淺談地下工程混凝土耐久性及施工中關鍵環節控制措施

李生梅

(蘭州資源環境職業技術學院，甘肅 蘭州 730021)

0 引言

自十九世紀以來，混凝土作為土建工程中用量最大，用途最廣的建筑材料，隨著社會的迅速發展和施工工藝的不斷改進，混凝土結構的耐久性問題也越來越被人們所重視。現階段，建筑行業可持續發展戰略實施的關鍵是如何提高混凝土耐久性及延長工程使用壽命，從而有效減少維修重建費用。

1 混凝土耐久性的指標

1.1 凍融環境對混凝土的影響

1.1.1 凍融對混凝土破壞原理

混凝土是由水泥漿和粗細骨料組成的毛細多孔體。混凝土在拌和時，為了使其具有良好的和易性，加入的拌和水要比水泥的水化水用量多，而這部分多余水就會以游離水的形式滯留在混凝土中形成連通的毛細孔，并且占有一定的體積，在溫度降低時，水受凍結冰后體積膨脹，在混凝土內部產生應力，當這種內應力超過混凝土抵抗強度時就會引起混凝土內部結構的破壞。混凝土發生凍融破壞的最顯著的特征是混凝土產生裂紋，并且裂紋多而細小，在凍融反復交替的情況下，這些細小的裂紋會不斷地擴展，相互貫通，從而引起混凝土表面剝落，同時導致混凝土力學性能的顯著降低。

1.1.2 凍融破壞產生的因素

（1）溫度因素：混凝土拌合、澆灌、硬化，最后產生強度，主要與水泥中水化熱作用密切相關。水化熱作用除了與混凝土粗細骨料及配合比有關外，主要是隨著外界溫度的高低而發生變化：溫度升高時，水泥水化熱作用加快，混凝土強度也增長的快；而當溫度降低到0℃及以下時，存在于混凝土中的游離水有一部分開始結冰，從而水化熱減慢，強度的增長也隨之變緩，由于溫度的繼續下降，最后導致強度不再增長。

（2）環境因素：干燥環境不容易產生凍融破壞，主要是混凝土在飽水狀態下由于干濕冷熱交替原因最容易產生凍融破壞。

1.2 混凝土的碳化

混凝土的碳化是指空氣中的二氧化碳與水泥石中的氫氧化鈣相互作用發生化學反應，生成碳酸鈣和水，由于其成分和性能發生變化，導致混凝土使用機能下降的一種物理化學過程。混凝土碳化作用引起混凝土收縮，使混凝土的表面容易產生細微的裂縫，致使混凝土構件發生破壞。

1.3 鋼筋銹蝕

鋼筋銹蝕對混凝土結構的耐久性影響巨大。由于混凝土碳化以及多種外界環境因素影響以及混凝土收縮等原因，在混凝土的表面容易產生細微的裂縫。使得空氣中的氯離子、水汽及二氧化碳等有害物質通過混凝土表面孔隙進入混凝土內部，與混凝土材料中的堿性物質發生中和反應，使混凝土成分、組織和性能發生變化，從而導致混凝土的pH值降低，當pH值出現小于9的時候，鋼筋表面的鈍化膜就會在中性、甚至酸性環境中被逐漸破壞，鋼筋就會發生銹蝕，并且隨著銹蝕的加劇，鋼筋與混凝土之間的黏結力破壞，致使混凝土保護層開裂，鋼筋受力截面減少，結構強度降低等，從而導致結構耐久性的降低。

1.4 堿骨料反應

簡單地講，就是指混凝土中的堿性物質含量較高時，會與砂石骨料中所含的二氧化硅發生化學反應，并在骨料表面生成堿硅酸凝膠，吸水后會產生較大的膨脹，時間長了就會導致混凝土疏松、強度降低甚至開裂等，從而造成混凝土破壞。

1.5 氯離子侵蝕

氯離子侵蝕混凝土的方式主要有，混凝土內部氯離子濃度高的地方向濃度低的地方移動的擴散作用，混凝土表層含氯離子的鹽水在干濕交替的條件下向混凝土內部干燥的部分移動的毛細管作用，含氯離子的鹽水在水壓力的做用下向壓力較低的方向移動的滲透作用以及氯離子向電位高的方向移動的電化學遷移。

2 提高混凝土結構耐久性的控制措施[1-7]

2.1 提高混凝土抗凍融的措施

2.1.1 引氣劑

在混凝土拌合物中摻人一定量的引氣劑是提高混凝土抗凍耐久性能的—個十分重要而有效的措施。引氣劑是一種具有增水作用的表面活性物質，它可以明顯的降低混凝土拌合水的表面張力，使混凝土內部產生大量的微小穩定的封閉氣泡。這些氣泡不僅可以阻斷混凝土內部毛細管與外界的通路．使外界水份不易浸入，減少了混凝土的滲透性；同時大量的氣泡還能起到潤滑作用，改善混凝土和易性。最重要的是這些氣泡切斷了部分毛細管通路，使混凝土結冰時產生的膨脹壓力得到緩解，起到緩沖減壓的作用，有效保護混凝土不會遭到破壞。

2.1.2 減水劑

目前，減水劑的應用也成為提高混凝土抗凍耐久性有效的的方式。水泥混凝土的強度取決于水和水泥的比例，當W/C越小時，混凝土材料的強度越高，使用減水劑可以使混凝土的水灰比大幅度降低，提高混凝土的強度和密實性，從而提高混凝土抵抗凍融破壞的能力。

2.1.3 摻合料的影響

（1）粉煤灰

經試驗驗證,粉煤灰混凝土的抗滲性能優于基準混凝土。這是由于粉煤灰在混凝土中能發揮其形態效應、微集料效應和活性效應，提高混凝土的密實度，從而提高混凝土的抗滲性。而且在混凝土中摻入粉煤灰后能降低混凝土的堿性，從而抑制堿集料反應。在工程實踐中，通過加入適量的粉煤灰不僅有效提高混凝土性能，而且節約了水泥的用量，節省成本。

（2）礦粉

礦渣粉有較好的活性，能與水泥水化產物Ca（OH）2發生反應，生成水化硅酸鹽產物，填充于混凝土的孔隙中，大幅度地提高混凝土的密實度，優化孔細結構，減小孔隙尺寸，使混凝土形成了密實填充結構，改善了混凝土的抗滲能力，從而顯著改善混凝土的耐久性。

2.1.4 粗細骨料的影響

實驗證明，通過選用良好的粗細骨料級配，可以使混凝土的孔隙率減少，有效提高混凝土的抗滲性。因此,在具體工程實踐中，主要通過控制混凝土中粗細骨料的合理級配，控制砂漿的數量和質量,以達到改善混凝土的內部構造，減少孔隙率，提高混凝土的抗滲性能的目的。

2.2 混凝土碳化的控制措施

混凝土在施工過程中應根據建筑物所處的環境，地理位置來選擇合適的水泥品種以及分析骨料的級配，要做好配合比設計，必要的時候還要摻加適量的外加劑，再加上科學的攪拌、運輸和及時正確的養護等嚴格的工藝手段，可以有效切斷混凝土中毛細孔的通路，使毛細孔處于封閉、互不連通的狀態，以減少滲流水量和其它有害物的侵蝕，確保混凝土的均勻性和密實性。

2.3 防止鋼筋銹蝕采取的措施

首先是合理的結構設計，混凝土結構形式及細部構造應有利于防腐、檢測，控制主筋的直徑不宜過大，因為鋼筋越粗，鋼筋直徑對保護層厚度的比值越大，鋼筋開始腐蝕到混凝土脹裂的時間也就越短。其次選擇優質原材料，嚴格控制砂、石、拌和水和外加劑等原材料中氯離子的含量，使混凝土拌合物中氯離子含量符合規定要求。再次優化混凝土配合比設計，通過水灰比來提高混凝土的密實度，混凝土密實度高，孔隙率小，有利于提高混凝土的抗滲性，增強對侵蝕性介質的抗蝕能力。另外還可以在混凝土表面和鋼筋表面涂刷防腐涂料。

2.4 堿骨料反應控制措施

對于混凝土中的水泥應采用堿含量小于0.6%的低堿水泥。對具有堿活性或疑似堿活性的集料，應在可能發生反應的部位采取有效措施來隔絕水和空氣的侵入，從而緩解堿骨料反應對構件的損害。

2.5 控制氯離子侵蝕有效措施

選用高密度混凝土結構的配比設計，提高混凝土抗滲強度等級，采用有效防護措施提高混凝土自身的防護能力，也可以采用高密性水泥砂漿多層抹面技術來防止水滲透劑介質浸入。也可以引入外加劑來提高混凝土的密實性，如減水劑、引氣劑、催化劑都能不同程度的改善混凝土密實性；另外可以在混凝土表面涂刷一層耐腐、抗滲、無毒、持久的涂料也是一種簡單可行的方法。

3 混凝土施工中關鍵環節控制

3.1 原材材料的控制

根據設計和規范要求精選優質原材，進場的原材料必須有質量證明文件。不定期的對商混站的原材料抽檢，監督商混站實驗室抽樣檢測頻率。材料堆放按不同品種、規格分類堆放，不得混入雜物，粗細骨料選應選級配良好、含泥量和泥塊含量小的材料。水泥及摻合料超過三個月的要進行復檢，合格后方可使用。

3.2 計量設備定期的檢查

（1）攪拌站的計量，每盤材料的計量在允許偏差范圍內，督促試驗人員經常檢測骨料的含水率。混凝土生產單位每月對計量設備應至少自檢1次，而且每一工作班在開始前，也應對計量設備進行零點校準。

（2）對于攪拌時間的控制，我們大多用的都是強制式攪拌設備，所以相應的對混凝土攪拌時間應遵循規范要求的攪拌時間，一般對于坍落度大的混凝土攪拌時間宜控制在90 s以上，攪拌時間每班檢測2次，確保足夠的攪拌時間。

3.3 混凝土拌合

商混站在混凝土生產前，對所用的原材料進行加熱，用熱交換器對拌合水加熱至60℃以上用于生產，對粗細骨料用管道進行插入式加熱，來提高砂石的溫度，避免溫度過低使砂石含有水份結冰，保證混凝土入模溫度在10℃以上。

3.4 混凝土運輸

混凝土在運輸時，應確保混凝土不分層、不離析。選擇的運輸道路應平坦，保證運輸車輛平穩行駛，同時應盡量減少轉運次數。在惡劣的氣候下運輸混凝土時，運輸工具、運輸路線以及澆筑點，必要時應備有遮蓋設施，以免日曬雨淋，造成水分蒸發和增加混凝土的用水量。罐車卸料前應采用過檔旋轉攪拌罐不少于20 s，嚴禁在混凝土運輸和澆筑的過程中加水。并且混凝土罐車罐體加裝保溫性能良好的保溫套以減少混凝土在運輸過程中的熱損失，保證入模溫度不受影響。

3.5 混凝土澆筑與養護

（1）混凝土澆筑

在澆筑混凝土前，應根據設計圖紙和規范檢查鋼筋、模板以及保護層和預埋件的規格、尺寸、數量和位置。混凝土澆筑時模板內不得有積水，應分層分段進行澆筑，混凝土澆筑時夏季入模溫度不應高于35℃，冬季入模溫度不應低于10℃。混凝土拌合物應具有良好的和易性、保水性和流動性，才能確保混凝土的密實性、均勻性和整體性。混凝土的振搗一般采用插入式振動棒振搗，振搗時間控制10～30 s內，表面泛漿無氣泡逸出可為搗實，混凝土澆筑的同時隨機抽取制作混凝土同條件試塊和標養試塊，用抗壓強度來評定該構件強度是否合格。剛澆筑完的混凝土不宜直接在上面覆蓋保溫材料，先覆蓋塑料薄膜再覆蓋草簾子麻袋或保溫棉等保溫材料，混凝土構件澆筑成型后，強度未達到1.2 MPa時，不允許在構件上踩踏行走。

（2）混凝土養護

混凝土施工可采用澆水、覆蓋保濕、噴涂養護劑、冬季蓄熱養護等方法進行養護，施工過程中以滿足施工生產來選擇養護方法。在冬季通常采用搭暖棚養護，采用塑料薄膜覆蓋，再在上面覆蓋棉毯，持續養護14 d，保證強度能達到90%以上，夏季采用自然灑水養護，同樣也采用塑料薄膜覆蓋，且塑料膜內有凝結水，潮濕覆蓋持續養護7 d，從而達到強度要求。

4 結語

上述內容只是從提高混凝土耐久性的幾個主要方面作以簡要闡述，在實際施工過程中，我們還需要從各個方面綜合考慮，根據混凝土本身所具有的特性方面入手分析應注意的事項，以及關鍵工序的把控，從而保證混凝土實體質量，提高混凝土的耐久性。