浅谈高耐久性混凝土的配制

达海清　刘香忠

摘要：介绍混凝土高耐久性指标和要求，从原材料选择、配合比设计方面阐述高耐久混凝土的配制和质量控制思路。

关键词：混凝土 高耐久性 配制

从上世纪中期以来，混凝土成为了使用最广泛的建筑材料之一。以往工程中都比较重视混凝土的强度而容易忽视混凝土的耐久性，但调查显示[1～5]，许多国家的混凝土构筑物都受到不同程度的侵蚀与破坏，严重的导致强度下降，结构破坏甚至倒塌。采用高性能混凝土替代传统混凝土结构物和建筑，改善混凝土耐久性能，延长混凝土构筑物使用寿命，研制并应用高耐久混凝土，不仅能够大大提高项目的投资效益，而且功在当代，利在千秋，具有深远的经济效益和社会效益。

1 混凝土高耐久性的指标和要求

1.1 考虑当地环境要素，为确保混凝土构筑物100年设计使用寿命的要求，依据环境作用等级，确定混凝土耐久性所涉及到的抗凍、碱集料反应等的设计指标为：①混凝土56d电通量：C35～C45<1500库仑；C50<1000库仑。②混凝土的抗冻等级（56d）≥F300。③混凝土的抗裂性应通过对比试验。④混凝土首选非碱活性骨料。若使用碱活性骨料，混凝土中的最大碱含量为3.0kg/m3。

1.2 高耐久性混凝土要求的原材料品质、配合比参数限值如下：①混凝土强度等级≥C35。②严格控制水泥用量：C35胶凝材料用量≥320kg/m3、≤400kg/m3，水胶比≤0.5；C40水胶比≤0.45；C50水胶比≤0.36。③混凝土中的最大氯离子含量为0.08%。④大体积混凝土避免采用高水化热水泥，优先采用双掺技术。

2 高耐久混凝土的配制思路

针对混凝土的耐久性指标和要求，应以配合比设计为重点，尽可能降低混凝土的单位用水量，实现低水胶比和低浆体用量[6]，并将单位用水量作为控制混凝土耐久性的一项首要控制手段，贯穿于混凝土生产的过程控制和施工管理。如下分别从原材料选择、配合比设计方面阐述高耐久混凝土的配制和质量控制。

2.1 原材料优选

2.1.1 水泥。细颗粒较多的水泥，水化后在混凝土内部产生微小毛细孔，可以使有害孔隙减小，从而提高混凝土的抗渗性，但需注意水泥细度的增加对降低水灰比不利，使混凝土抗裂性下降。配置混凝土时，优先采用水化热低的普通硅酸盐水泥。对水泥技术指标的要求：除基本技术指标满足国家标准（GB175-2007）对普通硅酸盐水泥的要求外，在细度上要求水泥不宜过细。此外还控制对体积安定性有较大影响的游离石灰、三氧化硫和氧化镁的含量，以及水化速度快、水化热高、需水量大、体积收缩大的铝酸三钙含量，严格控制水泥的碱含量（以Na2O计）不大于0.6%，熟料中C3A含量不大于8%。

2.1.2 粗、细骨料。配制高耐久性的混凝土的骨料应满足下列要求：

①质地均匀坚固，粒形和级配良好、吸水率低、空隙率小。②处于冻融循环下的工程混凝土，宜进行骨料的坚固性试验，坚固性试验的失重率要低于5%（细骨料）和8%（粗骨料）。③对于可能处于干湿交替或者冻融循环下的混凝土，粗、细骨料中的含泥量应该分别低于0.7%和1%。④在氯盐环境作用下的混凝土，不宜采用抗渗性较差的岩质如某些花岗岩、砂岩等作为骨料。⑤对于重要的钢筋混凝土工程应严禁使用海砂。⑥粗、细骨料中硫化物及硫酸盐含量均小于0.5%，氯离子含量均小于0.02%。

针对以上要求，配置混凝土选用的细骨料应为级配良好、质地均匀坚固、吸水率低的天然中粗砂，级配区为Ⅱ区，控制其细度模数在2.6～2.9之间。粗骨料应为级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小、吸水率小的洁净碎石，粒径5～31.5mm（C50为5～25mm），特别控制其吸水率小于1.0%，压碎值指标小于10.0%，针片状含量小于8.0%，坚固性指标小于5.0%。在满足泵送及施工的条件下，尽量扩大粗骨料最大公称粒径（优先选用5～31.5mm），因为粗骨料粒径越大，级配越好，孔隙率越小，总表面积越小，每方混凝土的砂浆和水泥用量越小，水化热就随之降低，此为配制高耐久混凝土的关键。

2.1.3 外加剂。在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，应尽可能降低用水量，减少水灰比，使混凝土的总孔隙、特别是毛细管孔隙率大幅度降低。加入减水剂后，不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态，还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，阻止了水泥颗粒间的直接接触，并在颗粒间起了润滑的作用，同时使水泥絮凝体内的游离水释放出来，增加了混凝土的流动性，改善了拌合物的和易性，从而达到减水的目的。许多研究表明，当水灰比降低到0.38以下时，消除毛细管孔隙的目标便可以实现，而掺入高效减水剂，完全可以将水灰比降低到0.38以下。

高耐久性混凝土的配制应选用减水率高、坍落度损失小、适量引气，能明显提高混凝土的耐久性且质量稳定的外加剂。一方面它与水泥及各种矿物掺合料之间有良好的相容性，另一方面混凝土中掺入减水剂后使混凝土工作性能有了明显的改善，减少拌合用水量，降低水泥用量，从而降低了水化热，赋予混凝土高密实度和优异的施工性能。泵送混凝土可同时添加缓凝剂，延缓凝结时间，避免因凝结时间过早导致混凝土层间缝隙的产生，从而使混凝土防水、抗裂和整体强度提高，同时也改善混凝土的和易性，减少运输过程中的坍落度损失。

2.1.4 掺合料。优先采用双掺技术，利用不同矿物成分的协同优势，以改善新拌和硬化混凝土的性能，并使高性能混凝土更经济和更生态。粉煤灰和矿粉在混凝土配合比中的应用，一方面由于其颗粒呈圆球状，加入到混凝土中后能起到润滑作用，可显著地改善混凝土的和易性，大大改善混凝土工作性能；同时在满足强度要求下可替代部分水泥，以降低水化热，减小混凝土的温度应力，从而增加地铁混凝土的抗裂性能；另一方面由于粉煤灰和矿粉的火山灰反应，进一步改善混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步细化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，混凝土收缩值也相应减小。

2.2 優化配合比设计 混凝土配合比设计的参数值（设计的目标强度值、水胶比、工作性、最小胶凝材料用量、抗渗等级、抗冻等级、56d电通量、氯离子含量、总碱含量等）同时满足JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》、GB/T50476-2008《混凝土结构耐久性设计规范》、CCES01-2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》、CECS220：2007《混凝土结构耐久性评定标准》、《地铁混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建[2005]157号）中相关配合比要求的所有规定。

采用低水胶比、双掺掺合料（矿粉和粉煤灰）或者单掺掺合料、添加引气减水剂的设计思路。在完成初步配合比计算后进行试配并调整确定，保证强度达到设计要求，同时满足施工和易性要求。

3 结语

提高混凝土的耐久性对于当前实现可持续发展战略，更好地利用资源、节约能源和保护环境，都具有十分重要的意义，这需要我们研究原材料及配合比对混凝土性能，特别是耐久性能的影响，来更好的延长混凝土构筑物使用寿命。

参考文献：

[1]American Society of Civil Engineering（ASCE），2001 Report Card for Americas Infrastructure，2001.

[2]M EHTA P K.Concrete durability： fifty years progress[A].Proceeding of 2nd International Conference on Concrete Durability[C].ACISP126-1，1991：1-33.

[3]A performance specification for durable concrete[J].Construction and Building Materials，1996，10（5）：375-379.

[4]混凝土结构的耐久性综合调查报告[R].混凝土结构耐久性综合调查组，1990.1.

[5]全国水工混凝土建筑物耐久性及病害处理调查报告[R].水利水电科学研究所，1986.

[6]吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中国铁道出版社，1999.

作者简介：达海清（1981-），女，青海互助人，助理工程师，研究方向：混凝土配合比设计与混凝土性能。