耐久性混凝土配合比設計與研究

■劉志偉 ■中鐵十八局集團有限公司，天津市 300222

在建筑工程的建設材料中，使用量最大，使用最廣泛的應就是混凝土了。現在，混凝土更加越來越多地應用于現代工程建設之中，同時面臨著可持續發展的問題，如生態問題、環保問題、節能問題等等，而不斷加快的施工進度和所處環境的不斷惡化導致混凝土的耐久性大幅度下降，很多混凝土基礎設施在二、三十年甚至更短時間內就出現了劣化，所以混凝土的耐久性則成為了我國混凝土工程建設領域所面臨的比較嚴峻的問題。

1 配合比設計

1.1 抗碳化(中性化)的配合比設計

因為混凝土表面在環境作用下會發生碳化反應，所以混凝土內部的堿度大幅降低，鋼筋也會因鈍化膜破壞而受到腐蝕，影響耐久性，而水灰比較小的混凝土由于水泥漿的組織密實，透氣性小，碳化速度較慢，因此在配合比設計時應優先選擇較小的水灰比。

通過短暫的班會活動，孩子們明顯輕松了不少。下晚自習的時候，有的孩子拿著自己的氣球一路揮舞，一路歡笑，引得其他班的同學紛紛扭頭注目。

1.2 抗鹽害的配合比設計

做抗鹽害的混凝土配合比設計時，在進行對比的兩個配合比中分別摻入粉煤灰和粉煤灰與硅粉的混合料，通過觀測后發現摻入硅粉的混凝土細孔總量較少，氫氧化鈣含量也較少，從而使混凝土的電阻增加，更有效的防止了鹽害的侵入。

1.3 抗凍害的混凝土配合比設計

在配合比設計的過程中為了抵抗凍害影響，通常摻加引氣劑，使含氣量在3.5%以上，但超過5%時，就會影響混凝土的強度，因此在設計中把含氣量控制在3.5%～5%之間。

1.4 抗硫酸鹽腐蝕的配合比設計

在做抗堿反應的混凝土配合比時，首選應選用無堿活性的骨料或者嚴格控制混凝土總的堿含量，使其在生產過程中無法發生堿骨料反應，從而提高拌合物的耐久性。

她笑了笑，招手把本派新生叫了出來，他們離開隊伍，很快消失在前方無邊的黑暗里。目送最后一個身影離開，我看著剩下的人。大部分新生都來自無畏派，因此這時只剩下了九個人：當然，我是唯一的無私派轉派生，沒有友好派，其余幾個來自博學派，令人吃驚的是還有誠實派。一直以來，不是誠實最需要勇氣嗎？但他們為什么轉派？不得而知。

1.5 抗堿骨料反應的混凝土配合比設計

在進行硫酸鹽腐蝕環境下的混凝土配合比設計時，適當的降低混凝土水灰比，用適當比例的礦物質超細粉摻合料等量替換一部分水泥，或者適當選用低C3A 含量的水泥，則是提高混凝土在硫酸鹽腐蝕環境下耐久性的有效途徑。

2 混凝土的耐久性研究

2.1 凍融環境下混凝土耐久性的研究

基于此，目前已經在運行中的中國農作物有害生物監控信息系統、全國農作物重大病蟲害數字化監測預警系統等監管體系之間的信息壁壘可以徹底消除，統籌構建成植保數據中心、信息采集系統、分析處理系統、決策支持系統和信息服務系統，最終形成一個覆蓋全國、統一接入、統籌利用的植保大數據共享平臺。

2.2 氯鹽環境下耐久性研究

混凝土在碳化環境下的耐久性是通過室內試驗使混凝土快速碳化，然后對混凝土的性能指標進行比較全面的測試，通過對整個試驗過程的記錄和分析得出:混凝土碳化的程度與材料中的水灰比和含氣量有關聯。通過觀察發現當含氣量超過8%時，混凝土的碳化深度加深，而當摻入的粉煤灰量小于20%時，隨著礦渣粉的增加混凝土的碳化深度在逐漸減小。另外混凝土的強度和滲透性也是影響混凝土碳化的主要因素。

2.3 混凝土在碳化環境下耐久性的研究

通過采用室內電通量法，觀察不同條件下混凝土中的氯離子擴散系數情況。通過實驗過程的記錄和觀察發現，氯離子的擴散系數與混凝土制作過程中的水灰比及單方水泥用量有很大關系。實驗顯示當水灰比從0.3 增大到0.5 時，混凝土的電通量和氯離子的擴散系數也隨著水灰比的增加而增大，另外增加水泥用量，電通量和氯離子的擴散系數也隨著增大。在混凝土中加入部分粉煤灰后28d 與56d 齡期試件表現出的變化不同，養護28d 齡期的試件電通量增加，氯離子的擴散系數隨著電通量的增加而增大，反觀56d 齡期的混凝土試件則出現全部降低的現象。結合以上分析得出:除含有特殊成分的混凝土外，不同齡期的電通量和氯離子的變化情況有很大的相似性，另外因為粉煤灰會降低混凝土的電通量，所以用電通量作為研究混凝土中氯離子的指標時其結果往往不太可靠。

3 提高混凝土耐久性的控制措施

3.1 做好對原料的控制

新澆筑的混凝土應尤其注重早期的養護工作，并且應該從養護材料、養護時間及養護方法等方面綜合考慮，以盡量使混凝土較少地出現裂縫，并且應重點控制構件的濕潤養護。若為大體積混凝土，應盡量選用流水法或蓄水法養護，養護的時間應該控制在14 天～28 天。

3.2 施工管理

(1)充分振搗:混凝土施工時加強振搗可大幅度增強混凝土的密實性，減小混凝土滲透性。(2)做好保護層:在混凝土澆筑時應重點確保混凝土保護層穩定，所以在澆筑前應仔細檢查保護層位置的精確性和尺寸的正確性。增大混凝土保護層厚度可有效延緩腐蝕因子侵入到鋼筋表面的試件，其能改善對鋼筋銹蝕膨脹的抵抗力。鋼筋墊塊，應選用水泥砂漿或細石混凝土進行制備，部分情況下應盡量選用定型的塑料墊塊，應避免使用碎石或鋼筋制作墊塊。

凍融環境下的混凝土耐久性的研究是在凍融環境下做多個不同條件下的凍融試驗，評價混凝土抗凍性的依據為耐久性系數。通過實驗發現水灰比、單方水泥的用量、含氣量、活性物質的摻合量是影響凍融性的主要因素。實驗顯示混凝土的含氣量在4%～9%之間時抗凍性比較好，也就是說混凝土的含氣量是影響其抗凍性的決定性因素。

3.3 加強養護

(1)調整水灰比:水灰比過高會直接影響混凝土的耐久性，因為水灰比會影響混凝土的孔隙率、混凝土鋼筋的銹蝕程度和混凝土碳化速率、空氣內腐蝕性物質在孔隙內的擴散程度等。控制適當的水灰比還可保證成型后的混凝土抗滲等級，抗凍性能，避免結構在環境作用下發生破壞。所以在建筑工程混凝土中膠凝材料的總量應控制在550kg/m3以內。(2)選用骨料:配制混凝土時所使用的骨料，應確保具有較低的堿活性、穩定的化學性質，級配優良，質量堅硬，且滿足色澤要求。(3)不同種類的減水劑可能會對混凝土的耐久性產生不同程度的影響。相比萘系減水劑，聚羧酸類高效減水劑則具有更優良的作用效果。(4)適當添加礦渣、粉煤灰等礦物摻和料可大幅度增強混凝土的耐久性。實際施工過程中可依據相應使用環境條件選用恰當的礦物摻和料。(5)混凝土的配制應依照添加活性摻和料、選用高效減水劑、優化配合比參數等設計原則。利用水泥水化產物的改善、水灰比與孔隙率的降低、水泥與骨料界面的增強和密實度的提高來實現高耐久性與高性能。(6)種類不同的水泥可不同程度影響混凝土結構強度、抗滲性、耐凍性與耐腐蝕性。實際配制中應盡量選用含堿量較低和水化熱較低的水泥，如火山灰水泥和普通硅酸鹽水泥，或選用具有摻和料的硅酸鹽水泥。

堤防工程原則上以原有堤防除險加固為主，參照《堤防工程設計規范》（GB 50286—1998）規定執行。對新建堤防，應根據山洪溝泄洪要求，經過比選，合理選定堤線和堤距布置，并根據山洪溝行洪斷面、地形地質條件、當地材料以及占地情況，合理確定堤防結構形式。對人口密集區、溝道兩岸地形狹窄、已建建筑物限制等沒有條件布置土堤的地段，可采用防洪墻等形式；溝道兩岸地形有條件時，可采用土堤形式。

4 混凝土的可持續發展問題

根統計，全球每年混凝土消耗的天然骨料在80 億噸以上。以生產1 噸硅鹽水泥來計算，所需1.5 噸石灰石，還需要一定數量的煤、電、石油等原能，并向大氣釋放約1 噸二氧化碳，還排放一定數量的粉塵、二氧化硫、氮氧化物等重金屬污染物。全球二氧化碳等污染物7%來自水泥工業。如此之大的資源消耗和嚴重的環境污染，如果沒有有效的節制措施，將直接威脅著人類和整個地球的生命。

但是，社會要前進，人類要發展，基礎設施建設也不可能停步，而且還是高速、快速的姿態。面對快速發展建設的需求和日益嚴重的環境污染。要使這一問題得到解決，混凝土工業必須走向可持續發展的道路。

教材是小學科學教師教學工作開展的重要依托，也是幫助學生構建完整知識體系架構的重要工具，但是僅僅依托教材內容的課堂必定是失敗的。鑒于此，教師在開展教學活動時，不僅要以課本為主，還需要深入挖掘教材的深層次內涵，將思維擴展到教室以外，才能讓整個課堂充斥著生命力與活力，培育學生批判性思維。除此之外，小學科學教師給學生教授的內容還需要融入一定的生活元素，將日常生活中常見的物品作為學生的科學實踐材料，為生活化教學提供物質基礎，促使學生能夠主動將科學技能運用到生活中，在實踐中培養興趣與動手能力。

就目前來看，讓混凝土走上可持續發展的道路需解決好四個問題:一是節能減排。利用工業廢渣和天然礦物，減少水泥熟料的用量，尤其是工業廢渣的利用，具有非常大的潛力。這樣做既解決了工業廢渣的污染，又節約了混凝土的原材料，一舉雙贏。同時應加大科研力度，改善水泥生產工藝，做到低排放、低能耗或尋找新型膠凝材料，以替代水泥。二是提高混凝土的耐久壽命。混凝土工業的專家和學者們應從多方面考慮，如何綜合各方面的因素，使其耐久壽命的延長。三是基礎工業設施建設的規劃要科學化、全面化、長遠化。不要今天建設，明天挖，這是對能源和資源的最大浪費。四是生態環保應貫穿于混凝土生產和使用的全過程。除了在生產混凝土所消耗資源能源帶來的生態環境問題外，混凝土釋放有害物質和其廢棄物都會影響生態環境，所以，還需加大對混凝土的使用期以及廢棄的環境問題研究。

5 結語

總之，在工程實施過程中，只有采取有效措施進行混凝土耐久性配合比設計，在施工過程中采用科學的試驗檢測方法，精細施工、嚴格控制施工的各個環節，才能使混凝土具有較好的耐久性，提高工程使用壽命。