浅谈高性能混凝土的耐久性

浅谈高性能混凝土的耐久性摘要：高性能混凝土对建筑物的抗渗和抗侵蚀能力有明显的提高。高性能混凝土中加入了超细掺合料，可以填充到混凝土的空隙之中，提高混凝土的密实程度，从而提高了混凝土的抗渗和抗侵蚀能力，抬升了建筑的耐久性。关键词：混凝土；抗渗；抗侵蚀；耐久性一、引言工程中，所使用的水泥混凝土的强度和耐久性直接关系结构和建筑物的安全性和经久耐用性。中国工程院专家通过大量的调查研究指出，我国现今建筑工程的平均寿命不到30年，其原因除了大拆大建的人为因素外，主要是工程结构和建筑物的耐久性设计标准过低所造成的。高性能混凝土既具有高抗渗性防止环境水侵入，又有降低侵蚀内因的机能，因此，它具有高抗侵蚀性，对建筑物的耐久性有很大的提高。二、自然环境对混凝土结构耐久性的影响由于新疆地处干旱地区，盐碱土地面积大，约占新疆总面积的26%左右，这些地区土壤和地下水中含有很高的硫酸盐，往往还伴随含有镁盐，其SO42-浓度常常在10,000mg/L（或10,000mg/kg）以上，有的甚至高达30,000mg/L（kg）；另外，在新疆山区岩层中常常有石膏类硫酸盐夹层或沉积层，因此岩层的裂隙水或渗漏水也含有丰富的硫酸盐，SO42-常达2,000mg/L~13,000mg/L，有的个别岩层还夹有黄铁矿（FeS2-）。实际工程建设中，一些工程因设计、施工忽视化学侵蚀（主要是硫酸盐侵蚀），已发生多起混凝土结构与工程的硫酸盐侵蚀破坏事故和事例。三、高性能混凝土的组成材料高性能混凝土的组成材料有：水泥、超细掺和料、高效减水剂（还可以使用引气剂、缓凝剂、膨胀剂等）、砂石骨料、水。其组成材料和普通混凝土基本相同，但对水泥、超细掺和料、高效减水剂和砂石骨料要求会有所不同或更严格。四、高性能混凝土的耐久特性1．超细掺和料填充效应混凝土是一种连续颗粒级配的堆聚结构体系，粗骨（集）料颗粒空隙由细骨（集）料颗粒填充，细骨（集）料的颗粒空隙则由水泥颗粒或水泥石填充，水泥颗粒之间的空隙或水泥石的孔隙需要更细的颗粒来填充。超细掺和料颗粒尺寸比水泥颗粒小，比表面积比水泥大，水泥的比表面积一般在330~350m2/kg；而S75级矿渣微粉为450m2/kg左右；Ⅰ级粉煤灰则在510m2/kg左右；硅灰颗粒粒级是水泥颗粒的1/100~1/50，比表面积高达20,000m2/kg。超细掺和料的颗粒粒径是高性能混凝土连续颗粒级配中最小的颗粒，起到了颗粒级配的微集料作用，能有效填充水泥颗粒空隙和水泥石孔隙，大大提高混凝土的密实性，从而大幅度提高混凝土的抗压强度、抗渗性、抗侵蚀能力和抗冻性。实验证明水胶比为0.36、矿渣粉掺量40%、坍落度达22cm的高性能混凝土，实测抗渗等级达S37仍不透水，将6个抗渗试件劈裂观察渗水高度，平均渗水高度10.3mm，最大渗水高度26mm，最小渗水高度2mm。这充分证明了高性能混凝土的密实程度。博湖东泵站使用32.5普通水泥，掺加40%和45%的矿渣粉，采用0.35水胶比配制的二级配高性能混凝土的28天设计龄期抗压强度分别达到55.1Mpa和53.0Mpa。用32.5强度等级水泥配制出强度为50Mpa的混凝土，没有超细掺和料微集料的填充效应是不可能的，当然也离不开高效减水剂的减水作用。2．降低水化热水泥水化是一个放热反应，主要是水泥熟料矿物成分C3A、C3S等水化放出水化热。水化热导致混凝土内部温度升高，当混凝土受外界大气环境温度变化影响时会引发温度裂缝，裂缝又会降低混凝土的抗渗性、抗侵蚀性等一系列耐久性，尤其是大体积混凝土易出现这种现象。防止和控制混凝土温度裂缝的有效措施是减少混凝土中的水泥用量或采用中、低热水泥，高性能混凝土中掺加大掺量超细掺和料等量替代水泥既可以减少水泥用量，又可以起到使用中、低热水泥的效用，其作用将明显降低混凝土所使用胶凝材料的水化热。经试验，采用GB/T12959-1991《溶解热》方法对掺矿渣粉、粉煤灰（Ⅰ级）的水泥浆体进行3d、7d水化热检测，其结果见掺矿渣粉、粉煤灰可有效降低水泥或混凝土的水化热。粉煤灰降低水化热效果优于矿渣粉；矿渣粉和粉煤灰复掺降热更优；矿渣粉过细不利于降低不化热；由此推论硅灰由于比表面积太大，不利于降低水化热，混凝土使用硅灰时，应采用适当降温措施。3．提高混凝土抗侵蚀性的效应大量的混凝土侵蚀试验证明，混凝土的侵蚀实质是水泥的侵蚀，更确切地讲是水泥石的侵蚀。混凝土发生侵蚀有内外因，内因是混凝土中水泥凝结硬化形成的水泥石结构内的水化产物Ca（OH）2和水化、铝酸钙（CAH）以及水泥石中的开口孔隙，当侵蚀介质随载体环境水侵入水泥石孔隙内（主要是开口孔隙），Ca（OH）2和CAH成为水泥石结构的不稳定成分，易和侵蚀介质（如硫酸盐、镁盐、侵蚀性CO2、酸等）发生化学反应生成侵蚀产物。随侵蚀介质类型的不同，生成的侵蚀产物不同，有的是易分解、溶蚀的物质，有的是结晶膨胀产物。易分解或溶蚀的侵蚀产物会造成水泥石结构的疏松；过量的结晶膨胀侵蚀产物会使水泥石结构因膨胀而破坏。水泥石结构的破坏必然导致混凝土的破坏。混凝土的侵蚀是外因通过内因起作用，因此，防治侵蚀的有效措施之一是减少侵蚀内因。高性能混凝土以大掺量超细掺和料等量替代水泥是实施这个有效措施的一个重要途径，大掺量超细掺和料等量替代水泥首先减少混凝土中的水泥用量，直接减少了水泥熟料或熟料中能反应生成侵蚀内因Ca（OH）2的矿物成分C3S和生成另一侵蚀内因CAH的矿物成分C3A，这些矿物成分的减少，必然是侵蚀内因的减少；与此同时，由于超细掺和料具有较强活性，它会与水泥水化产物Ca（OH）2在潮湿条件下发生前述更充分的火山灰效应生成CSH等有利于强度、耐久性的水硬性物质，使水泥石结构中的侵蚀内因Ca（OH）2进一步减少或被消化。内因的大量减少，使外因发挥不了侵蚀作用，就意味着提高抗侵蚀性的必然。另外，超细掺和料的填充效应和改善界面结构的作用，可以有效减少水泥石内的开口孔隙和混凝土中的空隙，提高混凝土的密实度，使侵蚀介质和环境水难侵入水泥石和混凝土内部，所以，这也是高性能混凝土有高抗侵蚀性的一个重要因素。混凝土侵蚀试验研究发现，超细掺和料的细度、掺量多少和高性能混凝土采用的水胶比大小是其减少侵蚀内因或提高抗侵性的关键；无疑，超细掺和料具有改善和提高高性能混凝土抗侵蚀性的显著效应。新疆北疆引水工程应用高性能混凝土又解决了发电洞竖井结构混凝土的抗侵蚀问题；随后，伊犁某水利枢纽工程在导流洞工程施工中也采用了高性能混凝土解决抗侵蚀和抗磨；巴州博斯腾湖东泵站工程混凝土抗侵蚀也通过使用高性能混凝土得以解决。五、高性能混凝土施工过程中注意事项施工质量控制是保证混凝土质量的关键环节之一，尽管高性能混凝土施工工艺与普通混凝土基本相同，但是其配制特点与普通混凝土有所不同，因此，在施工环节有些对普通混凝土影响不大或不敏感的因素，对高性能混凝土影响却很大或很敏感，这些因素的影响必须在施工中严格控制和注意。严格控制水泥质量的稳定性，主要是指水泥中熟料矿物成分C3A含量、水泥细度变化、含碱量的稳定性以及水泥中调凝石膏（二水石膏）不脱水性，还有水泥中混合材品种等。严格控制进入施工现场超细掺和料的细度、烧失量及其活性。超细掺料的细度、烧失量的变化影响掺和料的活性、填充性，会导致混凝土性能下降。高性能混凝土对水的变化非常敏感，它直接影响混凝土拌和物粘聚性和保水性的优劣，精确计量和称量混凝土各项原材料用量，尤其是拌合用水量的计量。高性能混凝土的低水胶比和用水量少的配制特点，决定了高性能混凝土表层比普通混凝土过早地发生塑性收缩，若环境温度过高或有风，就可能在未凝结硬化混凝土表层形成硬结层，易产生塑性（收缩）裂缝。对于表面暴露面积大的高性能混凝土和炎热季节或秋季施工的高性能混凝土要特别注意即时保温保湿养护。六、结语通过大量的实验和工程实例，高性能混凝与同等级混凝土相比较时，具有高强度，高密实性，低渗透性等等特点。在严寒、高盐碱土地等环境中可以有效的提高建筑物的耐久性。这是由于高性能混凝土中加入了超细参合料，使混凝土中的空隙得到有效的填充，这样既增加了混凝土的抗渗性能，也增加了混凝土的强度。加入掺合料后的，混凝土中的水泥用量减少，水化热降低，同时也降低了裂缝的出现，在经济方面，降低了混凝土的成本。综上，高性能混凝土对建筑物的耐久性有很大的提高，它是世界建筑发展趋势。参考文献：［1］湖南大学等合编.土木工程材料.中国建筑工业出版社，2002.07［2］邢洁.混凝土结构耐久性问题综述.［J］．河南科技,2011.08［3］闫曌烨.影响钢筋混凝土耐久性的因素及改进措施.［J］．科技情报开发与经济,2005，15（10）：132［4］陈仲庆．提高混凝土耐久性的措施［J］．科技资讯．2007(14)．［5］佟志国．浅议钢筋混凝土结构的耐久性［J］．科技信息．2011(18)．