淺談高耐久性混凝土的配制

達海清　劉香忠

摘要：介紹混凝土高耐久性指標和要求，從原材料選擇、配合比設計方面闡述高耐久混凝土的配制和質量控制思路。

關鍵詞：混凝土 高耐久性 配制

從上世紀中期以來，混凝土成為了使用最廣泛的建筑材料之一。以往工程中都比較重視混凝土的強度而容易忽視混凝土的耐久性，但調查顯示[1～5]，許多國家的混凝土構筑物都受到不同程度的侵蝕與破壞，嚴重的導致強度下降，結構破壞甚至倒塌。采用高性能混凝土替代傳統混凝土結構物和建筑，改善混凝土耐久性能，延長混凝土構筑物使用壽命，研制并應用高耐久混凝土，不僅能夠大大提高項目的投資效益，而且功在當代，利在千秋，具有深遠的經濟效益和社會效益。

1 混凝土高耐久性的指標和要求

1.1 考慮當地環境要素，為確保混凝土構筑物100年設計使用壽命的要求，依據環境作用等級，確定混凝土耐久性所涉及到的抗凍、堿集料反應等的設計指標為：①混凝土56d電通量：C35～C45<1500庫侖；C50<1000庫侖。②混凝土的抗凍等級（56d）≥F300。③混凝土的抗裂性應通過對比試驗。④混凝土首選非堿活性骨料。若使用堿活性骨料，混凝土中的最大堿含量為3.0kg/m3。

1.2 高耐久性混凝土要求的原材料品質、配合比參數限值如下：①混凝土強度等級≥C35。②嚴格控制水泥用量：C35膠凝材料用量≥320kg/m3、≤400kg/m3，水膠比≤0.5；C40水膠比≤0.45；C50水膠比≤0.36。③混凝土中的最大氯離子含量為0.08%。④大體積混凝土避免采用高水化熱水泥，優先采用雙摻技術。

2 高耐久混凝土的配制思路

針對混凝土的耐久性指標和要求，應以配合比設計為重點，盡可能降低混凝土的單位用水量，實現低水膠比和低漿體用量[6]，并將單位用水量作為控制混凝土耐久性的一項首要控制手段，貫穿于混凝土生產的過程控制和施工管理。如下分別從原材料選擇、配合比設計方面闡述高耐久混凝土的配制和質量控制。

2.1 原材料優選

2.1.1 水泥。細顆粒較多的水泥，水化后在混凝土內部產生微小毛細孔，可以使有害孔隙減小，從而提高混凝土的抗滲性，但需注意水泥細度的增加對降低水灰比不利，使混凝土抗裂性下降。配置混凝土時，優先采用水化熱低的普通硅酸鹽水泥。對水泥技術指標的要求：除基本技術指標滿足國家標準（GB175-2007）對普通硅酸鹽水泥的要求外，在細度上要求水泥不宜過細。此外還控制對體積安定性有較大影響的游離石灰、三氧化硫和氧化鎂的含量，以及水化速度快、水化熱高、需水量大、體積收縮大的鋁酸三鈣含量，嚴格控制水泥的堿含量（以Na2O計）不大于0.6%，熟料中C3A含量不大于8%。

2.1.2 粗、細骨料。配制高耐久性的混凝土的骨料應滿足下列要求：

①質地均勻堅固，粒形和級配良好、吸水率低、空隙率小。②處于凍融循環下的工程混凝土，宜進行骨料的堅固性試驗，堅固性試驗的失重率要低于5%（細骨料）和8%（粗骨料）。③對于可能處于干濕交替或者凍融循環下的混凝土，粗、細骨料中的含泥量應該分別低于0.7%和1%。④在氯鹽環境作用下的混凝土，不宜采用抗滲性較差的巖質如某些花崗巖、砂巖等作為骨料。⑤對于重要的鋼筋混凝土工程應嚴禁使用海砂。⑥粗、細骨料中硫化物及硫酸鹽含量均小于0.5%，氯離子含量均小于0.02%。

針對以上要求，配置混凝土選用的細骨料應為級配良好、質地均勻堅固、吸水率低的天然中粗砂，級配區為Ⅱ區，控制其細度模數在2.6～2.9之間。粗骨料應為級配合理、粒形良好、質地均勻堅固、線脹系數小、吸水率小的潔凈碎石，粒徑5～31.5mm（C50為5～25mm），特別控制其吸水率小于1.0%，壓碎值指標小于10.0%，針片狀含量小于8.0%，堅固性指標小于5.0%。在滿足泵送及施工的條件下，盡量擴大粗骨料最大公稱粒徑（優先選用5～31.5mm），因為粗骨料粒徑越大，級配越好，孔隙率越小，總表面積越小，每方混凝土的砂漿和水泥用量越小，水化熱就隨之降低，此為配制高耐久混凝土的關鍵。

2.1.3 外加劑。在保證混凝土拌和物所需流動性的同時，應盡可能降低用水量，減少水灰比，使混凝土的總孔隙、特別是毛細管孔隙率大幅度降低。加入減水劑后，不但使水泥體系處于相對穩定的懸浮狀態，還在水泥顆粒表面形成一層溶劑化水膜，阻止了水泥顆粒間的直接接觸，并在顆粒間起了潤滑的作用，同時使水泥絮凝體內的游離水釋放出來，增加了混凝土的流動性，改善了拌合物的和易性，從而達到減水的目的。許多研究表明，當水灰比降低到0.38以下時，消除毛細管孔隙的目標便可以實現，而摻入高效減水劑，完全可以將水灰比降低到0.38以下。

高耐久性混凝土的配制應選用減水率高、坍落度損失小、適量引氣，能明顯提高混凝土的耐久性且質量穩定的外加劑。一方面它與水泥及各種礦物摻合料之間有良好的相容性，另一方面混凝土中摻入減水劑后使混凝土工作性能有了明顯的改善，減少拌合用水量，降低水泥用量，從而降低了水化熱，賦予混凝土高密實度和優異的施工性能。泵送混凝土可同時添加緩凝劑，延緩凝結時間，避免因凝結時間過早導致混凝土層間縫隙的產生，從而使混凝土防水、抗裂和整體強度提高，同時也改善混凝土的和易性，減少運輸過程中的坍落度損失。

2.1.4 摻合料。優先采用雙摻技術，利用不同礦物成分的協同優勢，以改善新拌和硬化混凝土的性能，并使高性能混凝土更經濟和更生態。粉煤灰和礦粉在混凝土配合比中的應用，一方面由于其顆粒呈圓球狀，加入到混凝土中后能起到潤滑作用，可顯著地改善混凝土的和易性，大大改善混凝土工作性能；同時在滿足強度要求下可替代部分水泥，以降低水化熱，減小混凝土的溫度應力，從而增加地鐵混凝土的抗裂性能；另一方面由于粉煤灰和礦粉的火山灰反應，進一步改善混凝土內部的孔結構，使混凝土中總的孔隙率降低，孔結構進一步細化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，混凝土收縮值也相應減小。

2.2 優化配合比設計 混凝土配合比設計的參數值（設計的目標強度值、水膠比、工作性、最小膠凝材料用量、抗滲等級、抗凍等級、56d電通量、氯離子含量、總堿含量等）同時滿足JGJ55-2000《普通混凝土配合比設計規程》、GB/T50476-2008《混凝土結構耐久性設計規范》、CCES01-2004《混凝土結構耐久性設計與施工指南》、CECS220：2007《混凝土結構耐久性評定標準》、《地鐵混凝土結構耐久性設計暫行規定》（鐵建[2005]157號）中相關配合比要求的所有規定。

采用低水膠比、雙摻摻合料（礦粉和粉煤灰）或者單摻摻合料、添加引氣減水劑的設計思路。在完成初步配合比計算后進行試配并調整確定，保證強度達到設計要求，同時滿足施工和易性要求。

3 結語

提高混凝土的耐久性對于當前實現可持續發展戰略，更好地利用資源、節約能源和保護環境，都具有十分重要的意義，這需要我們研究原材料及配合比對混凝土性能，特別是耐久性能的影響，來更好的延長混凝土構筑物使用壽命。

參考文獻：

[1]American Society of Civil Engineering（ASCE），2001 Report Card for Americas Infrastructure，2001.

[2]M EHTA P K.Concrete durability： fifty years progress[A].Proceeding of 2nd International Conference on Concrete Durability[C].ACISP126-1，1991：1-33.

[3]A performance specification for durable concrete[J].Construction and Building Materials，1996，10（5）：375-379.

[4]混凝土結構的耐久性綜合調查報告[R].混凝土結構耐久性綜合調查組，1990.1.

[5]全國水工混凝土建筑物耐久性及病害處理調查報告[R].水利水電科學研究所，1986.

[6]吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中國鐵道出版社，1999.

作者簡介：達海清（1981-），女，青海互助人，助理工程師，研究方向：混凝土配合比設計與混凝土性能。