提高混凝土耐久性的技術(shù)和管理措施

摘要 鋼筋混凝土一向被認(rèn)為是耐久性較好的建筑材料。但是有大量的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)提前失效，達(dá)不到預(yù)定的服役年限。這其中有的是由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗力不足造成的，有的是由于使用荷載的不利變化引起的，但更多的是由于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不足導(dǎo)致的。鑒于此，本文對(duì)提高混凝土耐久性的技術(shù)和管理措施進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞 混凝土；耐久性；技術(shù)

一，混凝土耐久性的影響因素及特點(diǎn)

所謂混凝土耐久性，是指混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)要求的目標(biāo)使用期內(nèi)，在自然環(huán)境、使用環(huán)境及材料內(nèi)部因素的作用下，不需要額外的費(fèi)用加固處理而保持其自身安全性、正常使用性和可按受的外觀的能力。這里的自然環(huán)境、使用環(huán)境及材料內(nèi)部因素的作用主要是物理或化學(xué)的作用。應(yīng)該指出的是，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是基于材料耐久性的進(jìn)一步深化。混凝土結(jié)構(gòu)在自然環(huán)境和使用條件下，隨著時(shí)間的推移，材料逐漸老化和結(jié)構(gòu)性能不斷劣化，出現(xiàn)損傷甚至損壞，繼而影響建筑結(jié)構(gòu)的使用功能和承載力下降，最終影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全。影響混凝土耐久性的因素很多，可分為內(nèi)在因素和外在因素兩大類。內(nèi)在因素主要為選用的水泥和骨料種類、混凝土的水膠比和密實(shí)度、外加劑類型、澆注和養(yǎng)護(hù)的施工工藝、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)形狀和構(gòu)造型式、保護(hù)層厚度和鋼筋直徑的大小等。外在因素主要指環(huán)境因素，包括冷熱、干濕、凍融循環(huán)、化學(xué)介質(zhì)(氯離子、酸、酸鹽、海水、堿類等)侵蝕、磨損、疲勞等多方面。不同的環(huán)境對(duì)混凝土耐久性的影響程度不盡相同，外在因素是通過(guò)內(nèi)在因素而起作用的。混凝土耐久性問(wèn)題具有以下三個(gè)特點(diǎn)：1、多數(shù)損傷發(fā)展的速度較慢，往往需要若干年甚至幾十年的時(shí)間，這是稱其為耐久性問(wèn)題的原因，2、一般耐久性問(wèn)題是多種因素共同影響的結(jié)果。如北方的海洋混凝土工程，有混凝土碳化鋼筋銹蝕，也有氯離子侵蝕和凍融損傷，還有海水沖擊和海砂磨損，當(dāng)然還有化學(xué)物質(zhì)侵蝕和生物侵蝕等問(wèn)題。

二、提高混凝土耐久性的技術(shù)措施

技術(shù)措施主要有材料、外加劑和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三個(gè)方面。

1、合理選擇混凝土材料和配合比：

(1)合理選擇水泥品種，不同品種的水泥對(duì)化學(xué)結(jié)合能力、混凝土抗?jié)B性、強(qiáng)度的形成、耐腐蝕性、耐凍性和延緩碳化的能力有比較大的差別，在一般環(huán)境條件下，宜選擇低水化熱和低含堿量的水泥，不宜選擇早強(qiáng)水泥。(2)合理選擇混凝土的骨料。骨料在混凝土中所占的體積最大，因此，混凝土的骨料除要求質(zhì)地堅(jiān)硬和有足夠的強(qiáng)度外，還必須具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)。(3)控制水膠比和水泥用量。控制水膠比是為了減少混凝土拌合物凝結(jié)后多余的水溢出所產(chǎn)生的毛細(xì)孔道和孔隙、減小混凝土的滲透性、防止凍融破壞。控制水泥用量也是為了保證混凝土的密實(shí)性，通常規(guī)定混凝土在某一環(huán)境使用條件時(shí)的最低水泥用量。從耐久性的角度，應(yīng)優(yōu)化混凝土配合比，確定最佳水泥用量和水膠比。(4)選用優(yōu)質(zhì)摻合料，配置高耐久性混凝土，摻加部分粉煤灰或細(xì)磨礦渣或硅灰是配置高耐久性混凝土必不可少的組分。使用兩種或兩種以上的摻合料復(fù)合而成的超細(xì)礦物摻合料。其效果通常優(yōu)于單一的礦物摻合料。不同的環(huán)境條件可以采用不同礦物摻合料及相應(yīng)的摻量，并通過(guò)試驗(yàn)確定最優(yōu)配比。

2、使用性能良好的外加劑

提高混凝土的密實(shí)性，減少混凝土的滲透性可以提高混凝土的抗侵蝕能力。混凝土的滲透性控制著水及侵蝕性液體或氣體滲入的速率，同時(shí)，也能抑制水泥漿體中的毛細(xì)傳遞作用，因此，滲透性與混凝土的耐久性有著最為密切的關(guān)系，大幅度提高混凝土的抗?jié)B性是改善其耐久性的關(guān)鍵。使用高效減水劑和引氣劑，可以較大地提高混凝土的抗?jié)B透性，恰當(dāng)?shù)厥褂靡恍B(yǎng)護(hù)劑、阻銹劑等，也可以改善和提高混凝土的耐久性。(1)高效減水劑。在混凝土中摻入減水劑后，可以改善混凝土的和易性，便于澆筑和振搗，在保證混凝土的工作性和不變更水泥用量的條件下，可以減少用水量，從而提高混凝土的抗?jié)B性，增加混凝土的強(qiáng)度和耐久性。(2)引氣劑。在混凝土中摻入一定數(shù)量性能理想的引氣劑，可以在混凝土中形成一定數(shù)量的均勻分布、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡，這對(duì)提高混凝土的抗凍性尤為有效，也有利于提高混凝土的抗?jié)B性和抗腐蝕性等耐久性能。引氣劑生成的封閉微小氣泡在混凝土的拌合和澆筑過(guò)程中，起到了潤(rùn)滑作用，從而提高了拌合料的流動(dòng)性，在保持混凝土工作性不變的情況下，可以減少用水量并減小水膠比，也即提高了混凝土的耐久性。

3、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和構(gòu)造設(shè)計(jì)

(1)保證有足夠的混凝土保護(hù)層厚度。混凝土的高堿性可使鋼筋表面形成致密的鈍化膜，對(duì)鋼筋有良好的保護(hù)作用。混凝土保護(hù)層可以阻止外界侵蝕介質(zhì)、氧氣和水分的滲入，保護(hù)作用的效果與混凝土的密實(shí)度和保護(hù)層的厚度密切相關(guān)。為此，各國(guó)規(guī)范都有針對(duì)不同使用環(huán)境的最小混凝土保護(hù)層厚度的規(guī)定。(2)合理地設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及構(gòu)造。對(duì)易于發(fā)生耐久性問(wèn)題的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件部位，在設(shè)計(jì)中應(yīng)通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和合理的構(gòu)造措施予以克服。

三、提高混凝土耐久性的管理措施

提高混凝土耐久性的技術(shù)措施的最終效果，除了與這些措施本身的有效性和可靠性有關(guān)外，還與施工質(zhì)量和后期保養(yǎng)有密切的關(guān)系。另外，對(duì)于使用壽命很長(zhǎng)的建筑工程結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)建造過(guò)程中的材料質(zhì)量和施工質(zhì)量管理只是保證結(jié)構(gòu)耐久性的一個(gè)方面，使用過(guò)程中的維護(hù)維修管理也是極其重要而且是不可或缺的。現(xiàn)代混凝土工程越來(lái)越大，以提高耐久性為主要目標(biāo)的混凝土，除了需要有較高的強(qiáng)度外，還必須具有良好的工作性和合理的經(jīng)濟(jì)性。高性能混凝土應(yīng)具備的特征是：在新拌狀態(tài)有良好的工作性，即高流動(dòng)性而不離析、不泌水，以便混凝土成型均勻、密實(shí)；水化硬化早期的沉降收縮和水化收縮小、溫升低，硬化過(guò)程干縮小，以達(dá)到無(wú)初期裂縫，硬化后的混凝土滲透性低。為了達(dá)到上述目標(biāo)，在混凝土生產(chǎn)過(guò)程中，可以從三個(gè)方面進(jìn)行混凝土質(zhì)量控制，并采取相應(yīng)的管理措施，即質(zhì)量合格的原材料、合理而經(jīng)濟(jì)的配合比、先進(jìn)而嚴(yán)格的施工技術(shù)與管理措施。混凝土質(zhì)量控制主要包括以下內(nèi)容：(1)試配控制，包括原材料的選擇和檢測(cè)、配合比選擇和工藝確定。原材料包括水泥，砂、石子、細(xì)摻料和外加劑，對(duì)這些材料必須嚴(yán)格選擇和檢測(cè)。這是混凝土質(zhì)量控制的基礎(chǔ)，也是質(zhì)量管理的重點(diǎn)之一。配合比選擇包括混凝土流變性檢測(cè)、強(qiáng)度檢測(cè)、抗?jié)B性和抗凍性檢測(cè)。工藝確定包括加料順序、攪拌時(shí)間和溫度的確定。(2)生產(chǎn)控制包括原材料管理、計(jì)量控制、流變性控制、強(qiáng)度控制和溫度控制。嚴(yán)格按混凝土的配合比進(jìn)行施工，限制混凝土的最低強(qiáng)度等級(jí)，增加混凝土的密實(shí)度，減少孔隙率提高混凝土的抗?jié)B性是改善混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的必要措施之一。各種摻合料、水泥和水的用量只有嚴(yán)格控制，才能達(dá)到這一目的。(3)充分振搗和充分養(yǎng)護(hù)。混凝土澆筑后應(yīng)按照施工操作規(guī)程有序地進(jìn)行振搗，并對(duì)混凝土表面抹光壓平，以增加混凝土密實(shí)度，降低混凝土的滲透性。混凝土的養(yǎng)護(hù)工作對(duì)增強(qiáng)混凝土密實(shí)性、防止干縮開裂至關(guān)重要。混凝土的養(yǎng)護(hù)要保持其表面層足夠濕潤(rùn)，使其強(qiáng)度正常地增長(zhǎng)，并保證有一定的養(yǎng)護(hù)期，養(yǎng)護(hù)期的長(zhǎng)短與混凝土的成分、水膠比、混凝土水化熱的溫度、養(yǎng)護(hù)的環(huán)境和暴露條件等有關(guān)。