混凝土耐久性研究

(內蒙古化工職業學院， 內蒙古 呼和浩特 010070）

0 引言

混凝土材料因其具有價格低廉、實用性強等優勢逐漸成為土木工程施工中必須的材料，在我國道路、橋梁等結構中應用十分廣泛，就全球范圍而言，每年的混凝土消耗量高達45億立方米，并且混凝土的消耗量還在隨著時間的推移日漸增長。但是由于對混凝土耐久性的認知程度不足，因混凝土耐久性不良造成建筑坍塌的事故常有發生，因此本文將從混凝土耐久性的定義入手，探究不同原材料對混凝土耐久性的影響，希望對我國混凝土耐久性研究有所參考。

1 混凝土耐久性的定義

混凝土耐久性指的是混凝土自身對外界環境的防御能力，混凝土長時間保障自身的良好性能和完整性，進而保障以混凝土為主體材料的建筑自身結構的穩定性和安全性。

對混凝土結構耐久性產生影響的因素較多，從大體上而言可以分成外在因素和內在因素兩個部分。外在因素主要指的是混凝土結構周邊環境對混凝土耐久性的影響，例如：溫差變化、風化作用、磨損、擠壓、化學介質侵蝕等等，不同環境對混凝土的影響存有很大差異，外在因素對混凝土耐久性的影響程度與混凝土內在因素聯系密切。內在因素主要是指，混凝土結構對外界環境的抵御能力，內在影響因素主要由混凝土結構的形狀、構造形式、水泥和集料的種類、外加劑的種類、鋼筋的質量、鋼筋的半徑、混凝土水灰比、混凝土施工方式等等多種因素共同決定的。混凝土的耐久性具體包含抗滲、抗凍、抗熱、抗腐蝕、碳化等性能，雖然對混凝土的耐久性影響因素多種多樣，但是其中混凝土的密度是其中最為關鍵的因素，之后才是材料的形式和施工養護的手段。

2 不同原材料對混凝土耐久性的影響

2.1 水泥對混凝土耐久性的影響

混凝土是一種混合型材料，水泥在其中發揮著膠凝的作用，混凝土自身的強度和性能是經過水泥漿的凝結和硬化之后決定的。水泥一旦受到侵蝕，則混凝土的性能就無從談起了，水泥由于其構成礦物的不同，不同種類的水泥其對更種腐蝕介質的耐腐性也不盡相同，因此使用人員如何選用正確型號和材料的水平對保障工程耐久性、降低施工成本具有顯著的意義。水泥按照不同的用途可以分成以下三種：通用水泥、專用水泥和特殊水泥，下面將簡要介紹這三種水泥和混凝土耐久性的關系。

硅酸鹽水泥，硅酸鹽水泥是指將生料進行適當的配比之后，通過加熱的方式讓其部分溶解的到以硅酸鹽為主要成分的硅酸鹽水泥熟料，在加入適當的石膏，經過研磨工藝成為水硬性凝膠材料，即硅酸鹽水泥。桂酸鹽水泥具有標號高、凝結速度快、水化熱高、強度高等特點。因為硅酸鹽水泥中含有大量的碳酸鈣，因此在水化的過程中會產生大量的氫氧化鈣，因此水泥石的呈現弱堿性，因此硅酸鹽水泥在液態是容易發生溶出型腐蝕和硫酸鹽膨脹型腐蝕，但是由于其呈現弱堿性，因此其耐堿性優異，在氣態狀態下，該種水泥的中性化速度要顯著的低于其他類型的水泥，因此硅酸鹽水泥能夠對鋼筋啟到優異的保護作用。

普通硅酸鹽水泥又被稱之為普通水泥。其主要形成方式是在硅酸鹽水泥中加入占比小于百分之十五的參合料，普通水泥的性能同硅酸鹽水泥相同，但是由于摻合料和加工工序的不同，使得其在水化的過程中僅能產生少量的氫氧化鈣，這就使得其抗軟水和抗鹽酸腐蝕的能力較弱。

礦渣硅酸鹽水泥，礦渣硅酸鹽水泥又被稱之為礦渣水泥，其中主要構成材料為硅酸鹽水泥熟料、礦渣和石膏，經過研磨工序而形成的水硬性凝膠材料。礦渣硅酸鹽水泥中硅酸鹽水泥熟料占比角度，活性混合材料占比較高。礦渣硅酸鹽水泥在水化的過程中可以大體劃分成兩種水化反應，水化反應第一階段，硅酸鹽水泥熟料進行水化產生大量的強氧化鈣，水化反應第二階段，經由硅酸鹽水泥熟料產生的氫氧化鈣和摻料中的石膏作為催化劑和反應劑同礦渣中的活性氧化硅發生化學應，促進活性氧化硅發生二次水化反應，進而生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣。

礦渣硅酸鹽水泥水化反應生成的碳酸氫鈣數量較少，并且在二次反應的過程中又會消耗一部分，所以與普通硅酸鹽水泥相比，礦渣硅酸鹽水泥雖然具有良好的耐硫酸鹽和耐氯酸鹽的能力，但是其耐堿性較大，在加上礦渣硅酸鹽中的混合材料占比較大，并且在研磨的過程中礦渣存由尖銳的菱角，所以礦渣硅酸鹽需求的水分較大，但其存水能力較差，沁水性較大，一旦在施工過程中養護工作質量不達標很容易產生裂縫，并且礦渣硅酸鹽在硬化的過程中會析出較多的水分，進而導致水泥內部形成毛細通路，影響到水泥自身的密實程度。這就導致了礦渣硅酸鹽水泥的抗滲能力和抗東能力較弱，在外部溫差變化明顯和干濕交替明顯的環境中其各項性能都要若與普通硅酸鹽水泥，進而導致其對鋼筋的保護力度較弱，因此在土建工程施工的過程中的上部結構施工應當謹慎的選用礦渣硅酸鹽水泥。

2.2 骨料對混凝土耐久性的影響

骨料又被稱之為集料，在混凝土的配比中占有主要地位，其配比量高達百分之八十以上，所以說骨料的耐腐蝕性和表層性能對混凝土的耐久性影響巨大，就我國當前情形來看，骨料的選用一直沒有達成統一的觀念，部分研究人員認為應當選用耐腐蝕性的骨料，這主要是因為骨料的腐蝕會導致混凝土的大面積腐蝕，骨料的混凝土的主體結構，一旦骨料受損就會導致混凝土整體結構的崩塌。另外一部分研究人員則持懷疑態度，認為在骨料的選擇上不一定要選用耐腐性的骨料，因此選用耐腐蝕性的骨料后，腐蝕性介質將會集中作用于水泥上，使得腐蝕作用向著深部發展。從整體的腐蝕性介質來看，大面積的腐蝕將會比局部的腐蝕更為有利，對混凝土的強度影響較少。骨料和水泥是接觸的界面狀態會與混凝土的耐腐蝕性產生影響，碳酸鹽集料中的主要材料和水泥石中的水化硅酸鹽的晶體參數基本相近，因此碳酸鹽集料能與水泥石緊密接觸，縫隙較小。因此在集料的選擇上應當適當的參入碳酸鹽骨料。

從經濟可行性角度來看，在集料的選擇上硅質類骨料的價格相比碳酸鹽集料價格要高，為了探究在腐蝕條件下，骨料品種對混凝土耐久性的影響，研究人員曾經做過對比試驗。其試驗結果如下所示：

骨料品種對混凝土耐久性的影響

3 結語

總而言是，混凝土中所采用集料，應當盡量選用密度較高的花崗巖、石英石、石灰石、白云石等提升混凝土骨料的耐腐蝕性，在進行不混凝土配比時對于混凝土用水時由于海水中含有大量的氯離子，會對鋼筋造成一定的損傷，因此海砂不應作為混凝土的主體材料，如果必要情況下，應當進行脫鹽處理在進行混凝土的配比。在實際的使用過程中，混凝土中應參入適當的硅粉和研磨程度較高的礦渣粉進而提升或凝土的抗滲性、抗凍性和耐腐蝕性進而提升混凝土材料整體的耐久性。

[1]劉浩,蔣林華,游淥棽,王永亮,朱承龍,李煒,劉蓉. 荷載對混凝土中鋼筋腐蝕影響的研究進展[J]. 混凝土. 2014(04)

[2]鄒洪波,羅小勇,周奇峰. 凍融循環下無黏結預應力鋼絞線耐久性的實驗研究[J]. 中南大學學報(自然科學版). 2014(01)

[3]曹大富,秦曉川,袁沈峰. 凍融后預應力混凝土梁受力全過程試驗研究[J].土木工程學報. 2013(08)