耐久性混凝土配合比设计与检测方法研究

康 新 亮

(东营市公路管理局，山东 东营 257000)

·建筑材料及应用·

耐久性混凝土配合比设计与检测方法研究

康 新 亮

(东营市公路管理局，山东 东营 257000)

对混凝土原材料的选择方式进行了介绍，分析了影响混凝土耐久性配合比设计的各种劣化因素，并着重探讨了检测混凝土耐久性的试验方法，对提高工程的安全性与经济性有重要的意义。

混凝土，耐久性，配合比，设计，检测

1 原材料选择

1)水泥。耐久性混凝土所用水泥一般应采用硅酸盐水泥和普通硅酸盐等较为稳定的水泥，强度等级宜为42.5级及以上。施工及应用过程中应严格控制水泥的各项检测指标，水泥凝结时间、安定性、抗压强度、28 d干缩等检测指标；碱含量、氧化镁、三氧化硫等各项化学成分均要符合国家标准要求。为提高混凝土的耐久性和抗硫酸盐侵蚀性能，需要对水泥熟料中的C3A和C3S的含量进行控制。生产过程中要加强对水泥原材料的检测工作，严格控制其质量和稳定性，才能保证混凝土的质量和耐久性。

2)矿物质超细粉掺合料。矿物质超细粉是提高混凝土性能，延长混凝土使用寿命的重要掺合料。超细粉是用硅粉、超细矿渣、Ⅰ级粉煤灰、超细磷渣及超细沸石粉等经先进工艺生产而成。掺加超细粉等量代替水泥可提高混凝土的强度，等量代替20%水泥可提高强度约10%；提高浆体流动性，提高混凝土的施工和易性和致密性。同时掺加超细粉可提高混凝土的抗渗性和抗化学侵蚀能力，从而大大提高混凝土的耐久性。

3)骨料。提高骨料的耐久性是提高混凝土耐久性能的重要措施，这就要求选用耐磨、软弱颗粒含量低、风化颗粒含量低的骨料。即骨料的抵抗温度与湿度变化的能力要强，才能提高混凝土的耐久性。

对骨料进行碱活性检验，对于存在潜在危害的碱活性骨料禁止使用；或采取相应措施进行避免和抑制。严格控制骨料的级配、压碎值、针片状含量等指标符合规范要求；同时骨料中的有害杂质含泥量、泥块含量及有机物、硫化物、硫酸盐等含量需满足规范要求。

4)外加剂。配制高性能混凝土需采用高效减水剂、缓凝剂、引气剂等。对其成分进行试验检测，不得含有对钢筋有侵蚀性有害杂质。严格控制氯离子及硫酸钠含量。同时必须对外加剂的总碱量进行控制。

2 配合比设计

2.1 抗碳化(中性化)的配合比设计

由于碳化作用，使混凝土内部的碱度降低。如果碳化达到混凝土钢筋附近，钢筋会因钝化膜破坏而受到腐蚀，由于碳化所产生对混凝土的劣化外力主要与水灰比有关。

2.2 抗盐害的配合比设计

抗盐害的混凝土配合比设计方法是按ASTMC1202测定混凝土在规定龄期的导电量，用28 d龄期6 h总导电量小于1 000 C为标准进行配合比控制设计。

2.3 抗冻害的混凝土配合比设计

在进行配合比设计时为抵抗冻害影响，应掺加一定量的引气剂，使混凝土中含气量在3.5%以上，但含气量大于5%时，会使混凝土强度降低，因此，一般建议含气量在3.5%～5%之间为最佳。

2.4 抗硫酸盐腐蚀的配合比设计

进行抗硫酸盐腐蚀的混凝土配合比设计，适当降低混凝土水灰比，以适当比例的矿物质超细粉掺合料等量替代部分水泥，适当选用低C3A含量的水泥，是提高混凝土抗硫酸盐腐蚀的有效途径。

2.5 抗碱集料反应的混凝土配合比设计

应选用无碱活性的集料或严控混凝土碱含量，使其无法发生碱集料反应。上述内容分别从不同的劣化外力考虑混凝土配合比耐久性设计问题，混凝土耐久性病害是原材料、原材料中有害杂质含量、施工及施工过程质量控制等多种综合因素综合作用的结果，在设计时必须考虑到耐久性病害综合症。在混凝土耐久性病害综合症防治的研究中，以矿物质超细粉代替部分水泥，并降低混凝土的水灰比，是提高耐久性最有效的途径。

总之，耐久性混凝土的配合比设计方法就是在以设计强度和工作性为标准的常规混凝土配合比设计方法的基础上，根据混凝土所处的环境条件，分析混凝土可能遭受的各种劣化外力的破坏，依据其设计使用年限和容许的劣化状态，采取掺入高效减水剂，降低水灰比；掺入不同的矿物质超细粉等量或超量替代部分水泥；掺入引气剂等，使混凝土有效地抵抗诸如碱骨料反应、氯离子渗透、硫酸盐腐蚀、冻融等破坏，使混凝土具有良好的耐久性。

3 耐久性混凝土试验检测方法

3.1 碱骨料反应

碱—骨料反应，就是水泥中碱与混凝土中的活性二氧化硅发生化学反应，生成碱的硅酸盐凝胶而产生膨胀的一种破坏作用。分为三种类型：碱—硅反应、碱—碳酸盐反应和慢膨胀型碱硅反应。碱—氧化硅反应和碱—硅酸盐反应是目前工程中主要的也是常见的碱—骨料反应形式。检测集料是否具有碱活性的检测方法详见《公路工程集料试验规程》中T0324—1994(岩相法)和T0325—1994(砂浆长度法)。

3.2 盐害

所谓盐害是钢筋混凝土中及所处环境中如果含有大量氯离子，而且当混凝土保护层较薄时，足够多的氯离子就可以到达混凝土内部，从而引起大面积和广泛的钢筋锈蚀，最终造成混凝土和整个结构的破坏。其中混凝土中的氯离子主要有：拌合水中含的氯离子，水泥中含的氯化物，化学外加剂中含的氯离子等。为防止混凝土由于氯离子含量高引起钢筋锈蚀造成混凝土破坏，混凝土中氯离子含量应小于0.3 kg/m3。我国混凝土渗透性试验方法有抗渗标号法、渗水系数法、渗水高度法三种，其试验方法概要如表1所示。

表1 混凝土渗透性试验方法

但对一些强度等级高，结构较密实的混凝土，上述三种方法有其局限性，不适应其检测。现介绍国际上常用的直接电量法(即AASHTO·T259和ASTMC1202-94所示方法)，试验前试件在真空下饱水，再经侧面密封，安装到试验箱上并密封进行检测，试验时每隔30 min记录一次电流，持续试验6 h，计算6 h中通过的总电量(单位：C)评定混凝土的渗透性。

3.3 冻害

混凝土中的冻害是从混凝土温度低的表层开始，混凝土表层中的水分先冻结，并发生膨胀，积压未冻结的水封，向未冻结的混凝土内部移动。向内部流动的水，并形成水的压力梯度；水的移动压力如超过混凝土的抗拉强度，混凝土就会产生劣化。当混凝土处于与水接触，其表面温度又经常处于正负变化之中，同时混凝土本身抗冻性差。破坏特点是表面起毛、剥落、骨料裸露、脱落、混凝土引起较大裂缝。快速冻融试验按照JTG E30—2005/T0565法进行试验，冻结最低温度为-18℃，融解温度+5 ℃;经过一定冻融循环之后，测定质量损失与动弹性模量降低，按下式计算耐久性指数：DF=P×N/M(P为相对动弹性系数；N为动弹性模量降至60%的循环次数；M一般设定为300次)。一般认为冻融循环一定次数直至质量损失超过5%或相对动弹模量降至60%以下，即为冻坏。此时次数为可接受的冻融循环次数。

3.4 中性化

混凝土的中性化是指空气中的二氧化碳和混凝土中碱性物质发生反应，生成碳酸钙和水，使混凝土碱度降低的过程。混凝土的中性化是影响其耐久性的重要因素之一。当混凝土的pH值低于10时，钢筋要发生锈蚀，铁锈要比铁的体积膨胀2.5倍。因此,使混凝土产生裂纹，同时混凝土与钢筋粘结力下降，致使混凝土剥落，耐久性大为降低。混凝土中性化是以酚酞试液喷在混凝土表面上，不呈红色的部分判断为中性化部分(pH值在8.5～10左右为中性化状态)。工程中测试混凝土的碳化深度一般采用先用电钻钻到混凝土内部，再以酚酞滴定看红色位置的分色点深度即为此处混凝土的碳化深度。

3.5 硫酸盐腐蚀

混凝土与外界硫酸盐离子相接触时，很容易受到腐蚀。硫酸盐离子能够穿透钢筋表面的钝性保护膜，促进钢筋锈蚀产生，而且也会影响水泥水化物的粘结性能，致使混凝土强度降低。硫酸盐侵蚀的检验方法在此推荐浸烘循环的试验方法，即：将立方体混凝土试件放入5%Na2SO4溶液中浸渍干湿循环，测其不同龄期的抗压强度比(与标养试件对比)和质量损失为其评价标准。一般规定抗压强度比低于75%或质量损失大于5%即为破坏。

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。

Study on durable concrete mixing proportion design and examination methods

Kang Xinliang

(DongyingHighwayAdministrationBureau,Dongying257000,China)

The article introduces raw concrete material selecting methods, analyzes factors influencing concrete durability mixing proportion design, mainly explores methods of testing concrete durability, which has significant meaning for improving engineering security and economy.

concrete, durability, mixing proportion, design, examination

2014-11-28

康新亮(1973- )，男，高级工程师

1009-6825(2015)04-0108-03

TU528.34

A