混凝土耐久性与耐久性的提高

摘要

水泥混凝土的问世以来，一直是建筑工程的主要材料，而且在承重结构中扮演着重要的角色。混凝土的耐久性是指混凝土在所处环境中及使用条件下经久耐用的性能，包含抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化反应、抗碱-集料反应等，这些性能决定着混凝土经久耐用的程度。提高混凝土的耐久性，是保证工程百年大计的重要措施手段，是值得研究的课题，尤其在施工中必须引起高度重视，采取一定的防范措施以提高混凝土的经久耐用程度。

混凝土耐久性的提高，可延长建筑物的使用寿命，确保结构安全使用功能。混凝土耐久性的提高，可从抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化反应、抗碱-集料反应等几个方面分别加以分析阐述，并在施工中采取一定的有效预防措施，在保证混凝土强度的同时，提高其经久耐用程度。

关键词：混凝土耐久性 提高

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

一、概述

水泥混凝土的问世以来，一直是建筑工程的主要材料，而且在承重结构中扮演着重要的角色。而混凝土的耐久性愈来愈受人们关注，它直接决定着建筑物的使用寿命，关系着人民生命财产安全。混凝土耐久性的提高，可延长建筑物的使用寿命，确保安全使用功能。混凝土耐久性的提高，首先，要从混凝土的原材料抓起，精选合格的材料（水泥、石子、砂子、外加剂）。第二，在施工中要严格施工工艺、规范操作、认真养护等。还有在使用阶段要合理使用维护，不超载、不受侵蚀破坏。通过以上措施可保证混凝土的质量，提高混凝土的耐久性，从而，在建筑物的合理使用期限内，保证了安全使用功能。

二、混凝土耐久性的概念

混凝土的耐久性是指混凝土在所处环境中及使用条件下经久耐用的性能，混凝土耐久性是一个综合的概念，包含抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化反应、抗碱-集料反应等，这些性能决定着混凝土经久耐用的程度，故称为耐久性。[1]

混凝土的碳化

混凝土的碳化作用是CO2与水泥石中的Ca（OH）2作用，生成CaCO3和水。由于碳化引起水泥石化学组成及组织结构的变化，从而对混凝土的化学和力学性能有明显的影响，主要是碱度、强度和收缩度的影响。

混凝土的抗渗性

混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗水、油液体压力作用下渗透的性能。它直接影响到混凝土的抗冻性和抗侵蚀性。混凝土的抗渗性主要与其密实度及内部孔隙的大小和构造裂缝有关。

碱-集料反应

碱-集料反应是指混凝土水泥中的碱性氧化物含量较高时，它会与集料中所含的活性SiO发生化学反应，并在集料表面生成一层复杂的碱-硅酸凝胶。这种凝胶吸水后，会产生很大的体积膨胀（约增大3倍以上），从而导致混凝土胀裂，这种现象称为碱-集料反应。

抗冻性

混凝土的抗冻性是指混凝土在水饱和状态下能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。

抗侵蚀性

当混凝土所处的环境中含有侵蚀性介质时，要求混凝土具有抗侵蚀能力。侵蚀性介质一般为软水侵蚀、镁盐侵蚀、碳酸盐侵蚀、强酸与强碱侵蚀等。

三、改善与提高混凝土的耐久性

抗渗性的提高与防治

混凝土抗渗性直接影响建筑物的使用功能，尤其是大坝混凝土，混凝土抗渗性显得尤为重要，在民用建筑中，混凝土外墙、顶板防渗也直接影响着人们的使用功能。故抗渗性是混凝土耐久性的一个主要指标，而混凝土内外裂缝是渗漏的罪魁祸首，它关系着混凝土的抗渗性的好坏，是混凝土渗漏的主要原因。因此分析预防裂缝是提高混凝土抗渗性的重要手段。

混凝土裂缝按其成因可大致分为：收缩裂缝，不均匀沉降裂缝，膨胀裂缝，外荷载裂缝。下面分别加以阐述其成因及防治措施，从而提高混凝土的抗渗性。

1.1塑性收缩是混凝土在初凝前的塑性阶段失水形成的，一方面是新浇混凝土表面泌水，另一方面是由于内部颗粒之间的空间充满了水。浇筑后的混凝土表面受风吹、日晒、高温的影响，随着表面水分的蒸发，内部水分逐渐向外部迁移，继续蒸发失水，造成混凝土在塑性阶段的体积收缩。当混凝土表面的收缩应力大于混凝土的抗拉强度时，就会产生大量不规则微细裂缝，如不及时抹压和覆盖保水养护，此类裂缝会迅速向内部延伸，严重时会造成贯通裂缝。在青岛家园工程顶板混凝土浇筑过程中，当时正值炎热夏季，浇筑完混凝土后及时分二遍抹压，压完后立即进行覆盖，并派专人洒水养护不少于7d。同时在施工过程中，严格控制水灰比，良好的和易性，且振捣密实。通过采取上述有效措施，控制了表面裂缝的产生，取得了很好的防渗效果。其次，混凝土硬化后，内部的游离水由表及里逐渐蒸发，导致混凝土由表及里逐渐产生干燥收缩，在约束条件下，收缩变形导致的收缩应力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土就会出现由表及里的干燥收缩裂缝。混凝土干燥收缩值的大小与混凝土的体积稳定性直接相关，混凝土的成份中，以粗骨料的体积稳定性最好，砂子次之。因此，在和易性允许的情况下，尽可能采用级配良好的砂石，严格控制水灰比。故在混凝土施工过程中，要严格控制砂、石质量，从合法渠道采购砂石，进场时还要进行抽样检测，以保证砂石的质量、合理的级配。同时在施工中严格控制水灰比、和易性，严格按工艺标准要求进行振捣、养护，可有效的防止内部裂缝的产生。在骏城小区施工中，由于优质配料、精心施工，事后无发现外墙混凝土、顶板渗水现象，满足了用户的使用要求。第三，温度裂缝多发在施工期间，裂缝的宽度受温度影响较大，冬季较宽，夏季较窄，裂缝的走向无规律性，宽度一般在0.5mm以下。这类裂缝是由于混凝土内外温差引起的，一般发生在大体积混凝土和蒸养的预制构件中。实践证明，在无风的外部环境中，混凝土表面温度与大气温度大于25度，就会产生肉眼可见的裂缝，有风时更大。采用蒸汽养护的预制构件，混凝土降温控制不严，降温过快，使混凝土表面剧烈降温，而受到肋部或胎模的约束，导致构件表面或肋部出现裂缝。在大体积混凝土中要选用低水化热的水泥，浇筑过程中要分层浇筑，浇筑完后要及时洒水养护，以降低内外温差，防止温度裂缝的产生。尤其在冬施中，一定要做好混凝土的保温工作，防止内外温差大，产生裂缝。

1.2不均匀沉陷裂缝

裂缝多属贯穿性的，其走向与沉陷情况有关，一般与地面呈45度~90度方向发展，裂缝的宽度与荷载的大小有较大关系，而且与不均匀沉降值成正比。产生不均匀沉降裂缝的原因，是由于结构和构件下面的地基未夯实或处理不当，或地基受到破坏，当混凝土结构成型后，地基产生不均沉降而使混凝土结构不同部位沉降不均匀。另外，由于模板支撑不牢固，以及过早的拆模，也常会引起不均匀沉降裂缝。这类裂缝不仅影响混凝土的抗渗性，严重的甚至会危及结构安全。因此在施工中必须引起高度重视。施工中，地基必须按设计要求进行处理，处理后要经相关方验收，验收合格后才可进行下步施工。另外构件模板及支撑系统必须达到必要的强度和稳定性，严禁过早拆模，改变未到拆模强度而采取“拆了马上顶上”的错误做法，因为拆模后产生的挠度和裂缝是不能通过二次支撑来恢复的。[2]

1.3外荷载裂缝

外荷载裂缝有两种情况，即底模拆模前和拆模后，拆模前指顶板梁混凝土浇筑完急于上料，导致砼表面受振，振动荷载应力大于砼抗拉强度时，表面出现裂缝。拆模后顶板梁等构件上堆放材料或机具时，下面未加临时支撑或支撑强度不够，使构件龟裂。动荷载无穷大时，裂缝深度会贯穿整个楼板。所以，在混凝土结构施工中，严禁过早拆模。拆模要有拆模方案，上料施工不超载，且上层结构有活荷载时，必须加临时支撑。

总之，混凝土裂缝不仅影响混凝土的外观，关键是影响混凝土的抗渗性，即耐久性，甚至严重者危及结构安全，所以在施工中必须引起高度重视，须采取有效防范措施，防止裂缝产生，以提高混凝土的抗渗耐久性。

2、预防碱-集料反应以提高混凝土的耐久性

混凝土碱集料反应：是指混凝土水泥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，产生胶凝物质吸收水分后发生膨胀，最终导致混凝土从内向外延伸开裂和损毁的现象。所以，凡能产生碱集料反应的混凝土，就能产生裂缝。这种裂缝会导致空气中CO2和水进入混凝土体内，与钢筋接触，造成钢筋锈蚀，最终破坏钢筋混凝土结构，影响混凝土的耐久性。据专家分析，已拆除的北京西直门立交桥建成不到20年就发生了碱集料反应，出现了钢筋锈蚀和混凝土耐久性降低的问题。易发生碱集料反应的环境为碱存在的环境，建筑物的地下室或基础工程、水池等在潮湿环境中极易发生碱集料反应。预防碱集料反应就是抑制工程碱环境的存在或减少混凝土碱含量。具体措施为：第一，控制混凝土中碱含量，混凝土中碱含量来自水泥、化学外加剂和矿物掺量，使其测算后的碱含量控制在一定范围内。第二，结构混凝土外露部分需采取有效防水措施，如：采用做防水、贴面砖等，防止雨水渗进混凝土结构。第三，控制集料中的活性SiO，在工程中要严格控制砂、石的质量，不合格、超标的砂石严禁采用。通过这三方面来控制混凝土的碱集料反应。预防了碱集料反应，可提高混凝土的耐久性，从而保证了结构安全。

3减慢混凝土的碳化（中性化），提高混凝土的耐久性

混凝土的碳化会破坏钢筋表面的钝化膜，使钢筋丢失混凝土对其保护作用而锈蚀，胀裂混凝土。混凝土碳化还会加剧收缩而使结构产生裂缝。在正常情况下，混凝土碳化发展的速度慢，对密实性较好的混凝土，保护层为20mm时，碳化发展到钢筋的位置需要数十年的时间。因此在施工中要严格控制钢筋的保护层。在妇幼保健院工程中钢筋绑扎时，提前编制了专项施工方案及质量要求，且认真交底，责任落实到人。同时采取了定位卡、双F卡、梯子筋、定性垫块，且在浇筑混凝土过程中认真看护钢筋、确保钢筋不移位。通过以上措施，有效控制了钢筋保护层，在钢筋保护层检测中，均达到设计要求、无一超标。这样可避免保护层偏小、主筋位移、混凝土受拉区过早产生裂缝，也可防止钢筋过早锈蚀。下面再谈谈混凝土密实度如何控制。首先要选用级配良好的砂石，施工时严格控制水灰比。级配良好的砂石、和易性好的混凝土有利于提高浇筑后的混凝土密实性。同时在混凝土浇筑过程中要严格按工艺标准认真振捣密实、不漏振、不超振。振捣手要经过专门的培训，制定岗位责任制，把责任落实到人，提高操作人员的责任心。混凝土在运输过程中要防止分层、离析，卸料高度要符合要求。浇筑过程中要分层浇筑、分层振捣，下层混凝土初凝前必须浇筑上层混凝土，振捣上层混凝土时振捣棒要插入下层，以使混凝土密实。大方量混凝土浇筑时要事前编制施工方案，保证混凝土连续浇筑，少留施工缝，即便留置施工缝，要按规范要求留置。对施工缝的处理要严格按规范要求进行。再者模板系统要有足够的严密性，防止漏浆，产生麻面，影响混凝土的密实性。模板的接槎、根部要采取有效措施，防止拼缝不严。总之密实性好的混凝土，可减慢混凝土的碳化（中性化），提高混凝土的耐久性。

4 混凝土的抗冻性与抗侵蚀性

混凝土的抗冻性是指混凝土在水饱和状态下能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。故所施工程受冻融作用时应优先采用普通硅酸盐水泥，不宜采用火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。[3] 在施工过程中掺入适量的外加剂（抗冻剂）对抗冻可起一定的作用。再就是规范施工，认真操作，加强养护，对混凝土的抗冻性也有益处。

当混凝土所处的环境中含有侵蚀性介质时，要求混凝土具有抗侵蚀能力。根据不同的侵蚀介质，在混凝土中掺入适量的外加剂，在一定的程度上可抵抗侵蚀。再者施工中精心规范施工，确保混凝土的密实性，保证钢筋的保护层，也可提高其抗侵蚀性能。还有在条件许可下，让混凝土与侵蚀性介质隔绝，以让混凝土免受侵蚀、提高其耐久性，延长使用寿命。

结束语

近年来混凝土一直是建筑物的承重材料。在保证混凝土强度的前提下，提高混凝土的耐久性，对提高建筑物的使用寿命、保证结构安全具有非常重要的意义。为提高混凝土的耐久性，首先要从源头抓起，对源材料要进行控制，选用合格的砂、石、水泥、外加剂。这些材料进场时要进行认真的抽样检测、复试，严格控制材质，以保证混凝土本身的质量。另外在施工时要精心施工，严格工艺、规范操作，确保混凝土的施工质量。再者后期使用也不可忽视，严格按设计要求进行使用、不超载、不受侵蚀、不随意变动。通过以上措施可提高混凝土的耐久性，延长建筑物的寿命。

参考文献

金德钧等. 全国一级建造师执业资格考试用书. 第二版中国建筑工业出版社. 2007.3

林婉华等. 建筑施工手册. 第二版. 北京. 中国建筑工业出版社.1992：906

杨南方等. 建筑工程施工技术措施（1）P182.中国建筑工业出版社.2000.11