耐久性混凝土影响因素及对策

耐久性混凝土影响因素及对策

朱斌华

朱斌华深圳市建筑工务署广东深圳518006

摘要：国内以往在混凝土结构设计过程中主要侧重于荷载作用下结构的强度需要，而没有重视环境作用下结构的耐久性，这就直接导致混凝土结构工程使用性能差，寿命短，甚至频发事故的不良后果，针对这一问题，文章重点阐述了结构耐久性的重要性，对结构裂缝种类和产生原因作了较全面的分析，从原材料组成、配合比设计、施工及养护等方面找出控制裂缝的可行办法，达到增强混凝土耐久性的目的。

关键词：耐久性混凝土影响因素对策

1、耐久性混凝土及其使用意义

混凝土从本质上说它是一种多相不均匀的多种材料合成的人造材料，由于它的合成和人造性质。因此，不可避免的存在缺陷，不可能是无限耐久的。近年来，混凝土工程出现渗水破坏、结构开裂、碱骨料反应破坏、海水腐蚀等导致钢筋锈蚀等病害接连不断的被发现。为消除上述病害，据美国联帮公路局1997年的调查报告称，全美所需的修复费用高达780~1200亿美元。对我国而言，同样也面临着上述问题。在耐久性设计上，我国的标准一直偏低，从经济的角度上只考虑了建筑成本，而忽视了营运期的维修成本和与使用寿命相对应的效益成本。近年来随着铁路客运专线和地铁及大型基础设施的大规模实施，已经认识到混凝土耐久性的重要性。逐步改变了以往建设中片面追求高强度而忽视耐久性的习惯。

耐久性混凝土是指能达到使用年限的耐久性优异的混凝土。通过提高混凝土的抗渗透、抗钢筋锈蚀、抗化学腐蚀、抗碱骨料反应等能力，全面提高混凝土抵抗环境作用的能力，达到延长混凝土使用年限的目的。

传统混凝土设计主要考虑荷载作用下结构的安全性和适用性，较少考虑结构长期使用过程中环境作用引起混凝土性能恶化对结构安全性和适用性的影响，而这些正是耐久性混凝土设计的核心内容。环境作用主要包括温度和湿度及其交替变化、水、气、等介质的作用。混凝土的劣化主要表现为钢筋的锈蚀及混凝土的腐蚀。

2、耐久性混凝土的影响因素

由于混凝土结构的劣化主要表现为钢筋的锈蚀及混凝土的腐蚀。因此耐久性混凝土的影响因素就是能引起混凝土开裂的因素的组合及引起混凝土腐蚀的碱骨料反应和渗漏等（其中渗漏也是由于混凝土的裂缝而引起，碱骨料反应亦导致混凝土产生裂缝）。

混凝土裂缝形成的原因非常复杂，往往是多种不利因素宗合作用的结果。归纳起来，引起混凝土裂缝的两大原因：一种是结构因温度变化过大、自身收缩、徐变和不均匀沉降等因素引起的。一种是由外荷载作用引起。

混凝土裂缝按其成因分类主要有：收缩裂缝、温度裂缝、化学反应引起的裂缝、基础变形引起的裂缝、施工材料和施工工艺及养护不当引起的裂缝、外荷载引起的裂缝等。

2、1收缩裂缝和温度裂缝

收缩裂缝主要是因为混凝土在硬化过程中水分逐渐蒸发散失，使水泥石中的凝结胶体干燥收缩产生变形，引起干缩裂缝。温度裂缝是水泥水化放热过程中因混凝土内部温度增加过大而引起内外温差导致内应力大于混凝土的极限抗拉强度而引起的裂缝。混凝土在浇筑和养护过程中，凡是能导致内外温差过大的因素都会产生温度裂缝。通常情况下，当混凝土结构内外温差大于20度时就能导致温度裂缝的产生。

2、2混凝土自身化学反应引起的裂缝

混凝土拌和会产生一些碱性离子，这些离子与混凝土中的活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水，反应后的生成物导致体积增大，造成混凝土膨胀开裂。这种裂缝的性质决定了一般出现在混凝土结构使用期间。一旦出现很难补救。施工工艺的改进对其作用也不大，只能通过优选施工采料而控制。

由于混凝土密实性差或钢筋保护层厚度不足，水和其他有害物质侵入混凝土使钢筋产生锈蚀，钢筋锈蚀后其体积膨胀导致混凝土顺钢筋挤裂和保护层剥落。

2、3由于地基基础变形引起混凝土裂缝

由于地基基础竖向不均匀的沉降或水平方向的位移，使结构中产生附加应力，当应力超过混凝土的抗拉强度时，导致混凝土结构开裂。

3、予防和控制混凝土裂缝的措施

根据混凝土裂缝的形成机理不同，从原材料选择、配合比设计、施工工艺、养护手段和补偿收缩等方面采取综合措施减少混凝土裂缝，从而提高其耐久性。

3、1优选原料、优化配比

（1）选用低水化热和含碱量低的水泥，水泥中的碱含量不大于0.8%,氯离子含量不大于0.1%(钢筋混凝土)和0.06%(予应力混凝土)尽可能避免使用早强水泥；

（2）选用坚固耐久、级配合格、粒径良好的洁净骨料；使用骨料前先了解骨料有无潜在的碱活性，并按规范要求经过专门的检验和验收。其含泥量、泥快含量、针片状含量和氯离子含量均应满足规范要求；

（3）选用优质粉煤灰、矿物掺和料或复合矿物掺合料，并按规定进行检验，控制其有害物含量，矿物掺合料应作为耐久性混凝土的必需组份；

（4）选用优质的引气剂，将适量引气作为配制耐久性混凝土的常规手段；

（5）外加高效或具有高效减水功能的复合外加剂，尽量降低拌和用水量；

（6）特别重视混凝土骨料的级配以及粗骨料的粒径要求，不同环境条件下的混凝土碱含量应满足规范要求；

（7）尽可能减少水泥用量和水的用量以降低水化热。

3、2补偿收缩混凝土的采用

补偿收缩就是用限制条件下的膨胀来补偿（抵消）这种收缩，从而减免温度和收缩裂缝的产生与发展。补偿收缩的目的是同时对付温度裂缝和收缩裂缝，这就是所谓的联合补偿。通过掺加足够的膨胀剂使混凝土产生足够的限制膨胀来抵消或部分抵消混凝土可能产生的温度和收缩裂缝。目前使用较为广泛的是UEA膨胀剂。

3、3施工和养护期间的质量控制

耐久性混凝土施工过程中，需重点保证质量并采取措施的内容有：混凝土拌合时各种外加剂计量的准确性、结构混凝土的密实性、混凝土保护层厚度的准确性、混凝土养护期间的内外温差的有效控制等。

（1）耐久性混凝土在正式施工前，应制定施工全过程和全方位的质量控制和质量保证措施，并派专人负责混凝土运到工地的时间、出机坍落度、浇铸时间、浇铸时的坍落度、浇铸时的气温及混凝土入模温度等参数，在养护期间要作好混凝土内外表面的测温记录，洒水养护记录及混凝土表面温度下降记录等。

（2）质量控制和保证措施包括但不少于每盘混凝土搅拌时间要求、配合比计量准确性的保证措施、混凝土运输及入模前的温度和坍落度要求、入模温度的范围、浇铸过程的捣固要求、分层浇铸要求等。

（3）混凝土的入模温度应视气温而调整，在炎热气候下不应高于气温并不应超过30度。负温下不应低于12度。重要工程可事先通过裂缝控制的专用分析研究，合理确定混凝土的浇铸、养护方法与工序。通常混凝土入模后的内部最高温度控制为不高于70度，对大体积或高强混凝土对其内部结构采取可靠的降温手段和措施，以保证内部最高温度和外表面的温差不大于20度。同时限制混凝土表面的降温速度最大不宜超过3度/天。

（4）现浇混凝土要有足够的潮湿养护时间。混凝土的耐久性质量很大程度上取决于养护过程中的湿度和温度控制。暴露于大气中的新浇混凝土应及时浇水和覆盖麻袋。在混凝土发热阶段最好采用喷雾养护。

（5）要有可靠的手段和措施保证钢筋混凝土的保护层厚度。

（6）严格控制混凝土结构的拆模和结构受力时间，控制混凝土结构的早期受力。

（7）合理设置混凝土浇铸过程中的层宽和层厚，避免冷缝的出现。加强捣固工作，确保混凝土捣固均匀、密实。

4、结束语

混凝土作为最重要的建筑结构材料，其耐久性能和力学性能具有同等的重要意义，提高混凝土的耐久性具有显著的社会和经济效益。要注意把握耐久性混凝土的内在规律，针对混凝土不同裂缝产生的原因，合理的进行原材料配制和配合比设计，严格控制混凝土的施工和养护质量，加强对收缩补偿混凝土的研究和应用。只有这样才能确保混凝土结构工程质量优良，坚固耐久，提高混凝土结构工程的综合效益。

参考文献：

1、中国工程院土木水利与建筑学部：《混凝土结构耐久性设计与施工指南》

北京：中国建筑工业出版社，2004。

2、中国土木工程学会混凝土与予应力混凝土学会混凝土外加剂专业委员会

《建筑物裂渗控制新技术》中国建材工业出版社。

3、中华人民共和国铁道部：《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》

铁建设[2005]160号。