土木工程中混凝土材料的耐久性探析

盧承舉 華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司安徽分公司

在土木工程建設(shè)過(guò)程中，混凝土不僅是一種基礎(chǔ)的建筑原材料，同時(shí)也是工程結(jié)構(gòu)主體的核心構(gòu)件，因此其性能優(yōu)劣也直接關(guān)乎著土木工程的建設(shè)質(zhì)量。土木工程具有建設(shè)規(guī)模大、使用壽命長(zhǎng)的基本特征，因此對(duì)于混凝土耐久性要求更加嚴(yán)格。目前，我國(guó)土木工程行業(yè)正處于高速發(fā)展的歷史階段，而強(qiáng)化混凝土耐久性研究工作不僅有利于提高土木工程建設(shè)質(zhì)量，同時(shí)也有助于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的安全穩(wěn)定發(fā)展。

一、混凝土耐久性

混凝土耐久性是指其在客觀自然環(huán)境中抵抗各類作用力影響的能力，并保障自身的完整性和穩(wěn)定性，因此也是衡量混凝土質(zhì)量與性能的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。在現(xiàn)代土木工程中，混凝土是最為基礎(chǔ)的建材之一，不僅是工程結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)成部分，同時(shí)在整個(gè)工程材料占比中甚至達(dá)到90%，因此混凝土耐久性對(duì)于土木工程建設(shè)質(zhì)量及長(zhǎng)遠(yuǎn)穩(wěn)定運(yùn)行有著決定性影響。隨著我國(guó)社會(huì)發(fā)展水平的不斷提升，人們也對(duì)土木工程建設(shè)質(zhì)量提出了更高的要求，為此加強(qiáng)混凝土材料耐久性研究工作具有十分重要的社會(huì)價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。

二、影響混凝土材料耐久性的主要因素

（一）凍融破壞

凍融破壞是混凝土材料在使用過(guò)程中受到的一種自然環(huán)境下低溫條件帶來(lái)的影響與破壞，其本質(zhì)為飽含水分的混凝土在零度上下時(shí)會(huì)因內(nèi)部水分反復(fù)結(jié)冰與融合而產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，從而由外向內(nèi)發(fā)生剝蝕脫落現(xiàn)象。總的來(lái)說(shuō)，混凝土材料受凍融破壞影響主要由混凝土孔結(jié)構(gòu)與孔隙特征決定，當(dāng)孔隙密閉效果越好時(shí)混凝土吸水性越差，從而抗凍融破壞能力越強(qiáng)，反之則越差。值得注意的是，混凝土的水灰比是影響孔隙密閉程度的重要因素，水灰比過(guò)大會(huì)造成混凝土內(nèi)部更多的孔隙。

（二）碳化反應(yīng)

碳化反應(yīng)是指混凝土材料內(nèi)部堿性物質(zhì)與空氣中二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這時(shí)會(huì)導(dǎo)致混凝土堿度下降而導(dǎo)致材料性能和質(zhì)量的下降。一般情況下，混凝土材料堿度PH 值為11.5 左右，但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期碳化反應(yīng)會(huì)逐漸降低至8.5～9.5。從專業(yè)角度來(lái)看，混凝土碳化反應(yīng)主要受兩方面因素影響：（1）材料因素。水泥成分一定程度上左右了碳化反應(yīng)的程度，當(dāng)水泥中熟料成分越多時(shí)混凝土材料性質(zhì)越穩(wěn)定，而碳化反應(yīng)也相對(duì)緩慢。（2）環(huán)境因素。處于溫差較大環(huán)境條件下的混凝土?xí)蛄芽p問(wèn)題進(jìn)一步增加空氣接觸面積，如此碳化反應(yīng)更加凸顯。

（三）堿集料反應(yīng)

堿集料反應(yīng)是混凝土固化后緩慢發(fā)生的一種化學(xué)反應(yīng)，主要是由混凝土內(nèi)堿或環(huán)境中滲入的堿與活性礦物發(fā)生反應(yīng)并形成凝膠，從而導(dǎo)致集料體積增大，這時(shí)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)便發(fā)生破壞。具體而言，堿集料反應(yīng)主要有堿—二氧化硅反應(yīng)。堿—硅酸鹽反應(yīng)和堿—碳酸鹽反應(yīng)三種形式，其中堿—硅反應(yīng)最為常見(jiàn)。當(dāng)混凝土材料發(fā)生堿集料反應(yīng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)表面裂縫、變形情況，并伴有滲出物。同時(shí)空氣、水等物質(zhì)也會(huì)加快向混凝土內(nèi)部的侵蝕，并導(dǎo)致混凝土碳化及鋼筋銹蝕，而寒冷區(qū)域的土木工程又會(huì)發(fā)生凍融破壞，因此其危害性十分嚴(yán)重。

（四）原材料因素

眾所周知，混凝土作為一種復(fù)合材料是由多種原材料拌制而成，其中包含了水泥、骨料、沙子及石粉煤灰等材料。從技術(shù)角度來(lái)看，原材料質(zhì)量對(duì)于混凝土性能和質(zhì)量有著決定性影響，特別是水泥與骨料影響最為凸顯。在土木工程施工過(guò)程中，部分建設(shè)單位為降低成本而使用劣質(zhì)原材料，如此便直接導(dǎo)致混凝土的性能與質(zhì)量不符合耐久性要求。與此同時(shí)，不同配比的混凝土在性能方面也存在巨大差異，因此混凝土原材料的配比是否科學(xué)也是決定其耐久性的重要因素。

三、強(qiáng)化混凝土材料耐久性的有效措施

（一）降低混凝土孔隙率

縱觀混凝土材料耐久性影響因素，我們不難發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)部孔隙率與耐久性之間存在密切聯(lián)系，因此我們必須最大程度上提高混凝土的密實(shí)度，從而減少因孔隙過(guò)多而帶來(lái)的影響和危害。從技術(shù)角度來(lái)看，合理控制水在混凝土拌制中的應(yīng)用有助于減少孔隙現(xiàn)象。目前，市場(chǎng)中常見(jiàn)的優(yōu)化方案為采用減水劑來(lái)降低混凝土含水量，如此能夠大大提高混凝土拌制后材料的密實(shí)度。除此之外，我們還要強(qiáng)化原材料的質(zhì)量控制，如水泥性能和質(zhì)量，這些有助于在降低孔隙率的同時(shí)促進(jìn)混凝土材料的耐久性。

（二）優(yōu)化原材料構(gòu)成與配比

隨著現(xiàn)代土木工程建設(shè)質(zhì)量需求的不斷提升，人們對(duì)混凝土材料也提出了更高的性能要求，從而來(lái)確保工程結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)遠(yuǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。在此背景下，通過(guò)對(duì)混凝土原材料種類及型號(hào)進(jìn)行優(yōu)化有助于促進(jìn)耐久性的提升。在相關(guān)研究推動(dòng)下，當(dāng)前市場(chǎng)中使用的混凝土材料中摻入了高效活性礦物作為摻料，如礦渣、粉煤灰等，其中的SiO2、Al2O3 將與游離石灰發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而優(yōu)化水化凝膠物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。此外，超細(xì)活性物礦物料也會(huì)對(duì)混凝土內(nèi)部孔隙進(jìn)行填充，從而提高混凝土材料的密實(shí)度，并實(shí)現(xiàn)改善耐久性的目的。值得注意的是，通過(guò)優(yōu)化混凝土原材料配比也是提高其耐久性的重要途徑，為此相關(guān)建設(shè)單位必須經(jīng)過(guò)反復(fù)精密實(shí)驗(yàn)和計(jì)算后方可確定混凝土原材料配比。

（三）注重施工過(guò)程技術(shù)控制

從技術(shù)角度出發(fā)，混凝土材料能夠?qū)崿F(xiàn)理想的耐久性不僅僅決定于原材料的質(zhì)量，同時(shí)對(duì)于施工過(guò)程技術(shù)控制同樣十分重要。基于此，在進(jìn)行土木工程混凝土施工時(shí)，還需要建設(shè)單位科學(xué)落實(shí)各方面技術(shù)控制工作。首先，做好混凝土材料拌制控制，嚴(yán)格遵守配比比例進(jìn)行拌制，由此確保混凝土材料的性能和質(zhì)量。其次，做好施工工藝控制。這里主要為施工人員能夠嚴(yán)格遵守混凝土施工工藝的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和操作要求完成施工，避免因施工水平不足造成耐久性降低。最后，做好混凝土后期養(yǎng)護(hù)，確保其凝結(jié)過(guò)程穩(wěn)定，從而保障其密實(shí)度符合工程建設(shè)需求。