高性能混凝土的耐久性

　　摘 要：混凝土強度不斷的提高成為它主要的發(fā)展趨勢，施工中在提出高強度要求的同時，也提出耐久性和施工和易性的要求，目前在很多重要工程中都成功地采用高性能混凝土。

　　關(guān)鍵詞：混凝土;耐久性;高性能

　　一、高性能混凝土的概念

　　高性能混凝土是一種新型的高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制成的具有韌性和體積穩(wěn)定性等性能的耐久混凝土。

　　二、影響混凝土耐久性的主要因素

　　高性能混凝土應具有適當?shù)母邚娦阅�，但必須有良好的耐久性，能抵抗各種化學侵蝕作用，體積穩(wěn)定性好。影響混凝土耐久性的主要因素大致可以分為以下幾點：

　　1 混凝土凍融破壞

　　在混凝土工程中，為了滿足混凝土施工工作性要求：即用水量大、水灰比高，導致混凝土的孔隙率很高，約占水泥石總體積的25%-40%，特別是其中毛細孔占相當大部分。毛細孔是水分、各種侵蝕介質(zhì)、氧氣、二氧化碳及其它有害物質(zhì)進入混凝土內(nèi)部的通道，引起混凝土耐久性的不足。

　　水泥石中的水化物穩(wěn)定性不足也會對耐久性產(chǎn)生影響。例如波特蘭水泥水化后的主要化合物是堿度較高的高堿性水化矽酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣。

　　此外，在水化物中還有數(shù)量很大的游離石灰，它的強度極低、穩(wěn)定性極差，在侵蝕條件下是首先遭到侵蝕的部分。要大幅度提高混凝土的耐久性，就必須減少或消除這些穩(wěn)定性低的組分，特別是游離石灰。

　　2 混凝土的堿集料反應

　　混凝土的堿集料反應是指混凝土中的堿和環(huán)境中可能滲入的堿與混凝土集料(砂石)中的堿活性礦物成分在混凝土固化后緩慢發(fā)生化學反應，產(chǎn)生膠凝物質(zhì)因吸收水份后發(fā)生膨脹，最終導致混凝土從內(nèi)向外延伸開裂和損毀的現(xiàn)象。

　　3 化學侵蝕

　　當混凝土結(jié)構(gòu)處在有侵蝕性介質(zhì)作用的環(huán)境時，會引起水泥石發(fā)生一系列化學、物理與物化變化，而逐步受到侵蝕。常見的主要化學侵蝕介質(zhì)分為以下五類：

　　(1)淡水腐蝕。淡水的沖刷，會溶解水泥石中的組分，使水泥石孔隙增加，密實度降低，從而進一步造成對水泥石的破壞。

　　(2)一般酸性水腐蝕。當水中溶有一些酸類時，水泥石就受到溶淅和化學溶解雙重作用，腐蝕明顯加速，這類侵蝕常發(fā)生在化工廠。

　　(3)碳酸腐蝕。在碳酸溶淅水泥石的同時，會破壞混凝土內(nèi)的堿環(huán)境，降低水泥水化產(chǎn)物的穩(wěn)定性，進而影響水泥石的致密度，造成對混凝土的侵蝕。

　　(4)硫酸鹽腐蝕。硫酸鹽的腐蝕則表現(xiàn)為硫酸根離子深入混凝土內(nèi)與水泥組分反應，使生成物體積膨脹、開裂，造成損壞。

　　(5)海水腐蝕。海水中由于存在多種離子，侵蝕形式較為復雜，但主要是由于鎂鹽使硬化水泥石的結(jié)構(gòu)組分分解，同時硫酸鹽作用會造成對水泥石的損壞，而氧化鎂沉淀會堵塞混凝土孔隙，會使海水侵蝕有所緩和。

　　4 混凝土的碳化

　　混凝土的碳化是指混凝土中的成分與滲透進混凝土中的二氧化碳和其他酸性氣體的二氧化硫、硫化氫等發(fā)生化學反應的過程。由于混凝土的凝膠孔隙和部分毛細管可能被炭化物等堵塞，混凝土的密度與強度會有所提高，表面硬度增大。但是由于降低了混凝土的堿度，破壞鋼筋表面的鈍化膜而使鋼筋產(chǎn)生銹蝕。碳化會加劇混凝土的收縮，可導致混凝土開裂。

　　三、提高混凝土耐久性的對策分析

　　要提高混凝土的耐久性，必須降低混凝土的孔隙率，特別是毛細管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但如果純粹的降低用水量，混凝土的工作性將隨之降低，又會導致?lián)v實成型共所困難，同樣造成混凝土結(jié)構(gòu)不致密，甚至出現(xiàn)蜂窩等宏觀缺陷，不但混凝土強度降低，而且混凝土的耐久性也同時降低。目前提高混凝土耐久性基本有以下幾種方法：

　　1 摻入高效減水劑

　　混凝土配合比的設(shè)計在滿足混凝土強度、工作性的同時，應考慮盡量減少水泥用量和用水量，降低水化熱，減少收縮裂縫，提高密實度。采用合理的減水劑，改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使混凝土的總孔隙，特別是毛細管孔隙率大幅度降低，從而提高混凝土耐久性能。

　　2 摻入高效活性礦物摻料

　　普通水泥混凝土的水泥石中水化物穩(wěn)定性的不足，是混凝土不能超耐久的另一主要因素。為了改善混凝土中水泥石的膠凝物質(zhì)的組成，通常在普通混凝土中摻入活性礦物，從而達到改善水化膠凝物質(zhì)的組成，消除游離石灰的目的，使水泥石結(jié)構(gòu)更為致密，并阻斷可能形成的滲透路。同時還能改善集料與水泥石的界面結(jié)構(gòu)和界面區(qū)性能。

　　3 消除混凝土自身的結(jié)構(gòu)破壞因素

　　除了環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞以外，混凝土本身的一些物理化學因素也可能引起混凝土結(jié)構(gòu)的嚴重破壞，致使混凝土失效。例如，混凝土的化學收縮和干縮過大引起的開裂，水化性過熱過高引起的溫度裂縫，硫酸鋁的延遲生成以及混凝土的堿骨料反應等。因此，要提高混凝土的耐久性，就必須減小或消除這些結(jié)構(gòu)破壞因素，限制或消除從原材料引入的可以引起破壞結(jié)構(gòu)和侵蝕鋼筋的不利物質(zhì)含量;加強施工控制環(huán)節(jié)，避免收縮及溫度裂縫產(chǎn)生。此外，結(jié)構(gòu)構(gòu)件應按其使用環(huán)境設(shè)計相應的混凝土保護層厚度，預防外界介質(zhì)滲入內(nèi)部腐蝕鋼筋，以提高混凝土的耐久性。

　　4 保證混凝土的強度

　　混凝土的強度與耐久性是兩個不同的概念，但兩者又密切相關(guān)。在混凝土能充分密實的條件下，隨著水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的強度不斷提高。與此同時，隨著孔隙率降低，混凝土的抗?jié)B性提高，因而各種耐久性指標也隨之提高。在目前的高性能混凝土中，除摻入高效減水劑外，還摻入了活性礦物材料，它們不但增加了混凝土的致密性，而且也降低或消除了游離氧化鈣的含量。在大幅度提高混凝土強度的同時，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。此外，在排除內(nèi)部破壞因素的條件下，隨著混凝土強度的提高，其抵抗環(huán)境侵蝕破壞的能力也越強。

　　四、結(jié)論

　　隨著科學技術(shù)的發(fā)展和人類文明的進步，人類生產(chǎn)活動涉及的范圍越來越廣，各種在嚴酷環(huán)境下使用的混凝土工程不斷增多，這就更加要求混凝土具有優(yōu)異的耐久性及足夠長的使用壽命。

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