公路混凝土結構耐久性能技術探析

肖宏惠

摘 要：本文從影響公路混凝土結構耐久性能的影響因素進行分析，并提出了提高混凝土結構耐久性能的措施和養護對策；在公路混凝土結構耐久性能的檢測方法方面，以現場調査檢測和室內試驗為基礎，總結出混凝土耐久性能檢測的主要指標，能夠方便快捷的對混凝土工程的耐久性能進行有效的評估，為提高混凝土結構的使用年限和運營性能提供了理論依據。

關鍵詞：公路；混凝土；結構；耐久性能

前 言：

相對于其他材料而言，混凝土材料最為經濟和耐久，因此成為現在最為廣泛使用的建筑材料之一川。然而，由于混凝土結構材料自身和使用環境的特點，使得混凝土結構仍不可避免地存在著耐久性的問題。大量的混凝土結構由于各種各樣的原因沒有達到預期的設計使用年限而提前失效，其中有部分是設計不當造成的，而更大部分則是源于混凝土結構本身的耐久性不足。

一、混凝土結構耐久性能的主要病害

1.碳化

當空氣中的二氧化碳擴散到混凝土中與水作用生成碳酸，碳酸與堿性氫氧化物反應生成碳酸鹽，在自由水的作用下碳酸I丐沉淀在混凝土內部的孔穴中，此時就發生了混凝土的碳化。

1.1碳化反應公式：

CO2+H2O—H2CO3

Ca（0H）2+H2C03—CaC03+2H20

C3S3H3+3H2CO3 — SCaCOs+SSiO2+6 H2O

1.2混凝土的碳化反應進程

水泥的水化產物對二氧化碳具有吸收與緩沖能力，在該能力未喪失之前，碳化反應的進行直到緩沖能力的喪失，二氧化碳氣體將進一

步向混凝土內部擴散。

1.3混凝土碳化的影響因素

混凝土碳化速度取決于二氧化碳氣體的擴散速度和二氧化碳與混凝土成分的反應速度。而二氧化碳氣體的擴散速度又受混凝土本身的組織密實性、二氧化碳氣體的濃度、環境濕度、試件的含水率等因素的影響。

2.氯離子的滲透

氯離子只能在水中傳輸，它在混凝土中的傳輸方式有兩種。一是不流動的水柱，由于氯離子的濃度差異引起的單純離子擴散；二是在干燥材料的毛細孔中，含氯鹽的水被毛管吸收。有很多措施控制混凝土中鋼筋銹燭，如控制裂縫寬度，采取陰極防護，釆用鋼筋保護涂層，此外就是限制混凝土中氯離子數量。所謂氯離子限值，就是指混凝土中氯離子的數量，超過這個數值并具備其銹燭條件例如有氧和水的參與下會發生不允許的鋼筋銹燭。

氯離子能在于鈍化膜引起鋼筋銹燭，氯離子可從外界滲透混凝土內，混凝土材料在不同程度上均含有氯離子，摻加到混凝土內的氯化物與水泥礦物反應生成氯鍋酸鹽，要結合一部分氯，孔隙溶液中氯離子含量大約降為50%左右，但隨著時間與環境條件，氯錫酸鹽中的氯又會釋放出來。

2.1混凝土的鹽病害

在常見的病害物中，氯化物（氯鹽，以下簡稱鹽）是造成鋼筋去鈍化影響最嚴重的物質。鹽對混凝土造成病害兩種途徑：一種是由混凝土原材料帶進混凝土拌和物；另一種是混凝土硬化后，滲入混凝土的含鹽環境介質。鹽中含有大量的氯離子，氯離子滲透到混凝土內部，破壞鋼筋表面的鈍化膜，加速了鋼筋的銹燭，氯鹽是促使鋼筋銹燭、威脅鋼筋混凝土結構耐久性的最危險物質，

2.2鹽析現象

混凝土中的石灰化合物析出，在某些條件下，可在混凝土的表面上形成鹽的沉淀物，稱為鹽析。早期的鹽析可用水刷洗除去，嚴重的沉淀物則可以在混凝土表面上進行酸洗處理。酸洗層的厚度（用海綿狀物涂洗）一般應為0.5毫米，當酸溶液為1： 10時的用量應為200克/米2，所能除掉的混凝土厚度約為0.01毫米。酸繼續發生反應也并不危險，因為它被與石灰的反應用掉。即然石灰為酸所除去，混凝土表面的顏色就變深了，為了避免局部混凝土為酸所侵燭，必須按照酸的濃度、用量和作用時間均勾酸洗。酸洗處理是一種十分精細的操作，因此在混凝土試樣上預先進行試驗成功是很重要的。

3.硫酸鹽的侵蝕

3.1硫酸鹽侵蝕的類型

硫酸鹽侵燭主要在混凝土硬化后由水泥中的C3A和周圍環境中的硫酸鹽之間的反應引起的，紹酸三耗與硫酸鹽反應生成硫招三韓（韓研石）引起膨脹，I丐鞏石生長需要空間，在固體材料內的封閉環境中，牽丐鞏石晶體生長可產生高達240MPa的壓力，足以引起周圍材料的破壞。根據硫酸鹽離子來源的不同可以分為外部硫酸鹽侵蝕和內部硫酸鹽侵燭兩種，課題組只研究外部酸的侵燭。

3.2受硫酸鹽侵燭時的主要現象

混凝土在潮濕的條件下，大氣中的S02、C02以及其他酸性氣體，均可分解并

溶出部分凝固水泥而侵蝕混凝土，最終使混凝土表面松散。

二、混凝土耐久性能的預防措施

1.混凝土密實度的提高措施

所有環境因素對混凝土的物理一化學作用都是通過水介質進行

的，也就是說，水是環境對混凝土破壞的載體所以力求拒水于混凝土

之門外是提高耐久性的有效途徑。提高混凝土密實度的措施固然很多，

但最終的措施降低水灰比，也即提高強度。

2.引氣劑在混凝土中的使用

加引氣劑能大大提高混凝土的抗凍性，引氣混凝土的抗融耐久性系數比非引氣的可高數十倍。引入微小空氣泡不僅對消除或減少由冰凍引起的膨脹內應力有效，對其他因素引起的內應力如膨脹、結晶壓引起的同樣有效。摻引氣劑的主要缺點是程度不同地降低混凝土強度，按引氣量不同約降低5？15%。這在混凝土設計中須考慮的。把上面三種措施以混凝土各種類型耐久性破壞的影響。

3.新型水泥的研究

最新的研究成果表明，堿-礦渣、粉煤灰水泥、硫鋁酸鹽和鐵鋁酸鹽系列水泥對提高混凝土抗化學侵蝕性有效。

4.改善混凝土結構、提高性能的技術途徑

混凝土是由骨料、水泥（含摻合料）、水及少量外加劑組成的。混凝土的體積穩定性取決于其中水泥漿的數量與質量，在達到工作性的前提下，應降低水泥漿的數量，同時應改善水泥漿的組成，使其具有良好的結構粘度，使混凝土拌和物均勻，改善硬化混凝土的結構，普通混凝土中的骨料起骨架作用及穩定體積作用，應是級配良好，空隙率低，使混凝土在一定水泥漿用量下獲得比較高的工作性。由這些觀點出發，提高普通混凝土性能的技術途徑歸納如下：

4.1合理的選擇單方混凝土用水量

單方混凝土用水量185～175kg/m3的屬于耐久性混凝土，用水量175kg/m3以下屬于高耐久性混凝土。C20、C30混凝土采用18（Tl85kg/m3的用水量，C40、C50混凝土采用175kg/m3左右用水量，通過對外加劑的質量和 量進行調整，使混凝土拌合物的工作度滿足要求。

4.2高耐久性混凝土 開發與應用

超高耐久性混凝土考慮的破壞因素主要有三方面：（1）大氣中的C22和NOx等酸性氣體，滲透混凝土中，使混凝土中性化，從而使內部的鋼筋發生銹蝕；（2）靠近海岸地區，隨海風吹來的cr及其他有害離子，擴散到混凝土內部，使內部鋼筋銹蝕；（3）混凝土的收縮與水化熱等因素，使混凝土開裂，有害離子侵入混凝土內部。上述三方面的因素對混凝土的破壞，采用一般的對策是不行的。為了達到耐久性，其途徑是在混凝土中摻入耐久性改善劑。

總 結：

針對公路混凝土結構的主要耐久性能問題，提出了相應的預防措施和維修方案，為公路混凝土結構的安全運營提供了理論依據。從鋼筋混凝土結構延長壽命，節約天然資源，減少混凝土廢棄物，保存人類環境等方面出發，研制與開發超高耐久性混凝土，提高混凝土耐久性的技術越來越重要。

參考文獻：

[1]魏新良，淺談混凝土結構的耐久性[J].現代商貿工業，2011，（01）.

[2]劉海華，高速鐵路混凝土結構耐久性措施探討[J].鐵道標準設計，2010，（05）.

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