提高高性能混凝土耐久性

孔继飞

摘要：耐久性是混凝土结构功能之一。随着生活水平的逐渐提高，人们对建筑的安全性、耐久性要求也越来越高。不久前，北京市开展的开展的保障性住房百年住宅标准的课题研究也表明耐久性问题引起了业内的普遍重视。在建设项目的设计过程中，必须重视耐久性问题，只有明确耐久性的相关要求和存在的问题，找出设计过程中的关键点和难点。才可以制定科学合理的设计方案。

关键词：高性能;混凝土;耐久性

1 混凝土结构的耐久性

混凝土结构在规定的使用年限内，除应具有足够的強度和能安全地承受设计荷载外，还应具有在所处的自然环境和使用条件下，长期保持正常使用性能和外观完整性的能力。混凝土结构耐久性分为材料的耐久性和结构的耐久性两个方面。

混凝土材料的耐久性包括抗渗性、抗冻性、抗碱骨料反应、抗腐蚀等几个方面。影响混凝土耐久性的因素可分为内部因素和外部因素。内部因素包括混凝土的水胶比，杂质含量，钢筋保护层厚度，外加剂不当或错误，振捣不密实或外观疵病缺陷等;外部因素即外部环境影响包括：（1）钢筋被有害气体、液体腐蚀;（2）混凝土碳化;（3）冻融循环、温湿变化;（4）碱-骨料反应;5.物理性损害（磨损、风蚀）等。其中，混凝土的碳化，碱-骨料反应和钢筋的腐蚀对混凝土结构的耐久性影响最大，必须采取相应的预防措施。

2 当前我国建筑工程结构耐久性存在的问题

相关调查表明，国内大多数工业建筑物在使用25～30年后即需大修，处于恶劣环境下的建筑物使用寿命仅15～20年。民用建筑和公共建筑的使用环境相对较好，一般可维持50年以上，但阳台、雨蓬等露天构件的使用寿命通常仅在30年左右。

笔者于2010左右参加了中小学校舍安全工程，曾对大量的既有校舍进行了抗震鉴定和加固工作，在现状现场踏勘中发现，建于上世纪八十年代的校舍，处于室内环境的混凝土构件外观基本良好，但处于室外环境的外走廊梁柱、雨蓬、栏板等混凝土构件多数存在下列情况的一项或多项：混凝土龟裂或酥松，漏筋或钢筋腐蚀严重，存在过大裂缝等。另外，施工管理和施工水平也是影响混凝土结构耐久性的重要因素。笔者在一个加固工程中发现，揭开楼面装修层发现，板面沿梁边存在明显的通长裂缝，经向原施工单位了解后判断，此裂缝是施工时抢工期而过早拆除模板造成的。

3 混凝土耐久性设计影响因素

3.1 环境影响作用

环境是影响混凝土使用性能的关键因素。所以，在进行混凝土结构设计的过程中，应完全考虑建筑物周围环境的具体情况，避免给混凝土结构带来影响。混凝土材料较其他材料不同的是：其若长期处于特殊的环境下，内部的结构就会伴随着时间的增加而出现改变，以此会给整个混凝土结构带来影响。因此，为了进一步提高混凝土结构的耐久性，延长建筑工程的使用寿命，需结合环境条件，对混凝土结构做出科学设计，确保充分地发挥出混凝土结构的应用优势。

3.2 混凝土的碳化反应

在一般的硅酸盐水泥混凝土中，水泥熟料的主要矿物成分包括以下几种，分别是硅酸盐三钙、硅酸盐二钙、铝酸三钙以及石膏等等，而水化产物则主要为水化硅酸钙和氢氧化钙两种，充分水化之后混凝土空隙水溶液为氢氧化钙饱和溶液，PH值为12-13，呈现出碱性‘而外部环境当中酸性气体二氧化碳或者液体随时会侵入到混凝土当中，和水泥熟料中的碱性物质发生碳化反应，混凝土中的PH值就会出现下降的趋势。关于如何有效阻止混凝土碳化反应的出现或者有效减缓混凝土碳化的反应程度，笔者提出以下两个方面的建议：

首先，加强环保意识，减少工业残渣和废料的排放。外界环境中二氧化碳的含量是非常高的，混凝土的碳化反应几乎是没有办法完全阻止的。但是，我们可以尽全力去控制好人为因素影响下产生的二氧化碳排放量，其中，最主要的便是控制好工业化废料和残渣的排放量，控制好二氧化碳的浓度的增加，强化环保意识，进而有效控制混凝土碳化现象的产生。

其次，提高混凝土的强度和密度。在水泥水化的过程当中，混凝土内部会产生非常多的孔隙、气泡以及毛细管等等，外部环境中的二氧化碳便会通过这些孔隙、气泡以及毛细管等深入到混凝土的内部，并且在混凝土的内部扩散开来，与混凝土孔隙、气泡以及毛细管当中的液体发生化学反应，最终生成碳酸钙盐，这就很有可能造成原反应物体积发生膨胀，其中PH值也会随之降低，而混凝土的胶凝孔隙和一部分孔隙被碳化的产物发生堵塞，混凝土的强度和密度会随之提高很多，这就在很大程度上减轻了二氧化碳的扩散情况，在一定程度上阻止了碳化反应的发生。

3.3 钢筋锈蚀

混凝土具有较强的碱性，而导致这一性能出现的主要原因为：混凝土结构內含有大量的氢氧化钙饱和溶液，导致钢筋表面产生致密的钝化膜，以此就可以实现对混凝土内部结构的有效保护。但是，一旦混凝土内部结构和空气中的水分或者二氧化碳结合时，其就会发生相应的中和反应，降低了混凝土结构的碱性，因此也就缺乏了对钢筋结构的保护，导致钢筋随着时间的增长，逐渐出现锈蚀的情况[2]。

3.4 寿命设计

建筑混凝土材料的使用不是一劳永逸的，而是具有一定的寿命。所以，通常在设计混凝土结构的过程中，一般都会进行寿命设计，并将其主要分为：使用寿命、预期使用寿命以及设计使用年限等许多的种类。

4 提高高性能混凝土耐久性的方法

4.1 明确混凝土结构耐久性设计目标

要想增强混凝土结构的耐久性，就应首先明确混凝土结构耐久性的设计目标，采用合理有效的耐久性设计方法，以便科学的提高建筑混凝土的结构强度，确保能够延长混凝土的使用寿命。因此，在具体设计时，应选择合适的混凝土材料，并结合建筑工程周围的施工环境和使用年限等因素，科学地分配原材料的比例，这样才能有效地增强混凝土使用的耐久性。倘若混凝土结构具体应用环境的温度较低，就应根据每年冻融次数来科学地应用引气剂，这样才能有效地满足建筑工程的实际居住需求。随着使用时间的不断增加，混凝土结构会受外界环境的影响，而发生相应的化学侵蚀反应，此时就可采用环氧涂层确保提高整个建筑工程的抗腐蚀性能。此外，对于不同的环境，应建立不同的混凝土结构设计方案，合理地选择混凝土结构的保护层，并设置合理的排水结构，以此来有效地实现对混凝土结构的合理保护。

4.2 混凝土保护层厚度

化学离子的摄入和扩散，需要一定的时间，而且与本身的浓度有关，在一定程度上来说，还与混凝土保护层本身的厚度有关。因此，要想有效维护混凝土结构的耐久性，可以结合国内外相关的研究结果，根据国家相关标准和要求来提高混凝土的保护层厚度，这样能够避免那些化学离子在短时间内就能够到达混凝土结构。

4.3 水泥品种和骨料

施工团队在选择水泥品种和骨料的时候，必须要对品种和材料做深入的评估，而且要针对不同的影响因素去选择适合的品种。目前经过多次试验所得，国内施工团队大多会选择那些低碱度，低需水量的水泥材料。而且还需要选择那些杂质含量较少的，顶配的骨料，这样能够有效减小水泥结构之间的空隙。

4.4 配合比

施工团队必须要选择合适的配合比，将水泥用量，以及水分之间形成科学合理的配比，这样能够有助于形成一定的骨料来填补结构之间的空隙，如果配合比过大或者过小，可能会导致这些材料降低使用性能。

4.5 外加剂

在施工的过程当中，还可以采用一些有效的外加剂。比如常见的防锈剂，就是针对钢筋结构，容易产生生锈和腐蚀现象所研发而出的一种试剂，施工人员采用这种外加剂可以有效加强钢筋混凝土本身的预应力稳定性能。除此之外，还需要加强对施工过程的控制和管理，根据实际情况，合理运用一些外加试剂和设备。而且需要加强操作人员的规范意识和自觉意识，让他们能够从设计阶段到施工阶段，以及管理环节都能够落实，增强预应力稳定性能的措施。

4.6 严格控制施工环节

（1）高性能混凝土通常具有高敏感性，对材料温度的变化极为敏感，所以需要分别进行夏季和冬季配合比设计，根据季节及气温变化情况确定配合比参数;在施工中，应根据外界气温变化情况适时增减外加剂掺量，既要避免高温时出现混凝土坍落度损失过大，又要避免气温出现突降并维持一段时间后出现混凝土离析现象。（2）严格控制水泥中的C3A含量，降低混凝土早期水化热，减少混凝土微观裂纹及受力裂缝，确保混凝土耐久性满足要求。（3）严格控制骨料的含泥量及石粉含量，以达到降低混凝土骨料比表面积的目的。（4）针对前文提到的微观裂纹产生的机理，应该从减缓胶凝材料的初期水化速率、降低芯部与周边及外界环境的温度差、降低芯部与周边的硬化速率差及收缩速率差等环节着手予以解决。（5）粉煤灰的需水量比对混凝土的工作性、耐久性具有重大影响，所以“需水量比”指标应尽量控制在下限。（6）对砂、石堆场及拌合用水进行遮盖保温处理，避免温度出现骤变;夏季进行混凝土拌合施工时，可将冰块破碎后加入拌和用水中，以降低拌合用水温度;新进场水泥的温度通常较高，可将水泥静置几昼夜后再使用。（7）严格控制混凝土拌和时间，一般以180s为宜。（8）夏季施工时，尽量在气温较低时进行混凝土浇筑施工，混凝土入模温度应满足设计及相关规范要求，针对大体积混凝土，应采取有效的降温措施。（9）施工中尽量保持混凝土坍落度稳定，保证混凝土拌合物的均質性。（10）混凝土表面龟裂通常是收缩应力引起，解决措施是加强混凝土覆盖养护;连续贯穿的裂纹通常是由温度应力引起的，解决方法针对大体积混凝土采取有效降温措施，同时加强养护，减少构件芯部与构件表面及外界的温差。（11）在进行混凝土浇注作业时，应采用多点浇筑，在墩柱和现浇梁腹板施工时，应增加串筒等混凝土减速装置，避免将混凝土直接喷射在钢筋上，造成骨料和浆液离析情况，从而影响混凝土构件的均质性。

4.7 强化施工质量的标准体系

企业在经营和发展中制订的相应规章制度是企业不断深化发展的重要基础和方针，在企业进行建设的过程中能有章可循，在既定范围内有效提升工程建筑的质量。那么企业在进行房屋建筑工程建设的施工过程中能建立健全的监督管理机制，保证工程运行下能得到制度上的指导。进而在工程推进中能保障各个工作环节的有效衔接。工作人员应将责任感贯彻落实在自身的工作内容中，不断践行和完善自身的工作方式方法，保证工作能顺利完成[3]。

4.8 全面实施人才培养机制

混凝土工程建设过程中出现的大量问题，基本都是混凝土工程中人才技术缺失造成的，进行有效的工程设计和质量优良的工程建设，需要强大的人才基础支撑。因此，工程建设单位应保证在进行建设的过程中具备完善的人才基础。在工程建设中发挥老员工的工作经验，进而对新员工进行相应的帮助和指导，逐渐建立完善的工作团队，保障在工作环节技术的稳定实施。企业也应积极吸引具有专业能力和专业素养的新员工参与工作，给予企业发展一定的新鲜血液，增强企业建设的活力和能动性。

5 结语

综上所述，混凝土结构耐久性能的强弱在很大程度上影响着整体建筑的质量，相关部门和人员必须要高度重视起混凝土结构的耐久性能，要加大对混凝土结构耐久性的研究力度，全面提升混凝土结构的耐久性能。

（作者单位：中国建筑土木建设有限公司                     中土木（北京）技术检测有限公司）