混凝土组成材料对混凝土耐久性的影响

混凝土组成材料对混凝土耐久性的影响

杨富然

北京市昌平一建建筑有限责任公司 102200

现代建筑的主要建筑材料之一就是混凝土,其中混凝土的耐久性,是衡量混凝土好坏的重要性能指标之一。如果混凝土的耐久性不好,会影响建筑的使用时间,并在一定程度上增加了维护的成本。本文从混凝土的组成材料着手,论述混凝土组成材料对混凝土耐久性的影响。

关键词：混凝土; 组成材料; 耐久性; 影响;

前言：

混凝土的强度和耐久性是混凝土结构的两个重要指标,在设计施工中往往把混凝土的抗压强度作为主要技术指标而对混凝土的耐久性重视不够。

混凝土是各类建筑工程中用途最广,用量最大的建筑材料之一。如果混凝土工程耐久性不足,在长期使用过程中会造成结构不同程度的损坏,并因此对未来社会造成极为沉重的负担。为了维修建国以来所建基础设施的费用,将是极其巨大的。

目前,我国的基础设施建设工程规模宏大，这些工程也将进入维修期,所需的维修费用或重建费将更加巨大。因此提高混凝土的耐久性,对延长混凝土建筑物的使用年限、节约国家投资,具有重要的现实意义和长远意义。

混凝土的耐久性是指组成混凝土的材料在使用过程中或在其结构设计使用年限内,抵抗其自身及环境因素造成的侵蚀和破坏,保持原有性能不变的能力。混凝土耐久性是一个综合概念,主要指抗渗性、抗冻性、抗碳性、抗化学侵蚀及碱集料反应等多种破坏因素的综合作用。蒲心诚认为以波特兰水泥为基础的现代低强度混凝土要提高其耐久性,在于改善其结构和优化其水化产物组成两方面。而在实际工作中则要求混凝土组成材料质量、配合比、施工养护及结构设计等四方面密切配合才能从整体上保证混凝土耐久性。

造成混凝土损坏和破坏的原因有外部环境条件、混凝土内部缺陷及混凝土组成材料。提高混凝土的耐久性必须从减少混凝土内部缺陷和改善其组成材料着手,以改善混凝土性能,提高混凝土质量,减少或降低混凝土内部缺陷,延长混凝土建筑物的使用年限。

1混凝土耐久性的涵义

所谓的混凝土的耐久性,就是指构成混凝土材料的那些组成部分,在使用年限内,如何抵抗因外部环境和自身因素所引起的侵蚀和破坏,还能保持原来具备的性能的能力。

如何提高混凝土的耐久性,主要是从混凝土组成材料质量、配合比、施工养护及结构设计等方面来提高。

2混凝土组成材料对耐久性的影响

2.1水泥

(1)水泥强度。随着城市化建设的水平越来越高,我们对混凝土的强度要求也越来越高,还实行了新的水泥标准,主要还是以提高C3S的含量作为重要指标。

国内外的有关专家经过对实际的调查后得出,混凝土结构之所以产生开裂,而且数量逐年呈上升趋势,一方面需要提高C3S的含量与细度。但是,这么做虽然可以在早期能提高混凝土的强度,却与混凝土的耐久性没有产生多大的影响。我们之后所研发的所谓的“三高”水泥:高细度、高C3S含量、高强度,并没有抑制住混凝土产生开裂的现象。

我们所研发的“三高”水泥,在现代建筑工程中,搭配上混凝土的低水胶比、高水泥用量,不仅不能延缓混凝土的收缩速度,还使得混凝土的抵抗开裂性能变差,其内部结构不良。久而久之,并不利于混凝土的耐久性能的提高。

(2)水泥含碱量。通常,我们会从控制碱骨料反应这一角度来提及对水泥含碱量的要求。但是,我们在实践过程中却发现,活性骨料是否存在,碱含量的多少首先就会影响混凝土的开裂程度,而并不是之前所指的碱骨料反应。水泥中的含碱量越少,混凝土的收缩变形也就越小,当达到一定的量后,水泥所具有的抗裂性也得到了显著的增加。

2.2砂、石集料

要保证混凝土的耐久性,一个比较重要的条件就是,选用质量合格的砂、石集料。之前,建筑工程中比较重视的是骨料的强度高低与含泥量的多少,而忽略了砂、石集料的形状与级配,其实对混凝土的耐久性会产生不小的影响。如果砂、石集料的级配等级比较高,那么混凝土之间的孔隙率就会减小,混凝土的密实度会得到相应的提高,另外,混凝土的收缩方面也会减缓;如果砂、石集料的级配等级比较低,那么混凝土之间的孔隙率就会加大,密实度降低,一些有害的物质就会渗透入混凝土中,导致混凝土的耐久性降低。

当砂、石集料的级配等级达到要求后,如果从影响混凝土强度的因素来进行考虑,那么可以在要求的范围内尽可能地选择比较大的颗粒;如果从影响混凝土耐久性的因素来进行考虑,那么就应该心可能地选择颗粒小一点的。

2.3活性矿物掺料

当把活性矿物质掺入混凝土时,水泥颗粒间的间隙会变小,减少了渗透的通道,这样一来,混凝土的抗渗性就会提高,从而也使混凝土的耐久性有了很大的提升。

2.4混凝土外加剂

在混凝土中掺入部分外加剂,能在一定程度上能提高混凝土的耐久性,但是掺入的量需要有一定的把握,不能太多,也不能太少,要有个合理的剂量。

3混凝土组成材料配合比对耐久性的影响

混凝土最大水胶比和最小胶凝材料用量的限制,是混凝土设计施工标准中为保证混凝土耐久性的常用做法。

3.1控制混凝土的水胶比

水胶比的大小是决定混凝土密实性的主要因素,它不但影响混凝土的强度,而且也严重影响其耐久性。人们总认为大体积混凝土的温升直接与水泥用量成正比,而忽视了水胶比的影响,实际上随着水胶比降低,水泥水化速度迅速降低,单位质量水泥水化放热随之降低,对混凝土温差引起的体积稳定性问题大有帮助。低水胶比能提高混凝土的密实度,增强体积稳定性,提高混凝土综合性能;水胶比过大必然会使混凝土裂缝及变形增加,过大的水胶比尤其不利于使用矿物掺和料混凝土的内部微结构发展,同时严重影响混凝土的耐久性与强度。故必须根据工程实际情况严格控制水胶比,一般情况下现代混凝土通过外加剂及矿物细粉复配技术可以使水胶比控制在0.4左右甚至更低,当然水胶比降低,混凝土表面易因自干燥收缩产生裂缝,因此低水胶比混凝土应及时进行养护。

3.2控制混凝土的浆骨比

混凝土中胶凝材料的用量是决定混凝土强度及耐久性的重要因素。减少单方混凝土中胶凝材料用量有利于降低混凝土的渗透性能,减少收缩量,保证混凝土的体积稳定性,提高混凝土耐久性。我国对低水胶比混凝土的胶凝材料用量过去一直偏高,甚至有高到550kg/m3以上的,而国外有规程规定胶凝材料用量不应超过475kg/m3。

通过控制浆骨比可以控制混凝土中胶凝材料的用量,如前所述保持和控制混凝土浆骨比的稳定必然要保证骨料级配良好,含泥量低。浆骨比过小,将导致混凝土拌合物施工性能过差,混凝土密实度严重降低,耐久性下降;浆骨比过大,除改变骨料界面结构,使混凝土强度降低外,水泥及用水量的增加,会导致混凝土硬化过程中收缩增大,混凝土表面及内部裂缝增加,造成混凝土耐久性过早降低。因此在实际工程中应严格控制浆骨比来保证混凝土的长期性能稳定。

结语：

“工程质量、百年大计”,混凝土耐久性是影响工程使用寿命的主要问题,应针对影响混凝土耐久性的主要因素:混凝土组成材料自身及环境因素造成的抗渗性降低、冻融破坏、碳化破坏、介质侵蚀破坏、碱集料反应、钢筋锈蚀等的复合侵蚀和破坏的作用,从提高和改善混凝土组成材料及其配比入手,结合工程具体情况采取如下措施,提高混凝土耐久性。

①合理选择使用碱含量小、水化热低,干缩性小、抗腐蚀性、抗冻性能好的水泥品种;②合理的掺加活性矿物掺料与外加剂,不盲目追求工程工期及混凝土的高早期强度;③选择粒形、级配良好的骨料。④加强混凝土结构设计,保证混凝土组成材料质量及配比合理的同时,加强混凝土浇捣与养护,采用新技术、新成果。只有多方面工作相互配合,多管齐下,才能从整体上改进和提高混凝土的耐久性,延长混凝土结构的使用寿命。

参考文献

[1]莆心诚.超高强高性能混凝土[M].重庆:重庆大学出版社,2015.7-27[1]莆心诚.超高强高性能混凝土[M].重庆:重庆大学出版社,2015.7-27(重庆大学材料科学与工程学院退休教师蒲心诚教授)

[2]吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版社，2019.27-32[2]吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版社,1999.27-32

[3]《高性能混凝土》,吴中伟、廉慧珍,中国铁道出版社,2021-09.

[4]《混凝土耐久性研究现状和研究方向》,卢木,工业建筑,2017-11.