混凝土耐久性的提高措施

摘要：通過對粉煤灰混凝土耐久性的幾個技術指標的討論和評價，明確了影響混凝土耐久性的決定因素及其對混凝土耐久性的影響程度。

關鍵詞：混凝土耐久性 抗凍性 引氣量 碳化深度

0 引言

混凝土耐久性的研究是一個重要的問題，特別是沿海及環境侵蝕性嚴重和寒冷地區的混凝土結構，由于環境條件對混凝土的腐蝕及鋼筋的銹蝕而造成結構的早期損壞，已成為工程中的重要問題。早期損壞的結構需要花費大量的財力進行維修補強，甚至造成停工停產的巨大經濟損失。

所謂混凝土耐久性是指結構在設計使用年限內，對氣候作用、化學侵蝕、物理作用或任何其它破壞過程的抵抗能力。

1 影響混凝土耐久性的幾個方面

影響混凝土耐久性的因素很多，各個地區環境有所不同，產生的影響也不一樣。本文以東北地區施工環境來舉例說明，參考“哈大客運專線”工程。

1.1 混凝土的凍融破壞

混凝土結構物就要考慮凍融破壞。混凝土的凍害是因混凝土毛細孔中的水分經低溫凍結，從液態轉為固態(冰)時體積增大9%的混凝土。混凝土凍脹后，就會發生變形，但是在解凍后還存在殘留的膨脹變形，隨凍融循環的加劇，殘余變形不斷累積，最終會破壞混凝土。這種破壞主要是微裂縫發生在混凝土內部，然后逐漸變寬，數量也逐漸增多。具體體現在降低了混凝土動彈性模量，從外到內造成表層剝落崩散甚至被破壞。有關混凝土的抗凍性的因素主要包括混凝土強度及其內部的孔結構、受凍齡期及水飽和程度等，其中，混凝土內部的孔結構是屬關鍵因素。

1.2 混凝土的碳化破壞

在空氣里混凝土碳化屬較常見的諸多中性化形式的一種，它屬于一種極為復雜的物理化學過程，水泥石中的堿性物質與空氣中二氧化碳互相發生作用，混凝土的性能、組織及成分產生了變動，降低了其使用功能。碳化會使混凝土的堿性下降，對鋼筋表面的鈍化膜造成破壞，極易腐蝕鋼筋。此外，混凝土碳化會使混凝土的收縮加劇，破壞結構及裂縫。衡量鋼筋混凝土結構是否可靠的重要指標就是混凝土的碳化程度。

1.3 化學物質的侵蝕

化學物質的侵蝕屬對混凝土結構耐久性造成影響的幾個因素中較復雜的因素，如在“哈大客專”的施工中就有跨越海灘的橋梁和在遼陽地區的化工廠，一般而言，其侵蝕類型包括下列幾種：

1.3.1 硫酸鹽侵蝕破壞

硫酸鹽往往指的是硫酸鎂和硫酸鈉等，當水泥中氫氧化鈣和硫酸鹽溶液產生相互的化學作用時，由此產生的硫鋁酸鈣及石膏的體積膨脹，混凝土發生脹裂且漸漸剝蝕甚至被破壞，又如水泥和硫酸鎂發生化學反映后生成的Mg(OH)2，能夠使水泥石堿度下降造成分解性腐蝕。

1.3.2 酸性物質會侵蝕混凝土中的水泥化合物，氫氧化鈣轉變為可溶性鈣鹽，降低混凝土的強度進而使其崩解。

1.3.3 堿的侵蝕破壞。混凝土較小程度上受固體堿的侵蝕，但熔融的堿的濃溶液和堿會侵蝕水泥中的水化物，其侵蝕作用包括兩類，即結晶侵蝕及化學侵蝕。結晶侵蝕是堿溶液進入混凝土的空隙而形成結晶，這些結晶能夠膨脹，使混凝土出現脹裂而慢慢剝落至毀壞。化學侵蝕是水泥水化物和堿溶液相互發生化學作用，生成的產物膠結力較弱，易被堿液侵析。

2 提高混凝土耐久性的基本措施

根據前述影響混凝土耐久性的幾個方面和在“哈大客專”現場施工的經驗，提高混凝土耐久性的技術措施的基本原則是首先一定要使混凝土防裂性及密實性提升，如選用的外加劑若效果較好且質優，則很大程度上可使水灰比(或水膠比)降低，確保水泥用量充足，且設計及施工必須科學合理。

2.1 提高混凝土抗凍能力

質量較好的引引氣或氣劑減水劑，能夠保證混凝土內部結構的空氣含量適中和優良的氣泡參數，這十分必要。在哈大客專施工中，采用的混凝土配合比為：水：水泥：碎石：砂：引氣劑：粉煤灰：礦雜：減水劑=150：200：1036：870：4：100：130：13。理論及實踐說明：在抗凍性能方面，不引氣的高強混凝土不如引氣的高強混凝土；但中、低強度的引氣混凝土空氣含量適中，氣泡參數也比合理，抗凍性能較好。同時，配合設計合理可行，且選取的抗凍性骨料質量優良也是關鍵。

2.2 提高抗碳化能力

若有必要可通過將有效的覆蓋層覆蓋于混凝土表面等舉措，將滲透進混凝土內部的CO2隔離或使其減緩，進而使混凝土的抗碳化性能大大提升。

混凝土碳化作用，準確地來講是“碳酸氣作用”，其是指碳酸氣及含碳酸氣的水和混凝土中的氫氧化鈣相互作用而形成碳酸鈣的反應。根據碳化程度可將混凝土分為外部的完全碳化區、中間的碳化反應區、內部的未碳化區三個區。每個區內的pH值、Ca(OH)2含量和CO2濃度均存在顯著的區別。完全碳化區一般為酚酞酒精溶液的不變色區，pH值往往在10.5～11之間，一般而言，該區的深度就是碳化深度，可按照費克(Fick)第一定律，建立最簡單的碳化深度及時間的冪函數公式：

X=at1/2

式中X——碳化深度；

a——碳化系數，環境中的CO2濃度及其在混凝土中的有效擴散對其有決定性的作用；

t——碳化時間。

目前，多數國家的學者以此公式為基礎，又衍生了許多更全面的碳化深度公式，其中德國混凝土碳化公式屬較簡單實用：即

dK=a+VKt1/2

以及國內常采用的簡化公式：

X=a·tb

式中X——碳化系數；

a，b——碳化條件系數。

上述公式中：a=2.37～9.54，b=0.3～0.6。若要按照實測的碳化深度對多年后的碳化深度進行推算，則可采用以下公式：

X=X1*(t/t1)1/2

式中X——推算若干年后混凝土的碳化深度；

X1——混凝土工程中實測的碳化深度；

t——推算的年數；

t1——對碳化深度進行實測時混凝土工程使用年數。

比照基準混凝土的抗碳化能力，來體現出對粉煤灰混凝土抗碳化性能的評價，即所謂“粉煤灰混凝土抗碳化效率系數KX”是：

KX=X′/X

式中X′——粉煤灰混凝土的碳化深度；

X——基準混凝土的碳化深度。

KX值可比1大，也可小于1。依照國內外經驗，一般而言，以下幾點可體現出粉煤灰混凝土的碳化深度高于基準混凝土的情況：選用的粉煤灰質量較差；過多的摻加粉煤灰，特別是再將過量粉煤灰摻入礦渣水泥中，部分水泥被等量的粉煤灰取代，有的采用粉煤灰水泥直接將普通水泥取代；一般粉煤灰混凝土標號不超過C30，水灰比高于0.6。但若不降低水泥用量，再摻加粉煤灰將部分砂子取代，此類粉煤灰就能增加混凝土抗碳化性能；此外，采取“雙摻”的技術舉措，即摻入減水劑及粉煤灰，還能夠使粉煤灰的效用得到有效的發揮，粉煤灰的抗碳化性能得以提升，X值下降，使其小于1。

2.3 提高混凝土抗侵蝕方面

混凝土抗侵蝕性包括抵抗酸、堿和海水等的侵蝕。在提高混凝土抗侵蝕性方面，混凝土的抗裂性及密實性的作用非常重要，且在選用水泥品種方面的意義重大，往往要求水泥C3A含量不能過高，同時摻加適量的優質外加劑及混合材。

3 結束語

很多因素關系到混凝土結構的耐久性，甚至某些情況下多種影響因素疊加，這對研究技術及工作制造了更大的難度。所以，一定要關注混凝土結構耐久性的設計及施工，在使用階段注意加強維護及管理混凝土結構，以使混凝土結構的耐久性得以提升。