淺析水泥的耐久性檢驗

張植娟

（云南省建筑材料產品質量檢驗研究院 云南 昆明650106）

0 引言

所謂耐久性是指結構于化學，生物學或其他不利因素影響中，在預定時間內其材料性能的惡化不會導致結構失效的可能性不可接受。從工程理念上講，足夠的耐用性意味著該結構可以在正常維護條件下達到預期的耐用年限。使用水泥混凝土時，其所具有的抵抗周圍環境影響并保持強度和質量的能力稱為耐久性。目前對水泥混凝土耐久性的研究主要從水泥混凝土破壞的原因著重從環境條件、內部缺陷及組成材料特性出發，研究重點集中在氣候、溫度、濕度、腐蝕、磨蝕、堿-集料反應、滲透性、熱應力等[1]。基于以上因素，可提出耐久性主要包括抗凍性、抗滲性、耐磨性、堿-集料反應以及抗蝕性5 個方面[2]。

1 水泥耐久性的分析

1.1 抗凍性

抗凍性是指水泥混凝土承受凍融循環破壞的能力，它是評估水泥混凝土耐久性的重要指標。其凍融破壞機理主要包括水凍結和過冷水。當其體積膨脹到9%時，就會發生水凍結。當水泥混凝土在水飽和態進行交替的凍融作用時，極有可能發生凍融破壞，例如表面侵蝕和凍脹裂紋。由于凝膠水不結冰以及各種水的冰點不同，水分遷移引起壓力稱之為過冷水機理[1]。為抗凍性所建立的評價指標為抗凍標號。在測試抗凍性的試驗中，置入標養箱進行標養28 天后，將10cm×10cm×10cm 標準試件吸水飽和[4]，并在（-15～20℃）和（15～20℃）下反復凍融循環，結果為在對應的最大循環次數下，抗壓強度下降≦25%（或相對動彈模下降≦60%）且質量損失≦5%。其抗凍等級共分為九級，分別為 D10、 D15、 D25、 D50、 D100、D150、D200、D250 和D300[3]。

2.2 抗滲性

抗滲性是指水泥混凝土對液體或氣體滲透的抵抗力。侵蝕性介質主要包括酸、堿、鹽和侵蝕氣體，例如硫酸鹽、Nacl2、CO2、Cl2[1]。滲入混凝土介質內部的侵蝕介質會造成嚴重破壞影響，例如使內部的鋼筋生銹腐爛等等。

2.3 耐磨性

耐磨性指的是水泥混凝土抵抗表層摩擦損傷的能力。水泥磨損的具體表現為車輛輪胎表面層的磨耗和磨光以及高速水流對壩面、墩臺等的沖刷，在此，將磨損量用作其評價指標。在測試水泥的耐磨性時，常將15cm3的試件標養27 天后，在的環境下烘干花輪磨頭，加以200N 的負荷并磨削50r。磨損量用如下公式計算[4]：

式中：

Gc——單位面積磨損量，kg/m2

m1——初始質量，kg

m2——磨損后的質量，kg

0.0125——試件磨損面積，m2

水泥混凝土耐磨性能的影響因素主要有水泥品種、強度等級和集料硬度，其中，集料會產生較大的影響。通常，河砂，海砂，山砂或機加工砂具有優質的級配，其堅硬和干凈的顆粒可以用作細骨料[5]。

2.5 抗蝕性

由于硅酸鹽水泥熟料中硅酸三鈣和鋁酸三鈣的含量很高，因此水合產物中氫氧化鈣和水合鋁酸三鈣的腐蝕敏感性也很高，不應在帶有腐蝕性介質（例如軟水、酸和鹽）的環境中長時間使用[6]。硅酸鹽水泥混凝土的侵蝕主要包括物理腐蝕和化學腐蝕。其中，最廣泛和最普遍的化學侵蝕形式是硫酸鹽侵蝕。

硫酸鹽侵蝕引起的危害包括水泥混凝土的整體開裂和膨脹以及水泥漿的軟化和分解[7]。水泥內過多的C3A 會導致混凝土的硫酸鹽腐蝕，這主要是由于從硫化鋁酸鹽中形成了鈣礬石。

該反應伴隨著固體體積增加55%，從而擴大了漿料的內部體積，同時產生內部應力，并最終產生裂紋[18]。微晶鈣礬石也可能引起體積膨脹。硫酸鹽腐蝕始于SO與Ca（OH）2的反應：

這種反應也稱為石膏腐蝕，因為它會導致約120%的固體體積膨脹[6]。對于很高的硫酸鹽濃度，10 年之內或更長的時間里，石膏腐蝕的重要性仍不如鈣礬石晶體腐蝕重要。但是，即使接觸硫酸鹽很久，即使硅酸鹽水泥中的鋁酸鹽濃度較低，石膏腐蝕也是其損壞的主要原因[7]。

3 結語

隨著科學技術和人類文明的發展，人類生產活動的范圍正在擴大。各種水泥混凝土項目均在公路橋梁、海洋工程、核反應堆、電站水壩等重大工程項目中使用。這些項目與國民經濟和民生有關，因此具有高耐久性的水泥混凝土將發揮越來越重要的作用。