抗凍性能好的骨料外，還可以通過加入引氣劑與減水劑的方法，來改善混凝土抗凍性能。以某混凝土建筑工程為例，在配制混凝土過程中，混凝土的配合比為:水∶水泥∶碎石∶砂∶引氣劑∶粉煤灰∶礦渣∶減水劑=150∶200∶1036∶870∶4∶100∶130∶13。雖然引氣劑與減水劑的含量較少，但是混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)能夠始終保持良好的氣泡參數(shù)。由此可見，引氣混凝土的抗凍能力遠高于不引氣混凝土。

2.4 提高混凝土的抗侵蝕能力

化學侵蝕是影響混凝土耐久性能的關(guān)鍵要素。為了提高混凝土的抗侵蝕能力，改善混凝土結(jié)構(gòu)性能，降低混凝土裂縫、孔洞等質(zhì)量缺陷的出現(xiàn)概率，在選擇水泥材料時，應(yīng)當選擇C3A（鋁酸三鈣）含量低的水泥，同時根據(jù)配合比，在混凝土當中摻入一些優(yōu)質(zhì)的外加劑，這樣既能夠提高混凝土強度，也能夠延長混凝土的使用壽命。

3 結(jié)語

混凝土的耐久性與建筑工程質(zhì)量息息相關(guān)，因此，施工企業(yè)在配制混凝土時，應(yīng)當從材料采購源頭抓起，并通過提高混凝土的抗碳化能力、抗凍能力及抗侵蝕能力的措施，來提升混凝土的耐久性，進而建造出更多高質(zhì)量的建筑工程項目。