现代工程结构之浅谈混凝土的耐久性

发表时间:2020/6/16   来源:《城镇建设》2020年3月第7期   作者:董朕 王传伟 赵辉
[导读] 混凝土在使用过程中抵抗各种破坏因素作用的能力。混凝土耐久性的好坏,决定混凝土工程的寿命。
        摘要:混凝土在使用过程中抵抗各种破坏因素作用的能力。混凝土耐久性的好坏,决定混凝土工程的寿命。它是混凝土的一个重要性能,因此长期以来受到人们的高度重视,本文论述了影响混凝土耐久性的主要因素;总结了提高混凝土耐久性的技术措施和施工措施。       
关键词:混凝土;耐久性;影响因素;技术措施;施工措施       
引言
        混凝土因其耐久性高、整体性好、抗压强度高等优点,广泛应用于高层建筑、桥梁工程、港口和海洋工程以及特种结构等各个领域。可以这么说,任何一个现代的建筑工程都离不开混凝土。水泥混凝土与其它常用建筑材料相比,生产能耗低,原料来源广,工艺简单,因而生产成本低,并且有耐久、防火、适应性强、应用方便等特点。长期以来,人们对混凝土强度的研究很深入,但大量的工程实例表明,大多数混凝土结构的破坏已不再是强度不足引起,而是由于混凝土结构的耐久性不够而引起的。在高强混凝土技术的应用中,其耐久性因素尤为重要。       
1 混凝土耐久性的基本概念       
        所谓混凝土结构的耐久性,是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下,保持其自身工作能力的性能。这里自然环境、使用环境及材料内部因素的作用指的是物理或化学作用。影响混凝土耐久性的主要因素有混凝土的碳化、碱—骨料反应、钢筋的锈蚀、混凝土的抗渗性与抗冻性等。下面就混凝土耐久性问题谈谈认识。       
2 影响混凝土耐久性的几个因素
2.1 混凝土结构的不密实       
        混凝土结构的不密实主要是指混凝土复合组分相容性不良造成的离析、泌水或在浇注成型过程中振捣的不密实,以致混凝土内部形成很多缺陷(蜂窝、大孔隙等),这些缺陷处聚集了大量的自由水。土在凝结硬化混凝过程中这些自由水在蒸发后会形成大量有害孔隙,有的形成连通的通道,这导致了混凝土整体结构的不密实。       
2.2 碱—集料反应       
        碱—集料反应是混凝土在配制时由原材料或外界环境中带入的碱性离子与活性矿物集料(活性二氧化硅等)在有水的条件下与二氧化硅反应生成碱硅胶,碱硅胶有强烈的吸水膨胀能力,其形成和成长常常造成混凝土内部的膨胀,这种膨胀所产生的内部应力,使混凝土内部形成微裂缝,甚至造成混凝土的严重开裂。所以为了避免碱一集料反应,混凝土配制时应采用非活性集料,低碱水泥或控制混凝土中其他组分碱的引入,掺用粉煤灰、矿渣、硅粉等掺和料以降低混凝土的碱性。       
2.3 钢筋锈蚀破坏       
        因混凝土钢筋锈蚀而产生的破坏,是钢筋混凝土耐久性不良最大量的表现形式。钢筋锈蚀主要有两个原因:一是混凝土碳化,当二氧化碳和水汽从混凝土表面通过孔隙进入混凝土内部时,使钢筋混凝土结构保护层的碱度降低,当碳化达到钢筋表面时,使钢筋表面与混凝土粘结生成的氧化铁薄膜(钢筋钝化膜)破坏,生成锈蚀。二是混凝土中氯离子的侵蚀作用,当氯离子渗入到钢筋表面吸附于局部钝化膜处时,钢筋表面的钝化膜被破坏,造成钢筋锈蚀。
2.4 抗渗性       
        混凝土的渗透性与耐久性有极其密切的关系。抗渗性是指混凝土抵抗水在混凝土毛细孔向其内部渗透作用的能力。影响渗透的主要因素是水泥内部有毛细管或某些微裂缝所形成的透水通路。这些通路是由于配制混凝土时,为得到一定的施工流动性而多加的水分在混凝土硬化时蒸发所留下的。通常来说,抗渗性好的混凝土,其密实性高,混凝土的耐久性也较好。这是因为许多有害物质是随介质渗透到混凝土内部而起破坏作用的。
2.5 抗碳化       
        空气中的二氧化碳由表及里的向混凝土内部扩散的过程就是混凝土的碳化。影响混凝土碳化的主要因素有:周围环境因素、施工因素及材料因素等。周围环境因素是指周围介质的相对湿度、温度、压力及二氧化碳的浓度等对混凝土碳化的影响。施工因素是指混凝土搅拌、振捣和养护等条件的影响。


3 提高混凝土耐久性的途径       
3.1 技术途径       
3.1.1 掺入高效减水剂       
        在保证混凝土拌和物所需流动性的同时尽可能降低用水量,减小水灰比,使混凝土的总孔隙,特别是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水搅拌后,会产生一种絮凝状结构。在这些絮凝状结构中,包囊着很多拌和水,从而降低了新拌混凝土的工作性。
3.1.2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的结构破坏以外,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。限制或消除从原材料引入的二氧化硅等可以引起结构破坏和钢筋锈蚀物质的含量,加强施工控制环节,避免收缩及温度裂缝产生,提高混凝土的耐久性。       
3.1.3保证混凝土的强度       
        强度与耐久性之间的本质联系是基于混凝土的内部结构,都与水灰比这个因素直接相关。在混凝土能充分密实条件下,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。在现代的高性能混凝土中,除掺入高效减水剂外,还掺入了活性矿物掺料,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。
3.2 施工途径       
3.2.1原材料的选用
        ①水泥不得使用过期、受潮的水泥,应有出厂合格证,并在监理工程师的见证下按规范要求取样复试。       
        ②骨料砂采用中砂,石子采用坚硬的碎石。对每批进场的粗细骨料,要及时送检,其有害物质含量应符合《建筑用砂》(GB/T14684—2001)、《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》(JGJ52—1992)、《建筑用卵石、碎石》(GB/T14685—2001)、《普通混凝土用碎石或卵石质量标准检验方法》(JGJ53—92),检验合格才允许使用。抽检指标达不到要求的严禁使用。       
        ③水、外加剂水使用饮用水。       
3.2.2配合比确定       
        为正确确定配合比,委托试验室进行详细计算、试配。其次是配合比调整。由于来料及气候因素,拌合用的砂、石料的含水量应及时测定,以此确定实际加水量,混凝土的水灰比才能控制好。而这一指标又是影响混凝土强度的决定性因素。在气候正常时,要求每台班测定一次含水量,如遇雨天,测次应当加密。拌合混凝土的实际加水量是采用扣除骨料自身含水量以后的数值,经及时调整后,使得每立方米混凝土的实际用水量符合设计用量,据以确定实际加水量,控制混凝土的最大水灰比为0.5,保证混凝土强度。       
3.2.3严格计量控制       
        材料用量的允许偏差标准为:混凝土拌和料应计量准确砂石料必须逐车过磅,允许偏差≤3%;水泥应抽样称量,计算平均每袋重量,其偏差≤2%,用水量及外加剂允许偏差≤2%。根据砂石含水量调整实际拌合用水量。对每批进场袋装水泥进行抽包实重检验。对于实际重量与理论重量偏差超过控制标准的,适时进行调整。
4 结语       
        通过对混凝土耐久性的分析可知,为了保证混凝土的耐久性,除了提高认识外,重要的是合理选择水泥品种、选择质量良好的砂石骨料、控制水灰比及保证足够的水泥用量、掺入减水剂或引气剂,改善混凝土孔结构,提高混凝土的抗渗性和抗冻性、改善施工操作,保证施工质量。        
参考文献:       
[1] 张云飞.混凝土耐久性研究概述.上东建材信息网,2007(1)       
[2] 张誉年.混凝土结构耐久性概论[M].上海:上海科学技术出版社,2003       
[3] 吴春辉.影响钢筋混凝土耐久性的主要因素及提高耐久性的措施[J].露天采矿技术,2007(1)
作者简介:
董朕(1996-),男,汉族,山东省邹平市人,研究生在读,山东科技大学土木工程与建筑学院2019级建筑与土木工程专业,研究方向为结构方向
王传伟(1996-),男,汉族,山东省泰安市人,研究生在读,山东科技大学土木工程与建筑学院2019级结构工程专业,研究方向为结构方向
赵辉(1996-),男,汉族,河南省濮阳市人,研究生在读,山东科技大学土木与建筑学院2019级建筑与土木工程专业,研究方向为结构方向
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