輕骨料混凝土的耐久性控制

摘要：輕骨料混凝土質輕、高強，在大跨度結構工程中使用，能夠有效降低結構本身的載荷，經濟、技術效益顯著。因此，加強對輕骨料混凝土耐久性研究對促進輕骨料混凝土發展具有重要的作用。

關鍵詞：輕骨料混凝土；耐久性

混凝土作為土建結構的主要材料，其力學性能和耐久性能制約著混凝土結構的使用功能和安全性。特別是由于對混凝土耐久性估計不足，許多混凝土建筑物過早地結束使用壽命，給人民的生命安全和財產損失造成重大威脅，同時使我國的現代化建設和國民經濟發展蒙受巨大損失，因此，混凝土的耐久性亟待需重視和解決。

一、輕骨料分類

輕骨料分為粗骨料和細骨料，凡是粒徑大于5毫米，堆積密度<1000kg/m3的骨料被稱為輕粗骨料；凡是粒徑小于等于5毫米，堆積密度<1200kg/m3的骨料被稱作輕細骨料。從來源上可以講輕骨料分為三類：○1工業廢渣類：是以工業廢渣作為原材料，經過加工而成的輕骨料，例如：粉煤灰陶粒、煤矸石等；○2人造類：是以不同地區的材料為原材料，經過加工而成的輕骨料，例如：頁巖陶粒、輕砂等；○1和○2統稱為為人造輕骨料。○3天然類：是天然形成的多孔巖礦石，然后經過加工后形成的輕骨料，例如：輕砂以及浮石等。輕骨料混凝土是指用輕骨料、水泥以及水配置而成的混凝土。

二、混凝土耐久性包含的內容

混凝土耐久性是指混凝土在使用條件下抵抗周圍環境中各種因素長期作用而不被破壞的能力。其主要包括抗滲、抗凍、抗侵蝕、碳化及混凝土中鋼筋的銹蝕。抗滲性是指混凝土抵抗壓力水（或油）滲透能力。其直接影響混凝土的抗凍性和抗侵蝕性。混凝土的抗凍性是指混凝土在使用環境中，經受多次凍融循環作用，能保持強度和外觀完整的能力。在寒冷地區，特別是在接觸水有受凍的環境下的混凝土要有較高的抗凍性能。抗侵蝕性與所用水泥品總、混凝土密實度和孔隙有關。混凝土的碳化是指空氣中的二氧化碳在有水存在的條件下，與水泥石中的氧化鈣反應生成碳酸鈣和水的過程。堿—集料反應是指水泥、外加劑等混凝土構成物及環境中的堿與集料中的堿活性礦物在潮濕環境下緩慢發生并導致混凝土開裂膨脹的反應。

三、影響混凝土耐久性的主要因素

影響混凝土耐久性的因素十分復雜，引起結構破壞往往是混凝土內部組成不完善，外部不利因素綜合作用的結果。現就內外兩方面因素加以分析。

（一）內部因素的影響

（1）混凝土的材質通常講的混凝土是用水泥作膠凝材料，砂、石作集料；與水（加或不加外加劑和摻合料）按一定比例配合，經攪拌、成型、養護而得的。砂、石、水泥等材料的優劣直接影響到硬化后混凝土的密實度和強度，好質量的材料將為工程使用期混凝土的耐久性打下良好基礎。

（2）混凝土的碳化（又稱中性化）。混凝土中的水泥在水化過程中產生氫氧化鈣，鋼筋周圍混凝土的孔隙水則呈弱堿性，在鋼筋表面形成堿性“鈍化”薄膜而保護鋼筋免遭酸性介質的侵蝕。但是由于空氣中的二氧化碳與水反應生成的碳酸等酸性物質通過孔隙和毛細孔侵人混凝土，中和這種堿性物質生成碳酸鈣，即發生碳化。碳化過程使混凝土堿性降低，鋼筋表面在高堿條件下產生的致密氧化膜（鈍化膜）遭到破壞，混凝土失去對鋼筋的保護作用，使鋼筋的銹蝕成為可能。當碳化進行到鋼筋表面后，鋼筋表面鈍化膜遭到破壞，當氧和水同時存在時，鋼筋開始銹蝕，其力學性能急劇衰減。同時，碳化還會加劇混凝土的收縮，致使混凝土出現裂縫，粘結力下降，甚至鋼筋保護層剝落，導致結構的破壞。

（3）混凝土堿集料反應。堿集料反應是指混凝土原材料中的堿性物質與活性成分發生化學反應，生成具有強烈的吸水膨脹能力的物質，引起混凝土內部產生不均勻膨脹，造成裂縫，并使混凝土的強度和彈性模量下降，影響混凝土的耐久性。混凝土中的堿主要來自水泥熟料、外加劑等，活性材料主要是Si02，碳酸鹽、硅膠鹽等。堿與硅膠鹽產生的凝膠遇水會膨脹，在混凝土內部產生膨脹應力引起混凝土開裂。

（二）外部因素的影響

（1）鋼筋銹蝕。鋼筋銹蝕是造成混凝土結構耐久性損傷的最主要原因。當鋼筋表面處于活化狀態且存在氯離子和水時，鋼筋就會發生電化學腐蝕。氯離子可破壞鋼筋表面的鈍化保護膜，使腐蝕介質滲人鋼筋，加快混凝土結構的損壞。鋼筋銹蝕后，鋼筋的有效截面面積減小，構件承載能力降低。同時，鋼筋的不均勻銹蝕還將導致導致鋼筋表面凹凸不平，產生應力集中現象，使鋼筋的脆性增大、延性變差、強度降低。

（2）混凝土的凍融破壞。凍融循環對混凝土結構的損傷分為內部損傷和表層損傷兩類。混凝土具有熱脹冷縮的性質，在干燥時失水收縮，而在水浸潤后又膨脹。這種作用循環進行，當超過混凝土的抗拉強度時，混凝土就會產生裂縫。混凝土本身就是多孔隙的復合材料，開裂后水分更易侵人。滲人到混凝土中的水在溫度在冰點以下時會結冰引起膨脹，將從內部損傷混凝土結構。混凝土表層若持續受鹽溶液浸蝕，在混凝土薄弱處也將會發生剝落。經過多次凍融循環，最終將引起混凝土剝落酥裂而降低其耐久性。

（3）浸蝕性介質的腐蝕。混凝土在外部環境條件下，硫酸鹽、鹽水、腐殖質、鎂鹽等一些化學介質都可能對混凝土產生腐蝕。

（4）施工因素影響。施工時水灰比增大時，混凝土的密實性就降低，抗滲性就變差。混凝土滲水也主要是由于混凝土多余水分蒸發留下空隙，拌合物保水性差引起混凝土泌水現象造成的，混凝土的抗滲性好壞直接影響混凝土的耐久性。因此，施工時應該控制水灰比，確保混凝土有良好的和易性和保水性，以保證混凝土的密實度，提高結構的耐久性。

（5）其他外部因素。諸如風沙、持續的超高氣溫、持續冰凍天氣、生物腐蝕等都會影響到混凝土結構的耐久性。

四、混凝土耐久性的措施措施

從混凝土構造方面考慮，其可以采用的措施包括：①確定最小保護層。其主要目的是為了防止混凝土結構中的鋼筋銹蝕。在海水環境下，針對水下區、水位變動區、浪濺區、大氣區選用合理的保護層厚度；②確定混凝土的最低強度等級和最小水泥用量；③確定最大水灰比，主要是為了保證混凝土的密實性；④對混凝土結構中的堿含量、含鹽量進行限制。

從混凝土結構耐久性的影響現象來考慮，其可以采用的措施包括：①控制或防止堿集料反應：優選選用低堿水泥；以粉煤灰、礦渣等摻合料加入到混凝土中以減少混凝土中的堿性物質；控制含有活性成分的骨料含量；②對于混凝土凍融破壞的主要防制措施：首先控制混凝土中游離態的自由水的含量，降低水灰比；其次施工過程中使用引氣劑，在混凝土結構中形成細小的微小氣孔，提高混凝土結構的抗凍性；③采用措施防止化學介質的腐蝕：摻入樹脂、硫磺、水玻璃等外加劑以便形成特種混凝土，在抗腐蝕能力方面采取有效措施，對混凝土使用壽命的增加和混凝土結構耐久性的延長均有作用；④防止混凝土碳化采取的主要措施：針對工程特點、環境、氣候等選用合適的水泥品種，采用合適的混凝土等級，合理提高混凝土中水泥額用量；混凝土拌合過程中控制好混凝土水灰比，增加混凝土的密實度，以及在外加劑的使用合理加以控制；⑤防止鋼筋銹蝕的主要措施包括：控制好混凝土原材的選用材料，在混凝土設計及施工過程中要確保混凝土結構的密實性；設計時要合理設計保護層厚度，施工時確保保護層的施工質量；可以在表面進行涂膜防護，阻止引起銹蝕作用的水、O2的進入；在鋼筋表層涂抹防銹劑等。

影響混凝土耐久性的因素是復雜的、綜合性的，必須從原材、結構設計、施工、使用環境及其檢測維護等多種因素綜合考慮，使混凝土既滿足承載力要求，又要滿足其耐久性的要求。

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