混凝土现场施工生产工艺与混凝土耐久性的关系|混凝土耐久性
时间：2019-04-17 03:21:39 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
1 影响混凝土耐久性的因素 混凝土的一种重要原料，它的性能对混凝土性能有十分重要的影响。混凝土诸多性能中耐久性非常重要，如果混凝土结构物没有达到预期使用年限而过早地被破坏，不但经济损失巨大而且危及人们的安全。将混凝土破坏的原因分为四大类：①磨损；②物理因素的破坏；③化学作用的破坏；④钢筋锈蚀造成的破坏。 耐久性高的混凝土应具备较高的抗渗性，抗冻融性及抗腐蚀性。高耐久性混凝土的渗透性很小，能有效地抵抗硫酸盐、氯离子等有害介质的侵蚀，对碱—骨料反应有抑制作用。使混凝土即使在严酷的自然环境下也具有较长的使用寿命。不少国家设计的混凝土使用寿命要求在100年甚至200年，我国目前提出混凝土寿命至少应在50年以上。
1.1磨损
磨损分机械磨损(路面、厂房地坪的磨损)和冲刷及气蚀的作用造成的磨损(水工结构的被破坏)。路面磨损的速率，主要取决于混凝土面层的强度和硬度，因此使用水泥的泌水性和离析性至关重要，而并不是非用道路水泥不可。矿渣或粉煤灰的掺入，如混合材比表面积较低，泌水性较差，当然不耐磨。但如掺入比表面积很高的磨细矿渣或粉煤灰，在精心施工的条件下也不是不可用于道路工程。水泥的保水性愈好，泌水性愈少，水泥比表面积愈高，其耐磨性愈佳，反之水泥中混合材愈粗，保水性愈差。
冲刷和气蚀是水工混凝土磨损的主要原因。试验证明水泥中C3S的抗冲磨能力最强，C3A次之，C2S最差。然而对冲刷磨损而言，对水泥化学成分的控制远不及提高混凝土的密实性重要。提高水泥中C3S含量对提高混凝土的密实性是一致的。
1.2物理因素的破坏
破坏混凝土的物理因素包括：
•干湿交替
•水的渗透
•冻融交替和盐的结晶
除机械磨损的破坏外，水的渗透是所有破坏的根源，而干湿交替作用是各种破坏的促进因素，因此混凝土的抗渗性对耐久性十分重要。仅就水泥本身而言，水泥的需水量和密实性(基本上可视作强度)，与混凝土的抗渗性有较大关联。当需要水泥强度较高时，一般将水泥磨得更细一点，虽然对混凝土的密实性有利，但需水量却提高了，这是相互矛盾的。解决这个矛盾的办法是在水泥中掺入相当数量的高比表面积的磨细矿渣或粉煤灰，使之与熟料水化后生成的Ca(OH)2起火山灰反应而生成新的C—S—H凝胶，有助于孔的细化并增加了孔的曲折度，从而增大了混凝土的抗渗能力。另一方面，磨细混合材的加入可以增强集料和水泥浆体的界面，有助于抗渗。但是混合材比表面积太低，将影响抗冻融性能和抗盐剥蚀能力，特别是掺石灰石作混合材尤差(可能是石灰石存在时水泥水化生成碳铝酸盐的缘故)。
1.3化学侵蚀
水泥中C3A含量高对混凝土抗硫酸盐侵蚀不利，所以ASTM—V型水泥规定2C3A+C4AF含量不得大于20％。掺有磨细矿渣或粉煤灰的水泥较有利于抗硫酸盐的侵蚀，这是由于火山灰反应可减少水化物中Ca(OH)2的含量。但火山灰反应需要较长时间，所以在制备混凝土时应采取措施使混凝土在足够的龄期后才受到硫酸盐的侵蚀。另一方面，掺有磨细矿渣等混合材的水泥，在相同的条件下，对混凝土的抗大气中酸的侵蚀也是有利的，理由同上。不过，对抗酸性而言，混凝土的密实性(强度)的影响比水泥化学成分和混合材的影响更大。
碱—骨料反应对混凝土产生的破坏也是众所周知的事实，水泥碱含量对自身的28d和以后的强度的影响也是十分严重的。但是碱—骨料反应的必要条件是水的存在，所以使用含碱量较高的水泥制备混凝土，提高其密实性有利于减少破坏反应，而且在地面以上的构件受破坏的风险也少得多。在原料条件不利时，多掺磨细矿渣并保持较高强度，是抑制碱—骨料反应的有效措施。
1.4钢筋锈蚀
钢筋锈蚀是混凝土结构过早被破坏的主要原因之一。一般在混凝土中孔隙内有很高浓度的Ca(OH)2，故其pH值均在12．4以上。在此条件下钢筋表面(2～6)×10-3μm的氧化膜使钢筋处于钝化状态。但如一旦钝化膜遭破坏，钢筋就会继续被腐蚀。混凝土的碳化或受酸的侵蚀是钢筋继续被腐蚀的重要因素。
影响混凝土碳化的主要因素是CO2在混凝土内的扩散速度。当水泥中CaO含量愈高，则可吸收CO2的量愈多，失钝所需时间就愈长，碳化速率愈慢。所以高硅酸盐含量的水泥抗碳化能力最强。不过，尽管混磨而且较粗的矿渣水泥抗碳化能力很差，分别粉磨高细度的矿渣掺入时，即使掺量高达50％，碳化速率的增加不多(约10％左右)，而且使用这种水泥制备的混凝土，其后期强度增长率的提高，对减缓碳化速率有利。水灰比小而很密实的混凝土(如C50以上的混凝土)，因碳化而引起的钢筋锈蚀问题可以忽略不计。
氯离子的作用也是破坏钝化膜导致钢筋锈蚀的原因之一。混凝土中Cl-的来源主要不是从水泥中引入而是从拌和水和外加剂中引入以及环境中Cl-随时间逐渐扩散和渗透深入混凝土内部。
2混凝土生产工艺控制
2.1混凝土原材料选用及配合比设计的控制
2.1.1 使用高性能外加剂，应采用减水率高、坍落度损失小、适量引气、能明显提高混凝土耐久性且质量稳定的产品。外加剂与水泥之间应有良好的相容性。
2.1.2 选择稳定性较好、强度等级高的水泥，混凝土强度高，碳化深度小，抗渗性和抗冻性就好。
2.1.3耐久性混凝土在配制上尽量采用低水灰比，选用优质原材料，掺入矿物掺和料和高效减水剂，减少水泥用量，减少混凝土的内部空隙率，增强混凝土的密实性和抗渗性，减少体积收缩，提高强度和耐久性。
2.1.4选用高强度、级配良好的集料。良好的级配可用较少的加水量制得流动性好、离析泌水少的混合料，并能在相应成型条件下得到均匀的、致密的、高强度的混凝土，级配好的集料可以在混凝土中形成刚性骨架，从而大大改善混凝土的力学性能，提高混凝土的耐久性。
2.2混凝土搅拌过程中的控制
2.2.1采用“二次投料搅拌工艺”，20世纪80年代以来，受日本SEC混凝土技术的启发，我国一些研究人员提出了“混凝土二次投料搅拌工艺”。二次投料的方法有水泥净浆法、水泥砂浆发、水泥裹石法、水泥裹砂法。净浆法是把所有的搅拌水与水泥先搅拌，再放入砂、石继续搅拌。砂浆法是把所有的搅拌水与水泥、砂先搅拌，再放入石子继续搅拌。裹砂发事用少量的搅拌水润湿砂，放入水泥搅拌，再放入其余的水和石子继续搅拌。裹石法是用少量的搅拌水润湿石子，放入水泥搅拌，然后再放入其余的水和砂继续搅拌。
坍落度试验结果表明，在同一配合比，同一测试条件下，采用二次投料搅拌工艺，可使新搅拌混凝土的和易性有所改善，在坍落度不变的情况下，可减少拌合用水量。从而改善混凝土凝结界面，提高混凝土密实度。
2.2.2选用强制式搅拌机，建立规模性的搅拌站，数字控制投料计量并严格对计量设备进行认证。
2.2.3 除了目前国内外普遍采用的掺加引气剂的方法外,通过合理的搅拌方式,即混凝土搅拌机的搅拌叶片在强制搅拌物料的同时,也作为振动源对物料施以振动作用的振动搅拌方式,也可以显著提高混凝土的含气量;合适的振动搅拌可以使新拌混凝土含气量普遍达到3.5%左右,又具有较高的强度。微观原理的分析表明,振动搅拌可以促进混凝土中过渡层和水泥水化浆体的显微结构改善,还可以改善混凝土的孔结构分布,从而提高混凝土的强度和耐久性。
2.3混凝土浇筑过程中的控制
2.3.1适度加大混凝土的保护层厚度。一般来说，混凝土保护层厚度每减少25%，碳化到钢筋表面时间就缩短50%。因此，混凝土应根据结构类型、所处环境和有无饰面，在保证功能、节省成本基础上适当增加保护层厚度以提高耐久性。
2.3.2加强施工质量控制，施工过程中严格控制混凝土坍落度。加强振捣以提高其密实度，增强抗渗性。
2.4混凝土养护中的控制
2.4.1使用抗腐蚀涂层。在一些重要的建筑物中，可以在混凝土表面使用环氧树脂等涂层以阻止氯离子侵蚀和混凝土的碳化深入到内部，并且能抵抗抗侵蚀环境的影响
2.4.2进行混凝土耐久性评估。目前，通过对混凝土耐久性影响因素分析来预测混凝土结构物的剩余寿命，从而有针对地提出解决方法来提高混凝土的耐久性。
2.4.3严格禁止盲目追求进度，按照规程确保养护期。
3 结论
综上所述，水泥的活性(强度)愈高，比表面积高，其保水性能愈好，抗渗和抗碳化性能愈强，有利于混凝土耐久性的提高。但是水泥的细度愈细则需水量愈大，使混凝土高度水保和导致混凝土膨胀和开裂，是所有混凝土过早破坏的先决条件。所以混凝土的完整性和水密性这个混凝土抗破坏的第一道防线是有关混凝土耐久性的首要环节，也就是说避免开裂的能力至关重要。
为提高混凝土的耐久性，改善混凝土的施工性能和抗裂性能，混凝土中宜适量掺加优质的粉煤灰、矿渣粉或硅灰等矿物掺和料，不同矿物掺合料的掺量应根据混凝土性能通过试验确定。混凝土中粉煤灰掺量大于30%时，混凝土的水胶比不得大于0.45，上述矛盾可得到很大程度的缓解。
当进行混凝土配合比设计时，混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量，应符合现行规范要求，如计算所得的水胶比值大于规定值时，应按规定值选取。根据混凝土耐久性指标的需求，混凝土水胶比可以降低。
参考文献：《铁路工程试验与检测》安文汉 山西科学技术出版社
