提高混凝土耐久性的措施

戴麗金

福建省順安建筑工程有限公司（351200）

1 影響混凝土耐久性的主要因素

混凝土由水泥、水、石灰、碎石骨料等拌和而成。在施工過程中，為了確?；炷恋奶涠鹊戎笜朔蠘藴室?，常常在預制混凝土時加入減水劑、緩凝劑、早強劑、防水劑等外加劑，以此提高混凝土強度、抗腐蝕性、抗滲性、抗碳化性及抗磨性。但在碳化反應、凍融環境、化學物質侵蝕作用下，混凝土耐久性極易受到影響，導致混凝土強度下降，或者混凝土結構的局部區域出現裂縫、孔洞、脫落等現象，嚴重的還會給混凝土建筑帶來致命性打擊。

1.1 碳化反應的影響因素

由于空氣中含有氮氣、氧氣、氦氣、二氧化碳等成分，當空氣中的二氧化碳氣體與混凝土結構接觸后，一部分二氧化碳將滲入混凝土的內部結構，而混凝土的化學成分當中含有氫氧化鈣，當氫氧化鈣與二氧化碳結合后，極易發生化學反應，生成碳酸鈣，反應式為:CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O。此時，碳酸鹽中和了混凝土結構中的堿性物質，致使氫氧化鈣含量降低，從而使附著在鋼筋表面的鈍化防護膜受到破壞，導致鋼筋銹蝕而降低甚至失去保護作用。另外，在發生碳化反應時，混凝土內部的氣相、液相與固相將形成一個完整而復雜的化學反應鏈，促使混凝土結構的收縮。當收縮應力超過混凝土結構的承載應力時，混凝土表面就會出現開裂的情況，混凝土的強度將大幅降低，耐久性能將持續遞減[1]。

1.2 凍融環境的影響因素

凍融是指混凝土結構由于溫度降到零度以下和升至零攝氏度以上而產生凍結和融化的一種物理現象。在凍結與融化的交替作用下，混凝土結構常常受到兩種破壞應力的影響，導致使用壽命縮短。第一種是外界溫度降到零攝氏度以下時，混凝土內部的毛細孔水的物態特征發生變化，即由液態水轉變成為固態冰。這時，混凝土結構體積膨脹率將達到9%，隨著膨脹應力的逐步擴散，毛細孔壁周圍的混凝土結構就會產生拉應力，而加快了混凝土裂縫的產生速度。第二種是混凝土結構的毛細孔水轉變成固態冰時，凝膠孔中的冷水發生遷移，而產生滲管壓力，在凍結與融化的交替作用下，壓力值經過逐步累積而達到混凝土結構的承載負荷極限，這時，混凝土表面就會出現大量的相互連通、縱橫交錯的裂縫，使混凝土強度大幅降低，嚴重的還會引發開裂、脫落等安全事故。

1.3 化學侵蝕的影響因素

化學侵蝕的主要介質包括硫酸鹽、酸性物質以及堿性物質，當這些化學物質與混凝土結構直接接觸后，將對混凝土表面與內部結構產生侵蝕作用。如日常生活中常見的酸雨，酸雨與混凝土結構中的組成物質發生化學反應后，經過一段時間后，混凝土內部結構的微觀形態就會發生改變，導致強度下降，從而影響耐久性。此外，風沙、超高溫天氣、機械磨損等不可預知因素的影響，也會縮短混凝土結構的使用壽命。

1.3.1 硫酸鹽侵蝕

水泥是混凝土的重要成分。水泥當中含有大量的氫氧化鈣，一旦氫氧化鈣與硫酸鈉、硫酸鎂等硫酸鹽結合后，彼此之間極易發生化學反應，生成硫鋁酸鈣及石膏等物質。這些物質將導致混凝土膨脹系數增大，當膨脹系數達到極限值時，混凝土內部結構將被脹裂，出現裂縫現象。另外，水泥中的氫氧化鈣與硫酸鎂發生化學反應時，生成物中含有氫氧化鎂成分，這一成分將直接降低混凝土的堿度，產生分解性腐蝕作用，進而影響混凝土結構的耐久性。

1.3.2 酸性物質侵蝕

較為常見的酸性物質主要包括氧離子、氮氣、硫化氫等。當水泥中的氫氧化鈣與這些酸性離子發生化學反應時，混凝土結構體積就會發生膨脹現象，導致內部混凝土性狀發生改變，混凝土體積松散。一旦生成物與空氣中的水結合后，還會發生水解粉化反應，這不僅影響混凝土的結構強度，導致安全性能也大打折扣。

1.3.3 堿性物質侵蝕

堿性物質的侵蝕作用一般分為兩大類，即物理結晶侵蝕與化學侵蝕。當液態堿性物質與混凝土混合后，堿性物質極易滲入混凝土縫隙當中，與混凝土成分產生結晶作用，這些結晶體將加快混凝土的膨脹速度，使混凝土結構與性狀發生改變。化學侵蝕是水泥中的水化物與液態堿發生化學反應，生成物將促使混凝土結構的膠結力減弱，導致混凝土強度下降。如利用堿性水配置混凝土，能夠使鋼筋表面的鈍化膜厚度增加，鋼筋受到侵蝕的概率減小。由于混凝土與堿性水極易產生化學反應，混凝土的膨脹系數增大，這就會影響混凝土的強度與耐久性，嚴重的還會發生安全事故。

2 提高混凝土耐久性的有效措施

提高混凝土耐久性，首先應當提高混凝土的抗裂性與密實性。這就需要工程技術人員在設計水、水泥、骨料等成分的配合比時，嚴格遵照GB/T 50476—2019《混凝土結構耐久性設計規范》的要求，從材料選擇、施工技術、日常養護等方面著手，使混凝土的使用壽命滿足耐久性的設計標準要求。

2.1 合理選擇原材料

混凝土的主要原材料包括水泥、集料、外加劑及摻合料等。在選擇水泥品種時，需要著重考慮水泥的水化熱、干縮性、耐熱性及含堿量等。為了提高混凝土強度，應當選擇含堿量小、水化熱低、干縮性小、抗熱性與抗凍性好的水泥，不能僅僅考慮水泥的強度指標，因為一些低標號的水泥也可以配制出高標號的混凝土。

在選擇混凝土集料時，需要著重考慮集料的耐腐蝕性與吸水性，選擇合理的級配碎石，以改善混凝土的和易性，提升混凝土密實度，延長混凝土的使用壽命。混凝土的耐久性與摻合料的選擇密切相關。目前，混凝土摻合料主要包括粉煤灰、礦渣及硅粉等混合材料。這些材料在改善混凝土性能方面發揮著至關重要的作用。因此，合理選擇原材料是提高混凝土耐久性首先需要考慮的問題。

2.2 提高混凝土的抗碳化能力

為了避免空氣中的二氧化碳與水泥中的氫氧化鈣等物質發生化學反應，可以采取減緩二氧化碳滲透速度或者阻止二氧化碳滲透路徑的方法。首先對碳化機理進行分析，當二氧化碳進入混凝土內部結構時，混凝土將形成外部完全碳化區、中間碳化反應區以及內部未碳化區三個區域。每一個區域的pH值及二氧化碳濃度均存在明顯差異。完全碳化區的pH值一般介于10.5～11，根據費克第一定律可以計算出該區域的碳化深度。計算公式是x=at1/2，其中x表示碳化深度，a表示碳化系數，t表示碳化時間。根據已知條件，能夠計算出多年以后混凝土的碳化深度，根據碳化深度可以獲得粉煤灰等摻和物的用量多少。如使用粉煤灰水泥，其標號不得大于C30，水灰比應高于0.6。如果水泥用量不變，利用粉煤灰來取代部分砂子，能夠大幅提高混凝土的抗碳化能力，混凝土的耐久性也會隨之提升[2]。

2.3 提高混凝土的抗凍能力

除了選擇抗凍性能好的骨料外，還可以通過加入引氣劑與減水劑的方法，來改善混凝土抗凍性能。以某混凝土建筑工程為例，在配制混凝土過程中，混凝土的配合比為:水∶水泥∶碎石∶砂∶引氣劑∶粉煤灰∶礦渣∶減水劑=150∶200∶1036∶870∶4∶100∶130∶13。雖然引氣劑與減水劑的含量較少，但是混凝土內部結構能夠始終保持良好的氣泡參數。由此可見，引氣混凝土的抗凍能力遠高于不引氣混凝土。

2.4 提高混凝土的抗侵蝕能力

化學侵蝕是影響混凝土耐久性能的關鍵要素。為了提高混凝土的抗侵蝕能力，改善混凝土結構性能，降低混凝土裂縫、孔洞等質量缺陷的出現概率，在選擇水泥材料時，應當選擇C3A（鋁酸三鈣）含量低的水泥，同時根據配合比，在混凝土當中摻入一些優質的外加劑，這樣既能夠提高混凝土強度，也能夠延長混凝土的使用壽命。

3 結語

混凝土的耐久性與建筑工程質量息息相關，因此，施工企業在配制混凝土時，應當從材料采購源頭抓起，并通過提高混凝土的抗碳化能力、抗凍能力及抗侵蝕能力的措施，來提升混凝土的耐久性，進而建造出更多高質量的建筑工程項目。