1、浅析高性能混凝土的耐久性 摘要：混凝土强度不断的提高成为它主要的发展趋势，施工中在提出高强度要求的同时，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。 关键词：混凝土；耐久性；高性能 1、引 言 目前同业对高性能混凝土有不同的定义和解释，但彼此均认为高性能混凝土的基本特征是按耐久性进行设计的，保证拌和物易于浇筑和密实成型，不发生或尽量少发生由温度和收缩产生的裂缝，硬化后有足够的强度，内部孔隙结构合理，具有低渗透性和高抗化学侵蚀性。基于上述特点，高性能混凝土成为我国近期混凝土技术的主要发展方向。 2、高性能混凝土的概念 高性能混凝土是一种新型的高技术混凝土，是在大
2、幅度提高普通混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术制成的具有韧性和体积稳定性等性能的耐久混凝土。 3、高 性能混凝土的核心 高性能混凝土的核心是具有高耐久性。耐久性对工程量浩大的混凝土工程来说意义非常重要，若耐久性不足将会产生极严重的后果，甚至对未来社会造成极为沉重的负担。我国目前的基础设施建设工程规模宏大，每年高达 2万亿人民币以上。照此来看，约 30-50年后这些工程将进入维修期，所需的维修费用和重建费用将更为巨大。因此，高性能混凝土更要从提高混凝土耐久性入手，以降低巨额的维修和重建费用。高性能混凝土因其优异的综合性能必将逐步取代过去的普通混凝土。 4、影响混凝土耐久性的主要因素 高性能混
3、凝土应具有适当的高强性能，但必须有良好的耐久性，能抵抗各种化学侵蚀作用，体积稳定性好。影响混凝土耐久性的主要因素大致可以分为以下几点： 4.1 混凝土冻融破坏 在混凝土工程中，为了满足混凝土施工工作性要求：即用水量大、水灰比高，导致混凝土的孔隙率很高，约占水泥石总体积的 25%-40%，特别是其中毛细孔占相当大部分。毛细孔是水分、各种侵蚀介质、氧气、二氧化碳及其它有害物质进入混凝土内部的通道，引起混凝土耐久性的不足。 水泥石中的水化物稳定性不足也会对耐久性产生影响。例如波特 兰水泥水化后的主要化合物是碱度较高的高碱性水化矽酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙。 此外，在水化物中还有数量很大的游离石灰
4、，它的强度极低、稳定性极差，在侵蚀条件下是首先遭到侵蚀的部分。要大幅度提高混凝土的耐久性，就必须减少或消除这些稳定性低的组分，特别是游离石灰。 4.2 混凝土的碱集料反应 混凝土的碱集料反应是指混凝土中的碱和环境中可能渗入的碱与混凝土集料 (砂石 )中的碱活性矿物成分在混凝土固化后缓慢发生化学反应，产生胶凝物质因吸收水份后发生膨胀，最终导致混凝土从内向外延伸开裂和损毁的现象。 4.3 化学侵蚀 当混凝土结构处在有侵蚀性介质作用的环境时，会引起水泥石发生一系列化学、物理与物化变化，而逐步受到侵蚀。常见的主要化学侵蚀介质分为以下五类： (1)淡水腐蚀。淡水的冲刷，会溶解水泥石中的组分，使水泥石孔隙
5、增加，密实度降低，从而进一步造成对水泥石的破坏。 (2)一般酸性水腐蚀。当水中溶有一些酸类时，水泥石就受到溶淅和化学溶解双重作用，腐蚀明显加速，这类侵蚀常发生在化工厂。 (3)碳酸腐蚀。在碳酸溶淅水泥石的同时，会破坏混凝土内的碱环境 ，降低水泥水化产物的稳定性，进而影响水泥石的致密度，造成对混凝土的侵蚀。 (4)硫酸盐腐蚀。硫酸盐的腐蚀则表现为硫酸根离子深入混凝土内与水泥组分反应，使生成物体积膨胀、开裂，造成损坏。 (5)海水腐蚀。海水中由于存在多种离子，侵蚀形式较为复杂，但主要是由于镁盐使硬化水泥石的结构组分分解，同时硫酸盐作用会造成对水泥石的损坏，而氧化镁沉淀会堵塞混凝土孔隙，会使海水侵蚀
6、有所缓和。 4.4 混凝土的碳化 混凝土的碳化是指混凝土中的成分与渗透进混凝土中的二氧化碳和其他酸性气体的二 氧化硫、硫化氢等发生化学反应的过程。由于混凝土的凝胶孔隙和部分毛细管可能被炭化物等堵塞，混凝土的密度与强度会有所提高，表面硬度增大。但是由于降低了混凝土的碱度，破坏钢筋表面的钝化膜而使钢筋产生锈蚀。碳化会加剧混凝土的收缩，可导致混凝土开裂。 5、提高混凝土耐久性的对策分析 要提高混凝土的耐久性，必须降低混凝土的孔隙率，特别是毛细管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但如果纯粹的降低用水量，混凝土的工作性将随之降低，又会导致捣实成型共所困难，同样造成混凝土结构不致密，甚至出现蜂
7、窝 等宏观缺陷，不但混凝土强度降低，而且混凝土的耐久性也同时降低。目前提高混凝土耐久性基本有以下几种方法： 5.1 掺入高效减水剂 混凝土配合比的设计在满足混凝土强度、工作性的同时，应考虑尽量减少水泥用量和用水量，降低水化热，减少收缩裂缝，提高密实度。采用合理的减水剂，改善混凝土内部结构，使混凝土的总孔隙，特别是毛细管孔隙率大幅度降低，从而提高混凝土耐久性能。 5.2 掺入高效活性矿物掺料 普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足，是混凝土不能超耐久的另一主要因素。为了改善 混凝土中水泥石的胶凝物质的组成，通常在普通混凝土中掺入活性矿物，从而达到改善水化胶凝物质的组成，消除游离石灰的目的，使
8、水泥石结构更为致密，并阻断可能形成的渗透路。同时还能改善集料与水泥石的界面结构和界面区性能。 5.3 消除混凝土自身的结构破坏因素 除了环境因素引起的混凝土结构破坏以外，混凝土本身的一些物理化学因素也可能引起混凝土结构的严重破坏，致使混凝土失效。例如，混凝土的化学收缩和干缩过大引起的开裂，水化性过热过高引起的温度裂缝，硫酸铝的延迟生成以及混凝土的碱骨料反应等。因此，要提高混 凝土的耐久性，就必须减小或消除这些结构破坏因素，限制或消除从原材料引入的可以引起破坏结构和侵蚀钢筋的不利物质含量；加强施工控制环节，避免收缩及温度裂缝产生。此外，结构构件应按其使用环境设计相应的混凝土保护层厚度，预防外界介
9、质渗入内部腐蚀钢筋，以提高混凝土的耐久性。 5.4 保证混凝土的强度 混凝土的强度与耐久性是两个不同的概念，但两者又密切相关。在混凝土能充分密实的条件下，随着水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的强度不断提高。与此同时，随着孔隙率降低，混凝土的抗渗性提高，因而各种耐久 性指标也随之提高。在目前的高性能混凝土中，除掺入高效减水剂外，还掺入了活性矿物材料，它们不但增加了混凝土的致密性，而且也降低或消除了游离氧化钙的含量。在大幅度提高混凝土强度的同时，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。此外，在排除内部破坏因素的条件下，随着混凝土强度的提高，其抵抗环境侵蚀破坏的能力也越强。 6、结 论 随着科学技术的发展和人类文明的进步，人类生产活动涉及的范围越来越广，各种在严酷环境下使用的混凝土工程不断增多，这就更加要求混凝土具有优异的耐久性及足够长的使用寿命。 参 考文献 : 郭正兴 :土木工程施工 M.东南大学出版社 ,2007 李子新 :施工组织设计编制指南与实例 M.中国建筑工业出版社 ,2006 郑德明、钱红萍 :土木工程材料 M.机械工业出版社 ,2003 张爱勤 :道路建筑材料 M.山东大学出版社 ,2002 注：文章内所有公式及图表请用 PDF 形式查看。
