(四川大學(xué) 水利水電學(xué)院 水利水電工程專業(yè), 成都 610065)

提高混凝土耐久性的主要措施

盧愈容

(四川大學(xué) 水利水電學(xué)院 水利水電工程專業(yè), 成都 610065)

用于各種建筑物的混凝土不僅要求具有足夠的強(qiáng)度，保證能承受設(shè)計(jì)荷載，還要求具有良好的耐久性，即混凝土所處環(huán)境和使用條件下經(jīng)久耐用的性能。本文從滲透作用、凍融作用、堿骨料反應(yīng)、碳化作用的作用機(jī)理出發(fā)，分析混凝土耐久性的影響因素，從材料、結(jié)構(gòu)、施工三個方面論述提高混凝土耐久性的主要措施。

混凝土；耐久性； 材料；結(jié)構(gòu)；施工;

混凝土是目前用量最大的土木工程結(jié)構(gòu)材料，具有成本低、可模性好、抗壓強(qiáng)度大、適應(yīng)性強(qiáng)、綜合能耗低等優(yōu)點(diǎn)。然而，混凝土材料性能會隨著時間不斷劣化，逐漸不能滿足預(yù)定功能，造成安全威脅和經(jīng)濟(jì)損失。因此，加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究、提高混凝土材料耐久性能、延長結(jié)構(gòu)使用壽命是一個重要的課題。

1 混凝土耐久性的主要內(nèi)容及作用機(jī)理

混凝土的耐久性是指混凝土所處環(huán)境和使用條件下經(jīng)久耐用的性能?；炷恋目?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性、抗碳化作用、抗堿骨料反應(yīng)、抗沖磨性等都是耐久性研究的主要內(nèi)容。

混凝土的抗?jié)B性是指其抵抗有壓水滲透作用的能力?；炷翝B水主要源于其內(nèi)部存在滲水通道。這些滲水通道除產(chǎn)生于振搗不密實(shí)外，主要是水泥漿多余水分蒸發(fā)及泌水而形成的孔隙和微裂縫。

混凝土的抗凍性是指混凝土在吸水飽和狀態(tài)下能經(jīng)受多次凍融作用而不破壞，也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性能。混凝土低溫破壞的根本原因是其內(nèi)部孔隙水的凍融循環(huán)。水結(jié)冰時的體積膨脹，對孔壁形成擠壓力，當(dāng)水壓大于混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時，毛細(xì)孔壁產(chǎn)生裂隙，混凝土構(gòu)件強(qiáng)度不斷降低直至完全破壞[1]。

混凝土的堿骨料反應(yīng)是指在混凝土內(nèi)部水泥凝結(jié)體中的堿性氧化物含量較高時，在有水的條件下，它會與骨料中的活性SiO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成堿-硅酸鹽凝膠，吸水后會產(chǎn)生體積膨脹導(dǎo)致混凝土開裂破壞的現(xiàn)象。

混凝土的碳化是指空氣中的CO2通過混凝土中的毛細(xì)孔隙，在濕度相宜時，與Ca(OH)2反應(yīng)生成CaCO3的過程。一方面減弱了混凝土對鋼筋的保護(hù)作用；另一方面會增加混凝土的收縮，引起混凝土的表面產(chǎn)生拉應(yīng)力而出現(xiàn)微細(xì)裂縫。

2 提高混凝土耐久性的主要措施

雖然混凝土在遭受水壓力、冰凍、碳化等作用時的破壞過程各不相同，但對提高混凝土的耐久性措施卻有很多共同之處。可從材料、結(jié)構(gòu)和施工三個層次提高混凝土耐久性（圖2）。

圖2 提高混凝土耐久性主要措施框架圖Fig.1 The main measures to improve the durability of concrete

2.1 材料層次

材料層次的研究是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最基礎(chǔ)的部分?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)時，各國規(guī)范都制定了強(qiáng)度和耐久性方面的雙重標(biāo)準(zhǔn)。 材料層次上可從以下三方面措施提高混凝土耐久性。

（1）嚴(yán)格控制水灰比和水泥用量

在混凝土配合比設(shè)計(jì)中，除了按強(qiáng)度要求確定混凝土的水灰比和水泥用量外，還應(yīng)受國家和各行業(yè)規(guī)范規(guī)定的滿足耐久性要求的最大水灰比和最小水泥用量的控制。

（2）把好組成材料的質(zhì)量關(guān)

根據(jù)工程所處環(huán)境及對混凝土耐久性要求的特點(diǎn)，合理選擇水泥品種，嚴(yán)格控制砂、石材料的有害雜質(zhì)含量，選擇級配良好的骨料。

（3）適當(dāng)摻用減水劑和引氣劑

適當(dāng)摻用減水劑和引氣劑，改善混凝土和易性和空隙結(jié)構(gòu)，提高其密實(shí)度，是提高混凝土抗?jié)B性和抗凍性的有力措施。

2.2 結(jié)構(gòu)層次

混凝土結(jié)構(gòu)體系的耐久性包括兩部分：對未建混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)和對服役混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐久性評估。

（1）耐久性設(shè)計(jì)

環(huán)境作用下的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮多個方面的因素，包括設(shè)計(jì)使用年限，結(jié)構(gòu)所處環(huán)境對鋼筋和混凝土的腐蝕作用，減輕或延遲材料劣化的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施，保證結(jié)構(gòu)耐久性的施工質(zhì)量控制以及使用年限內(nèi)的定期維修與檢測等[2]。在混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)時應(yīng)綜合安全性、實(shí)用性和可修復(fù)性三大功能對進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（2）耐久性評估

通常使用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的評估方法有：外觀調(diào)查評估法、專家經(jīng)驗(yàn)評估法、基于設(shè)計(jì)規(guī)范的方法、現(xiàn)場荷載試驗(yàn)法、層次分析法、基于可靠度理論的方法[3]。我國2010年12月實(shí)行的TB10005-2010《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]比較全面地對混凝土原材料、裂縫寬度限值、設(shè)計(jì)使用年限、構(gòu)造設(shè)計(jì)、保護(hù)層厚度、摻合料以及施工工藝等作了明確規(guī)定，對指導(dǎo)和規(guī)范我國混凝土橋梁耐久性評估產(chǎn)生了積極的意義。

2.3 施工層次

施工因素，如澆筑條件、養(yǎng)護(hù)條件和模板工程等是影響耐久性的一個重要方面。好的施工條件對改善和提高混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。

（1）混凝土的澆筑

混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件以整體澆筑，不宜留施工縫。當(dāng)必須有施工縫時，其位置及構(gòu)造不得有損于結(jié)構(gòu)的耐久性[5]。保護(hù)層厚度對混凝土的耐久性也有重要影響。若保護(hù)層厚度過小，會縮短鋼筋的脫鈍時間；如果保護(hù)層過厚，構(gòu)件表面則容易出現(xiàn)較大的收縮裂縫和溫度裂縫[6]。

（2）加強(qiáng)施工養(yǎng)護(hù)

對采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥拌制的混凝土，澆水養(yǎng)護(hù)不得少于7d，對于摻用緩凝型外加劑或有抗?jié)B要求的混凝土，不得少于14d[7]。即使在工期等方面原因的約束下，也應(yīng)保證混凝土結(jié)構(gòu)有足夠的養(yǎng)護(hù)時間，不能隨意改變。

（3）提高模板工程質(zhì)量

模板工程作為建筑工程中極為重要的一部分對混凝土耐久性有重要影響。在模板制作與安裝方面，多層模板支架相比于傳統(tǒng)的單層支架能夠有效提升建筑工程的質(zhì)量[8]。在模板的拆除與維護(hù)方面，混凝土構(gòu)件澆筑一段時間后，對其進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，其強(qiáng)度達(dá)到了一定要求后，才能將模板拆除掉，否則會影響混凝土強(qiáng)度的發(fā)展，造成結(jié)構(gòu)的整體變形。

結(jié)語

提高混凝土的耐久性的主要措施主要有材料、結(jié)構(gòu)和施工三個層次。材料層次的研究是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最基礎(chǔ)的部分，也是在耐久性研究方面最成熟的部分，在材料方面提高混凝土耐久性一方面應(yīng)控制混凝土配合比、提高組成材料質(zhì)量，更重要的是對新型摻和材料的研究；我國在混凝土結(jié)構(gòu)層次上的研究尚不深入，應(yīng)加強(qiáng)混凝土耐久性設(shè)計(jì)、耐久性評估方面研究，制定標(biāo)準(zhǔn)、明確規(guī)范；施工層次上，混凝土工程的施工往往受技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和工期的限制，要在施工層次上提高混凝土的耐久性，除了應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定進(jìn)行施工還應(yīng)注意施工技術(shù)的改進(jìn)。

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