混凝土原材料选择及配合比设计研究与分析

摘要：对混凝土材料的破坏因素有内部因素与外部因素之分。外部因素常常通过内部因素或进入混凝土内部而起作用，外部因素之间也常常相互影响和几个因素先后或同时造成破坏作用，这些都增加了混凝土耐久性问题的复杂性。正确选择水泥品种、使用足够的水泥用量和足够低的自由水灰比、选择合适的骨料及其良好的级配是提高混凝土耐久性的重要因素。

关键词：混凝土；原材料；混凝土养护

中图分类号：U444 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）03-0043-03

1 概述

在厦门地区，近海建设较多，对混凝土的耐腐蚀性、耐久性以及钢筋的保护层厚度等都有严格的要求。因此，如何有效提高混凝土耐久性也成为业内人士的热门话题和工作方向。笔者认为，提高混凝土耐久性要先从混凝土的原材料开始，把好原材料的质量关至关重要，同时也要控制好混凝土的配合比设计、施工以及养护等工作。随着社会发展和科学进步，人们对建筑物的造型、性能的认知越来越多，许多原来不知道的潜在危险，现在都能分析原因，提出解决办法。可以这么说，到了现代，人们已经有本领来量化一切，其中包括了解各种材料的优缺点，用量化的指标对众多材料划分类别并决定取舍。

2 原材料的选择

2.1 水泥

我国的水泥品种很多，对于商品混凝土搅拌站，不可能做到配备每一种水泥。主要使用的水泥有三种：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。我国GB175-1999国家标准定义：凡由硅酸盐水泥熟料、0%～5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。不掺混合材料的称I型硅酸盐水泥，代号P.I；在硅酸盐水泥粉磨时掺入不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P.Ⅱ。凡是由硅酸盐水泥熟料、6%～15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，代号P.O。还有掺入一定量的活性混合材料或非活性混合材料的矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥等。

火山灰水泥和粉煤灰水泥由于其抗冻性相对较差、干缩性较大，从对混凝土耐久方面来说不如其他水泥品种。另外，以石灰石作为混合材料的水泥也不利于混凝土耐久性，因为，石灰石对混凝土的耐久性起到负面的影响，使混凝土内部生成钙矾石，形式有3种：

由此可见，石灰石（CaCO3）容易与水中或者空气中的硫酸根反应生成硫酸钙，从而再生成钙矾石。钙矾石对混凝土的危害甚大，它在生成过程中，体积变大，伴随着就是混凝土内部体积膨胀，极大可能导致混凝土开裂。

矿渣水泥P.S.A是由硅酸盐水泥熟料、20%～50%的粒化高炉矿渣及适量石膏组成。其好处如下：

（1）矿渣水泥能使混凝土的保水性好、可塑性好、泌水少，具有较好的工作性；（2）低水化热，有利于防止因大体积混凝土内部温升而导致的裂缝；（3）硬化后的混凝土具有良好的抗硫酸盐腐蚀性，降低和抑制氯离子扩散性能以及抗海水侵蚀性、抗碳化、抗碱-骨料反应；（4）优化混凝土孔结构，提高抗渗

性能。

因此，本人认为，相对来说，选择以粒化高炉矿渣为混合材料的P.Ⅱ型硅酸盐水泥和P.S.A型矿渣水泥更有利于提高混凝土的耐久性。

2.2 砂的含泥量对混凝土性能的影响

砂的级配和颗粒形状对于混凝土的和易性影响甚大，一般应该优先选用Ⅱ区天然中砂。另外，在此特别强调的是砂的含泥量对混凝土性能的影响，以下为4组C40混凝土的试验情况，见表1、表2、表3：

通过表1、表2、表3可以看出，随着含泥量的增大，塌落度损失增大，抗压强度相对降低，碳化深度增大。这主要是因为，砂中泥是疏松多孔性，随着含泥量的增大，对外加剂的吸附作用越来越大，使得混凝土的用水量越来越大，流动性越来越差。为了保证混凝土的可塑性，需要增大用水量，因此降低了混凝土的强度，同时混凝土任何形式的破坏都是沿着薄弱处展开的，而因为含泥量的增加，使得胶凝材料与骨料之间的粘合不充分，待混凝土沉实后，水泥浆体密实度也很小，这样形成界面过渡区的水泥石是多孔低密度的，也有可能造成一定量连通的气孔和开口孔，这对混凝土的耐久性影响相当大。此外，建筑工程中严禁使用未经处理过的海砂作为混凝土的细骨料。海砂是含有氯离子的砂，含有氯离子的混凝土会对钢筋起着持续化学作用，直接破坏钢筋的保护膜，侵蚀钢筋的内部结构，减少钢材原有的支撑力。另外氯离子会使混凝土膨胀，使混凝土内部开裂，导致建筑物表面出现混凝土松溃，而整个钢筋混凝土的墙体会直接露出钢筋，混凝土最终也会一点点全面脱离钢筋，使建筑物失去钢筋支撑而垮塌。

2.3 掺合料

选用P.I型或P.Ⅱ型硅酸盐水泥时，在混凝土中掺入适量矿渣将有效提高混凝土的耐久性，这是因为，它分散了水泥水化的絮凝状结构，延缓了水泥的水化速度，同时它们的二次水化作用，消耗了部分水泥石的

Ca（OH）2，而且还可以增加C-S-H凝胶数量，减少空隙，组织有害离子渗透，微集料密实填充效应和二次水化产物阻塞了部分毛细孔，使混凝土孔隙率变小，密实性增大。磨细石灰石也能提高混凝土的氯离子渗透性能，以下是用直流电量法检验掺入适量矿渣的混凝土通过的电量与氯离子渗透性的试验，见表4：

由此可见，在混凝土中掺入适量矿渣将有效提高混凝土的耐久性。

2.4 外加剂

具有改善混凝土耐久性的外加剂包括引气剂、防水剂、防冻剂、阻锈剂等。混凝土的耐久性与抗渗性有直接的关系，无论是因为南方潮湿天气容易导致钢筋锈蚀或者因为北方的冻霜，混凝土内部所产生的内力破坏往往都是由于其抗渗性差。掺用外加剂是改善混凝土性能的最好方法。而外加剂中使用最广泛的是萘系与聚羧酸系的减水剂，高效减水剂掺入混凝土中，减水率可达到15%以上；高性能减水剂则可以达到20%以上的减水率。使用减水剂，可减低水灰比，提高混凝土的密实性，提高混凝土强度、抗渗性和抗化学腐蚀性，从而提高混凝土耐久性，既经济又环保。

从某种意义上说，目前各国在混凝土技术上的差距主要体现在外加剂上，尤其是高性能减水剂的发展水平。所以，在混凝土中使用高性能减水剂，除了能降低成本之外，在提高强度基础上同时使混凝土具备工作性能优异、易泵送、易密实等优良的施工性能，还起到改善混凝土内部孔结构的作用，有效地提高混凝土的密实度，使钢筋更好地与外界隔绝，同时自身也起到很好的保护效果，更好地保证建筑物预期的使用年限。

3 结语

为了解决和提高混凝土耐久性的一系列问题，国内外学者都在致力研究更多更加准确的试验办法，分析其工作机理，开发研制更多新的产品，在目前的状况下，我们必须做到以下四点：（1）坚持使用质量优良的原材料，严禁使用不合格或者劣质的原材料；（2）认真做好对原材料及混凝土的各种物理性能及化学性能的试验，把好质量关；（3）通过不同配合比，进行掺入不同掺合料或者外加剂的混凝土对比试验，设计出适合混凝土耐久性要求的配合比；（4）把好混凝土的施工和养护关，对提高混凝土耐久性也非常重要。