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摘 要: 着重分析了影响混凝土耐久性的因素, 总结了提高混凝土耐久性的技术措施, 并提出了在设计施工中应该注意的问题, 以提高混凝土的耐久性, 延长混凝土结构的使用寿命。
关键词: 混凝土, 耐久性, 强度, 抗渗性, 外加剂钢结构
中图分类号：TU37文献标识码： A
混凝土是一种很重要的应用非常广泛的建筑材料, 它具有各种强度以及防渗、保温、耐火、耐蚀、防辐射等多种性能, 其中强度和耐久性一直作为混凝土两大基本性能。所谓混凝土耐久性是指混凝土在使用过程中, 在各种人为的或自然的因素作用下, 保持自身各种性能的一种性质。在结构设计中, 混凝土除具有足够的强度外, 还必须具有足够的耐久性, 混凝土的耐久性越来越受到人们的重视。
1影响混凝土结构耐久性能的因素
1) 强度。混凝土( 抗压) 强度是混凝土力学性能的考核指标和工程验收标准。一般来说, 混凝土的强度越高, 硬化水泥浆体分布越均匀, 其结构越致密, 虽然自干燥也会导致微裂缝的出现,还会增大在水化热产生的温度梯度作用下的开裂危险, 但从整体上来看, 强度越高的混凝土其抗化学腐蚀性和耐久性越好。
2) 抗渗性。混凝土的渗透性是衡量其耐久性的最重要的综合指标。它既控制着水及侵蚀性液体或气体渗入的速率, 又会导致这些有害物质的渗入, 对混凝土产生冻融循环、钢筋锈蚀以及碱) 骨料反应等破坏作用, 影响混凝土的耐久性。混凝土的渗透性越低, 抗渗性越好, 则其耐久性也越好。
3) 抗冻性。混凝土的抗冻性是指其抵抗冻融循环, 容纳水并使冰冻产生的压力得以释放和缓解的能力。抗冻性越好, 混凝土的耐久性就越好。
4) 抑制碱-骨料反应。碱-骨料反应是指水泥中的碱和骨料中的活性氧化硅发生化学反应, 吸水后生成的碱-硅酸凝胶发生体积膨胀, 干燥后体积又收缩,致使混凝土开裂的现象。碱-骨料反应只有在水泥含碱量大于0. 4%, 骨料中又含有活性氧化硅, 同时有水分存在的时候, 才可能发生。碱-硅酸凝胶在干燥状态下不产生体积膨胀, 对混凝土无破坏作用。因此, 预防碱-骨料膨胀反应必须要消除其发生反应的必要条件。
5) 防止钢筋锈蚀。钢筋锈蚀被认为是混凝土结构破坏和耐久性不足的主要原因。据国内外大量研究表明, 引起混凝土中钢筋锈蚀的因素是“盐害”和混凝土保护层的碳化( 中性化) 。
2提高混凝土结构耐久性的主要措施
1) 水泥。水泥类材料的强度和工程性能, 是通过水泥砂浆的凝结硬化形成的, 水泥石一旦受损, 混凝土的耐久性就被破坏, 因此水泥的选择应结合具体情况如工程特点、所处环境条件和施工条件等, 注意水泥品种的具体性能, 选择碱含量小、水化热低、干缩性小、耐热性、抗水性、抗腐蚀性、抗冻性能好的水泥。
2) 集料。集料的选择应考虑其碱活性、耐蚀性和吸水率, 应限制黏土、淤泥、粉屑、硫酸盐、硫化物、有机物及其他杂质等含量。同时选择合理的级配, 改善混凝土拌合物的和易性, 提高混凝土密实度。
3) 外加剂。混凝土外加剂包括减水剂、引气剂、膨胀剂、缓凝剂等。高效减水剂的使用既可以为工程施工带来方便, 又可以提高硬化后混凝土的强度和密实度; 使用高效引气剂以使混凝土中产生孔径小、间隔均匀闭气孔, 提高混凝土的耐冻融性、对有害物质渗入的阻隔性和对有害应力的缓冲性等; 而使用膨胀剂可以减少混凝土的收缩, 提高混凝土的抗渗性, 减少裂纹; 对于大体积混凝土使用缓凝剂可以延迟水泥水化放热高峰的时间, 降低混凝土的极限温升, 避免混凝土出现温度裂缝等。正确和合理的使用外加剂对混凝土耐久性十分重要。如使用不当, 会酿成事故。在选择外加剂时, 就根据工程需要, 结合现场的材料情况, 按照有关标准要求, 通过试验选择外加剂品种, 并确定最佳掺量。
4) 矿物掺合料。使用矿物掺合料主要包括使用磨细粒化高炉矿渣、硅灰、沸石粉、粉煤灰、火山灰、磨细石灰石粉、磨细石英砂粉等。矿物掺合料加入到混凝土中后主要能够产生填充效应,形态效应, 从而改善混凝土的结构, 改善混凝土的耐久性。大量研究表明矿物掺合料能有效改善混凝土的性能, 改善混凝土内孔结构, 填充内部空隙, 提高密实度。高掺量混凝土还能抑制碱集料反应, 因而掺混合料是提高混凝土耐久性的有效措施。
5) 密实抗渗剂。在混凝土中掺加无机的或有机的密实抗渗剂, 可以形成某种胶体或络合物, 填充、填塞毛细孔缝, 从而提高混凝土的抗渗能力, 提高混凝土的耐久性。常用的密实抗渗剂有氯化铁、氯化铝、三乙醇胺、有机硅等。
3 混凝土设计施工中应注意的问题
1) 结构构件应按其使用环境设计相应的混凝土保护层厚度,在不增加建筑物重量和成本的前提下尽量提高保护层厚度, 预防外界介质渗入内部腐蚀钢筋。
2) 混凝土配合比设计应根据结构设计的强度等级、结构部位、运输距离、施工方式等来确定原材料的品种、规格及拌合物的坍落度等性能。在满足混凝土强度、工作性的同时应根据使用环境考虑混凝土的耐久性能。
3) 混凝土的搅拌和运输。搅拌过程中应保证计量的准确性, 严格按照施工配合比的要求生产, 不定期抽查搅拌时间及混凝土拌合物的稠度、含气量、水灰比、水泥含量及均匀性等。混凝土拌合物运输至浇筑地点后应不发生分层离析现象。如有, 应进行二次搅拌。
4)混凝土施工与养护。施工过程中的主要控制措施是混凝土施工前做好施工计划和施工方案。混凝土浇筑前对保护层厚度核查。浇筑时应注意通过浇筑高度和振捣器类型及振捣时间来控制混凝土的均匀性和密实性。在浇筑及静置过程中应采取措施防止产生塑性收缩裂缝和塑性沉降裂缝。非结构性表面裂缝应在混
凝土终凝前修整。施工单位应根据施工对象、环境、水泥品种、外加剂以及对混凝土性能的要求, 提出具体的养护方案包括养护程序和方法、养护时间及养护要求, 并严格执行规定的养护制度, 使混凝土保持合理的温度与湿度, 从而保障混凝土后期各种预期性能的形成和增长。
5) 控制钢筋的锈蚀。降低混凝土孔隙率、提高密实度、减缓碳化速度、减缓有害离子传质速度、加入缓蚀剂或选择耐蚀钢筋、钢筋表面涂层等。对已建钢筋混凝土结构可采用电化学阴极保护。
6) 结构的日常检测与维护。结构耐久性和使用寿命的概念, 與使用阶段的检测、维护和修理不能分割, 对处理露天的恶劣环境下的基础设施工程来说尤其如此。为了保证结构安全性和耐久性, 一些工程在建成后的使用过程中, 应该进行定期检测和正常维护修理, 杜绝人为的破坏现象, 及时发现, 及时修理, 确保混凝土结构的正常使用。
4 结语
混凝土的耐久性是混凝土经济性能的最重要影响因素。高性能混凝土HPC 是混凝土技术进入高科技时代的产物, 优异的耐久性是其最重要的特征。其耐久性可达百年以上,甚至可以达到500年,是普通混凝土的3 倍～10 倍。如前所述, 从施工便捷、降低造价、节省能源方面考虑, 混凝土达到高性能最重要的技术
手段是使用新型高效减水剂和超细活性矿物质掺合料。前者能降低混凝土水灰比、增长坍落度和控制坍落度损失, 给混凝土赋予高的密实度和优异的施工性能; 后者是通过掺加磨细火山灰质材料微硅粉、磨细矿渣或粉煤灰, 来填充胶凝材料的空隙, 有效降低孔隙尺寸和阻断毛细孔, 参与胶凝材料的水化反应, 大幅度提高混凝土的抗渗性, 降低氯离子在混凝土中的渗透速率, 延迟腐蚀的开始和降低腐蚀开始后的速率, 减轻氯离子渗透对钢筋的危害, 提高混凝土的抗化学侵蚀性及避免发生碱) 骨料反应, 提高混凝土的耐久性和强度, 改善混凝土的性能。
关键词: 混凝土, 耐久性, 强度, 抗渗性, 外加剂钢结构
中图分类号：TU37文献标识码： A
混凝土是一种很重要的应用非常广泛的建筑材料, 它具有各种强度以及防渗、保温、耐火、耐蚀、防辐射等多种性能, 其中强度和耐久性一直作为混凝土两大基本性能。所谓混凝土耐久性是指混凝土在使用过程中, 在各种人为的或自然的因素作用下, 保持自身各种性能的一种性质。在结构设计中, 混凝土除具有足够的强度外, 还必须具有足够的耐久性, 混凝土的耐久性越来越受到人们的重视。
1影响混凝土结构耐久性能的因素
1) 强度。混凝土( 抗压) 强度是混凝土力学性能的考核指标和工程验收标准。一般来说, 混凝土的强度越高, 硬化水泥浆体分布越均匀, 其结构越致密, 虽然自干燥也会导致微裂缝的出现,还会增大在水化热产生的温度梯度作用下的开裂危险, 但从整体上来看, 强度越高的混凝土其抗化学腐蚀性和耐久性越好。
2) 抗渗性。混凝土的渗透性是衡量其耐久性的最重要的综合指标。它既控制着水及侵蚀性液体或气体渗入的速率, 又会导致这些有害物质的渗入, 对混凝土产生冻融循环、钢筋锈蚀以及碱) 骨料反应等破坏作用, 影响混凝土的耐久性。混凝土的渗透性越低, 抗渗性越好, 则其耐久性也越好。
3) 抗冻性。混凝土的抗冻性是指其抵抗冻融循环, 容纳水并使冰冻产生的压力得以释放和缓解的能力。抗冻性越好, 混凝土的耐久性就越好。
4) 抑制碱-骨料反应。碱-骨料反应是指水泥中的碱和骨料中的活性氧化硅发生化学反应, 吸水后生成的碱-硅酸凝胶发生体积膨胀, 干燥后体积又收缩,致使混凝土开裂的现象。碱-骨料反应只有在水泥含碱量大于0. 4%, 骨料中又含有活性氧化硅, 同时有水分存在的时候, 才可能发生。碱-硅酸凝胶在干燥状态下不产生体积膨胀, 对混凝土无破坏作用。因此, 预防碱-骨料膨胀反应必须要消除其发生反应的必要条件。
5) 防止钢筋锈蚀。钢筋锈蚀被认为是混凝土结构破坏和耐久性不足的主要原因。据国内外大量研究表明, 引起混凝土中钢筋锈蚀的因素是“盐害”和混凝土保护层的碳化( 中性化) 。
2提高混凝土结构耐久性的主要措施
1) 水泥。水泥类材料的强度和工程性能, 是通过水泥砂浆的凝结硬化形成的, 水泥石一旦受损, 混凝土的耐久性就被破坏, 因此水泥的选择应结合具体情况如工程特点、所处环境条件和施工条件等, 注意水泥品种的具体性能, 选择碱含量小、水化热低、干缩性小、耐热性、抗水性、抗腐蚀性、抗冻性能好的水泥。
2) 集料。集料的选择应考虑其碱活性、耐蚀性和吸水率, 应限制黏土、淤泥、粉屑、硫酸盐、硫化物、有机物及其他杂质等含量。同时选择合理的级配, 改善混凝土拌合物的和易性, 提高混凝土密实度。
3) 外加剂。混凝土外加剂包括减水剂、引气剂、膨胀剂、缓凝剂等。高效减水剂的使用既可以为工程施工带来方便, 又可以提高硬化后混凝土的强度和密实度; 使用高效引气剂以使混凝土中产生孔径小、间隔均匀闭气孔, 提高混凝土的耐冻融性、对有害物质渗入的阻隔性和对有害应力的缓冲性等; 而使用膨胀剂可以减少混凝土的收缩, 提高混凝土的抗渗性, 减少裂纹; 对于大体积混凝土使用缓凝剂可以延迟水泥水化放热高峰的时间, 降低混凝土的极限温升, 避免混凝土出现温度裂缝等。正确和合理的使用外加剂对混凝土耐久性十分重要。如使用不当, 会酿成事故。在选择外加剂时, 就根据工程需要, 结合现场的材料情况, 按照有关标准要求, 通过试验选择外加剂品种, 并确定最佳掺量。
4) 矿物掺合料。使用矿物掺合料主要包括使用磨细粒化高炉矿渣、硅灰、沸石粉、粉煤灰、火山灰、磨细石灰石粉、磨细石英砂粉等。矿物掺合料加入到混凝土中后主要能够产生填充效应,形态效应, 从而改善混凝土的结构, 改善混凝土的耐久性。大量研究表明矿物掺合料能有效改善混凝土的性能, 改善混凝土内孔结构, 填充内部空隙, 提高密实度。高掺量混凝土还能抑制碱集料反应, 因而掺混合料是提高混凝土耐久性的有效措施。
5) 密实抗渗剂。在混凝土中掺加无机的或有机的密实抗渗剂, 可以形成某种胶体或络合物, 填充、填塞毛细孔缝, 从而提高混凝土的抗渗能力, 提高混凝土的耐久性。常用的密实抗渗剂有氯化铁、氯化铝、三乙醇胺、有机硅等。
3 混凝土设计施工中应注意的问题
1) 结构构件应按其使用环境设计相应的混凝土保护层厚度,在不增加建筑物重量和成本的前提下尽量提高保护层厚度, 预防外界介质渗入内部腐蚀钢筋。
2) 混凝土配合比设计应根据结构设计的强度等级、结构部位、运输距离、施工方式等来确定原材料的品种、规格及拌合物的坍落度等性能。在满足混凝土强度、工作性的同时应根据使用环境考虑混凝土的耐久性能。
3) 混凝土的搅拌和运输。搅拌过程中应保证计量的准确性, 严格按照施工配合比的要求生产, 不定期抽查搅拌时间及混凝土拌合物的稠度、含气量、水灰比、水泥含量及均匀性等。混凝土拌合物运输至浇筑地点后应不发生分层离析现象。如有, 应进行二次搅拌。
4)混凝土施工与养护。施工过程中的主要控制措施是混凝土施工前做好施工计划和施工方案。混凝土浇筑前对保护层厚度核查。浇筑时应注意通过浇筑高度和振捣器类型及振捣时间来控制混凝土的均匀性和密实性。在浇筑及静置过程中应采取措施防止产生塑性收缩裂缝和塑性沉降裂缝。非结构性表面裂缝应在混
凝土终凝前修整。施工单位应根据施工对象、环境、水泥品种、外加剂以及对混凝土性能的要求, 提出具体的养护方案包括养护程序和方法、养护时间及养护要求, 并严格执行规定的养护制度, 使混凝土保持合理的温度与湿度, 从而保障混凝土后期各种预期性能的形成和增长。
5) 控制钢筋的锈蚀。降低混凝土孔隙率、提高密实度、减缓碳化速度、减缓有害离子传质速度、加入缓蚀剂或选择耐蚀钢筋、钢筋表面涂层等。对已建钢筋混凝土结构可采用电化学阴极保护。
6) 结构的日常检测与维护。结构耐久性和使用寿命的概念, 與使用阶段的检测、维护和修理不能分割, 对处理露天的恶劣环境下的基础设施工程来说尤其如此。为了保证结构安全性和耐久性, 一些工程在建成后的使用过程中, 应该进行定期检测和正常维护修理, 杜绝人为的破坏现象, 及时发现, 及时修理, 确保混凝土结构的正常使用。
4 结语
混凝土的耐久性是混凝土经济性能的最重要影响因素。高性能混凝土HPC 是混凝土技术进入高科技时代的产物, 优异的耐久性是其最重要的特征。其耐久性可达百年以上,甚至可以达到500年,是普通混凝土的3 倍～10 倍。如前所述, 从施工便捷、降低造价、节省能源方面考虑, 混凝土达到高性能最重要的技术
手段是使用新型高效减水剂和超细活性矿物质掺合料。前者能降低混凝土水灰比、增长坍落度和控制坍落度损失, 给混凝土赋予高的密实度和优异的施工性能; 后者是通过掺加磨细火山灰质材料微硅粉、磨细矿渣或粉煤灰, 来填充胶凝材料的空隙, 有效降低孔隙尺寸和阻断毛细孔, 参与胶凝材料的水化反应, 大幅度提高混凝土的抗渗性, 降低氯离子在混凝土中的渗透速率, 延迟腐蚀的开始和降低腐蚀开始后的速率, 减轻氯离子渗透对钢筋的危害, 提高混凝土的抗化学侵蚀性及避免发生碱) 骨料反应, 提高混凝土的耐久性和强度, 改善混凝土的性能。