混凝土耐久性的因素

混凝土耐久性的因素（共12篇）

混凝土耐久性的因素 篇1

1 混凝土耐久性的概述

随着混凝土与钢筋技术的不断改进, 它们逐渐取代了石材、木材、钢结构在社会中的应用, 而且使用的时间相比较短, 1824年, 英国人J.Aspdin取得了波特兰水泥发明专利, 1872年, 美国人Warder创作了第一个称之为钢筋混凝土构件, 至今也才有50年的历史。全球每年有数座高楼大厦及超高建筑拔地而起, 而最早兴建的钢筋混凝土进入老化阶段, 每年需要投入高额资金进行维修, 据研究人员报道, 在美国, 现存大型混凝土建筑的总价值达6万亿美元, 而且每年的建筑桥梁房屋的维修花费高达300亿美元;在加拿大, 建筑基础设备维修费用共计耗资5千亿美元;在英国, 混凝土碳化腐蚀占17%, 氯盐腐蚀占38%, 冬季腐蚀占10%, 碱骨料破坏占9%;在我国统计的一万座桥梁中, 每年的维修费用共计耗资38亿元, 而仅有25%的资金落实到位。所以, 在科技飞速发展的时代, 我们不得不考虑混凝土耐久性的问题, 可以让其保持一两百年甚至更久, 在减少维修费用的情况下, 保持原用建筑结构性能, 这将是我们所期待的。

混凝土耐久性指在长期环境作用下, 对砼结构造成一定侵蚀, 或者由于其内部原因被破坏, 导致砼使用寿命缩短, 砼保持良好的性能而对其产生一定抵抗的能力。对于规定年限, 混凝土不需要额外的维修费用, 并能保证建筑物的安全及正常使用等, 这也说明混凝土耐久性能良好。如何提高当前混凝土建筑工程的使用年限, 且在特定土壤水分天气环境下, 保持其具有良好的使用性能, 也就是如何提高混凝土耐久性的问题。提高混凝土的耐久性也成为一个比较热门而又复杂的问题, 至今也难以建立一个评定混凝土耐久性的确定指标。

影响混凝土耐久性的因素可分为:物理破坏:长期同水直接接触下, 反复发生混凝土冻融环境作用。冻融破坏是影响混凝土耐久性最主要的问题之一。它是指混凝土在吸饱水作用下, 经受多次冻融循环作用, 能保持强度不显著降低和外观完整的性能。比如:冻融循坏和冬季除冰等, 使混凝土产生剥落、分层等。这主要由于不一样的膨胀系数导致水泥石同砂石之间产生较大裂缝。化学破坏:接触海水氯化物, 除冰盐的桥梁、隧道等钢筋混凝土结构构件, 靠海的路上建筑外墙及室外构件, 海水游泳池壁, 桥梁护栏、护墙, 立交桥墩等。污水管道, 化粪池等接触腐蚀性气体液体, 大气中酸雨雾霾等污染, 水土中的硫酸盐和酸类, 含盐大气环境中, 对混凝土结构产生的腐蚀。这是因为混凝土中的碱性物质和骨料中的活性物质二氧化硅发生的反应, 生成碱硅酸凝胶, 若在潮湿的空气中, 胶体产生膨胀, 致使水泥石开裂, 此被定义为碱骨料反应。还有海水、工业废料、生活污水、垃圾中硫酸根离子和混凝土中水化铝酸钙及氢氧化钙晶体发生反应, 生成膨胀物质, 导致混凝土组分变质, 结构的破坏, 强度下降等破坏。

2 混凝土耐久性的影响因素

2.1 原材料对混凝土耐久性的影响

不同的水泥品种, 凝结硬化时间不同, 形成水泥石结构的致密度和抗侵蚀的性能也不尽相同, 当水泥石受到破坏, 混凝土的那就行就不言而喻。水泥石破坏的三大因素主要由于氢氧化钙含量过多, 水化铝酸钙的存在, 水泥石结构致密度差等, 所以, 选择耐热耐水, 抗酸碱盐侵蚀性好, 选择碱含量少, 收缩性小的水泥, 并结合实际情况, 不同水质砂石选用合适的水泥品种。除此之外, 水泥强度等级必须同混凝土强度相适应, 若水泥强度过高, 水泥原料不够, 骨料必然外露, 造成配比不合适, 骨肉分离;若水泥强度太低, 水泥原料过多, 除了包裹砂石之外, 多余的水泥浆在振捣过程中, 易形成泌浆现象, 所以, 在建筑工程中, 根据工程要求选择相适应的水泥强度显得更为重要[1-2]。

为了抑制混凝土癌症的发生, 在选择混凝土原料中, 第一, 考虑水泥中碱性物质的减少, 大量使用掺有混合材料的水泥;其次减少骨料中活性成分的数量;第三, 合理选用骨料级配, 提高混凝土的流动性, 改善混凝土的密实性能, 抑制碱骨料反应的发生。

2.2 配合比设计对混凝土耐久性的影响

应满足工程强度需求, 工作性能要求, 还考虑尽量节约水泥, 保护环境, 减少成外本, 同时还用考虑混凝土的耐久性问题。采取措施如:降低水泥水化热, 避免内应力的产生, 增强混凝土密实度;采用外加剂, 减水剂减少水量, 外加剂提高混凝土流动性抗冻性;掺入混合材料, 提高混凝土抗侵蚀能力;对钢筋采取保护措施, 增加混凝土保护层厚度, 其目的为了提高混凝土耐久性。

2.3 施工工艺对混凝土耐久性的影响

冬季搅拌混凝土前, 用加热水将原材料预热, 达到合适的温度以便入模;及时将入模的混凝土均匀振捣, 且不得过振或者漏振, 不宜超过三十秒;利用混凝土二次搅拌法施工, 其和易性和强度都得到提高;搅拌时, 先是砂, 水泥和外加剂进行搅拌, 再加用水量均匀拌合, 最后石子进行搅拌;对于大体积工程, 在浇筑振捣时严格按照规定制度, 加强施工质量管理, 避免混凝土收缩和施工裂缝的产生, 提高混凝土密实度。

2.4 化学腐蚀对混凝土耐久性的影响

钢筋混凝土在碱性环境下, 可以避免氯离子对它的腐蚀, 但是如果碱性环境一旦破坏, 氯离子通过细孔进入到混凝土内部, 就会同钢筋发生反应, 钢筋发生钝化, 破坏混凝土结构, 造成混凝土与钢筋产生一定应力, 两者之间的裂纹加大, 造成钢筋萎缩, 结构强度变差, 钢筋混凝土耐久性降低;钢筋同氯离子反应生成一定的氢气, 造成混凝土内部存在缺陷, 产生压力, 这会造成钢筋发生脆性断裂。硫酸根离子的存在也会对混凝土的耐久性产生影响。硫酸根离子同水泥中氢氧化钙发生反应, 生成硫酸钙, 及石膏。随着时间延长, 石膏会同水泥水化的产物水化硫酸钙发生反应, 生成我们常见的钙矾石, 及水化硫铝酸钙, 它的存在会导致水泥石产生2.5倍的体积膨胀, 降低混凝土强度, 结构遭到严重破坏。强碱对混凝土的的腐蚀, 是氢氧化钠会同水泥石中间的水化铝酸钙发生反应, 生成没有粘结力的水化铝酸钠, 它也是一种膨胀物, 造成混凝土结构发生变化。

2.5 其他因素对混凝土耐久性的影响

抗压强度是衡量混凝土力学性能的重要指标。提高水泥强度等级和水泥掺量, 才能达到混凝土的高强度, 但是, 高强度水泥必然导致水泥高反应, 高放热, 从而引起混凝土严重收缩, 产生应力和裂纹, 降低混凝土的密实度, 其混凝土的耐久性也就出现了问题。

3 总结

总之, 用高性能混凝土代替普通混凝土, 将会大大提高混凝土的耐久性, 而且有利于环境的可持续发展.其实到目前为止, 高性能混凝土的报道还比较少, 对于混凝土抗压强度超过80MPa的各方面规定还不够完善, 对于如何检测高性能混凝土的耐久性, 以及高性能混凝土的耐久性相关的国家规定的细则也很少。

摘要：混凝土的耐久性是指在实际使用条件下, 混凝土抵抗各种环境破坏, 长期保持外观完整性和强度的能力。本文主要从混凝土耐久性定义和对混凝土耐久性的影响因素两方面进行研究。影响混凝土耐久性的因素较多, 比如混凝土水灰比, 集料的级配, 水泥掺合料的性能, 环境条件, 施工工艺, 配合比设计及长期荷载作用等。

关键词：混凝土,耐久性,影响因素

参考文献

[1]刘玉娟, 文静, 王海蕾.浅谈混凝土耐久性[J].科技信息, 2012, 24 (7) :21.

[2]冯乃谦.混凝土及混凝土结构物的耐久性[J].施工技术, 1995, (7) :35-37.

混凝土耐久性的因素 篇2

关键词：建筑材料论文，工程材料论文发表

严格来说，混凝土的耐久性是指混凝土建筑和结构在必要年限内，在复杂的环境条件影响下、在各种损伤因素的作用下、不需要额外加固强化的情况下保持安全和正常使用的能力。混凝土的耐久性包括指以下因素： 即渗透阻力、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化性。相应的，对混凝土结构造成破坏的主要原因是由于冻融破坏，渗流破坏，碱集料反应，混凝土碳化、钢筋的锈蚀、化学袭击等六个方面。

因此，我们在设计和使用过程中，要注意增强混凝土的耐久性，主要应从以下方面入手：

原材料的选择

水泥类材料的强度和性能是在水泥砂浆的凝结与硬化过程中形成的，在这过过程中，水泥一旦受损，混凝土的耐久性就会严重下降，因此在选择水泥时需严格关注水泥品种的具体性能，尽量选用选择碱含量小，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，结合具体情况进行选择。

同时，在选择水泥的过程中，不能以强度作为唯一指标，低标的.水泥也可配制出高标混凝土，我们要在考虑强度的同时，考虑水泥的工程性能。

使用外加剂

在使用集料与掺和剂时要优先考虑碱活性，并进行合理的级配。在混凝土中掺加一定的硅粉、粉煤灰、矿渣等材料能在很大程度上提升混凝土的耐久性，改善混凝土内孔结构，填充混凝土之间的空隙。

在考虑混凝土的耐久性时，要在混凝土的设计能满足所需强度、性能的基础上，尽量减少水泥用量、减少用水量、降低水泥水化热、减少混凝土缝隙、提高混凝土致密度，达到结构要求，这是被我国混凝土行业广泛使用的技术，它使用高效引气剂减小混凝土的孔隙度，预防外界有害杂质进入混凝土内部。提高混凝土的耐冻性、防护性，减少有害的物质的进入。

水泥在加水搅拌后，在凝固过程中，会产生絮凝状结构。这些絮凝状结构中，包裹着许多拌和水，这就会降低了需长期使用的混凝土结构的耐久度。施工中为了保持混凝土拌和物所需的工作性，不得不在拌和时增加用水量，这就必然促使水泥石结构中出现很多空隙。为达到减少用水量，减少空隙的目的，我们可加入减水剂，使水泥质点表面均带有相同电荷。在电性斥力的作用下，可以使水泥体系处于较稳定的悬浮状态，同时还能在水泥颗粒表面形成一层水膜，使水泥絮凝体内的游离水释放出来，达到减水的目的。研究表明，当水灰比降低到0。38以下时，消除毛细管孔隙的目标就可以实现，而掺入高效减水剂，就能达到这种目的。

普通的水泥混凝土中水化物的稳定性不足，也会降低混凝土的耐久度。而在普通混凝土中掺入硅粉、粉煤灰、矿渣等，能有效的改善混凝土中胶凝物质的组成，让水化物更趋稳定。这些物质中含有大量的活性Si02及活性Al203，它们能和水泥在水化过程中产生的游离石灰与高碱性水化矽酸钙再次发生化学反应，生成强度更高、稳定性更优的低碱性水化矽酸钙，从而改善水化胶凝物质的组成，消除游离石灰，使水泥石的结构更为致密，有效的增进混凝土的耐久性和强度。

降低水泥用量

在设计和施工的具体设计中，一个重要的措施是在保证强度要求的前提下尽可能的减少水泥的用量。减少水泥剂量意味着降低了水化热、混凝土可以经历更多温和的热过程，以减少开裂的风险。这种措施能充分振动压实混凝土，并能较好的进行混凝土养护。特别是对于一些特别不容易维护的建筑设计，如板、梁、柱等，更应该在保证强度的基础上，降低水泥用量。

注意施工工艺

混凝土结构的耐久性研究 篇3

【关键词】 混凝土；结构；耐久性

混凝土在现代建筑中被广泛应用，它主要起着承受结构自重和外部荷载的作用，通常和钢筋一起组合使用。钢筋在混凝土结构中主要承受拉力并赋予结构以延性，补偿混凝土抗拉能力低、易开裂和脆断的缺陷；而混凝土主要承受压力并保护其内部钢筋不至于锈蚀。两者共同作用发挥其结构功能。

混凝土主要起着对结构及其构件在外力作用下防止破坏、倒塌，保护人员和设备不受损伤的能力。混凝土结构的耐久性直接影响这些设施的存活寿命。一段时期以来，混凝土结构安全质量事故频繁出现，混凝土结构的安全性和耐久性问题已经引起了社会各界和国家政府的广泛关注。分析混凝土结构的安全性能，了解混凝土结构的安全现状，寻求混凝土结构安全存在的问题、根源，探索解決的途径、方法和对策，并对混凝土的安全性和耐久性提供技术对策和建议有着重要的意义。

一、混凝土结构的耐久性和安全性

（一）安全性：混凝土结构设计必须有足够的安全保证。这是由于结构需要承受的负荷以及机构的材料性能，设计计算方法，施工质量等均存在着许多不确定性。所以规范规定了结构必须承受的负荷设计值应该是上述标准值乘以大于1的荷载安全系数加以放大；同时在确定结构构件所具有的承载能力时，应该将材料强度的标准值除以大于1的材料强度分项系数加以缩小。显然，荷载的标准值和荷载与材料强度的安全系数规定的越高，就表示结构的安全设置水准越高，设计的结构就越安全。

（二）耐久性：混凝土结构的耐久性是当前困扰土建基础设施的世界性问题，应当引起我国有关主管部门和设计施工单位的足够重视。混凝土结构工程的耐久性与工程的使用寿命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能力，这一正常功能包括结构的安全性和结构的适用性，而且更多地体现在适用性上。长期以来，人们一直以为混凝土应该是非常耐久的材料，直到上个世纪70年代末期，发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境因素影响下出现过早损坏，发达国家为混凝土结构耐久性投入了大量科研经费并积极采取应对措施。

二、混凝土结构的耐久性研究

（一）抗腐蚀性：当混凝土结构处在有侵入介质作用的环境时，会引起水泥石发生一系列化学、物理及物化变化，而逐步受到侵蚀，防止硫酸盐腐蚀的最基本做法是控制水灰比，并适当增加水泥用量，因为水灰比是决定混凝土渗透性的重要因素，如果硫酸盐腐蚀非常严重，降低水灰比采用V型水泥也不能起良好的保护作用，可采用掺混合料的水泥。如掺入含有活性硅较多的天然火山灰的水泥；掺入粉煤灰的水泥；掺入高炉不淬矿渣的水泥以及掺入硅粉的水泥。如果有现成的石膏矿渣水泥，也可以考虑作为代用品。

如果混凝土是预制品，提高该制品抗硫酸盐的另一途径是采用高压蒸汽养护，在高压蒸汽养护条件下，尤其是掺有磨细二氧化硅的混凝土，可消除水化浆体中的氢氧化硅，并且使高硫型和硫型水化硫酸盐几乎不再存在，其中的氧化结合C-S-H变成耐腐蚀性良好的硅酸盐（水石硫石）或单独形成稳定的C3AH6，从而能更好地抵抗硫酸盐腐蚀。

（二）抗碳化：一般的说，采用早强硅酸盐水泥时，碳化最慢，硅酸盐水泥稍快；而采用混合水泥时，由于Ca（OH）2的量相对较少，因此，碳化速度最快，碳化速度与混凝土强度密切相关，如果混凝土的抗压强度大于62.5N/mm2时，可不考虑混凝土的碳化。高性能混凝土的强度等级为C50级以上，其极限抗压强度大于62.5N/mm2，股采用高性能混凝土是提高碳化性能的有效途径之一。

高压蒸汽养护的混凝土碳化作用非常小，这是因为混凝土中的砂子在高温条件下被活化，与混凝土发生化学反应，形成了强度大、结晶高、抗碳化性能好的水化硅酸钙。

（三）抗磨损：一般而言，混凝土的抗压强度愈高，抗磨性能愈好。低水灰比的高强混凝土是提高密实的耐磨混凝土，表面混凝土致密是提高耐磨性的必要条件，施工时，应该多次压抹搓平混凝土表面。在有泌水的情况下，必须推持表面修整的时间，让水分充分蒸发，并在混凝土终凝前充分压抹搓平混凝土表面。此外，还可以通过在表面掺加高硬度集料增强耐磨性。

（四）抗碱-集料反应：发生混凝土碱-集料反应的条件有三个：水泥中的碱含量超过水泥总量的0.6%；集料中活性集料含量超过1%；混凝土处于潮湿环境。上述三个条件全部满足时，才会发生碱-集料反应。所以，对这种反应，可以针对性地加以控制。

1、控制集料中的活性二氧化硅含量：将活性二氧化硅颗料存在的地方设想为一个局部膨胀中心，用以描述碱-集料反应，如果活性颗粒的数量很少，则可容金属离子迁移到这些分散中心所形成的碱硅酸凝胶也很少，吸水后可引起高度的局部膨胀，从而实际崩溃裂的危害增大。

2、控制外界水分，降低水灰比：当外界没有可供吸取的水分时，将不会出现明显的有害膨胀，低水灰比的混凝土有很好的不透水性，故有助于延缓碱-集料反应物吸水膨胀的速度。

（五）结构的耐久性及其度量：虽然混凝土结构耐久性的概念应用已久，但国际标准和我国的统一标准中并未将结构耐久性作为术语使用。文献对所谓“足够的耐久性能”做了如下解释：“结构在规定的工作环境中，在预定时间内，其材料性能的恶化不至于导致结构出现不可接受的失效概率”在正常维护条件下，结构能够正常使用到规定的设计使用年限。对“结构耐久性”的定义为：“结构及其部件在可能引起材料性能劣化的各种作用下能够长期维持其应有性能的能力”“预定作用和语气的维护与使用条件下，结构及其部件能再预定的期限内维持，其所需的最低性能要求的能力”。这两者基本代表了目前对结构耐久性这一概念的理解。这里需要强调的是两者所指出的“材料性能的恶化”和“材料性能劣化”是界定耐久性问题的关键。安全性和适用性是对可靠性的基本分类；耐久性是可靠性中涉及材料性能退化的特殊问题，它指结构在规定的时间内，在规定的条件下，在可能引起材料性能退化的环境影响下，完成预定功能的能力，或者属于适用性，或者属于安全性，耐久性既可以从时间角度，也可从结构状态的角度用概率来度量，而且两者所对应的可靠概率相等。这一点对于当前耐久性的研究具有重要的意义。

三、结语

混凝土的耐久性研究已经成为我国目前建筑行业发展研究的主要问题，我国正处于社会基础设施建设的阶段，对混凝土的应用十分广泛。因此，提高混凝土的耐久性研究已经迫在眉睫，是目前我国广大建筑工作者需要研究的主要问题。

参考文献

[1]赵国藩，《钢筋混凝土结构》，中国电力出版社，2005

[2]郭正兴，李金根，《建筑施工》，东南大学出版社，2005

（作者单位：沈阳中港地产有限公司）

混凝土耐久性的因素 篇4

耐久性一般理解为结构保持其使用性能的时间或“使用寿命”。耐久性可概括为混凝土的各项设计指标没有明显降低的长期性能。即应将耐久性与结构设计使用期紧密的联系在一起, 根据使用要求, 考虑环境条件和结构劣化以至失效的各种原因与过程。对材料、结构形式、构造细节、施工工艺、保护措施等进行综合选择, 从设计、施工、维修等各方面来加以保证。本文从混凝土的原材料选择、混凝土配合比设计、混凝土构件与外部环境的适应性以及混凝土施工成型养护等方面, 论述其对混凝土耐久性的影响, 并提出提高混凝土耐久性的技术措施。

1 混凝土原材料选择

1.1 水泥

水泥是混凝土中的活性组分, 其强度的大小直接影响着混凝土强度的高低。我国混凝土的质量验收习惯上以混凝土的强度指标为单一的衡量标准, 从而导致水泥工业对水泥强度的不适当追求, 使水泥细度增加, 早强的矿物成分比例提高, 而这一切都不利于混凝土的耐久性, 所以不是所有早强和高标号的水泥就是好的。实际应用时, 应根据混凝土工程特点或所处环境条件, 选用合适的水泥。

1.2 骨料

骨料是混凝土的骨架, 对收缩有一定的抵抗作用, 质量良好、技术条件合格的骨料, 是保证混凝土耐久性的重要条件。骨料由粗骨料和细骨料 (砂、石) 组成。长期处于潮湿和严寒环境中的混凝土, 粗骨料和细骨料应作坚固性试验。

(1) 细骨料。

配制混凝土的细骨料应使用清洁不含杂质、级配符合要求的粗砂或中砂。因为, 如果砂中含有有害杂质, 如云母、粘土、淤泥、粉砂等, 这些有害杂质就会粘附在骨料的表面, 妨碍水泥与砂的粘结, 降低混凝土的强度, 同时还增加混凝土的用水量, 从而加大混凝土的收缩, 最终导致裂缝产生, 降低抗冻性和抗渗性等耐久性能。砂的粗细及颗粒级配是砂质量的重要指标, 在拌制混凝土时, 这两个因素应同时考虑。采用配级良好的粗砂或中砂, 砂的空隙率及总表面积较小, 不仅可减少水泥浆用量, 还可提高混凝土的密实性和强度。

(2) 粗骨料。

混凝土使用的粗骨料有碎石和卵石, 同样粗骨料要求清洁不含杂质、级配良好且最大粒径符合有关要求。粗骨料表面粗糙, 与水泥粘结较好, 混凝土强度较高;针、片状颗粒含量过多, 会使混凝土强度降低;骨料的最大粒径应在条件许可下, 尽量选用的大些, 因为当骨料粒径增大时, 其表面积随之减小, 混凝土中所需水泥浆或砂浆的数量也相应减小, 而对于高性能混凝土, 一般认为粗骨料最大粒径不宜超过30 mm为宜;石子级配良好, 可节约水泥和保证混凝土具有良好的和易性, 特别是拌制高强度混凝土, 石子级配更为重要。

1.3 水

拌合混凝土用水, 按水源可分为饮用水、地表水、地下水、海水以及经适当处理或处置后的工业废水。符合国家标准的生活饮用水, 可拌制各种混凝土。地表水和地下水, 首次使用前, 应按《混凝土拌合用水标准》 (JGJ63—1989) 规定进行试验。海水可用于拌制素混凝土, 但不得用于拌制钢筋混凝土和预应力混凝土。有饰面要求的混凝土, 不应用海水拌制。

1.4 外加剂和矿物掺合料

(1) 外加剂。

外加剂的掺入可增加混凝土拌合物的流动性, 降低混凝土的用水量, 减小水灰比, 提高混凝土的密实度, 从而提高混凝土的耐久性。外加剂的掺入是混凝土实现高性能的技术途径之一。长期处于潮湿和严寒环境中的混凝土, 应掺用引气剂或引气减水剂。引气剂能提高混凝土的耐久性, 但掺量必须适量, 掺用量过小, 混凝土中形成的封闭微孔过少, 起不到改善耐久性的作用;掺用量过大, 则会降低混凝土的强度, 对耐久性产生相反的影响。JGJ22000普通混凝土配合比设计规程规定, 引气剂的掺入量应根据混凝土的含气量并经试验确定, 混凝土的含气量不宜超过7%。

(2) 矿物掺料。

有粉煤灰、矿渣、硅灰等。矿物掺料的掺入不仅可节约水泥, 更主要的是提高混凝土的耐久性能。混凝土中掺入活性矿物掺料能改善水泥石的胶凝物质的组成, 大大减小混凝土的空隙率, 实现其超耐久性。活性矿物掺料含有大量活性SiO2, 能和水泥水化过程中所产生的游离石灰及高碱性水化硅酸钙产生二次反应, 生成强度更高, 稳定性更优的低碱性水化硅酸钙。有的超细矿物掺合料, 它们能填充于水泥粒子之间的空隙中, 使水泥石结构更为致密, 并阻断可能形式的渗透通路, 所以应在混凝土中推广应用矿物掺料混凝土。

2 合理确定混凝土配合比

2.1 施工配制强度

混凝土配合比设计, 首先要确定混凝土的施工配制强度, 现行的混凝土配合比设计规范规定:施工配制强度fcu.o≥fcu.k+1.645δ, 其中δ可根据混凝土的统计资料计算, 当没有统计资料计算时, 按现行《混凝土结构工程施工及验收规范》的规定采用。但一般情况下, 没法取得统计资料计算, 而现行《混凝土结构工程施工及验收规范》也没有提供δ的数值。因此, 配合比设计人员应到工程现场, 深入了解混凝土工程的施工管理水平, 慎重确定合适的混凝土强度标准差, 因为如果δ选得较小, 会使结构混凝土强度达不到设计规定要求, 给工程带来质量隐患;标准差选得较大, 增大混凝土的单方水泥用量, 不但造成浪费而且对混凝土耐久性不利。

2.2 水灰比

水灰比的大小是决定混凝土密实性的主要因素, 它不但影响混凝土的强度, 而且也严重影响混凝土的耐久性。为了保证混凝土必要的耐久性, 混凝土的最大水灰比和最小水泥用量应符合现行《普通混凝土配合比设计规程》的规定。在混凝土能充分密实条件下, 随着水灰比的降低, 混凝土的孔隙率降低, 混凝土强度提高, 与此同时, 混凝土的抗渗性等各种耐久性指标也随之提高。因此, 在混凝土配合比设计时, 应根据混凝土的强度等级, 选择合适水泥, 掺加外加剂和矿物掺料, 尽量减小混凝土的水灰比。

2.3 用水量

用水量对混凝土拌合物的流动性起决定作用, 在保证混凝土拌合物所需流动性的情况下, 应尽可能降低用水量。因为用水量增加, 在水泥用量不变的情况下, 混凝土的水灰比增大, 总收缩增大, 降低其强度和耐久性。配制混凝土时, 为获得必要的流动性, 常需用较多的水, 而水泥水化时所需的结合水, 一般只占水泥重量的23%, 当混凝土硬化后, 多余的水分就残留在混凝土中形成水泡或蒸发后形成气孔, 大大地减少了混凝土抵抗荷载的实际有效断面。对于这个问题, 通过掺入高效减水剂等手段, 可大大降低混凝土的用水量。

3 混凝土碳化

大气中的CO2溶解于混凝土的孔隙水后, 与水泥水化生成Ca (OH) 2, pH值降低到8左右。碳化反应首先发生在混凝土表面, 然后逐步向里发展, 随后的CO2通过碳酸盐层扩散, 因此该反应是扩散控制过程, 混凝土的扩散特性取决于以下几个因素。

3.1 混凝土饱水度

CO2必须要溶于孔隙水, 因此低相对湿度条件下干燥的混凝土不会碳化;另一极端, CO2在完全饱和的混凝土中扩散缓慢, 所以碳化在相对湿度50%~70%的混凝土中最迅速。混凝土表面被遮挡时, 碳化要比暴露在雨水中更迅速。

3.2 混凝土空结构

Parrott提出:碳化深度与混凝土强度有关, 把水灰比、水泥用量和矿物掺合料的作用相结合, 是一种抵抗碳化的有效办法。使用矿物掺合料时要注意充分地养护, 才能获得较低的总孔隙率。

3.3 环境CO2浓度

质量高、养护良好的混凝土, 及时暴露在大气条件下多年, 其碳化深度仅在表面区20 mm~30 mm以内。因此设计的目标是保证混凝土保护层的厚度和质量。

4 钢材的锈蚀

耐久性是钢筋混凝土结构应具有的基本功能之一, 钢筋锈蚀的危害又是结构耐久性的重要因素。在不同的环境下反应略有不同。

(1) 一般环境下钢筋的锈蚀。

大量的混凝土结构构件都处于一般环境中。空气中的二氧化碳 (CO2) 遇水后生成碳酸, 碳酸与混凝土中的游离Ca (OH) 2发生化学反应生成CaCO3, 使钢筋周围碱性环境逐渐遭到破坏, 混凝土产生碳化。当混凝土碳化深度到达钢筋表面, 钢筋表面的钝化膜破坏;在空气中氧和水的作用下, 钢筋发生电化学锈蚀。

(2) 酸性介质环境下钢筋的锈蚀。

某些工业厂房由于生产工艺的原因, 会排放出不同的酸性物质, 使混凝土结构长期处于酸性介质环境中。比如环境中有大量的二氧化硫 (SO2) , 氧化硫遇水后生成酸性较强的亚硫酸 (H2SO3) ;亚硫酸比碳酸对混凝土中的碱性环境具有更大的破坏性, 使混凝土保护层较快碳化, 进而破坏钢筋表面的钝化膜, 在钢筋表面形成原电池效应, 导致钢筋锈蚀。其锈蚀速度远大于一般环境下钢筋的锈蚀速度。

对钢材腐蚀的防护可采取以下几种措施:1) 在新拌混凝土里掺用阻锈剂, 如亚硝酸钠。2) 用不锈钢或环氧涂层钢筋作为配筋。3) 混凝土采用涂层保护, 减少氯盐与氧的侵入。4) 对混凝土进行阴极保护, 即外加电压以保持钢筋处于阴极区。

5 施工养护

实际工程中, 混凝土的耐久性问题多数是由于施工养护不当所造成。因此加强现场施工管理非常重要。现场混凝土的搅拌, 应实测砂石含水量, 调整配合比用水量, 严格控制混凝土配合比, 计量准确, 搅拌均匀, 浇灌和振捣密实, 避免过振和漏振现象, 加强养护, 保证养护期。

6 结束语

混凝土耐久性的因素 篇5

关键词:排水建筑物耐久性对策

引言

目前,作为城市的基础产业的排水工程正以大规模、高质量、高速度的势头发展。2O世纪70年代之前建设的排水工程,每年以损失几百亿元的速度破损跨塌,同时,全国城市排水工程建设每年又需要几百亿元来维护。如何提高城市排水建筑物耐久性这个问题的解决已刻不容缓。

提高混凝土抗冻耐久性的措施 篇6

【关键词】混凝土；抗冻耐久性；措施

1.混凝土抗冻耐久性的概述

混凝土抗冻耐久性是在使用过程中，考虑到环境的内外部综合因素的长期发展状况，过低的气温与长时间的冰冷环境导致的混凝土本身使用能力的下降，最终导致混凝土本身丧失了使用价值与效果。在气温温差相对较大，霜冻天气时间持续时间较长的北方寒冷地区容易出现这类问题，混凝土的抗冻能力可以影响整个混凝土的构造和稳定性，容易存在隐患和问题。因此，国内建筑领域针对混凝土抗冻耐久性的提高势在必行，混凝土的抗冻耐久性如何在北方寒冷天气下有效的提高也成了理论界与实际工作中讨论的焦点。

2.影响混凝土抗冻性的主要因素

当混凝土结构处于冰点以下环境时,部分混凝土内孔隙中的水将结冰,产生体积膨胀,过冷的水发生迁移,形成各种压力,当压力达到一定程度时,导致混凝土的破坏。混凝土发生冻融破坏的最显著特征是表面剥落,严重时可以露出石子。混凝土的抗冻性能与混凝土内部的孔结构和气泡含量多少密切相关,孔越少越小,破坏作用越小,封闭气泡越多,抗冻性越好。

影响混凝土本身抗冻性的因素有很多，主要包括混凝土孔的细致结构与混凝土本身的含气量，还有混凝土的饱和程度与水灰的比例，水泥的品种选择也会对混凝土本身品质造成影响，从而导致混凝土使用效率的降低。

3.提高混凝土抗冻耐久性的主要措施

从上述分析可知,混凝土的外部环境、内部孔结构、原材料、密实度和抗渗性是影响混凝土耐久性能的重要因素。

因此，工程建设必须要考虑更多的原因，通过提升综合能力来改善混凝土本身的抗冻耐久性，可以选择提高混凝土的材料抗冻性，也可以选择提高混凝土的抗冻膨胀能力，还可以考虑加强缓凝土的引气剂的成分，另外还可以考虑增强抗冻耐久性的材料选择，控制好水灰的比例与压力强度。

3.1原材料的选择

选用合适的原材料,采用较小的水灰比,减少拌和用水,使水泥水化反应剩余的水量减少,可以大大减少由这些水造成的孔隙和渗水通道,从而提高混凝土的密实性,增强抗渗性能。因此,经常把水灰比控制在0.55以内。严格控制水灰比,提高混凝土的密实度及强度。

水泥的品种与品质对混凝土抗冻耐久性的提高有很大的帮助，要科学适当的选择水泥材料与品质，加强混凝土的抗冻耐久性，在实验过程中，很多时候必须要科学选择混凝土的硅酸盐水泥替代一般的水泥材料。

另外，经过实践证明，在混凝土之中掺加粉煤灰与矿粉材料可以提升混凝土本身的混合性能，改善硬化品质与混凝土内孔的结构层次，填充内部空隙，加强混凝土密度，加强混凝土的有效使用。

3.2混凝土的配合比设计

试验室在进行混凝土配合比设计时,不仅要满足混凝土设计强度、工作性能,还应考虑尽量减少水灰比,降低水泥含量,从而降低水泥水化热,减少收缩裂缝,提高密实度;采用合理的外加剂,掺入适量的外掺料,改善混凝土内部结构,进一步提高混凝土耐久性能。

3.3加强早期养护

混凝土早期冻害直接影响混凝土的正常硬化及强度增长,因而冬季施工时必须对混凝土加强早期养护或适当加入早强剂或防冻剂,严防混凝土早期受冻。

3.4外加剂

3.4.1引气剂

引气剂指的是搅拌混凝土过程中需要使用的一种原料，这种原料对混凝土本身构造与凝结的过程中起到了加固作用，稳定混凝土本身的结构，稳定了封闭的微小气泡，引气剂本身的特性可以帮助混凝土降低与水之间的表面张力与表面能的消耗，帮助混凝土内部产生大量的微小封闭式的气泡颗粒，形成具有稳定性的弹力空间，保证混凝土结冰时产生的膨胀压力，从而保证混凝土不受到影响，可以长期稳定使用，保证外界的水分渗入内部，提高了混凝土的抗渗性与抗冻能力。

3.4.2减水剂

减水剂是指在搅拌混凝土塌落度基本相同的条件下,能大幅度减少拌和物用水量的外加剂。减水剂又称塑化剂或分散剂,拌和混凝土时加入适量的减水剂,一方面使水泥颗粒分散均匀,另一方面还可将水泥颗粒包裹的水分释放出来,这样明显减少了混凝土用水量,提高混凝土强度,同时还可以改善其和易性;而且加入减水剂后混凝土结构更为均匀密实,提高了一系列物理化学性能,如强度、抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性等,混凝土的耐久性也得到了提高。

3.4.3活性矿物掺和料

第一、粉煤灰。粉煤灰是一种工业化学废料，可以满足高性能混凝土的使用要求，粉煤灰本身含有大量的活性成分，可以提升优质的粉煤灰到混凝土中，从而结合成为高性能的混凝土材料，可以代替一部分水泥在混凝土搅拌中的位置，降低混凝土的成分松散的特性，提高混凝土的力学性能，明显改善混凝土的工作性能。

第二、纤维。通过试验研究,在混凝土中加入适量纤维,均匀地分布在混凝土内部,可以大幅度提高混凝土的强度和抗折性能。当混凝土受冻胀作用时,纤维起到拉伸作用,而且纤维与混凝土界面结合良好,在冻融循环变化环境下,起到抵抗疲劳破坏的网络协调作用。在合理掺量下能有效减少混凝土因失水、温差、自干燥等因素引起的原生裂隙尺度,增强混凝土结构的整体性和连续性,提高抗裂能力,从而显著提高混凝土抗冻融耐久性。当然纤维的选择也是很重要的,一般应选择长径比大、稳定性好而且较易分散的纤维。

3.4.4混凝土结构的日常养护

混凝土结构是在建筑领域经常使用的建筑材料，建筑业的长期发展需要依赖混凝土材料，混凝土建设中要注意日常的使用与维护才能更好地保证混凝土的安全性与抗冻耐久性。在日常使用时，要注意进行及时的检修、维护与检查，使用过程中要排除路面存在的杂质与腐蚀性的液体，在恶劣寒冷的环境中要建立检测评估站点，发现裂缝与问题要及时解决，进行修补，确保混凝土结构的完整性，以正常使用混凝土结构，延长寿命。

4.结束语

综上所述，在工程建设与施工建设过程中，寒冷天气环境下的混凝土抗冻耐久性的保护必须要从多方面入手，综合化的考虑混凝土抗冻耐久性的问题。生活在寒冷地区，混凝土建设必须要考虑到水分与材料之间的化学作用，要添加一些粉煤灰或其他原料确保混凝土本身结构的安全性与稳定性。在日常建设过程中还需要建立一些检测站点，针对混凝土结构进行长期检测，发现问题做到及时治理。提高混凝土抗冻耐久性，是一个长期工程，需要多元化思路考虑问题，做到延长混凝土的使用寿命。[科]

【参考文献】

［１］徐玲玲,杨南如,钟白茜.大掺量粉煤灰对水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀的物理和化学作用.粉煤灰,2009.06:79-81.

［２］栗新燕.提高混凝土抗冻耐久性的措施.内蒙古公路与运输.2010.07:10-14.

［３］邢明明.提高混凝土抗冻耐久性措施及评价指标.黑龙江交通科技,2011.08:88-91.

混凝土耐久性的因素 篇7

1 影响混凝土结构耐久性的因素

影响混凝土结构耐久性的因素主要有内部和外部两个方面。内部因素主要有混凝土的强度、渗透性、保护层厚度、水泥品种和标号及用量、外加剂、集料的活性等, 外部因素则主要有环境温度、湿度、CO2含量、侵蚀性介质等。耐久性不好往往是内部的不完善性和外部的不利因素综合作用的结果, 而结构缺陷往往是设计不妥、施工不良引起的, 也有因使用维修不当引起的。混凝土结构耐久性问题有:混凝土冻融破坏、碱-集料反应、侵蚀性介质腐蚀、机械磨损、混凝土碳化、钢筋锈蚀等。

1.1 混凝土的冻融破坏

混凝土水化结硬后, 内部有很多孔隙, 非结晶水滞留在这些孔隙中。在寒冷地区, 由于低温时混凝土孔隙中的水冻结成冰后产生体积膨胀, 引起混凝土结构内部损伤。在多次冻融作用下, 混凝土结构内部损伤逐渐积累达到一定程度而引起宏观的破坏。在破坏前期是混凝土强度和弹性模量降低, 接着是混凝土由表及里的剥落。我国部分地区特别是北方地区的室外混凝土结构存在冻融破坏问题。与环境水接触较多的混凝土, 如电厂的通风冷却塔、水厂的水池、外露阳台、水工结构等的冻融破坏相对严重。

当混凝土孔隙溶液中含有一定量的氯离子时, 混凝土的冻融破坏加剧。海港工程、使用化冰盐的混凝土高速公路和、城市立交桥和停车场等均有此类问题。

1.2 混凝土的碱-集料反应

混凝土碱-集料反应是指混凝土微孔中来自水泥、外加剂等的可溶性碱溶液和集料中某些活性组分之间的反应。发生碱-集料反应后, 会在界面生成可吸水肿胀的凝胶或体积膨胀的晶体, 使混凝土产生何种膨胀, 严重时会发生开裂破坏。碱溶液还会浸入集料在破碎加工时产生的裂缝中发生反应, 使集料受肿胀作用而破坏。

碱-集料反应分为两类:一类为碱-硅酸反应, 指碱与集料中活性组分反应, 生成碱硅酸盐凝胶, 凝胶吸水肿胀导致混凝土膨胀或开裂;另一类为碱-碳酸盐反应, 指碱与集料中微晶体白云石反应, 其生成物在白云石周围和周围基层之间的受限空间内结晶生长, 使集料膨胀, 进而使混凝土膨胀开裂。混凝土由于碱-硅酸反应破坏的特征是呈地图形裂缝, 碱-碳酸反应造成的裂缝中还会有白色浆状物渗出。

1.3 侵蚀性介质的腐蚀

在石化、化学、冶金及港湾等工程结构中, 由于环境中化学侵蚀性介质的存在, 对混凝土的腐蚀很普遍。常见的侵蚀性介质腐蚀有:硫酸盐侵蚀。对混凝土有侵蚀性的硫酸盐存在于某些地区的土壤、工业排放的固体或液体的废弃物和海水中, 当硫酸盐溶液与水泥石中的氢氧化钙及水化铝酸钙发生化学反应时, 将生成钙矾石。当有CO32-存在并牌高湿度的低温下时, 还会生成硅灰石膏, 产生体积膨胀, 从而破坏混凝土。

酸腐蚀。酸不仅仅存在于化工企业, 在地下水, 特别是沼泽地区或泥炭地区也广泛存在碳酸及溶有CO2的水。混凝土是碱性材料, 遇到酸性物质会产生化学反应, 使混凝土产生裂缝、脱落并导致破坏。海水腐蚀。海水中的CI-和硫酸镁对混凝土有较强的腐蚀作用, 并造成钢筋锈蚀。

1.4 钢筋的锈蚀

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的最关键问题, 也是混凝土结构最常见和量最大的耐久性问题。新成型的混凝土是一种高碱性的材料, 在钢筋表面形成一层致密的钝化膜, 有效地保护钢筋不发生锈蚀。混凝土保护层的碳化和氯离子腐蚀介质的影响是钢筋锈蚀的主要原因。当空气中的二氧化碳、二氧化硫等气体及其他酸性介质通过混凝土的孔隙进入到混凝土内部后, 与混凝土孔隙溶液中的氢氧化钙发生化学反应, 使溶液的碱度降低, 钢筋表面出现脱钝现象, 如果有足够氧和水, 钢筋就会腐蚀。当混凝土成型时使用了含氯离子的原材料, 如海沙、海水或含氯的外加剂等, 或混凝土结构处于使用含氯原材料的工业环境、海洋环境、盐渍土与含氯地下水的环境和使用化冰盐的环境中, 氯离子通过构件表面侵入到混凝土内部, 达到钢筋表面, 钝化膜也会提早破坏, 钢筋锈蚀就会更严重。随着混凝土保护层的剥落, 钢筋锈蚀加速, 直到构件破坏。混凝土中的钢筋锈蚀是电化学腐蚀。首先在裂缝宽度较大处发生个别点的“坑蚀”, 进而逐渐形成“环蚀”, 同时向裂缝两边扩展, 形成锈蚀面, 使钢筋截面削弱, 锈蚀产生的铁锈体积要比原来的体积增大3-4倍, 使周围的混凝土产生膨胀拉应力。钢筋锈蚀严重时, 体积膨胀导致沿钢筋长度出现纵身裂缝。顺筋裂缝的产生又加剧了钢筋的锈蚀, 形成恶性循环。如果混凝土的保护层比较薄, 最终会导致混凝土保护层剥落, 钢筋也可能锈断, 导致截面承载力降低直到构件丧失承载力。

2 提高混凝土结构耐久性的设计措施。

目前, 对混凝土结构耐久性的研究尚不够深入, 因此, 耐久性设计主要采取以下技术保证措施。

2.1 划分混凝土结构的环境类别

混凝土结构耐久性与结构的工作环境条件有密切的关系。同一结构在强腐蚀环境中要比一般大气环境中使用寿命短。对结构所处的环境划分类别可使设计者针对不同的环境采用相应的对策。第一类环境类别为:室内正常环境;第二类环境类别为:室内潮湿环境;非严寒和非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境。这部分主要是考虑基础、地下室、人防工程等在浸水情况下的耐久性;第二类环境类别为:严寒和非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境;第三类环境类别为:使用除冰盐的环境;严寒和寒冷地区冬季水位变动的环境;滨海室外环境。这类环境在空气中含有大量的氯离子, 氯离子有很强的活性, 日长月久极易破坏钢筋表面的钝化膜而引起钢筋锈蚀;水位变动的环境加上严寒和寒冷地区冬季的反复冻融, 往往对混凝土造成很大的损伤;第四类环境类别为:海水环境。如港口码头, 灯塔、海岛高脚屋等;第五类环境类别为:受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境。由于耐久性与环境条件密切相关, 不同的环境条件, 应有不同的控制要求。对此设计者应根据具体工程情况具体分析。

2.2 控制混凝土保护层厚度

混凝土保护层厚度的大小及保护层的密实性是决定结构的设计使用年限的根本因素。环境条件及保护层厚度又是从钢筋开始锈蚀到出现沿钢筋的纵向裂缝的时间的决定因素。因此, 《结构规范》根据混凝土结构所处的环境条件类别, 规定了混凝土保护层的最小厚度。要求设计人员应根据已有的经验和当地工程实践来适当增加钢筋混凝土保护层厚度。

2.3 控制裂缝等级和限值

裂缝的出现加快了混凝土的碳化, 也是钢筋开始锈蚀的主要条件。因此, 《结构规范》根据钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构所处的环境类别和构件受力特征, 规定了裂缝控制等级和最大裂缝宽度限值。

2.4 混凝土的基本要求

根据结构的环境类别, 合理地选择混凝土原材料, 控制混凝土的氯离子含量和碱含量, 防止碱集料反应。改善混凝土的级配, 控制最大水灰比、最小水泥用量和最低混凝土强度等级, 提高混凝土的抗渗性能和密实度。选择合适的混凝土抗渗等级和抗冻等级。对抗冻混凝土必须掺加引气剂。有抗渗要求的混凝土结构, 混凝土的抗渗等级应符合有关标准的要求;严寒及寒冷地区的潮湿环境中, 结构混凝土应满足抗冻要求, 混凝土抗冻等级应符合有关标准的要求。混凝土表面喷涂或涂刷聚合物水泥砂浆、沥青及环氧树酯等防腐层。必要时在结构表面设置专门的防渗面层。对于二类和三类环境中, 设计年限为100年的混凝土结构, 应采用专门有效措施。采用耐腐蚀钢筋。暴露在侵蚀环境中的结构构件, 其受力钢筋宜采用环氧树酯涂层带肋钢筋;为防氯盐的腐蚀, 采用各种钢筋阻锈剂或对钢筋采用阴极防护法。对预应力钢筋、锚具及连接器, 应采取专门防护措施。

四类和五类环境中的混凝土结构, 其耐久性设计应符合有关标准的规定。

总结:规范采用了宏观控制的方法, 即根据结构设计使用年限和环境类别对结构混凝土提出相应的限制和要求, 以保证其耐久性。这种方法概念清楚, 设计简单。规范规定设计人员在设计图纸上应标明建筑结构的使用年限, 为此, 设计人员应结合已有的设计经验和当地工程建设实践认真进行结构的耐久性设计, 以保证和提高混凝土结构的耐久性。

摘要：近几十年来, 混凝土结构因材质劣化造成失效以至破坏崩塌的事故在国内外频繁发生, 用于混凝土结构修补、重建和改建的费用日益增大。因此, 混凝土结构的耐久性问题越来越受到人们的重视。在设计混凝土结构时, 除了进行承载力计算、变形和裂缝验算外, 还必须进行耐久性设计。本文主要论述了影响混凝土结构耐久性的因素, 并进一步提出提高其耐久性的设计措施。

混凝土耐久性的因素 篇8

1 混凝土耐久性的主要影响因素

通常情况下混凝土工程的使用年限都为五十至一百年之间, 但目前许多混凝土工程在使用十年二十年时就会存在不同程度的破坏, 有的工程甚至在更短时间内即需要对其进行维修, 这主要是由于混凝土内部和外部结构发生了变化, 从而导致其无法满足耐久性的要求。所以对混凝土耐久性的影响因素进行分析, 以便于能够采取切实可行的措施改善混凝土的耐久性。

1.1 水灰比

在混凝土配制过程中, 为了能够使其工作性能良好, 则往往其水灰比较高, 这也就导致了混凝土具有较高的孔隙率, 而且毛细孔较多, 在这种情况下, 混凝土结构会受到外界水分、各种侵蚀性介质、氧化、二氧化碳及一些有害物质的影响, 使混凝土内部结构受到破坏, 从而导致其耐久性受到影响。

1.2 温湿度

在高温环境下进行混凝土浇筑时, 由于其内部水分蒸发速度较快, 在拉应力作用下, 混凝土表面极易出现细小裂缝, 这种细小裂缝长期在外界条件及荷载作用下则会向内部结构进行延伸, 一旦这种延伸达到一定程度后, 则会导致混凝土结构的使用性能受到影响, 耐久性降低。而且在干燥环境下, 混凝土浇筑完成后其在失水作用下会出现收缩, 再加之荷载作用, 混凝土结构会有一些微裂缝产生, 从而会导致各种介质沿着这些微裂缝进入到混凝土内部, 导致混凝土性能受到影响, 其耐久性下降。

1.3 掺合料

在混凝土中掺入掺合料后, 可以有效改善混凝土浆体结构, 使其内部孔隙得到一定填充, 降低其毛细孔隙率, 阻断孔的连通性, 从而有效的降低混凝土的渗透性。通过对普通混凝土和粉煤灰混凝土在抗渗性能对比中即可发现, 在养护时间达到28天时, 粉煤灰混凝土的渗透性明显高于普通混凝土, 而在90天后再进行测试表明, 粉煤灰混凝土的渗透性要低于普通混凝土。这主要是由于粉煤灰中的火山灰效应有效的发挥出来, 对浆体结构起到了较大的改善作用, 降低了其连通性, 从而使粉煤灰混凝土抗渗性能得到提升。

1.4 孔结构

混凝土的渗透性受混凝土强度的影响较大, 而且混凝土强度和混凝土渗透性之间具有一定的联系, 这是由于混凝土渗透性与连通的孔隙有关, 而且总的孔隙率还会对抗压强度进行控制。孔隙率的大小会直接影响关系到渗透性的高低。而当混凝土的总孔隙率较高时, 混凝土的强度也会受到较大的影响。

1.5 引气

一般认为在混凝土加入适量的引气剂可以在混凝土内部生成大量微小的气泡, 可以起到切断毛细孔连续性的作用, 从而提高混凝土的抗渗性。通过相关试验表明, 当在低水灰比情况下, 引气混凝土的透气性要显著低于基准混凝土。而对不同强度等级普通混凝土、引气混凝土、粉煤灰引气混凝土的抗渗性能进行对比表明, 当含气量为5%时, 在等强度下, 引气混凝土的抗渗系数和抗透气系数为普通混凝土的1/5~1/3, 而粉煤灰引气混凝土的抗渗性能的提高更为明显。

2 改善混凝土耐久性的具体措施

2.1 严格选择原材料

选择含泥量小的骨料构成连续级配, 水泥用量应该可以满足混凝土耐久性要求。为了减小混凝土的孔隙率, 在不掺加引气剂的混凝土中可以适当提高砂率;而对于掺加引气剂的混凝土为了让含气量不至于过分减少, 混凝土的砂率可以适当较小2~3个百分点。

2.2 掺加粉煤灰

近年来, 我国资源十分短缺, 在这种情况下, 为了能够有效的降低工程的造价, 可以利用粉煤灰来代替水泥。而且利用粉煤灰在早期时, 由于其具有良好的填充作用, 所以可以有效的减小对水的用量, 使混凝土具有良好的泌水性, 有效的控制混凝土的孔隙率, 确保混凝土的强度和抗渗性能得以提升。

2.3 掺用高效减水剂

减水剂是表面活性剂, 它能显著降低水的表面张力或水泥颗粒的界面张力, 使水泥颗粒易于湿润, 相应减少用水量, 使混凝土拌合物的流动性大大提高, 拌合水大幅度减少, 从而得到高性能高强度密实性的混凝土, 也使得混凝土的孔隙率大大减小, 抗渗性提高, 从长远来看有利于混凝土耐久性的提高。

2.4 加入引气剂

为了进一步改变混凝土的孔结构, 可以加入引气剂, 它能够使混凝土产生细小、均匀的微气泡并在硬化后仍能保留气泡。引气剂是一种憎水性表面活性剂, 在混凝土中起着起泡、分散、湿润等表面活性作用, 加入引气剂可以使得无数的微小气泡分散存在于混凝土中, 还可以降低混凝土的泌水性及离析, 大大改善混凝土拌合物的和易性, 提高抗渗性, 改善混凝土的耐久性。

结语

耐久性作为当前混凝土结构极受关注的重要问题, 其涉及的因素较多, 而且也是当前结构工程中十分关键的质量指标之一, 是结构工程安全性的重要保证, 而且通过对混凝土结构耐久性的改善, 可以有效提高混凝土的使用寿命, 确保混凝土结构建设成本的节约。但要想解决混凝土结构耐久性问题需要做好多方面的工作, 不仅需要对结构进行正确的设计, 科学进行材料的选择, 而且还需要在施工过程中严格控制质量, 做好混凝土使用过程中的管理和维护工作, 从而有效的提高混凝土的耐久性, 确保混凝土结构的质量能够得到保证, 推动我国建筑行业健康的发展。

摘要：随着当前建筑行业的快速发展, 为了有效的降低建设成本, 在建设过程中对于混凝土的耐久性更为关注。通过提高混凝土的耐久性, 还可以有效的确保混凝土结构的安全性能。文中对混凝土耐久性的影响因素进行了分析, 并进一步对改善混凝土耐久性的措施进行了具体的阐述。

关键词：混凝土,耐久性,影响因素,措施

参考文献

[1]徐国良.王彩辉.结构混凝土耐久性影响因素的研究进展与探讨[J].材料导报, 2013 (06) .

[2]于本田.王起才.周立霞.张粉芹.矿物掺合料与水胶比对混凝土耐久性的影响研究[J].硅酸盐通报, 2012 (04) .

混凝土耐久性的因素 篇9

所谓混凝土结构的耐久性, 是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下, 在设计要求的目标使用期内, 不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力[1]。

从混凝土应用于土木工程以来, 大量的钢筋混凝土结构由于各种各样的原因而提前失效, 达不到预定的服役年限。这其中有的是由于结构设计的抗力不足造成的, 有的是由于使用荷载的不利变化引起的, 但更多的是由于结构的耐久性不足导致的。特别是沿海及近海地区的混凝土结构, 由于海洋环境对混凝土的腐蚀, 导致钢筋锈蚀而使结构发生早期破坏, 丧失了结构的耐久性能, 已成为实际工程中的重要问题。美国、英国的混凝土建筑结构因腐蚀损坏, 每年维修费用已成为一个沉重的财政负担。因此, 如何提高工程结构的耐久性, 保持长久的使用寿命, 使已有结构最大限度地发挥作用, 已成为建筑领域日益关注的热点问题。对此许多工业发达国家组织了大规模的科研项目, 投入巨资进行研究。因此, 耐久性失效是导致混凝土结构在正常使用状态下失效的最主要原因之一。

一、影响混凝土结构耐久性的主要因素

一般混凝土工程的使用年限约为50-100年, 但实际中有不少工程在使用10-20年, 有的甚至在使用几年后即需要维修, 这就是由于混凝土耐久性不足造成的。影响混凝土结构耐久性的因素总的来说有内因和外因两个方面, 内因即混凝土自身抵抗外界侵蚀和风化的能力, 其因素包括:混凝土的碳化、抗冻性、钢筋的保护层厚度、混凝土的搅拌浇筑及养护质量等;外因即外部环境条件, 其因素包括:侵蚀气体含量、外界湿度及温度等。本文从以下几个方面分析。

1、混凝土的碳化、冻融破坏

混凝土的碳化又称为混凝土的中性化, 它是空气中二氧化碳与水泥石中的碱性物质相互作用, 使其成分、组织和性能发生变化, 使用机能下降的一种很复杂的物理化学过程。几乎所有混凝土表面都处在碳化过程中。混凝土碳化本身对混凝土并无破坏使用, 其主要危害是由于混凝土碱性降低使钢筋表面在高碱环境下形成的对钢筋起保护作用的致密氧化膜 (钝化膜) 遭到破坏, 使混凝土失去对钢筋的保护作用。同时, 混凝土的碳化还会加剧混凝土的收缩, 这些都可能导致混凝土的裂缝和结构的破坏。所以说, 混凝土的碳化与混凝土结构的耐久性密切相关, 是衡量钢筋混凝土结构可靠度的重要指标[2]。

混凝土的抗冻性是反映混凝土耐久性的重要指标之一。混凝土冻融作用的破坏机理是:混凝土在其冻融的过程中, 遭受的破坏应力主要由两部分组成。其一是当混凝土中的毛细孔水在某负温下水转变成冰, 体积膨胀, 因受毛细孔壁约束形成膨胀压力, 从而在孔周围的微观结构中产生拉应力;其二是当毛细孔水结成冰时, 由凝胶孔中过冷水在混凝土微观结构中迁移和重分布引起的渗透压。当混凝土受冻时, 这两种压力会损伤混凝土内部微观结构, 当经过反复多次的冻融循环以后, 损伤逐步积累不断扩大, 发展成互相连通的裂缝, 使混凝土的强度逐步降低, 最后甚至完全丧失, 混凝土由表及里遭受破坏[3]。

2、侵蚀性介质的腐蚀

在各种侵蚀性介质 (酸、碱溶液等) 作用的环境下, 侵蚀性介质将对混凝土产生腐蚀, 最终可能导致结构破坏。在混凝土结构使用寿命期间可能遇到的各种暴露条件中, 氯化物是最危险的侵蚀介质, 应引起高度重视。氯离子侵入混凝土腐蚀钢筋的机理:一是破坏钝化膜。氯离子进入混凝土到达钢筋表面, 吸附于局部的钝化膜处, 使该处呈酸性, 从而破坏钢筋表面的钝化膜;二是形成腐蚀电池。腐蚀电池作用的结果使得钢筋表面产生蚀坑;三是去极化作用。氯离子不仅促成钢筋表面形成腐蚀电池, 而且会加速电池的作用, 即凡是进入混凝土中的氯离子, 会周而复始地起到破坏作用。

3、混凝土碱-骨料反应

混凝土碱骨料反应被许多专家称为混凝土的“癌症”。混凝土骨料中某些矿物与混凝土微孔中的碱性溶液间的化学反应称作碱骨料反应。这种反应能使混凝土的局部体积发生膨胀引起开裂和强度降低严重时会导致混凝土完全破坏, 因此被视为是影响混凝土结构耐久性的一个重要问题。碱骨料反应产生的碱—硅酸盐等凝胶遇水膨胀, 将在混凝土内部产生较大的膨胀应力, 从而引起混凝土开裂。混凝土结构一旦发生碱骨料反应出现裂缝后, 会加速混凝土的其他破坏。若在寒冷地区, 混凝土出现裂缝后又会使冻融破坏加速, 这样就造成了混凝土工程的综合性破坏。

4、钢筋的锈蚀

钢筋的锈蚀对钢筋混凝土结构耐久性有极大的影响。混凝土中的钢筋锈蚀一般是电化学锈蚀。电化反应的必要条件是钢筋表面呈活化状态且同时存在水和氯离子。当二氧化碳、氯离子等腐蚀介质侵入时, 混凝土的碱性降低或者混凝土的保护层受拉开裂等会造成全部或局部破坏钢筋表面的钝化状态, 钢筋表面的不同部位会出现较大的电位差, 形成阳极和阴极, 在一定的环境条件下 (如氧和水的存在) 钢筋就开始锈蚀。首先在裂缝处出现钢筋坑蚀, 进而发展为横向的环状锈蚀, 最终沿钢筋纵向扩展为片状锈蚀。成片的锈蚀因其体积膨胀导致混凝土沿钢筋布置方向发生混凝土保护层裂缝。钢筋锈蚀破坏的特征可归纳为:裂缝沿主筋方向开展延伸;钢筋与混凝土的握裹力下降与丧失;钢筋断面损失;钢筋应力腐蚀断裂。

二、提高混凝土耐久性的措施

要提高混凝土的耐久性, 必须先将环境条件调查清楚, 再结合混凝土所采用的材料进行耐久性设计。下面根据以上内容提出几种提高混凝土耐久性的方法。

1、提高混凝土的抗碳化能力、防止冻融破坏

合理设计混凝土配合比。选择抗碳化性能较好的水泥, 并有足够的水泥用量 (一般不少于300kg/m3) ;同时应尽量降低水灰比或掺入减水剂, 尽可能在满足施工和易性要求的前提下, 降低其用水量;在必要掺入合乎国标要求的优质粉煤灰时, 应按规程 (JGJ28—86) 的要求, 采用超量取代法设计混凝土配合比。

采用表面涂层或表面覆盖层的方法, 隔绝混凝土与大气的直接接触, 对减少或防止混凝土的碳化有明显效果。实践表明, 无机或有机的各种外墙涂料, 各种砂浆抹灰层都会不同程度地减少混凝土的碳化深度。若采用抗渗性能良好的防水水泥砂浆抹面层 (约1-1.5cm) , 可以完全隔绝CO2的渗透, 保护混凝土表面不被碳化。

掺引气剂是提高混凝土抗冻性的主要措施。根据我国交通部一航局对天津新港北坡堤的调查可知, 不加引气剂的混凝土使用15年即出现表面剥落等冻害现象, 而加引气剂的混凝土则无冻害。掺量为水泥重量的2%-4%时, 这种表面活性剂可使混凝土的耐久性指数提高50%-90%。引气量虽少, 但气泡很细且均匀分散, 因此对提高混凝土抗冻性非常有利。

2、预防侵蚀性介质的腐蚀

提高混凝土密实性和抗渗性。这对防止或减少任何一种类型的混凝土腐蚀都是有效的。这是因为各种侵蚀介质都是通过混凝土的各种孔隙、毛细孔而进入其内部的。因此, 在设计中正确选择混凝土的配合比。保证必要的水泥用量, 尽可能减少水灰比, 并在施工中加强振捣, 以保证混凝土的密实性, 都是十分必要的。

采用引气剂或减水剂。在混凝土中掺人某些引气剂或减水剂 (如木质磺酸钙、有机硅、氯化钙等) , 不仅可以减少混凝土的用水量, 提高其强度和抗冻性, 还可以提高Ca (OH) 2和Ca SO4的溶解度, 对提高混凝土的耐腐蚀能力也是十分有效的。

3、减轻混凝土的碱骨料反应

采用低碱水泥。降低混凝土细孔溶液的碱变水泥的含碱量是影响碱集料反应的重要因素之一。因此很多国家为了防止碱集料反应都对水泥含碱量作了规定。我国国标 (JB200-80) 《硅酸盐大坝水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣大坝水泥》规定熟料含碱量不应大于0.6%, 只有矿渣大坝水泥的熟料含碱量允许放宽到1%。当发现集料中含有了能引起碱集料反应的成分时, 就应对所使用的水泥碱度严格检查, 并加以控制。

掺用粉煤灰、矿渣、硅灰等掺合料都能降低混凝土的碱性, 从而控制碱骨料反应。特别是当水泥含碱量高于允许限值时更应掺加粉煤灰等掺合料, 例如掺入水泥重量5%-10%的硅灰即可有效地控制碱集料反应及由此引起的混凝土的膨胀与损坏。掺入水泥重量20%-25%的粉煤灰也可取得同样的效果。

4、钢筋锈蚀的预防

合理选材。为了保证混凝土对钢筋的保护作用及提高钢筋自身的抗腐蚀能力。因此, 必须根据钢筋混凝土结构的使用条件合理选用混凝土原材料及钢筋类别。例如, 在腐蚀性介质中使用的钢筋混凝土结构应优先选用普通硅酸盐水泥或其它耐腐蚀水泥。骨料质量也应确保, 并应在施工前严加检验, 特别是外加剂的选用更应慎重。

增加保护层的厚度, 确保保护层的完好性。适当增加混凝土保护层厚度, 避免保护层开裂, 能防止在使用期内碳化到钢筋表面, 并能阻止腐蚀介质渗到钢筋表面, 这是保护钢筋兔遭锈蚀的重要措施。特别是海洋构筑物和近海建筑物的混凝土保护层厚度更应严格控制, 确保其不小于50mm。一般的钢筋混凝士结构的保护层厚度也应大于50年的碳化深度。

对钢筋混凝土结构喷刷防腐涂层。在钢筋混凝土结构表面涂刷或喷涂防腐层能防止腐蚀介质浸透到钢筋表面, 从而提高结构耐久性。常用的防腐涂层有聚合物水泥砂浆、油漆、沥青及环氧树脂等。

结语

钢筋混凝土结构耐久性问题是一个十分重要而迫切需要加以解决的问题, 通过开展对钢筋混凝土结构耐久性的研究, 一方面能对已有的建筑结构物进行科学的耐久性评定和剩余寿命预测, 以选择对其正确的处理方法;另一方面也可对新建工程项目进行耐久性设计与研究, 揭示影响结构寿命的内部与外部因素, 从而提高工程的设计水平和施工质量, 确保混凝土结构生命全工程的正常工作。因此, 它既有服务于服役结构的显示意义, 又有指导待建结构进行耐久性设计的重要作用, 同时, 对于丰富和发展钢筋混凝土结构可靠度理论也具有一定的理论价值。

参考文献

[1]金伟良、赵羽习:《混凝土结构耐久性》, 科学出版社, 2002年。

[2]张广义:《浅谈钢筋混凝土耐久性的影响因素及对策》, 《科技情报开发与经济》, 2005 (15) :204-206。

[3]王涛、刘秦、王磊:《影响混凝土结构耐久性的主要因素及预防措施》, 2009 (4) :44-45。

[4]龚洛书、柳春圃:《混凝土的耐久性及其防护修补》, 中国建筑工业出版社。

[5]牛荻涛:《混凝土结构的耐久性与寿命预测》, 科学出版社, 2003年。

混凝土耐久性的因素 篇10

混凝土是由胶结材料, 骨料和水按一定比例配制, 经搅拌振捣成型, 在一定条件下养护而成的人造石材。混凝土具有原料丰富, 价格低廉, 生产工艺简单, 抗压强度高等优点, 是工程领域中应用最广泛的一种建筑材料。

长期以来, 人们受混凝土是一种耐久性能良好的建筑材料这一认识的影响, 混凝土结构的耐久性问题一度不受重视, 耐久性研究也相对滞后。以致许多混凝土结构还没有达到预期的使用寿命, 便在环境作用下过早的失效甚至破坏崩塌, 由此带来了巨大的经济损失和不良的社会影响。

设计方面, 我国1989年颁布的《混凝土结构设计规范》 (GBJ10-89) 和1985年颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTJ023-85) 涉及结构耐久性的内容很少, 除了一些保证结构耐久性的构造措施的一般规定之外, 只对影响混凝土耐久性的裂缝宽度加以控制。实践证明, 裂缝控制对结构耐久性设计并不起决定性作用。值得欣喜的是:新颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTG D62-2004) 不仅增加了耐久性设计内容, 而且明确提出了公路桥涵结构应根据所处的环境条件进行耐久性设计的概念, 无疑这是结构设计理念上的重大突破, 对提高设计质量具有重大指导意义。

2 混凝土耐久性的概念

耐久性是混凝土结构的重要指标之一。混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内, 在各种环境条件作用下, 不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受外观的一种能力。耐久性主要体现在:抗渗性、抗冻性、抗裂性、抗侵蚀性、抗碳化。混凝土的耐久性关系到工程结构的使用寿命, 是使用期内结构保持正常功能的能力, 这一正常功能不仅包括结构的安全性, 而且更多地体现在适用性上。

3 混凝土耐久性的影响因素

影响混凝土结构耐久性的因素是很复杂的, 概括起来主要分为内部因素和外部因素, 然而结构的破坏却往往是内部与外部不利因素综合作用的结果。

3.1 内部因素

3.1.1 混凝土的碱-骨料反应

碱-骨料反应一般指水泥中的碱和骨料中的活性硅发生反应, 生成碱-硅酸盐凝胶, 并吸水产生膨胀压力, 造成混凝土开裂。碱-骨料反应引起的混凝土结构破坏程度, 比其他耐久性破坏发展更快, 后果也更为严重。而且碱-骨料反应一旦发生, 很难加以控制, 一般不到两年就会使结构出现明显开裂, 所以有时也称碱骨料反应是混凝土结构的“癌症”。

3.1.2 混凝土的碳化

混凝土的碳化是指混凝土中氢氧化钙与渗透进混凝土中的二氧化碳和其它酸性气体发生化学反应的过程。正常情况下混凝土呈碱性, 在钢筋表面形成碱性薄膜, 保护钢筋免遭酸性介质的侵蚀, 起到“钝化”保护作用。而碳化的实质是混凝土的中性化, 混凝土的碱性降低, 钝化膜遭到破坏, 使混凝土失去对钢筋的保护作用。碳化同时也会加剧混凝土的收缩, 致使混凝土出现裂缝, 导致结构的破坏。

3.2 外部因素

3.2.1 侵蚀性介质的腐蚀

当混凝土结构处在有侵蚀性介质作用的环境时, 会引起水泥石发生一系列化学、物理与物化变化, 而逐步受到侵蚀, 严重的使水泥石强度降低, 以至破坏。常见的化学侵蚀可分为淡水腐蚀、一般酸性水腐蚀、碳酸腐蚀、硫酸盐腐蚀等几类。淡水的冲刷, 会溶解水泥石中的组分, 使水泥石孔隙增加, 密实度降低, 从而进一步造成对水泥石的破坏;当水中溶有一些酸类时, 水泥石就受到溶析出和化学溶解双重作用, 腐蚀明显加速;碳酸在溶析水泥石的同时, 破坏混凝土内的碱环境, 降低水泥水化产物的稳定性, 影响水泥石的致密度;硫酸盐的硫酸根离子深入混凝土内与水泥组分反应, 生成物体积膨胀开裂造成损坏。

3.2.2 混凝土的冻融破坏

渗入到混凝土中的水在低温下会结冰引起膨胀。将从内部损伤混凝土的微观结构。经多次冻融循环后, 最终将引起混凝土剥落酥裂而降低混凝土的强度, 降低其耐久性。尤其在我国北方寒冷地区, 冬季大量使用融雪剂除雪, 融雪剂所形成的盐溶液与冻融的协同作用则比单纯的冻融要严酷得多, 一般将盐冻破坏看作是冻融破坏的一种特殊形式, 即最严酷的冻融破坏。

3.2.3 钢筋的锈蚀

电化学腐蚀是混凝土结构中最常见的影响耐久性的问题, 尤其是氯离子腐蚀。氯离子的侵入会使钢筋表面的钝化膜迅速破坏, 引起钢筋锈蚀, 大量的铁锈使混凝土体积膨胀, 导致混凝土沿保护层发生纵向裂缝, 造成钢筋与混凝土之间的粘结力破坏, 钢筋截面面积减少, 使结构的承载力降低, 变形和裂缝增大。并随着时间的推移, 腐蚀会逐渐恶化, 最终可能导致结构的完全破坏。

3.2.4 施工因素影响

混凝土材料本身质量低下以及骨料级配不当都会导致混凝土耐久性能下降;施工过程中工人操作不当等人为因素造成的混凝土结构的内、外部缺陷, 也会使混凝土容易遭到破坏;而如果水灰比控制不当, 混凝土的密实性就降低, 抗渗性就变差, 直接影响混凝土的耐久性。

4 改善混凝土结构耐久性的有效措施

针对以上几种主要的影响混凝土结构耐久性的内、外不利因素, 可采取如下有效措施来改善混凝土结构耐久性。

4.1 合理的结构及构造设计

4.1.1 结构应保证有足够的混凝土保护层厚度

混凝土保护层可以阻止外界侵蚀介质、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的厚度是提高混凝土耐久性、延长混凝土结构使用寿命的重要措施。

4.1.2 合理地设计结构及构造

对于易发生耐久性问题的结构或构件部位, 在设计中应通过合理的结构设计和合理的构造措施予以克服。例如, 使结构物利于排水, 以保证混凝土的干燥;合理进行结构布置以及地基处理, 减少地基不均匀沉降造成的裂缝等。

4.2 掺入高效减水剂

实践表明:在保证混凝土拌和物所需流动性的同时, 尽可能降低用水量, 减少水灰比, 使混凝土的总孔隙率, 特别是毛细管孔隙率大幅度降低是改善混凝土的耐久性的有效途径。

水泥在加水搅拌后, 会产生一种絮凝状结构, 在这些絮凝状结构中, 包裹着许多拌和水, 从而降低了新拌混凝土的工作性。施工中为了保持混凝土拌和物所需的工作性, 就必须在拌和时相应地增加用水量, 这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂后, 由于减水剂分子能定向吸附于水泥颗粒表面, 使水泥颗粒表面带有同一种电荷 (通常为负电荷) , 在电性斥力的作用下, 不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态, 还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜, 同时使水泥絮凝体内的游离水释放出来, 因而达到减水的目的。研究表明, 当水灰比降低到0.38以下时, 消除毛细管孔隙的目标便可以实现, 而掺入高效减水剂, 完全可以将水灰比降低到0.38以下。

4.3 保证混凝土的强度

尽管强度与耐久性是不同概念, 但又密切相关, 它们之间的本质联系是基于混凝土的内部结构, 都与水灰比这个因素直接相关。在混凝土能充分密实条件下, 随着水灰比的降低, 混凝土的孔隙率降低, 混凝土的强度不断提高;与此同时, 随着孔隙率降低, 混凝土的抗渗性提高, 其抵抗环境侵蚀破坏的能力就越强, 各种耐久性指标也随之提高。

4.4 原材料的选择

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, 因此水泥的选择需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, 并结合具体情况进行选择。骨料的选择应考虑其碱活性, 耐蚀性和吸水性, 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。掺粉煤灰, 矿渣, 硅粉等混合材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-骨料反应, 因而掺混合材混凝土, 也是提高混凝土耐久性的有效措施。

4.5 控制施工质量

混凝土的拌制尽量采用二次搅拌法、裹砂法及裹砂石法等工艺, 提高混凝土拌合料的和易性, 保水性;大体积混凝土的浇筑振捣应控制混凝土的温度裂缝, 收缩裂缝, 施工裂缝, 建立混凝土的浇筑振捣制度, 提高混凝土密实度和抗渗性, 重视混凝土振捣后的表面工序, 并加强养护, 以减少混凝土裂缝。混凝土的施工过程对控制构件外观裂缝, 施工裂缝至关重要, 应加强施工质量管理, 特殊季节施工的混凝土结构, 尚应采取特殊措施。

4.6 结构的日常维护

结构在使用阶段, 应注意检测, 维护和修理, 对处于露天和恶劣环境下的基础设施工程更应如此, 建立检测和评估体系, 及时发现, 及时修理, 确保混凝土结构的正常使用。在使用中, 应尽量避免结构承受超重荷载、接触腐蚀性物质, 并尽量减少冻融环境的影响。同时在结构建成后定期检查, 在结构破坏超过一定的界限后, 就需要详查破坏原因并评估是否需要维修或加固。

结束语

作为用量最大、应用面极广的人造工程材料, 混凝土不仅是资源和能源的消耗大户, 还给地球环境和人类的居住空间带来了很大的负面影响。因此, 在混凝土技术的发展进程中一定要坚持可持续发展原则, 尽可能的提高混凝土使用寿命, 而改善混凝土结构的耐久性能无疑是其中最有效的手段, 是需要大家足够重视和大力提倡的。

摘要：通过对当前混凝土结构耐久性存在的问题进行分析, 指出了影响混凝土结构耐久性的内、外部不利因素, 并针对这些影响因素提出了几种改善混凝土结构耐久性的有效措施。

关键词：混凝土结构,耐久性,影响因素,改善措施

参考文献

[1]金伟良, 赵羽习.混凝土结构耐久性[M].北京:科学出版社, 2002.

[2]JTG D62-2004.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3]王勇飞, 袁庆莲, 司炳艳.混凝土结构耐久性研究[J].中外建筑, 2006, (5) .

浅析混凝土配合比的耐久性 篇11

关键词:影响;耐久性;认识误区;配合比设计

中图分类号:TU528 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2009)30-0020-02

调查表明,我国大多数结构工程在未达到使用年限已纷纷进入老化期,极大地影响了结构物的外观和使用性能,因此正确认识混凝土结构的耐久性对工程建设具有十分重要意义。

混凝土结构的耐久性取决于混凝土材料的自身特性和结构的使用环境,同时与结构设计、施工及养护密切相关。本文主要讨论现阶段混凝土配合比设计过程中认识误区及改善耐久性的技术措施两个方面来探讨混凝土的耐久性问题。

1水泥的种类与水泥用量

不同的水泥种类直接影响了水泥混凝土的抗冻、抗渗及碳化速度等性能。因此选用合适的水泥种类直接影响了其耐久性的长短。

《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)最新规范中取消了普通水泥等级中的32.5和32.5R,随之带来的问题就有很多,尤其在低标号C15、C20和C25配合比设计时,显得尤为困难。比如某单位委托C25混凝土要求采用PC32.5水泥,机制砂(MX=3.90),坍落度70 mm～90 mm,通过强度,水泥用量达到450 kg/m3左右才

能满足C25设计强度要求,这样的配合比显然是不合理的。

虽然我国《普通混凝土设计规范》(JTJ055-2000)中就规定了最大水灰比和最小水泥用量,但仍然存在漏洞。其一,没有明确规定水泥的最大用量,比如现实工程中,多数工程负责人在施工过程中私自加大水泥用量,确保结构强度满足要求,恰恰忽视了水泥用量越大带来的不良后果会更大,引起的病害就越大。其二,应当明确结构物在不同气候条件下,水泥的最小用量和最大用量是不一致的。

2集料

混凝土配合比过程中选择骨料应遵循一定的原则:①坚硬而且有足够的强度;②适宜的粒度;③洁净,含有害杂质少。除此之外,还应选择合理的颗粒级配和骨粒粒径。

在进行混凝土配合比时,骨料的粒径的选择通常由混凝土结构物中钢筋的间距决定的,很多设计人员易于忽视结构物中混凝土的保护层厚度,在新出版的《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T50476-2008)中有专门规定见表1。

表1配筋混凝土中最大骨料粒径的要求

混凝土最小保护层厚度2025303540455060

环境

作用Ⅰ-A ,Ⅰ-B2025303540404040

Ⅰ-C,Ⅱ,Ⅴ1520202525303535

Ⅲ,Ⅳ1015152020252525

注:①Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ——环境类别分别为一般环境、冻融环境、海洋氯化物环境、除冰盐外其他氯化物环境和化学腐蚀环境;②A、B、C环境影响程度分别为轻微、轻度和中度。

此规范明确规定了不同的配筋混凝土中在不同环境作用下对集料的最大粒径有着不同的要求。

3外加剂对耐久性的影响

在混凝土中掺入一定量的外加剂能够有效改善和提高混凝土的耐久性,通常有碱水剂和引气剂等。

对于外加剂,人们最易于忽视以下几个方面:

(1)在混凝土施工过程中,掺加早强剂必须经过严格的审批。早强剂并不是所有的混凝土结构物都能加入早强剂,早强剂对耐久性的损害最为严重,另外在使用了早强剂后,能够明显提高结构物的早期强度,但同时会影响后期强度的增长,例如某工程混凝土掺入早强剂,28 d强度反而较7 d强度低。实测强度见表2。

表2摻入早强剂后某混凝土实测强度表

水灰比水 泥强 度

7 d28 d

0.3948046.430.4

(2)外加剂的用量,每种外加剂都应该有着自己相对精确的掺配组成,也应该有一定的掺量范围。超过此范围,就会对混凝土的耐久性产生不利的影响。

今年我试验检测室在进行某厂高效碱水剂检测时,其主要技术指标与出厂证明相差甚大,最后厂方代表亲自拿出一些化学物质,现场调配,这种随意变动的高效碱水剂是很难满足设计要求的,所带来的影响也最为严重。

4碱集料反应

所谓的碱集料反应就是指由于水泥水化所析出的KOH和NaOH与集料中活性的二氧化硅相互作用,形成了碱的硅酸盐凝胶,致使混凝土开裂破坏。通常由于碱集料反应而造成的开裂破坏随时间变化而加剧,维修困难,费用十分昂贵,因此已引起世界各国的高度重视。

碱集料反应发生的前提条件是水泥中碱的含量较高,而同时集料中含有特定的活性成分,只有当这两种不相容的物质配合在一起时才会发生问题。因而抑制碱集料反应发生的有效措施有降低水泥中的碱含量和选用惰性集料两种。另外,提高混凝土的密实度,在混凝土中掺加适量的活性氧化硅细粉或火山灰、粉煤灰等,也是抑制碱集料反应的有效方法。

因此要求设计人员在进行配合比的设计过程中对于可能发生的碱集料反应的混凝土应采取下列方法予以控制。

(1)当集料含有活性成分时,水泥的含碱量应检测其小于0.6 %。

(2)控制混凝土中含碱量小于3 kg/m3,对于重要工程碱含量应小于1.8 kg/m3。

(3)在混凝土中掺入适量活性氧化硅细粉或火山灰、粉煤灰,以抑制碱集料的反应。

5混凝土氯离子含量

多数的混凝土外加剂中都含有一定量的氯离子,如我国常用的混凝土早强剂(或复合早强剂)主要的化学成分就有一些氯化物(NaCl、CaCl2、FeCl3),它能加快水化速度,促进了早期强度的提高。又如传统的混凝土防冻剂的主要成分也含有氯离子,目的是可降低水溶液的冰点,利于冬季施工。

在我国北方大部分地区,为使冬季施工方便,早期曾普遍使用氯化钙等氯盐作混凝土早强(防冻)剂,致使大量结构物因钢筋严重锈蚀而过早破坏,付出了昂贵代价。目前国内外多数钢筋混凝土工程施工已原则上不用氯盐早强(或防冻)剂。

《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)中明确规定了水泥中氯离子含量不得超过0.06,这就要求我们检测氯离子含量应成为水泥试验的一个重要参数。

6结论和建议

目前,我国混凝土工程针对耐久性的认识基本没有提到一个可操控的高度,无论是设计还是施工均不能有效对混凝土结构物的耐久性进行“事前”控制,而工程最终验收也没有关于耐久性的详细要求,一般仅检测结构物的外观评价、回弹法检测混凝土强度等,如何评价一个新建工程的结构耐久性,只能由时间来解答了。这使得我国已建成工程的返修率高居不下,很多已验收“合格”的工程在使用阶段混凝土开裂,以至发生重大事故的事例层出不穷,因此针对混凝土耐久性的研究就成为了刻不容缓的一件大事。

笔者从事试验研究多年,如何才能让混凝土配合比的设计更加合理,更好地保证混凝土结构的耐久性能,仅提供以下几点建议供有关部门参考:

(1)有关耐久性设计规范的及时颁布。国家应组织专门机构研究混凝土结构物的耐久性,从源头把握混凝土结构物的耐久性,而试验室进行混凝土配合比设计时主要依据的是《普通混凝土配合比设计规程》(JTJ055-2000),已不能满足现阶段的要求,对耐久性要求也不具体,应及时出台新的有关耐久性的设计规范与验收规范以指导实际工程。

(2)要尽快健全、完善我国的水泥检测制度。目前我国大部分试验室均没有检测水泥中氯离子含量、碱含量的能力,导致有关混凝土耐久性的指标无法控制。

(3)试验单位在进行混凝土配合比设计时,应把混凝土的强度与耐久性摆在同等重要的位置,从源头上减少不利于耐久性的混凝土报告的发出。

Brief Analysis Proportioning of Concrete’s Durable

Zhang Yunshu

Abstract: Through to the concrete structure durability influencing factor’s analysis, the correct understanding proportioning of concrete design has the vital significance to the concrete structure durable influence.

混凝土耐久性影响因素分析 篇12

混凝土的耐久性实际上是指混凝土的结构稳定性, 它包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀、抗碳化、抗碱-骨料反应及抗钢筋锈蚀能力等方面, 其影响因素既有环境温湿度、周围介质等外因, 也有混凝土自身的化学组成及孔隙结构、孔隙大小等内因。外部介质或者在混凝土表面直接发生物理或化学反应, 破坏混凝土结构;或者通过孔隙渗透至混凝土内部, 破坏混凝土结构。对于混凝土结构的破坏来说, 最关键的就是材料与水的相互作用。没有水 (或水蒸气) , 混凝土就不会有渗透、冻融、碳化、钢筋锈蚀、碱骨料反应等现象发生, 所以混凝土的渗透性、吸水性、吸湿性及亲水性等, 都是影响其耐久性的关键因素。影响混凝土渗透性、吸水性、吸湿性的关键因素是混凝土内部的孔隙结构, 影响其亲水性好坏的是混凝土的化学组成。本文, 笔者主要从混凝土的化学成分和矿物组成、混凝土的孔隙结构等方面, 讨论了它们对混凝土耐久性的影响。

一、水泥的化学成分、矿物组成对混凝土耐久性的影响

普通混凝土的基本组成中, 最容易与外界环境发生化学反应的是胶凝材料水泥。水泥的化学成分、矿物组成是影响混凝土耐久性的关键因素。

1.水泥化学成分对混凝土耐久性的影响。水泥成分复杂, 含有Si O2, Al2O3, Mg O, Ca O, Fe2O3等多种氧化物, 其中以前4种含量为主, 其化合键的强度由前到后依次降低。混凝土的耐久性主要是指其结构的稳定性, 这与胶凝材料化学组成的稳定性密切相关。化学成分的稳定性又可分为受外界环境和微观结构影响较小的内部结构稳定性和受外界环境和内部结构影响较大的表面结构稳定性。内部结构稳定性与水泥中氧化物的化学键强度成正比例关系, 即水泥中Si O2含量越多、Ca O含量越少 (硅钙比越大) , 就越不易与侵入的介质反应, 混凝土结构就越稳定。表面结构稳定性与化学键强度并不完全成正比例关系, 它还和化学组分是否易与外部介质发生作用有关。当外界没有能与其发生作用的介质时, 表面结构稳定性与内部结构稳定性一样, 都随化学键强度的增加而增强;当外界有能与其发生作用的腐蚀介质时, 化学键越强, 表面因断键形成的表面能也越大, 就越容易发生反应, 稳定性就越差。

2.水泥矿物组成对混凝土耐久性的影响。水泥矿物组成中有C3S, C2S, C3A, C4AF等矿物, 改变这些矿物含量的比例 (也可以包括掺入混合材的比例) 不仅会影响混凝土早期强度, 还会影响混凝土的耐久性。对混凝土耐久性影响较大的是其水化产物中的水化硅酸钙和氢氧化钙, 水化硅酸钙具有较好的化学稳定性, 氢氧化钙相对不稳定。C2S与C3S相比, 水化生成的水化硅酸钙凝胶的硅钙比相对较高, 同时生成的Ca (OH) 2数量也相对较少。因此, 水泥的矿物组成中, C2S的含量越多, C3S的含量越少, 越有利于提高混凝土的耐久性。

二、材料的孔隙结构对混凝土耐久性的影响。

材料的孔隙结构是指材料的孔隙大小和孔隙分布情况, 它也是影响混凝土耐久性的关键因素。材料的孔隙结构关系到材料的渗透性、吸湿性和吸水性, 其中渗透性对混凝土耐久性的影响最大。外部介质通过渗透进入材料内部, 进而引起冻融、酸碱盐腐蚀、钢筋锈蚀、碱骨料等反应, 从而降低混凝土的耐久性。

1.孔隙大小对耐久性的影响。混凝土中的孔隙大致可分为4类:超微孔 (半径r≤5 nm) 、微毛细孔 (5 nmr>100 nm) 、非毛细孔 (r≥10 000 nm) 。其中, 大毛细孔和非毛细孔之间的孔隙称为过渡大孔。这些孔隙当中, 有的对混凝土耐久性的影响为正面效应, 有的为负面效应。

(1) 超微孔。超微孔 (主要是凝胶孔) 是对混凝土耐久性最有利的孔。超微孔由于孔径细小, 冰点很低 (-40~-50℃) , 具有较好的抗冻性;孔径细小则不会产生毛细作用, 因此不会出现毛细孔渗透现象和混凝土自收缩增大现象, 具有较好的抗渗性和抗裂性。具有超微孔结构的混凝土孔隙率很低, 因此具有很高的强度和不透水性。故超微孔对混凝土耐久性的影响是利远大于弊, 总体来说正面效应较大。

(2) 微毛细孔。微毛细孔对混凝土耐久性影响最不利。这种孔隙首先能产生毛细孔凝结现象, 增强吸湿性;其次能产生较大的毛细孔压力 (在很多情况下这种压力远大于水压力或因浓度差产生的压力) 和毛细孔渗透力, 使混凝土表层渗透速率和常压渗透速率 (指混凝土在没有水压差或溶液浓度差存在的常压状态下, 因毛细作用而引起的渗透速率。) 加大, 并使混凝土自收缩增大。故微毛细孔会导致大多数混凝土特别是暴露于大气中的混凝土的抗冻性、抗裂性、耐化学腐蚀性和钢筋的耐蚀性以及混凝土的表层抗渗性和常压抗渗性全面下降。混凝土的抗冻性和抗渗性作为混凝土的两个最重要特性, 受微毛细孔影响最大。因此, 由上述分析可知, 微毛细孔对混凝土耐久性的影响弊远大于利, 总体来说负面效应较大。

(3) 大毛细孔。大毛细孔对混凝土耐久性的影响比较有利。因为大毛细孔虽然较微毛细孔孔隙率高, 但能降低毛细孔压力和毛细孔渗透力, 减少混凝土自收缩裂缝, 提高其抗渗性。大毛细孔没有毛细孔凝结现象, 不会吸收空气中的水分, 反而可以将自身内部的水分释放到空气中, 从而提高混凝土的抗冻性和大气稳定性。

通过上述分析可知, 随着孔径由小变大, 3种孔隙对混凝土耐久性的影响从有利转为不利, 再从不利转为有利。孔隙增大至过度大孔、非毛细孔时, 对耐久性的影响仍是从有利转为不利, 再转为有利的循环效应。孔隙半径区间与混凝土耐久年限的关系如图1所示。

2.孔隙大小的影响因素。影响孔隙大小的因素是多方面的, 如水泥细度、水灰比、外加剂、施工质量等, 这些都是间接影响混凝土耐久性的重要因素。

(1) 水泥细度。提高水泥中的细颗粒含量可以增加水化速度, 进而提高混凝土早期强度, 但会增加混凝土的自收缩, 同时也会影响混凝土的孔隙结构。研究表明, 水泥颗粒中小于5μm的细颗粒含量增多时能明显改变混凝土的孔隙结构, 使混凝土中的大毛细孔数量减少, 微毛细孔数量增多。如前所述, 微毛细孔对混凝土耐久性的影响是最不利的, 且有实验表明, 在气干状态下 (与实际使用环境条件相近) , 水泥中细颗粒含量越多, 所制得的混凝土试块在毛细孔压力作用下的渗透高度和渗透速率也随之增加。渗透性越好, 耐久性就越差。因此, 水泥颗粒中细颗粒含量过多会降低混凝土使用寿命。

(2) 水灰比。水灰比也会影响混凝土的孔隙结构。众所周知, 水灰比越大, 水泥硬化后, 内部因水分蒸发而留下的孔隙越多, 强度越低。水灰比还会影响混凝土的耐久性, 有研究表明, 气干状态下, 混凝土早期渗水速率和渗水高度均随水灰比增大而减小。即水灰比越低, 混凝土渗透性越强, 相应的耐久性就越差。因此并不是水灰比越低越好, 盲目降低水灰比虽能增加混凝土强度, 但会增强其渗透性, 因此对耐久性不利。

(3) 外加剂。外加剂主要使用引气剂。加入引气剂可以生成大量封闭的微小气泡, 改善孔隙结构, 提高耐久性。

(4) 施工质量。施工质量的控制主要是指加强施工中的搅拌、振捣、养护控制, 避免出现蜂窝状的孔洞。

三、结论

1.对因水泥化学成分、矿物组成影响的混凝土耐久性问题, 主要通过增加氧化物Si O2的含量, 提高矿物组成中C2S含量, 控制C3S和C3A含量, 来达到提高硅钙比的目的, 从而提高混凝土的稳定性。