探讨混凝土的结构耐久性


  混凝土结构在长期的使用过程中要承受各种侵袭和破坏,而在这些复杂的环境下保持足够的强度至关重要,这是混凝土最重要的性质,我们称之为混凝土结构的耐久性。一般说来,混凝土结构在使用了三十到四十年后,就进入问题多发期, 有可能出现混凝土结构碳化、保护层剥落、裂缝出现、钢筋腐蚀、渗漏层破坏,钢筋化学腐蚀等现象。因此,在施工的过程中关注混凝土结构的耐久性是至关重要不容忽视的课题。
  严格来说,混凝土的耐久性是指混凝土建筑和结构在必要年限内,在复杂的环境条件影响下、在各种损伤因素的作用下、不需要额外加固强化的情况下保持安全和正常使用的能力。混凝土的耐久性包括指以下因素: 即渗透阻力、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化性。相应的,对混凝土结构造成破坏的主要原因是由于冻融破坏,渗流破坏,碱集料反应,混凝土碳化、钢筋的锈蚀、化学袭击等六个方面。
  因此,我们在设计和使用过程中,要注意增强混凝土的耐久性,主要应从以下方面入手:
  原材料的选择
  水泥类材料的强度和性能是在水泥砂浆的凝结与硬化过程中形成的,在这过过程中,水泥一旦受损,混凝土的耐久性就会严重下降,因此在选择水泥时需严格关注水泥品种的具体性能,尽量选用选择碱含量小,水化热低,干缩性小,耐热性,抗水性,抗腐蚀性,抗冻性能好的水泥,结合具体情况进行选择。
  同时,在选择水泥的过程中,不能以强度作为唯一指标,低标的水泥也可配制出高标混凝土,我们要在考虑强度的同时,考虑水泥的工程性能。
  使用外加剂
  在使用集料与掺和剂时要优先考虑碱活性,并进行合理的级配。在混凝土中掺加一定的硅粉、粉煤灰、矿渣等材料能在很大程度上提升混凝土的耐久性,改善混凝土内孔结构,填充混凝土之间的空隙。
  在考虑混凝土的耐久性时,要在混凝土的设计能满足所需强度、性能的基础上,尽量减少水泥用量、减少用水量、降低水泥水化热、减少混凝土缝隙、提高混凝土致密度,达到结构要求,这是被我国混凝土行业广泛使用的技术,它使用高效引气剂减小混凝土的孔隙度,预防外界有害杂质进入混凝土内部。提高混凝土的耐冻性、防护性,减少有害的物质的进入。
  水泥在加水搅拌后,在凝固过程中,会产生絮凝状结构。这些絮凝状结构中,包裹着许多拌和水,这就会降低了需长期使用的混凝土结构的耐久度。施工中为了保持混凝土拌和物所需的工作性,不得不在拌和时增加用水量,这就必然促使水泥石结构中出现很多空隙。为达到减少用水量,减少空隙的目的,我们可加入减水剂,使水泥质点表面均带有相同电荷。在电性斥力的作用下,可以使水泥体系处于较稳定的悬浮状态,同时还能在水泥颗粒表面形成一层水膜,使水泥絮凝体内的游离水释放出来,达到减水的目的。研究表明,当水灰比降低到0.38以下时,消除毛细管孔隙的目标就可以实现,而掺入高效减水剂,就能达到这种目的。
  普通的水泥混凝土中水化物的稳定性不足,也会降低混凝土的耐久度。而在普通混凝土中掺入硅粉、粉煤灰、矿渣等,能有效的改善混凝土中胶凝物质的组成,让水化物更趋稳定。这些物质中含有大量的活性Si02及活性Al203,它们能和水泥在水化过程中产生的游离石灰与高碱性水化矽酸钙再次发生化学反应,生成强度更高、稳定性更优的低碱性水化矽酸钙,从而改善水化胶凝物质的组成,消除游离石灰,使水泥石的结构更为致密,有效的增进混凝土的耐久性和强度。
  降低水泥用量
  在设计和施工的具体设计中,一个重要的措施是在保证强度要求的前提下尽可能的减少水泥的用量。减少水泥剂量意味着降低了水化热、混凝土可以经历更多温和的热过程,以减少开裂的风险。这种措施能充分振动压实混凝土,并能较好的进行混凝土养护。特别是对于一些特别不容易维护的建筑设计,如板、梁、柱等,更应该在保证强度的基础上,降低水泥用量。
  注意施工工艺
  混凝土的拌制应尽量采用一些新工艺,如:二次搅拌法,裹砂法,裹砂石法等,提高混凝土拌合料的和易性,保水性,提高混凝土强度,减少用水量;大体积混凝土的浇筑振捣应控制混凝土的温度裂缝,收缩裂缝,施工裂缝,建立混凝土的浇筑振捣制度,提高混凝土密实度和抗渗性,重视混凝土振捣后的表面工序,并加强养护,以提高混凝土结构的耐久度。
  同时,在施工时尽可能避免在高温下施工,避免长距离输送。在长距离输送的过程中,混凝土的坍落度较高,这就必然导致用水量增加、胶凝材料用量增加、放热量增大,从而降低混凝土结构的耐久度。
  加强养护
  加强养护主要包括养护和保温两方面,养护可防止混凝土早期干缩,保温可防止混凝土表面温度过低,内外温差过大,会因热胀冷缩使混凝土产生裂缝,而降低混凝土的稳定度和强度。
  为了温控的需要,大体积混凝土的早期强度一般维持在较低的值。这也要求我们,在使用过程中要注意保护.不能过早使混凝土受压受力,降低混凝土结构的稳定度。
  从上述可知,为了提高混凝土结构的耐久性,我们可根据结构的环境,合理选择混凝土的原材料,改善混凝土级配,控制水灰比,在保证混凝土强度等级的基础上使用最低剂量的水泥,改善混凝土的抗渗和密实度。在建筑业蓬勃发展的今天,钢筋混凝土的耐久性是影响相关企业经济绩效的一个重要因素。提高钢筋和混凝土的耐腐蚀性能和耐用性,具有重要的现实与经济利益。
  (作者单位:湖南文理学院芙蓉学院工程与技术系)

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