混凝土耐久性的影響因素和改善措施

孫福平

摘要：文章從內因和外因兩個方面，分析了原材料、溫濕度、混凝土的碳化、堿一集料反應、化學侵蝕、鋼筋銹蝕等因素對混凝土耐久性的影響，并提出了改善混凝土耐久性的相關措施。

關鍵詞：混凝土;耐久性;水泥;影響因素;提高措施

中圖分類號：U491 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.012

文章編號：1673-4874（2019）08-0043-03

0引言

混凝土目前普遍用于建筑工程當中，是一種性能良好的建筑材料，而建筑工程中最常見的問題莫過于混凝土的質量問題，其主要表現在耐久性差等方面。混凝土的耐久性是指混凝土自身能夠長期保持使用性能及外觀完整性，保證使用性和安全性的能力。而目前的建設工程中往往在意的是混凝土的強度問題，并沒有過多地關注混凝土耐久性對混凝土整體使用過程的重要影響。

1混凝土耐久性的影響因素

混凝土耐久性的影響因素主要從這兩方面考慮，即內因及外因。內因是指所用的原材料：水泥、粗細集料、外加劑、摻合料、水等。外因是指：外部環境的溫濕度、混凝土的碳化、堿一集料反應、化學侵蝕、鋼筋銹蝕等。

1.1內因（原材料）

（1）水泥：混凝土主要的膠凝材料為水泥，其質量與混凝土的質量息息相關。有研究調查發現，從混凝土發展史來看，混凝土耐久性降低的重要因素是水泥性能的變化，導致耐久性越來越差。其根本原因在于水泥早期水化速率過快以及堿含量過高。現在水泥中熟料c3S偏高、堿含量增加、水泥細度過細、c3A偏高，這都將引發水泥水化速率過快。這些僅僅是為了提高水泥早期強度而使混凝土行業向水泥行業傳遞了一個誤導性的信息。這將造成的危害是水泥早期化學減縮增加、早期水化熱增加、水泥在隨后時間持續的強度增長能力消減、水泥容易開裂。

（2）粗細集料：集料在混凝土中所占的比例最大，起到骨架支撐的作用。集料中的潔凈程度會對水泥與集料之間粘結能力有影響，若集料表面不潔凈會降低它們之間的粘結力，從而降低混凝土的強度;集料的外觀分為碎石與卵石，碎石多棱角表面積較大，粘結性能好;而卵石表面圓滑，流動性較好，粘結性較低，這也會對強度造成影響。集料自身應具有足夠的強度，來滿足預計混凝土所要達到的強度要求。集料的酸堿性會影響集料界面間的粘結強度，由堿性一中性一酸性依次減弱。集料的吸水量會對混凝土產生影響，吸水過多，集料強度降低，在寒冷地區會引發凍融交替現象，致使混凝土產生凍脹破壞。

（3）外加劑：其可以改善混凝土的某項或多項性能。根據不同工程的需要，目前已經有了各種功能的外加劑：如減水劑、引氣劑等。它對混凝土的耐久性方面，并不都是有利的。如早強劑將會犧牲后期強度，造成后期強度不足，混凝土開裂，耐久性降低。

（4）摻合料：目前用得最多的主要是粉煤灰與礦粉等，其目的是增強混凝土的增漿效應，改善混凝土工作性，降低水泥用量，降低水化熱，增加混凝土的密實性。但主要缺點在于摻合料會犧牲混凝土前期的強度，提升用水量，所以需要嚴格把控摻合料的使用量。

（5）水：水中雜質會影響整個混凝土的質量，影響混凝土的凝結硬化，降低其強度。水中雜質主要包括泥土、化學物質等。

1.2外因

（1）外部環境的溫濕度：主要表現為凍融循環破壞。由于混凝土不夠密實，內部結構存在過多的空隙，或者集料吸水率較高，都將使混凝土容易吸水飽和，再受外界反復凍融循環致使內部孔隙水結冰，體積膨脹，產生凍脹開裂的破壞，從而影響耐久性。

（2）混凝土的碳化：由于空氣中二氧化碳滲透到混凝土內部當中，與水泥中的堿性物質產生化學反應，改變混凝土的原有物質結構，致使混凝土性能下降，強度降低。它并不是直接致使混凝土耐久性下降的原因，而是對鋼筋產生破壞，破壞鋼筋表面起保護作用的致密鈍化膜，在鋼筋失去保護后加速了鋼筋的銹蝕，從而導致鋼筋混凝土的開裂與破壞。

（3）堿一集料反應：指水泥中的堿與集料中的活性氧化物發生化學反應而產生膨脹，致使混凝土開裂破壞。其主要分為三類反應：堿一硅酸鹽反應、堿一碳酸鹽反應、堿一硅酸反應。這些反應要具備三個條件：①混凝土含一定的堿;②集料具有堿活性;③必須有水的存在。此類反應很難被發現，是工程中的難點，而且危害性很大，可補救性很低，俗稱“堿癌”。

（4）化學侵蝕：主要是指氯鹽侵蝕與硫酸鹽侵蝕。氯離子會引起鋼筋表面鈍化膜的破壞，并且還會加快鋼筋的銹蝕速度。硫酸鹽類物質（比如硫酸鉀、硫酸鈉）進入混凝土內部會與Ca（OH）2發生化學反應生成硫酸鈣，硫酸鈣由于混凝土中的水化鋁酸鈣反應生成鈣礬石，造成體積膨脹使混凝土從內部軟化和脹裂，開裂后會加速此類反應進行，進而加快混凝土的破壞。

（5）鋼筋銹蝕：除以上出現過的鈍化膜破壞以外，主要的還是在于鋼筋的氧化反應產生的銹蝕。鋼筋混凝土結構普遍都是帶裂縫的，在有氧氣和水的情況下，會發生氧化反應，致使鋼筋銹蝕，外表開始剝落，從而使鋼筋強度降低不能滿足承載能力要求，導致鋼筋混凝土整體破壞。例如鋼筋混凝土梁，下部有鋼筋受拉，上部有混凝土受壓，保持兩力平衡，若下部開裂鋼筋銹蝕，受拉承載力下降，導致上部壓力增加，從而達到混凝土受壓極限而壓壞，致使整個梁體破壞。

2混凝土耐久性的改善措施

針對以上分析的因素，主要采取以下措施來提高混凝土的耐久性：

（1）水泥：采用含GS與C3A較低的水泥，采用分別粉磨工藝，降低其早期水化速率，使得水化熱降低，減少其產生的危害。而且C3A含量越低，混凝土對抵抗硫酸鹽類侵蝕的能力越強。

（2）粗細集料：集料中必須不含有雜質，應潔凈;根據工程需要合理地選擇集料的外觀;集料應進行力學實驗，檢測是否滿足其相應的力學性能要求：壓碎值、磨光值、沖擊值、磨耗值，必須達到強度要求，從而使混凝土強度達到要求;集料選擇時盡量選擇堿性集料，保證集料間有足夠的粘結強度;根據工程環境合理地控制集料吸水率，在寒冷潮濕、溫差較大地區選擇吸水率較大的集料，從而可以減小混凝土的凍融破壞。

（3）外加劑：應根據不同工程的需要和針對混凝土性能合理選擇使用外加劑的品種與劑量。如高性能減水劑，可以降低水泥的用量從而減少水化熱，減少混凝土拌合用水，保證所需要的坍落度滿足要求，在使混凝土具備良好工作性的同時，提高混凝土的耐久性。

（4）摻合料：應根據混凝土工程特點以及工程環境特點合理選擇摻合料的種類與劑量。如使用粉煤灰和礦粉，可以降低水泥的用量從而減少水化熱，可以改善混凝土內部孔隙結構，提高混凝土整體密實性，從而提升其強度和耐久性。

（5）水：潔凈無過多雜質的水。

（6）合理的配合比設計：混凝土的配合比設計直接決定混凝土的質量，是混凝土耐久性好壞的關鍵。采用低水膠比的配合比，用水量減少，孔隙減少，可以提升混凝土的密實度，減小混凝土的碳化速度;而且密實性越好，孔隙率越低，抗滲性就越強，大大減少了化學侵蝕類物質的進入和水的滲入，從而減少化學侵蝕破壞和凍融破壞。

（7）堿一集料反應：控制集料活性礦物的含量，如活性二氧化硅的含量;盡量將水泥的含堿量（氧化鈉、氧化鉀）控制在6%以內，或者采用有抑制堿一集料反應的摻合料，如粉煤灰與礦渣;選擇合理配合比，降低混凝土的孔隙率，減少與水的接觸。

（8）鋼筋銹蝕：減小混凝土的碳化速度，使鋼筋表面的鈍化膜不至于過快地被破壞，最有效的措施是保證鋼筋混凝土的保護層厚度，以免空氣和水的接觸;也可以在鋼筋表面涂刷防護隔離層直接與外界隔離開來，如環氧樹脂防腐涂層。

（9）施工與養護：在施工過程中，應嚴格控制施工質量，混凝土澆筑時必須振搗密實，不能隨意加水，不能出現離析與泌水現象。養護必須及時進行，必須保證養護環境潮濕，一般采用塑料薄膜覆蓋并灑水養生，有條件的可采用蒸汽蒸壓養護，有助于提高混凝土的強度，并且養護必須持續到混凝土的齡期結束，不能隨意終止。

3結語

混凝土的耐久性問題可以從內因與外因兩個方面入手進行探究。內因主要是原材料的選取，從混凝土的組成各方面來探究其影響因素;外因主要是由于外部環境對混凝土內部產生的影響。混凝土的耐久性關系到混凝土結構的安全性問題，值得從各個方面繼續做深入的研究。