耐久性混凝土的配制及施工控制

郝云艳

混凝土的耐久性是指硬化后的混凝土抵抗介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力。耐久性是一个综合性的指标，包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀、抗碳化性、抗磨性、抗碱—骨料反应及混凝土中的钢筋耐锈蚀等性能。混凝土结构以其原料广泛、抗压强度高、稳定性好、易施工、可塑性强等特点而成为最常用的建筑材料;混凝土长期处在各种环境介质中，往往会造成不同程度的损害，甚至完全破坏。造成的原因有外部环境条件，也有混凝土内部的缺陷及组成材料的特性。这些因素的影响致使混凝土结构的使用寿命未能达到预期年限，耐久性提前失效。混凝土的耐久性现已成为工程界普遍关注的热点问题。

1 耐久性混凝土的室内配合比设计

所配制混凝土均按耐久性设计，具体指标如表1所示。

在进行配合比设计时，根据以往的经验，用粗骨料、细骨料、水泥、水配制出的满足工作性的混凝土，其结果是28 d抗压强度满足设计要求，但利用15 cm×15 cm×15 cm的混凝土立方体抗压试块经钻芯后加工成φ 100 mm×50 mm试件的56 d电通量却大大超过了规范所允许的范围，满足不了耐久性要求。

表1 具体指标表

混凝土的电通量是指在60 V直流恒压作用下6 h内通过混凝土的电量。通过测定混凝土电通量的大小来评价混凝土原材料和配合比对混凝土抗渗性能的影响，也可用来间接评价混凝土的密实性。普通混凝土的电通量不能满足要求，说明它本身不够密实。

要提高混凝土的耐久性，必须降低混凝土的孔隙率，特别是毛细管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌合用水量。要克服普通混凝土的缺点，可以从降低用水量和减小水泥用量两方面考虑，具体采取以下几种措施:1)掺入高效减水剂:在保证混凝土拌合物所需流动性的同时，尽可能降低用水量以及胶凝材料用量，降低混凝土的孔隙率，特别是毛细管孔隙率。水泥在加水搅拌后，会产生一种絮凝状结构。在这些絮凝状结构中，包裹着许多拌合水，从而降低了新拌混凝土的工作性。施工中为了保持混凝土拌合物所需的工作性，就必须在拌和时相应地增加用水量，这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。减水剂在减水的同时还可以产生一定的引气效果，对于提高混凝土抗冻性也是非常有利的。2)掺入活性矿物掺合料:在普通混凝土中掺入活性矿物的目的，一方面可以代替部分水泥，能有效降低水化热，防止混凝土结构物的开裂，另一方面在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成。活性矿物掺料(硅灰、磨细矿渣粉、粉煤灰等)中含有大量活性SiO2及活性Al2O3，它们能和水泥水化过程中产生的游离氢氧化钙及高碱性水化硅酸钙产生二次反应，生成强度更高、稳定性更好的低碱性水化硅酸钙，从而达到改善水化胶凝物质的组成，消除游离氢氧化钙的目的，有些超细矿物掺合料，其平均粒径小于水泥颗粒的平均粒径，能填充于水泥颗粒之间的空隙中，使水泥石结构更为致密，并阻断可能形成的渗透通路。此外，矿物掺合料还能改善集料与水泥石的界面结构和界面区性能。3)消除混凝土自身的结构破坏因素:除了环境因素引起的混凝土结构破坏以外，混凝土本身的一些物理化学因素，也可能引起混凝土结构的严重破坏，致使混凝土失效。因此，要提高混凝土的耐久性，就必须减小或消除这些结构破坏因素。4)保证混凝土的强度:尽管强度与耐久性是不同概念，但又密切相关，它们之间的本质联系是基于混凝土的内部结构，也就是混凝土的密实程度都与水灰比这个因素直接相关。在混凝土能充分密实条件下，随着水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的强度不断提高。与此同时，随着孔隙率降低，混凝土的抗渗性提高，因而各种耐久性指标也随之提高。在现在的高性能混凝土中，除掺入高效减水剂外，还掺入了活性矿物材料，它们不但增加了混凝土的致密性，而且也降低或消除了游离氢氧化钙的含量。在大幅度提高混凝土强度的同时，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。此外，在排除内部破坏因素的条件下，随着混凝土强度的提高，其抵抗环境侵蚀破坏的能力也越强。5)原材料的选定:对胶凝材料的品种、碱含量、氯离子含量、外加剂的减水率、骨料的级配和粒形以及最大粒径等方面，一定要予以重视，只有这样才能为下一步的配合比设计做好铺垫。

2 耐久性混凝土的施工质量控制

1)混凝土的搅拌。现场施工应采用集中搅拌、集中供应的方式，确保混凝土质量。对骨料的含水量进行测定并根据理论配合比调整施工配合比以及对拌和好的混凝土的坍落度、含气量等指标进行测定。严格对原材料温度控制。夏季施工时，由于气温很高，要对料场进行降温、遮阳、防晒处理，也可通过拌合水中加入碎冰等措施降低原材料进入搅拌机的温度;相反，冬季施工时，应对原材料进行保温、加热处理，以保证混凝土的入模温度控制在规范允许的范围内。2)混凝土的运输。混凝土的运输采用混凝土罐车运送，在运输过程中，罐体以2 r/min～4 r/min的转速转动，以防止混凝土离析和水分过多散失，出料前以高速搅拌20 s～30 s后用中速旋转卸料。为了避免在运输过程中因路线长而影响混凝土拌合物的质量，因此在运输过程中采用了少装快运、少停留、少倒运等方法来减少混凝土的含气量及坍落度损失。3)混凝土的浇筑。浇筑时，应连续、分层进行，其厚度根据混凝土的搅拌能力、运输、浇筑速度、振捣能力和结构要求等条件来决定，根据现场经验，分层厚度控制在30 cm～50 cm之间。浇筑承台、墩身等大体积混凝土时，应该分段、分层浇筑进行，浇筑速度不宜过快，以免水泥水化产生的水化热过度集中，致使混凝土内外温差太大而造成温差裂缝。混凝土的捣固采用插入式振捣器。每一振点应距模板5 cm～10 cm，插入下层混凝土内的深度控制在5 cm～10 cm之间，且不能碰撞钢筋;振捣器的移动距离在振捣器作用半径1.5倍以内;振捣时间控制在20 s～30 s之间，以混凝土不再沉落，不出现气泡、表面出现浮浆为度，不可过振、漏振。当混凝土出现泌水现象时，应及时用海绵将泌出的水吸出，防止多余的水在混凝土表面形成水陷，影响混凝土的外观质量。4)混凝土的养护。浇筑完毕后，应及时在钢模外包裹遮阳布，并立即覆盖混凝土暴露面，进行保温保湿养护。当气温较高时，混凝土早期养生采用补水养生，即对浇筑完的混凝土(包括没有拆模的结构物)表面包裹一层蓄水物质(如麻袋、棉被等)，用塑料薄膜包裹封闭，在养护期间，需对蓄水物质定时注水以保证持续湿润状态，养生时间不得少于14 d，并且尽可能延长养生时间以确保混凝土早期水化质量;严格控制混凝土的养护温度不低于混凝土外加剂规定的最低适用温度，当环境温度低于5℃时，应采取保温措施，直至混凝土的强度达到临界抗冻强度，并不得对混凝土洒水。

3 结语

配合比设计是确保混凝土耐久性最关键的环节之一，提出混凝土最大水胶比、最小胶凝材料用量限值，就是有效而可行的措施，掺加矿物掺合料和高品质的外加剂更成为配制耐久性混凝土的必要措施。由于粉煤灰的价格远低于水泥，矿粉的价格也低于水泥，在混凝土中加入外加剂和矿物掺合料，不但使混凝土性能得到了提高，而且在一定程度上节约了成本。

[1] 铁建设函[2005]160号，铁路混凝土工程施工质量验收补充标准[S].

[2] 铁建设函[2005]157号，铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定[S].

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