耐久性混凝土的配制及施工控制

郝云艷

混凝土的耐久性是指硬化后的混凝土抵抗介質作用并長期保持其良好的使用性能和外觀完整性，從而維持混凝土結構的安全、正常使用的能力。耐久性是一個綜合性的指標，包括抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕、抗碳化性、抗磨性、抗堿—骨料反應及混凝土中的鋼筋耐銹蝕等性能。混凝土結構以其原料廣泛、抗壓強度高、穩(wěn)定性好、易施工、可塑性強等特點而成為最常用的建筑材料;混凝土長期處在各種環(huán)境介質中，往往會造成不同程度的損害，甚至完全破壞。造成的原因有外部環(huán)境條件，也有混凝土內部的缺陷及組成材料的特性。這些因素的影響致使混凝土結構的使用壽命未能達到預期年限，耐久性提前失效。混凝土的耐久性現已成為工程界普遍關注的熱點問題。

1 耐久性混凝土的室內配合比設計

所配制混凝土均按耐久性設計，具體指標如表1所示。

在進行配合比設計時，根據以往的經驗，用粗骨料、細骨料、水泥、水配制出的滿足工作性的混凝土，其結果是28 d抗壓強度滿足設計要求，但利用15 cm×15 cm×15 cm的混凝土立方體抗壓試塊經鉆芯后加工成φ 100 mm×50 mm試件的56 d電通量卻大大超過了規(guī)范所允許的范圍，滿足不了耐久性要求。

表1 具體指標表

混凝土的電通量是指在60 V直流恒壓作用下6 h內通過混凝土的電量。通過測定混凝土電通量的大小來評價混凝土原材料和配合比對混凝土抗?jié)B性能的影響，也可用來間接評價混凝土的密實性。普通混凝土的電通量不能滿足要求，說明它本身不夠密實。

要提高混凝土的耐久性，必須降低混凝土的孔隙率，特別是毛細管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌合用水量。要克服普通混凝土的缺點，可以從降低用水量和減小水泥用量兩方面考慮，具體采取以下幾種措施:1)摻入高效減水劑:在保證混凝土拌合物所需流動性的同時，盡可能降低用水量以及膠凝材料用量，降低混凝土的孔隙率，特別是毛細管孔隙率。水泥在加水攪拌后，會產生一種絮凝狀結構。在這些絮凝狀結構中，包裹著許多拌合水，從而降低了新拌混凝土的工作性。施工中為了保持混凝土拌合物所需的工作性，就必須在拌和時相應地增加用水量，這樣就會促使水泥石結構中形成過多的孔隙。減水劑在減水的同時還可以產生一定的引氣效果，對于提高混凝土抗凍性也是非常有利的。2)摻入活性礦物摻合料:在普通混凝土中摻入活性礦物的目的，一方面可以代替部分水泥，能有效降低水化熱，防止混凝土結構物的開裂，另一方面在于改善混凝土中水泥石的膠凝物質的組成。活性礦物摻料(硅灰、磨細礦渣粉、粉煤灰等)中含有大量活性SiO2及活性Al2O3，它們能和水泥水化過程中產生的游離氫氧化鈣及高堿性水化硅酸鈣產生二次反應，生成強度更高、穩(wěn)定性更好的低堿性水化硅酸鈣，從而達到改善水化膠凝物質的組成，消除游離氫氧化鈣的目的，有些超細礦物摻合料，其平均粒徑小于水泥顆粒的平均粒徑，能填充于水泥顆粒之間的空隙中，使水泥石結構更為致密，并阻斷可能形成的滲透通路。此外，礦物摻合料還能改善集料與水泥石的界面結構和界面區(qū)性能。3)消除混凝土自身的結構破壞因素:除了環(huán)境因素引起的混凝土結構破壞以外，混凝土本身的一些物理化學因素，也可能引起混凝土結構的嚴重破壞，致使混凝土失效。因此，要提高混凝土的耐久性，就必須減小或消除這些結構破壞因素。4)保證混凝土的強度:盡管強度與耐久性是不同概念，但又密切相關，它們之間的本質聯系是基于混凝土的內部結構，也就是混凝土的密實程度都與水灰比這個因素直接相關。在混凝土能充分密實條件下，隨著水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的強度不斷提高。與此同時，隨著孔隙率降低，混凝土的抗?jié)B性提高，因而各種耐久性指標也隨之提高。在現在的高性能混凝土中，除摻入高效減水劑外，還摻入了活性礦物材料，它們不但增加了混凝土的致密性，而且也降低或消除了游離氫氧化鈣的含量。在大幅度提高混凝土強度的同時，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。此外，在排除內部破壞因素的條件下，隨著混凝土強度的提高，其抵抗環(huán)境侵蝕破壞的能力也越強。5)原材料的選定:對膠凝材料的品種、堿含量、氯離子含量、外加劑的減水率、骨料的級配和粒形以及最大粒徑等方面，一定要予以重視，只有這樣才能為下一步的配合比設計做好鋪墊。

2 耐久性混凝土的施工質量控制

1)混凝土的攪拌。現場施工應采用集中攪拌、集中供應的方式，確保混凝土質量。對骨料的含水量進行測定并根據理論配合比調整施工配合比以及對拌和好的混凝土的坍落度、含氣量等指標進行測定。嚴格對原材料溫度控制。夏季施工時，由于氣溫很高，要對料場進行降溫、遮陽、防曬處理，也可通過拌合水中加入碎冰等措施降低原材料進入攪拌機的溫度;相反，冬季施工時，應對原材料進行保溫、加熱處理，以保證混凝土的入模溫度控制在規(guī)范允許的范圍內。2)混凝土的運輸。混凝土的運輸采用混凝土罐車運送，在運輸過程中，罐體以2 r/min～4 r/min的轉速轉動，以防止混凝土離析和水分過多散失，出料前以高速攪拌20 s～30 s后用中速旋轉卸料。為了避免在運輸過程中因路線長而影響混凝土拌合物的質量，因此在運輸過程中采用了少裝快運、少停留、少倒運等方法來減少混凝土的含氣量及坍落度損失。3)混凝土的澆筑。澆筑時，應連續(xù)、分層進行，其厚度根據混凝土的攪拌能力、運輸、澆筑速度、振搗能力和結構要求等條件來決定，根據現場經驗，分層厚度控制在30 cm～50 cm之間。澆筑承臺、墩身等大體積混凝土時，應該分段、分層澆筑進行，澆筑速度不宜過快，以免水泥水化產生的水化熱過度集中，致使混凝土內外溫差太大而造成溫差裂縫。混凝土的搗固采用插入式振搗器。每一振點應距模板5 cm～10 cm，插入下層混凝土內的深度控制在5 cm～10 cm之間，且不能碰撞鋼筋;振搗器的移動距離在振搗器作用半徑1.5倍以內;振搗時間控制在20 s～30 s之間，以混凝土不再沉落，不出現氣泡、表面出現浮漿為度，不可過振、漏振。當混凝土出現泌水現象時，應及時用海綿將泌出的水吸出，防止多余的水在混凝土表面形成水陷，影響混凝土的外觀質量。4)混凝土的養(yǎng)護。澆筑完畢后，應及時在鋼模外包裹遮陽布，并立即覆蓋混凝土暴露面，進行保溫保濕養(yǎng)護。當氣溫較高時，混凝土早期養(yǎng)生采用補水養(yǎng)生，即對澆筑完的混凝土(包括沒有拆模的結構物)表面包裹一層蓄水物質(如麻袋、棉被等)，用塑料薄膜包裹封閉，在養(yǎng)護期間，需對蓄水物質定時注水以保證持續(xù)濕潤狀態(tài)，養(yǎng)生時間不得少于14 d，并且盡可能延長養(yǎng)生時間以確保混凝土早期水化質量;嚴格控制混凝土的養(yǎng)護溫度不低于混凝土外加劑規(guī)定的最低適用溫度，當環(huán)境溫度低于5℃時，應采取保溫措施，直至混凝土的強度達到臨界抗凍強度，并不得對混凝土灑水。

3 結語

配合比設計是確保混凝土耐久性最關鍵的環(huán)節(jié)之一，提出混凝土最大水膠比、最小膠凝材料用量限值，就是有效而可行的措施，摻加礦物摻合料和高品質的外加劑更成為配制耐久性混凝土的必要措施。由于粉煤灰的價格遠低于水泥，礦粉的價格也低于水泥，在混凝土中加入外加劑和礦物摻合料，不但使混凝土性能得到了提高，而且在一定程度上節(jié)約了成本。

[1] 鐵建設函[2005]160號，鐵路混凝土工程施工質量驗收補充標準[S].

[2] 鐵建設函[2005]157號，鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規(guī)定[S].

[3] 趙霄龍，巴恒靜.普通強度高耐久性混凝土的配制技術[J].建筑技術，2004(20):35-37.

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