耐久性混凝土配合比设计与研究

■刘志伟 ■中铁十八局集团有限公司，天津市 300222

在建筑工程的建设材料中，使用量最大，使用最广泛的应就是混凝土了。现在，混凝土更加越来越多地应用于现代工程建设之中，同时面临着可持续发展的问题，如生态问题、环保问题、节能问题等等，而不断加快的施工进度和所处环境的不断恶化导致混凝土的耐久性大幅度下降，很多混凝土基础设施在二、三十年甚至更短时间内就出现了劣化，所以混凝土的耐久性则成为了我国混凝土工程建设领域所面临的比较严峻的问题。

1 配合比设计

1.1 抗碳化(中性化)的配合比设计

因为混凝土表面在环境作用下会发生碳化反应，所以混凝土内部的碱度大幅降低，钢筋也会因钝化膜破坏而受到腐蚀，影响耐久性，而水灰比较小的混凝土由于水泥浆的组织密实，透气性小，碳化速度较慢，因此在配合比设计时应优先选择较小的水灰比。

通过短暂的班会活动，孩子们明显轻松了不少。下晚自习的时候，有的孩子拿着自己的气球一路挥舞，一路欢笑，引得其他班的同学纷纷扭头注目。

1.2 抗盐害的配合比设计

做抗盐害的混凝土配合比设计时，在进行对比的两个配合比中分别掺入粉煤灰和粉煤灰与硅粉的混合料，通过观测后发现掺入硅粉的混凝土细孔总量较少，氢氧化钙含量也较少，从而使混凝土的电阻增加，更有效的防止了盐害的侵入。

1.3 抗冻害的混凝土配合比设计

在配合比设计的过程中为了抵抗冻害影响，通常掺加引气剂，使含气量在3.5%以上，但超过5%时，就会影响混凝土的强度，因此在设计中把含气量控制在3.5%～5%之间。

1.4 抗硫酸盐腐蚀的配合比设计

在做抗碱反应的混凝土配合比时，首选应选用无碱活性的骨料或者严格控制混凝土总的碱含量，使其在生产过程中无法发生碱骨料反应，从而提高拌合物的耐久性。

她笑了笑，招手把本派新生叫了出来，他们离开队伍，很快消失在前方无边的黑暗里。目送最后一个身影离开，我看着剩下的人。大部分新生都来自无畏派，因此这时只剩下了九个人：当然，我是唯一的无私派转派生，没有友好派，其余几个来自博学派，令人吃惊的是还有诚实派。一直以来，不是诚实最需要勇气吗？但他们为什么转派？不得而知。

1.5 抗碱骨料反应的混凝土配合比设计

在进行硫酸盐腐蚀环境下的混凝土配合比设计时，适当的降低混凝土水灰比，用适当比例的矿物质超细粉掺合料等量替换一部分水泥，或者适当选用低C3A 含量的水泥，则是提高混凝土在硫酸盐腐蚀环境下耐久性的有效途径。

2 混凝土的耐久性研究

2.1 冻融环境下混凝土耐久性的研究

基于此，目前已经在运行中的中国农作物有害生物监控信息系统、全国农作物重大病虫害数字化监测预警系统等监管体系之间的信息壁垒可以彻底消除，统筹构建成植保数据中心、信息采集系统、分析处理系统、决策支持系统和信息服务系统，最终形成一个覆盖全国、统一接入、统筹利用的植保大数据共享平台。

2.2 氯盐环境下耐久性研究

混凝土在碳化环境下的耐久性是通过室内试验使混凝土快速碳化，然后对混凝土的性能指标进行比较全面的测试，通过对整个试验过程的记录和分析得出:混凝土碳化的程度与材料中的水灰比和含气量有关联。通过观察发现当含气量超过8%时，混凝土的碳化深度加深，而当掺入的粉煤灰量小于20%时，随着矿渣粉的增加混凝土的碳化深度在逐渐减小。另外混凝土的强度和渗透性也是影响混凝土碳化的主要因素。

2.3 混凝土在碳化环境下耐久性的研究

通过采用室内电通量法，观察不同条件下混凝土中的氯离子扩散系数情况。通过实验过程的记录和观察发现，氯离子的扩散系数与混凝土制作过程中的水灰比及单方水泥用量有很大关系。实验显示当水灰比从0.3 增大到0.5 时，混凝土的电通量和氯离子的扩散系数也随着水灰比的增加而增大，另外增加水泥用量，电通量和氯离子的扩散系数也随着增大。在混凝土中加入部分粉煤灰后28d 与56d 龄期试件表现出的变化不同，养护28d 龄期的试件电通量增加，氯离子的扩散系数随着电通量的增加而增大，反观56d 龄期的混凝土试件则出现全部降低的现象。结合以上分析得出:除含有特殊成分的混凝土外，不同龄期的电通量和氯离子的变化情况有很大的相似性，另外因为粉煤灰会降低混凝土的电通量，所以用电通量作为研究混凝土中氯离子的指标时其结果往往不太可靠。

3 提高混凝土耐久性的控制措施

3.1 做好对原料的控制

新浇筑的混凝土应尤其注重早期的养护工作，并且应该从养护材料、养护时间及养护方法等方面综合考虑，以尽量使混凝土较少地出现裂缝，并且应重点控制构件的湿润养护。若为大体积混凝土，应尽量选用流水法或蓄水法养护，养护的时间应该控制在14 天～28 天。

3.2 施工管理

(1)充分振捣:混凝土施工时加强振捣可大幅度增强混凝土的密实性，减小混凝土渗透性。(2)做好保护层:在混凝土浇筑时应重点确保混凝土保护层稳定，所以在浇筑前应仔细检查保护层位置的精确性和尺寸的正确性。增大混凝土保护层厚度可有效延缓腐蚀因子侵入到钢筋表面的试件，其能改善对钢筋锈蚀膨胀的抵抗力。钢筋垫块，应选用水泥砂浆或细石混凝土进行制备，部分情况下应尽量选用定型的塑料垫块，应避免使用碎石或钢筋制作垫块。

冻融环境下的混凝土耐久性的研究是在冻融环境下做多个不同条件下的冻融试验，评价混凝土抗冻性的依据为耐久性系数。通过实验发现水灰比、单方水泥的用量、含气量、活性物质的掺合量是影响冻融性的主要因素。实验显示混凝土的含气量在4%～9%之间时抗冻性比较好，也就是说混凝土的含气量是影响其抗冻性的决定性因素。

3.3 加强养护

(1)调整水灰比:水灰比过高会直接影响混凝土的耐久性，因为水灰比会影响混凝土的孔隙率、混凝土钢筋的锈蚀程度和混凝土碳化速率、空气内腐蚀性物质在孔隙内的扩散程度等。控制适当的水灰比还可保证成型后的混凝土抗渗等级，抗冻性能，避免结构在环境作用下发生破坏。所以在建筑工程混凝土中胶凝材料的总量应控制在550kg/m3以内。(2)选用骨料:配制混凝土时所使用的骨料，应确保具有较低的碱活性、稳定的化学性质，级配优良，质量坚硬，且满足色泽要求。(3)不同种类的减水剂可能会对混凝土的耐久性产生不同程度的影响。相比萘系减水剂，聚羧酸类高效减水剂则具有更优良的作用效果。(4)适当添加矿渣、粉煤灰等矿物掺和料可大幅度增强混凝土的耐久性。实际施工过程中可依据相应使用环境条件选用恰当的矿物掺和料。(5)混凝土的配制应依照添加活性掺和料、选用高效减水剂、优化配合比参数等设计原则。利用水泥水化产物的改善、水灰比与孔隙率的降低、水泥与骨料界面的增强和密实度的提高来实现高耐久性与高性能。(6)种类不同的水泥可不同程度影响混凝土结构强度、抗渗性、耐冻性与耐腐蚀性。实际配制中应尽量选用含碱量较低和水化热较低的水泥，如火山灰水泥和普通硅酸盐水泥，或选用具有掺和料的硅酸盐水泥。

堤防工程原则上以原有堤防除险加固为主，参照《堤防工程设计规范》（GB 50286—1998）规定执行。对新建堤防，应根据山洪沟泄洪要求，经过比选，合理选定堤线和堤距布置，并根据山洪沟行洪断面、地形地质条件、当地材料以及占地情况，合理确定堤防结构形式。对人口密集区、沟道两岸地形狭窄、已建建筑物限制等没有条件布置土堤的地段，可采用防洪墙等形式；沟道两岸地形有条件时，可采用土堤形式。

4 混凝土的可持续发展问题

根统计，全球每年混凝土消耗的天然骨料在80 亿吨以上。以生产1 吨硅盐水泥来计算，所需1.5 吨石灰石，还需要一定数量的煤、电、石油等原能，并向大气释放约1 吨二氧化碳，还排放一定数量的粉尘、二氧化硫、氮氧化物等重金属污染物。全球二氧化碳等污染物7%来自水泥工业。如此之大的资源消耗和严重的环境污染，如果没有有效的节制措施，将直接威胁着人类和整个地球的生命。

但是，社会要前进，人类要发展，基础设施建设也不可能停步，而且还是高速、快速的姿态。面对快速发展建设的需求和日益严重的环境污染。要使这一问题得到解决，混凝土工业必须走向可持续发展的道路。

教材是小学科学教师教学工作开展的重要依托，也是帮助学生构建完整知识体系架构的重要工具，但是仅仅依托教材内容的课堂必定是失败的。鉴于此，教师在开展教学活动时，不仅要以课本为主，还需要深入挖掘教材的深层次内涵，将思维扩展到教室以外，才能让整个课堂充斥着生命力与活力，培育学生批判性思维。除此之外，小学科学教师给学生教授的内容还需要融入一定的生活元素，将日常生活中常见的物品作为学生的科学实践材料，为生活化教学提供物质基础，促使学生能够主动将科学技能运用到生活中，在实践中培养兴趣与动手能力。

就目前来看，让混凝土走上可持续发展的道路需解决好四个问题:一是节能减排。利用工业废渣和天然矿物，减少水泥熟料的用量，尤其是工业废渣的利用，具有非常大的潜力。这样做既解决了工业废渣的污染，又节约了混凝土的原材料，一举双赢。同时应加大科研力度，改善水泥生产工艺，做到低排放、低能耗或寻找新型胶凝材料，以替代水泥。二是提高混凝土的耐久寿命。混凝土工业的专家和学者们应从多方面考虑，如何综合各方面的因素，使其耐久寿命的延长。三是基础工业设施建设的规划要科学化、全面化、长远化。不要今天建设，明天挖，这是对能源和资源的最大浪费。四是生态环保应贯穿于混凝土生产和使用的全过程。除了在生产混凝土所消耗资源能源带来的生态环境问题外，混凝土释放有害物质和其废弃物都会影响生态环境，所以，还需加大对混凝土的使用期以及废弃的环境问题研究。

5 结语

总之，在工程实施过程中，只有采取有效措施进行混凝土耐久性配合比设计，在施工过程中采用科学的试验检测方法，精细施工、严格控制施工的各个环节，才能使混凝土具有较好的耐久性，提高工程使用寿命。