耐久性混凝土配合比設計與檢測方法研究

康 新 亮

(東營市公路管理局，山東 東營 257000)

·建筑材料及應用·

耐久性混凝土配合比設計與檢測方法研究

康 新 亮

(東營市公路管理局，山東 東營 257000)

對混凝土原材料的選擇方式進行了介紹，分析了影響混凝土耐久性配合比設計的各種劣化因素，并著重探討了檢測混凝土耐久性的試驗方法，對提高工程的安全性與經濟性有重要的意義。

混凝土，耐久性，配合比，設計，檢測

1 原材料選擇

1)水泥。耐久性混凝土所用水泥一般應采用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽等較為穩定的水泥，強度等級宜為42.5級及以上。施工及應用過程中應嚴格控制水泥的各項檢測指標，水泥凝結時間、安定性、抗壓強度、28 d干縮等檢測指標；堿含量、氧化鎂、三氧化硫等各項化學成分均要符合國家標準要求。為提高混凝土的耐久性和抗硫酸鹽侵蝕性能，需要對水泥熟料中的C3A和C3S的含量進行控制。生產過程中要加強對水泥原材料的檢測工作，嚴格控制其質量和穩定性，才能保證混凝土的質量和耐久性。

2)礦物質超細粉摻合料。礦物質超細粉是提高混凝土性能，延長混凝土使用壽命的重要摻合料。超細粉是用硅粉、超細礦渣、Ⅰ級粉煤灰、超細磷渣及超細沸石粉等經先進工藝生產而成。摻加超細粉等量代替水泥可提高混凝土的強度，等量代替20%水泥可提高強度約10%；提高漿體流動性，提高混凝土的施工和易性和致密性。同時摻加超細粉可提高混凝土的抗滲性和抗化學侵蝕能力，從而大大提高混凝土的耐久性。

3)骨料。提高骨料的耐久性是提高混凝土耐久性能的重要措施，這就要求選用耐磨、軟弱顆粒含量低、風化顆粒含量低的骨料。即骨料的抵抗溫度與濕度變化的能力要強，才能提高混凝土的耐久性。

對骨料進行堿活性檢驗，對于存在潛在危害的堿活性骨料禁止使用；或采取相應措施進行避免和抑制。嚴格控制骨料的級配、壓碎值、針片狀含量等指標符合規范要求；同時骨料中的有害雜質含泥量、泥塊含量及有機物、硫化物、硫酸鹽等含量需滿足規范要求。

4)外加劑。配制高性能混凝土需采用高效減水劑、緩凝劑、引氣劑等。對其成分進行試驗檢測，不得含有對鋼筋有侵蝕性有害雜質。嚴格控制氯離子及硫酸鈉含量。同時必須對外加劑的總堿量進行控制。

2 配合比設計

2.1 抗碳化(中性化)的配合比設計

由于碳化作用，使混凝土內部的堿度降低。如果碳化達到混凝土鋼筋附近，鋼筋會因鈍化膜破壞而受到腐蝕，由于碳化所產生對混凝土的劣化外力主要與水灰比有關。

2.2 抗鹽害的配合比設計

抗鹽害的混凝土配合比設計方法是按ASTMC1202測定混凝土在規定齡期的導電量，用28 d齡期6 h總導電量小于1 000 C為標準進行配合比控制設計。

2.3 抗凍害的混凝土配合比設計

在進行配合比設計時為抵抗凍害影響，應摻加一定量的引氣劑，使混凝土中含氣量在3.5%以上，但含氣量大于5%時，會使混凝土強度降低，因此，一般建議含氣量在3.5%～5%之間為最佳。

2.4 抗硫酸鹽腐蝕的配合比設計

進行抗硫酸鹽腐蝕的混凝土配合比設計，適當降低混凝土水灰比，以適當比例的礦物質超細粉摻合料等量替代部分水泥，適當選用低C3A含量的水泥，是提高混凝土抗硫酸鹽腐蝕的有效途徑。

2.5 抗堿集料反應的混凝土配合比設計

應選用無堿活性的集料或嚴控混凝土堿含量，使其無法發生堿集料反應。上述內容分別從不同的劣化外力考慮混凝土配合比耐久性設計問題，混凝土耐久性病害是原材料、原材料中有害雜質含量、施工及施工過程質量控制等多種綜合因素綜合作用的結果，在設計時必須考慮到耐久性病害綜合癥。在混凝土耐久性病害綜合癥防治的研究中，以礦物質超細粉代替部分水泥，并降低混凝土的水灰比，是提高耐久性最有效的途徑。

總之，耐久性混凝土的配合比設計方法就是在以設計強度和工作性為標準的常規混凝土配合比設計方法的基礎上，根據混凝土所處的環境條件，分析混凝土可能遭受的各種劣化外力的破壞，依據其設計使用年限和容許的劣化狀態，采取摻入高效減水劑，降低水灰比；摻入不同的礦物質超細粉等量或超量替代部分水泥；摻入引氣劑等，使混凝土有效地抵抗諸如堿骨料反應、氯離子滲透、硫酸鹽腐蝕、凍融等破壞，使混凝土具有良好的耐久性。

3 耐久性混凝土試驗檢測方法

3.1 堿骨料反應

堿—骨料反應，就是水泥中堿與混凝土中的活性二氧化硅發生化學反應，生成堿的硅酸鹽凝膠而產生膨脹的一種破壞作用。分為三種類型：堿—硅反應、堿—碳酸鹽反應和慢膨脹型堿硅反應。堿—氧化硅反應和堿—硅酸鹽反應是目前工程中主要的也是常見的堿—骨料反應形式。檢測集料是否具有堿活性的檢測方法詳見《公路工程集料試驗規程》中T0324—1994(巖相法)和T0325—1994(砂漿長度法)。

3.2 鹽害

所謂鹽害是鋼筋混凝土中及所處環境中如果含有大量氯離子，而且當混凝土保護層較薄時，足夠多的氯離子就可以到達混凝土內部，從而引起大面積和廣泛的鋼筋銹蝕，最終造成混凝土和整個結構的破壞。其中混凝土中的氯離子主要有：拌合水中含的氯離子，水泥中含的氯化物，化學外加劑中含的氯離子等。為防止混凝土由于氯離子含量高引起鋼筋銹蝕造成混凝土破壞，混凝土中氯離子含量應小于0.3 kg/m3。我國混凝土滲透性試驗方法有抗滲標號法、滲水系數法、滲水高度法三種，其試驗方法概要如表1所示。

表1 混凝土滲透性試驗方法

但對一些強度等級高，結構較密實的混凝土，上述三種方法有其局限性，不適應其檢測。現介紹國際上常用的直接電量法(即AASHTO·T259和ASTMC1202-94所示方法)，試驗前試件在真空下飽水，再經側面密封，安裝到試驗箱上并密封進行檢測，試驗時每隔30 min記錄一次電流，持續試驗6 h，計算6 h中通過的總電量(單位：C)評定混凝土的滲透性。

3.3 凍害

混凝土中的凍害是從混凝土溫度低的表層開始，混凝土表層中的水分先凍結，并發生膨脹，積壓未凍結的水封，向未凍結的混凝土內部移動。向內部流動的水，并形成水的壓力梯度；水的移動壓力如超過混凝土的抗拉強度，混凝土就會產生劣化。當混凝土處于與水接觸，其表面溫度又經常處于正負變化之中，同時混凝土本身抗凍性差。破壞特點是表面起毛、剝落、骨料裸露、脫落、混凝土引起較大裂縫。快速凍融試驗按照JTG E30—2005/T0565法進行試驗，凍結最低溫度為-18℃，融解溫度+5 ℃;經過一定凍融循環之后，測定質量損失與動彈性模量降低，按下式計算耐久性指數：DF=P×N/M(P為相對動彈性系數；N為動彈性模量降至60%的循環次數；M一般設定為300次)。一般認為凍融循環一定次數直至質量損失超過5%或相對動彈模量降至60%以下，即為凍壞。此時次數為可接受的凍融循環次數。

3.4 中性化

混凝土的中性化是指空氣中的二氧化碳和混凝土中堿性物質發生反應，生成碳酸鈣和水，使混凝土堿度降低的過程。混凝土的中性化是影響其耐久性的重要因素之一。當混凝土的pH值低于10時，鋼筋要發生銹蝕，鐵銹要比鐵的體積膨脹2.5倍。因此,使混凝土產生裂紋，同時混凝土與鋼筋粘結力下降，致使混凝土剝落，耐久性大為降低。混凝土中性化是以酚酞試液噴在混凝土表面上，不呈紅色的部分判斷為中性化部分(pH值在8.5～10左右為中性化狀態)。工程中測試混凝土的碳化深度一般采用先用電鉆鉆到混凝土內部，再以酚酞滴定看紅色位置的分色點深度即為此處混凝土的碳化深度。

3.5 硫酸鹽腐蝕

混凝土與外界硫酸鹽離子相接觸時，很容易受到腐蝕。硫酸鹽離子能夠穿透鋼筋表面的鈍性保護膜，促進鋼筋銹蝕產生，而且也會影響水泥水化物的粘結性能，致使混凝土強度降低。硫酸鹽侵蝕的檢驗方法在此推薦浸烘循環的試驗方法，即：將立方體混凝土試件放入5%Na2SO4溶液中浸漬干濕循環，測其不同齡期的抗壓強度比(與標養試件對比)和質量損失為其評價標準。一般規定抗壓強度比低于75%或質量損失大于5%即為破壞。

總之，在工程實施過程中，只有采取有效措施進行混凝土耐久性配合比設計，在施工過程中采用科學的試驗檢測方法，精細施工、嚴格控制施工的各個環節，才能使混凝土具有較好的耐久性，提高工程使用壽命。

Study on durable concrete mixing proportion design and examination methods

Kang Xinliang

(DongyingHighwayAdministrationBureau,Dongying257000,China)

The article introduces raw concrete material selecting methods, analyzes factors influencing concrete durability mixing proportion design, mainly explores methods of testing concrete durability, which has significant meaning for improving engineering security and economy.

concrete, durability, mixing proportion, design, examination

2014-11-28

康新亮(1973- )，男，高級工程師

1009-6825(2015)04-0108-03

TU528.34

A