混凝土耐久性的影响因素和改善措施

孙福平

摘要：文章从内因和外因两个方面，分析了原材料、温湿度、混凝土的碳化、碱一集料反应、化学侵蚀、钢筋锈蚀等因素对混凝土耐久性的影响，并提出了改善混凝土耐久性的相关措施。

关键词：混凝土;耐久性;水泥;影响因素;提高措施

中图分类号：U491 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.012

文章编号：1673-4874（2019）08-0043-03

0引言

混凝土目前普遍用于建筑工程当中，是一种性能良好的建筑材料，而建筑工程中最常见的问题莫过于混凝土的质量问题，其主要表现在耐久性差等方面。混凝土的耐久性是指混凝土自身能够长期保持使用性能及外观完整性，保证使用性和安全性的能力。而目前的建设工程中往往在意的是混凝土的强度问题，并没有过多地关注混凝土耐久性对混凝土整体使用过程的重要影响。

1混凝土耐久性的影响因素

混凝土耐久性的影响因素主要从这两方面考虑，即内因及外因。内因是指所用的原材料：水泥、粗细集料、外加剂、掺合料、水等。外因是指：外部环境的温湿度、混凝土的碳化、碱一集料反应、化学侵蚀、钢筋锈蚀等。

1.1内因（原材料）

（1）水泥：混凝土主要的胶凝材料为水泥，其质量与混凝土的质量息息相关。有研究调查发现，从混凝土发展史来看，混凝土耐久性降低的重要因素是水泥性能的变化，导致耐久性越来越差。其根本原因在于水泥早期水化速率过快以及碱含量过高。现在水泥中熟料c3S偏高、碱含量增加、水泥细度过细、c3A偏高，这都将引发水泥水化速率过快。这些仅仅是为了提高水泥早期强度而使混凝土行业向水泥行业传递了一个误导性的信息。这将造成的危害是水泥早期化学减缩增加、早期水化热增加、水泥在随后时间持续的强度增长能力消减、水泥容易开裂。

（2）粗细集料：集料在混凝土中所占的比例最大，起到骨架支撑的作用。集料中的洁净程度会对水泥与集料之间粘结能力有影响，若集料表面不洁净会降低它们之间的粘结力，从而降低混凝土的强度;集料的外观分为碎石与卵石，碎石多棱角表面积较大，粘结性能好;而卵石表面圆滑，流动性较好，粘结性较低，这也会对强度造成影响。集料自身应具有足够的强度，来满足预计混凝土所要达到的强度要求。集料的酸碱性会影响集料界面间的粘结强度，由碱性一中性一酸性依次减弱。集料的吸水量会对混凝土产生影响，吸水过多，集料强度降低，在寒冷地区会引发冻融交替现象，致使混凝土产生冻胀破坏。

（3）外加剂：其可以改善混凝土的某项或多项性能。根据不同工程的需要，目前已经有了各种功能的外加剂：如减水剂、引气剂等。它对混凝土的耐久性方面，并不都是有利的。如早强剂将会牺牲后期强度，造成后期强度不足，混凝土开裂，耐久性降低。

（4）掺合料：目前用得最多的主要是粉煤灰与矿粉等，其目的是增强混凝土的增浆效应，改善混凝土工作性，降低水泥用量，降低水化热，增加混凝土的密实性。但主要缺点在于掺合料会牺牲混凝土前期的强度，提升用水量，所以需要严格把控掺合料的使用量。

（5）水：水中杂质会影响整个混凝土的质量，影响混凝土的凝结硬化，降低其强度。水中杂质主要包括泥土、化学物质等。

1.2外因

（1）外部环境的温湿度：主要表现为冻融循环破坏。由于混凝土不够密实，内部结构存在过多的空隙，或者集料吸水率较高，都将使混凝土容易吸水饱和，再受外界反复冻融循环致使内部孔隙水结冰，体积膨胀，产生冻胀开裂的破坏，从而影响耐久性。

（2）混凝土的碳化：由于空气中二氧化碳渗透到混凝土内部当中，与水泥中的碱性物质产生化学反应，改变混凝土的原有物质结构，致使混凝土性能下降，强度降低。它并不是直接致使混凝土耐久性下降的原因，而是对钢筋产生破坏，破坏钢筋表面起保护作用的致密钝化膜，在钢筋失去保护后加速了钢筋的锈蚀，从而导致钢筋混凝土的开裂与破坏。

（3）碱一集料反应：指水泥中的碱与集料中的活性氧化物发生化学反应而产生膨胀，致使混凝土开裂破坏。其主要分为三类反应：碱一硅酸盐反应、碱一碳酸盐反应、碱一硅酸反应。这些反应要具备三个条件：①混凝土含一定的碱;②集料具有碱活性;③必须有水的存在。此类反应很难被发现，是工程中的难点，而且危害性很大，可补救性很低，俗称“碱癌”。

（4）化学侵蚀：主要是指氯盐侵蚀与硫酸盐侵蚀。氯离子会引起钢筋表面钝化膜的破坏，并且还会加快钢筋的锈蚀速度。硫酸盐类物质（比如硫酸钾、硫酸钠）进入混凝土内部会与Ca（OH）2发生化学反应生成硫酸钙，硫酸钙由于混凝土中的水化铝酸钙反应生成钙矾石，造成体积膨胀使混凝土从内部软化和胀裂，开裂后会加速此类反应进行，进而加快混凝土的破坏。

（5）钢筋锈蚀：除以上出现过的钝化膜破坏以外，主要的还是在于钢筋的氧化反应产生的锈蚀。钢筋混凝土结构普遍都是带裂缝的，在有氧气和水的情况下，会发生氧化反应，致使钢筋锈蚀，外表开始剥落，从而使钢筋强度降低不能满足承载能力要求，导致钢筋混凝土整体破坏。例如钢筋混凝土梁，下部有钢筋受拉，上部有混凝土受压，保持两力平衡，若下部开裂钢筋锈蚀，受拉承载力下降，导致上部压力增加，从而达到混凝土受压极限而压坏，致使整个梁体破坏。

2混凝土耐久性的改善措施

针对以上分析的因素，主要采取以下措施来提高混凝土的耐久性：

（1）水泥：采用含GS与C3A较低的水泥，采用分别粉磨工艺，降低其早期水化速率，使得水化热降低，减少其产生的危害。而且C3A含量越低，混凝土对抵抗硫酸盐类侵蚀的能力越强。

（2）粗细集料：集料中必须不含有杂质，应洁净;根据工程需要合理地选择集料的外观;集料应进行力学实验，检测是否满足其相应的力学性能要求：压碎值、磨光值、冲击值、磨耗值，必须达到强度要求，从而使混凝土强度达到要求;集料选择时尽量选择碱性集料，保证集料间有足够的粘结强度;根据工程环境合理地控制集料吸水率，在寒冷潮湿、温差较大地区选择吸水率较大的集料，从而可以减小混凝土的冻融破坏。

（3）外加剂：应根据不同工程的需要和针对混凝土性能合理选择使用外加剂的品种与剂量。如高性能减水剂，可以降低水泥的用量从而减少水化热，减少混凝土拌合用水，保证所需要的坍落度满足要求，在使混凝土具备良好工作性的同时，提高混凝土的耐久性。

（4）掺合料：应根据混凝土工程特点以及工程环境特点合理选择掺合料的种类与剂量。如使用粉煤灰和矿粉，可以降低水泥的用量从而减少水化热，可以改善混凝土内部孔隙结构，提高混凝土整体密实性，从而提升其强度和耐久性。

（5）水：洁净无过多杂质的水。

（6）合理的配合比设计：混凝土的配合比设计直接决定混凝土的质量，是混凝土耐久性好坏的关键。采用低水胶比的配合比，用水量减少，孔隙减少，可以提升混凝土的密实度，减小混凝土的碳化速度;而且密实性越好，孔隙率越低，抗渗性就越强，大大减少了化学侵蚀类物质的进入和水的渗入，从而减少化学侵蚀破坏和冻融破坏。

（7）碱一集料反应：控制集料活性矿物的含量，如活性二氧化硅的含量;尽量将水泥的含碱量（氧化钠、氧化钾）控制在6%以内，或者采用有抑制碱一集料反应的掺合料，如粉煤灰与矿渣;选择合理配合比，降低混凝土的孔隙率，减少与水的接触。

（8）钢筋锈蚀：减小混凝土的碳化速度，使钢筋表面的钝化膜不至于过快地被破坏，最有效的措施是保证钢筋混凝土的保护层厚度，以免空气和水的接触;也可以在钢筋表面涂刷防护隔离层直接与外界隔离开来，如环氧树脂防腐涂层。

（9）施工与养护：在施工过程中，应严格控制施工质量，混凝土浇筑时必须振捣密实，不能随意加水，不能出现离析与泌水现象。养护必须及时进行，必须保证养护环境潮湿，一般采用塑料薄膜覆盖并洒水养生，有条件的可采用蒸汽蒸压养护，有助于提高混凝土的强度，并且养护必须持续到混凝土的龄期结束，不能随意终止。

3结语

混凝土的耐久性问题可以从内因与外因两个方面入手进行探究。内因主要是原材料的选取，从混凝土的组成各方面来探究其影响因素;外因主要是由于外部環境对混凝土内部产生的影响。混凝土的耐久性关系到混凝土结构的安全性问题，值得从各个方面继续做深入的研究。