淺談影響混凝土耐久性的因素及改善措施

馬千里 徐威敏

紹興市工程建設監理有限公司

淺談影響混凝土耐久性的因素及改善措施

馬千里 徐威敏

紹興市工程建設監理有限公司

一、概述

混凝土是由膠凝材料、水、粗細骨粒，按適當比例配合，必要時摻入一定數量的外加劑和礦物摻和料，經均勻攪拌，密實成型和養護硬化而成的人造石材。混凝土是水利水電工程建設及其他建筑工程中用途最廣，用量最大的建筑材料之一。混凝土的強度和耐久性是混凝土結構的兩個重要指標，在設計施工中往往把混凝土的抗壓強度作為主要技術指標而對混凝土的耐久性重視不夠。混凝土的耐久性是指組成混凝土的材料在長期使用過程中，抵抗其自身及環境因素長期破壞作用，保持其原有性能而不變質、不破壞的能力，主要指抗滲性、抗凍性、抗碳性、抗化學侵蝕及堿集料反應等。以下根據國內外已有研究成果對混凝土各項耐久性能指標的影響進行評述。

二、混凝土工程耐久性不足的后果

混凝土因其工程量大，將會因耐久性不足對未來社會造成極為沉重的負擔。據美國一項調查顯示，美國的混凝土基礎設施工程總價值約為6萬美元，每年所需維修費或重建費用約3千億美元。美國50萬座公路橋梁中20萬座已損壞，平均每年有150～200座橋梁部分或完全坍塌，壽命不足20年；美國共建有混凝土水壩3000座壽命30年，其中32%的水壩年久失修。美國對二戰前后修建的混凝土工程，在使用30～50年后進行加固維修所投入的費用，約占建設總投資的40%甚至50%以上。中國50～60年代所建設的混凝土工程已使用40余年，如果我國混凝土工程的平均壽命30～50年計，在今后的10～30年內，為了維修新中國成立以來所建基礎設施的費用將是極其巨大的。

日前，我國的基礎設施建設工程規模宏大，每年高達2萬億元人民幣以上，約30～50年后，這些工程也將進入維修期，所需的維修費用或重建費將更巨大。作為21世紀的高性能混凝土，更要從提高混凝土耐久性入手，以降低巨額的維修和重建費用。

三、影響混凝土耐久性的因素

3.1.混凝土的抗滲性

混凝土的抗滲性，指混凝土抵抗壓力水滲透的能力。混凝土阻礙液體向其內部流動的能力越好，混凝土的抗滲性越好。混凝土的耐久性與水和其他有害化學液體流入其內部的數量、范圍等有關，因此抗滲性能高的混凝土，其耐久性就高。

3.2.混凝土的凍融破壞

當結構處于冰點以下環境時，部分混凝土內空隙中的水將結冰，產生體積膨脹，過冷的水發生遷移，形成各種壓力，當壓力達到一定程度時，導致混凝土的破壞。混凝土的抗凍性能與混凝土內部的氣孔結構和氣泡含量多少密切相關。氣孔越少越小，破壞作用就越小，封閉氣泡越多，抗凍性就越好。影響混凝土抗凍性的因素，除了氣孔結構和含氣量外，還與混凝土的飽和度、水灰比、混凝土的齡期、集料的空隙率及其間的含水率有關。

3.3.混凝土的碳化

混凝土的碳化，是指混凝土中的Ca (OH)2與空氣中的CO2起化學反應，生成中性的碳酸鹽CaCO3。未碳化的混凝土呈堿性，混凝土中鋼筋保持鈍化最低（臨界）堿度是PH值為11.5，碳化后的混凝土PH值為8. 5～9.5。碳化使混凝土的碳度降低，同時，增加混凝土孔隙溶液中氫離子數量，使混凝土對鋼筋的保護作用減弱。當碳化超過混凝土的保護層時，在水與空氣存在的條件下，就會使混凝土失去對鋼筋的保護作用，鋼筋開始生銹。鋼筋銹蝕后，銹蝕產生的體積比原來膨脹2～4倍，從而對周圍混凝土產生膨脹應力，銹蝕越嚴重，鐵銹越多，膨脹力越大，最后導致混凝土開裂形成順筋裂縫。裂縫的產生使水和CO2得以順利地進入混凝土內，從而加速了碳化和鋼筋的銹蝕。

3.4.混凝土侵蝕性

文中利用可變尺度池化和雙線性插值的思想重新設計了輸入層的網絡結構，解決了第一個問題，使得輸入不同輸入尺寸的圖片，可以得到固定的輸出尺寸。同時通過把訓練集中不同尺寸的輸入圖片，根據尺寸大小分批次分階段送入網絡進行訓練，使得每次送入網絡的輸入尺寸是一樣的，這樣就解決了訓練的問題。實驗結果表明，在卷積神經網絡中加入該結構，可以很好的提升模型的性能，消減了輸入圖片裁剪，縮放對模型性能的影響。尺寸可變網絡的總體結構圖如圖2所示。

當混凝土結構處在有侵蝕性介質作用的環境時，會引起水泥石發生一系列化學-物理和物理-化學變化，而逐步受到侵蝕，嚴重的使水泥石強度降低，以至破壞。常見的化學侵蝕可分為淡水腐蝕、一般酸性水腐蝕、碳酸腐蝕、硫酸鹽腐蝕、鎂鹽腐蝕五類。淡水的沖刷，會溶解水泥石中的組分，使用使水泥石孔隙增加，密實度降低，造成對水泥石的破壞，因此，淡水沖刷會對水工建筑有一定影響；當水中溶有一些酸類時，水泥石就會受到溶淅和化學溶解雙重作用，腐蝕明顯加速，這類侵蝕常發生在化工廠；碳酸在溶淅水泥石的同時，，破壞混凝土內的堿性環境，降低水泥水化產物的穩定性，影響水泥石的密度、造成對混凝土的侵蝕；硫酸鹽的腐蝕則表現為SO42-離子深入混凝土內與水泥組分反應，生成物體積膨脹開裂造成破壞；鎂鹽使硬化水泥石的結構組分分解造成混凝土的侵蝕。

3.5.混凝土的堿集反應

很多國家和地區由于天然集料資源貧乏或受到開采條件的限制，只能就地取材，采用活性氧化硅成分較高的石料，如果又使用堿總含量大于0.6%的水泥，則活性集料與水泥中的堿物質反應時將發生體積膨脹，導致混凝土脹裂、甚至破壞。因反應的因素在混凝土內部，其危害作用往往是不能根治的，是混凝土工程的一大隱患。

四、提高混凝土耐久性的措施

從上述分析可知，混凝土的外部環境、內部孔結構、原料、密實度和抗滲性是影響混凝土耐久性能的重要因素。因此，工程應根據具體情況，有針對性地采取相應措施，提高混凝土的耐久性。

4.1.水泥：

水泥類材料的強度和工程性能，是通過水泥砂漿的凝結、硬化形成的，水泥石一旦受損，混凝土耐久性就被破壞，因此水泥的選擇須注意水泥品種的具體性能，選擇堿含量小、水化熱低，干縮性小、抗腐蝕性、抗凍性能好的水泥，并結合具體情況進行選擇。工程中選擇水泥強度的同時，需考慮其工程性能，有時其工程性能比強度更重要。

選擇質量良好、技術條件合格的砂、石集料，是保證混凝土耐久性的重要條件。改善粗細集料的顆粒級配，在允許的最大粒徑范圍內盡量選用較大粒徑的粗集料，可減少集料的空隙率和比表面積，也有助于提高混凝土的耐久性。

4.3.摻入高效活性礦物摻料：

普通混凝土的水泥石中水化物穩定性不足，是混凝土不能超耐久的另一因素。在普通混凝土中摻入活性礦物目的，在于改善混凝土中水泥石的膠凝物質的組成，活性礦物摻料中含有大量活性SIO及ALO，它們能和波蘭特水泥水化過程中生的石及高堿性水化矽酸鈣產生二次反應，生成強度更高、穩定性更優的低堿性水化矽酸鈣，從而達到改善水化膠凝物質的組成，消除游離石灰的目的，使水泥石的結構更為致密，并阻斷可能形成的滲透通路。此外，還能改善集料與水泥石的界面結構和界面區性能。這些重要的作用，對增進混凝土的耐久性及強度都有本質性的貢獻。

4.4.摻用引所劑或減水劑：

摻用引所劑或減水劑對提高抗滲、抗凍等有良好作用，在某些情況下，還能節約水泥。

4.5.控制混凝土的水灰比及水泥用量：

水灰比的大小是決定混凝土密實性的主要因素，它不但影響混凝土的強度，而且也嚴重影響其耐久性，故必須嚴格控制水灰比。

4.6.改善混凝土的施工操作方法：

在混凝土施工中，應當攪拌均勻，澆灌和振搗密實及加強養護以保證混凝土的施工質量。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.15.037