耐久性混凝土的應用與質量控制

李 輝

（山西陸野橋隧工程有限公司 山西 太原 030006）

0 引言

隨著高性能混凝土的普及，建筑行業設計等級的不斷提高，對建筑主體最基礎的構成部分——混凝土的要求越來越高。 除混凝土的適用性、經濟性外，對其耐久性必須引起足夠重視，通過全方位、多層次來對混凝土進行分析研究及過程控制，提高混凝土的耐久性。

近年來較大的橋梁質量事故時有發生，橋梁設計使用年限不斷延長，長則達到100 年以上，這樣就必須采取以高性能混凝土為基礎的綜合耐久性技術方案來滿足其實用性。

1 耐久性定義

混凝土的耐久性是指混凝土抵抗環境介質作用并長期保持其良好的使用性能和外觀完整性的能力。 它是一個綜合性概念，包括抗滲、抗凍、抗侵蝕、碳化、堿骨料反應及混凝土中的鋼筋銹蝕等性能。 這些性能均決定著混凝土經久耐用的程度，故稱為耐久性。 也即混凝土在設計壽命周期內，在正常維護下，必須保持其實用性，不需要進行維修加固，仍能保持原有性能的能力。

耐久性混凝土技術途徑是采用優質混凝土礦物摻和料和新型高效減水劑復合，配以與之相適應的水泥和級配良好的粗細骨料，形成低水膠比，低缺陷，高密實、高耐久的混凝土。

2 影響混凝土耐久性的主要因素

混凝土的耐久性主要由抗滲性、抗凍性、抗侵蝕性、混凝土碳化、堿骨料反應等幾個指標來反應。 在我國普遍認為影響混凝土耐久性的主要是兩種環境：一是長期處于深水中受沖刷的混凝土，因cl-深入混凝土內引發鋼筋銹蝕，混凝土碳化速度加快，導致混凝土開裂現象較為嚴重；二是晝夜溫差大、干熱、多風地區，由于混凝土等級不足及保護層厚度不夠等因素，對混凝土侵蝕也較為嚴重，以下就這兩種環境中的影響因素逐一進行分析。

2.1 混凝土的碳化

混凝土的碳化是硬化后的混凝土必須經歷的過程，所有混凝土都從表面開始碳化，隨時間的延長逐步加深，碳化本身對混凝土并無破壞作用，主要是空氣中CO2滲透到混凝土內，與其堿性物質起化學反應后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度而降低。 當碳化超過混凝土的保護層時，在水與空氣存在的條件下，就會使混凝土失去對鋼筋的保護作用，鋼筋開始生銹，使混凝土對鋼筋的保護作用減弱，混凝土的耐久性也就隨之降低。

2.2 混凝土的凍融破壞

硬化后的混凝土內部有較多毛細孔，在混凝土全部凝結硬化完成后，多余的水分就滯留在毛細孔中，尤其在潮濕、浸水條件下，毛細孔處于飽水狀態，混凝土處在低溫環境中時，其內部毛細孔中處于游離狀態的水結冰， 產生體積膨脹；另外，毛細孔處于過冷狀態的水分，也將向毛細孔中冰的界面滲透而在毛細孔中產生滲透壓力，毛細孔中膨脹壓力和滲透壓力共同作用下混凝土內部將產生損失和裂縫，多次反復損傷導致裂縫越來越寬， 積累到一定程度時就引起結構的破壞。

2.3 侵蝕性介質的腐蝕

在各種侵蝕性介質如酸、堿溶液等作用的環境下，主要是由于Cl-、CO32-、SO42-、Mg2+等一些腐蝕性介質的存在， 硬化后的混凝土中除內部存在氣孔外，在骨料表面及骨料與水泥漿體之間也存在孔隙， 在一定程度上為介質侵蝕提供了通道，侵蝕介質對混凝土產生腐蝕，最終可能導致結構破壞。

2.4 混凝土堿集料反應

堿集料反應是指混凝土集料中某些活性礦物與混凝土微孔中的堿溶液產生的化學反應，也形象地被稱為混凝土的“癌癥”。 堿主要來源于膠凝材料、外加劑及骨料，其中活性材料主要是SiO2、硅酸鹽、碳酸鹽等。 混凝土堿集料反應中堿與SiO2反應最為常見，反應后產生堿—硅酸鹽凝膠，遇水后膨脹，體積可增大3～4 倍，將在混凝土內部產生較大的膨脹應力，從而造成混凝土的剝落、開裂、強度降低，甚至導致破壞。

2.5 鋼筋銹蝕

鋼筋銹蝕是影響混凝土耐久性最常見的因素，它是一般混凝土保護層覆蓋下鋼筋的電化學腐蝕。 在混凝土硬化后初期，由于有保護層的保護作用，鋼筋并不太容易銹蝕，隨著時間推移，在各種介質的作用下，混凝土碳化深度不斷加深，導致堿度降低,鋼筋表面的鈍化膜遭到破壞，鋼筋逐步銹蝕，鋼筋銹蝕產物的體積不斷膨脹，膨脹壓力直接可以導致混凝土的開裂，同時鋼筋隨著不斷銹蝕，截面變小，抗拉強度也隨之降低。

3 提高混凝土耐久性的措施

3.1 結構采用耐久性設計

設計時充分考慮各種可變因素對鋼筋混凝土結構使用壽命的影響，如環境溫度、混凝土內應力、裂縫等，以建立使用壽命預測系統， 為耐久性方案的設計提供指導和依據，針對不同的需要根據其抗滲等級或抗凍等級等進行耐久性混凝土設計；再以使用壽命預測系統為基礎，制定有針對性的耐久性解決方案。

3.2 采用高性能混凝土

摻入優質礦物細摻料的目的是為了提高混凝土施工性（工作性）、體積穩定性、密實性和抗化學侵蝕性，同時，因降低水膠比和混凝土水化熱而提高混凝土耐久性，這也是高性能混凝土實現高耐久性目標的關鍵。 另外，較低的水泥用量和用水量，以及加入礦物細摻料也是避免出現有害裂縫的主要手段。 并有許多研究證明，加入足夠數量的粉煤灰或磨細礦渣粉、天然石粉等礦物摻量，能夠抑制堿集料反應，尤其是在大摻量的情況下效果更為明顯。

3.3 提高混凝土保護層厚度

遇侵蝕性環境時，在規范允許范圍內，適度提高混凝土保護層厚度， 這是提高工程鋼筋混凝土使用壽命的最為直接、簡單而且經濟有效的方法。 但是保護層厚度也不能無限制增加，當保護層厚度過厚時，由于混凝土材料本身的脆性和收縮會導致混凝土保護層出現裂縫反而削弱其對鋼筋的保護作用。

3.4 混凝土保護涂層

完好的混凝土保護涂層可以有效阻止腐蝕性介質與混凝土接觸，從而延長混凝土和鋼筋混凝土的使用壽命。 然而大部分涂層本身會在自然環境的作用下老化， 功效逐步降低， 一般壽命在5～10 年， 因此只能作為一種輔助措施來使用。

3.5 涂層鋼筋、耐腐蝕鋼筋

在鋼筋表面采用環氧涂層等致密材料涂覆，可以有效地將鋼筋與周圍的混凝土隔開，可以使鋼筋免遭腐蝕，長期保護鋼筋， 但是也會使環氧涂層鋼筋與混凝土握裹力降低，從而使鋼筋混凝土的力學性能有所降低， 且施工難度也加大，因此這種方法并未得到有效推廣，只有在特殊要求時使用。

3.6 鋼筋阻銹劑

鋼筋阻銹劑通過影響鋼筋和電介質之間的電化學反應，通過提高氯離子促使鋼筋腐蝕的臨界濃度來穩定鋼筋表面的氧化物保護膜，能優先參與并阻止鋼筋這兩種或任何一種界面反應，并能長期保證其穩定狀態，從而有效地阻止了鋼筋的銹蝕，延長鋼筋混凝土的使用壽命，在有致鈍環境時，阻銹劑的作用可以自發地在鋼筋表面上形成， 可以自行再生、維持，相對于人為涂層，也較為經濟、簡便，是一種很好的輔助措施。

3.7 陰極保護

陰極保護的電化學原理就是：即使鋼筋周圍的混凝土有的已經碳化或含有大量氯離子，或者混凝土保護層薄而透水透氣，或鋼筋表面具有銹層，不讓鋼筋表面任何地方放出自由電子，使其電位等于或低于平衡電位，就可以使鋼筋不再進行陽極反應，即鋼筋銹蝕。

4 耐久性混凝土的質量控制

4.1 嚴格控制新拌混凝土水膠比

在混凝土配合比設計時， 對水膠比有著特殊的要求，耐久性混凝土對水膠比的規定更為嚴格，但是施工時為了增強混凝土的工作性能，會出現隨意調整水膠比，增加用水量方便施工等情況， 這樣就使混凝土內部留下了過多的孔隙，大大降低了混凝土的密實度，有害介質就很容易侵蝕，從而降低耐久性。 因此在施工時，必須嚴格控制用水量，在規范允許范圍內盡量減小水膠比，滿足施工工藝性要求即可。

4.2 嚴格控制混凝土拌合時各項參數

同樣的配合比因拌合時不按規定操作會對混凝土耐久性產生較大的影響。 如材料的投放順序、各種材料的質量控制、攪拌時間長短等環節，某一個環節執行不到位，都不能使混凝土有效攪拌，影響了新拌混凝土的質量。 因此必須對攪拌站施工加強管理，抓好幾個關鍵因素的控制。

4.3 抓好混凝土澆筑及振搗工序

混凝土澆筑、 振搗是保證混凝土工程質量的關鍵性工序。 混凝土澆筑時的分層厚度、澆筑速度等要根據斷面尺寸大小、混凝土坍落度、氣溫等因素進行綜合考慮，澆筑盡可能連續進行。 嚴格控制混凝土施工中常出現的質量通病如蜂窩、麻面、孔洞、露筋、拆模時缺棱掉角、表面泛漿和多孔等現象，保證混凝土的密實性，從而保證其耐久性。

另外，在一些混凝土構造物有外露面時，在混凝土終凝前做好原漿抹面壓光，也可增強表面密實度，是提高混凝土耐久性的一個有力措施。 因為自然環境對混凝土結構體的物理、化學侵蝕是從表面開始的， 因此結構表面施工質量的優劣將影響整個構件的耐久性。

4.4 加強混凝土后期養護

硬化后的混凝土（水中混凝土除外）必須及時進行養護，混凝土是一種疏松多孔的混合物，新拌混凝土中存在著大量均勻分布的毛細孔，其中充滿水，使水泥進一步進行水化作用，使大孔變成小孔增加混凝土的密實度。 因毛細孔是相通的，如外界環境濕度低，毛細孔水會向外蒸發，減少了供給水化的水量，如果環境濕度大或繼續放在水中，則可通過毛細管向外補給水化用水，混凝土性能就能不斷提高；在干旱多風天氣，當內部毛細孔水迅速蒸發后，如果出現養護不及時、養護濕度不夠、養護時間短等情況，水泥不僅因缺水而停止水化作用， 還會因毛細管引力作用在混凝土中引起收縮，此時混凝土強度還很低， 收縮引起的拉應力很快使混凝土開裂，破壞混凝土結構，影響混凝土耐久性，因此做好混凝土澆搗完畢后的養護至關重要。

5 結論

目前，耐久性混凝土的正確應用和質量控制的重要性，越來越受到建筑市場的普遍關注， 其對結構的安全性和使用年限起著決定性的作用。我們應在今后混凝土施工管理中，應進一步對其影響因素進行分析研究， 對施工過程中存在或可能出現的問題采取針對性的質量保證措施， 確保新拌混凝土的質量，并加強后期養護和監控，使耐久性混凝土的生產管理全面受控，并在設計及施工中不斷總結，不斷使用新技術、新成果， 通過符合工程實際情況和技術水平的施工措施和質量保證措施，確保混凝土的質量符合耐久性設計的要求。