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摘要 钢筋混凝土一向被认为是耐久性较好的建筑材料。但是有大量的钢筋混凝土结构提前失效,达不到预定的服役年限。这其中有的是由于结构设计的抗力不足造成的,有的是由于使用荷载的不利变化引起的,但更多的是由于混凝土结构耐久性不足导致的。鉴于此,本文对提高混凝土耐久性的技术和管理措施进行了探讨。
关键词 混凝土;耐久性;技术
一,混凝土耐久性的影响因素及特点
所谓混凝土耐久性,是指混凝土结构在设计要求的目标使用期内,在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下,不需要额外的费用加固处理而保持其自身安全性、正常使用性和可按受的外观的能力。这里的自然环境、使用环境及材料内部因素的作用主要是物理或化学的作用。应该指出的是,混凝土结构耐久性是基于材料耐久性的进一步深化。混凝土结构在自然环境和使用条件下,随着时间的推移,材料逐渐老化和结构性能不断劣化,出现损伤甚至损坏,继而影响建筑结构的使用功能和承载力下降,最终影响整个结构的安全。影响混凝土耐久性的因素很多,可分为内在因素和外在因素两大类。内在因素主要为选用的水泥和骨料种类、混凝土的水胶比和密实度、外加剂类型、浇注和养护的施工工艺、结构的设计形状和构造型式、保护层厚度和钢筋直径的大小等。外在因素主要指环境因素,包括冷热、干湿、冻融循环、化学介质(氯离子、酸、酸盐、海水、碱类等)侵蚀、磨损、疲劳等多方面。不同的环境对混凝土耐久性的影响程度不尽相同,外在因素是通过内在因素而起作用的。混凝土耐久性问题具有以下三个特点:1、多数损伤发展的速度较慢,往往需要若干年甚至几十年的时间,这是称其为耐久性问题的原因,2、一般耐久性问题是多种因素共同影响的结果。如北方的海洋混凝土工程,有混凝土碳化钢筋锈蚀,也有氯离子侵蚀和冻融损伤,还有海水冲击和海砂磨损,当然还有化学物质侵蚀和生物侵蚀等问题。
二、提高混凝土耐久性的技术措施
技术措施主要有材料、外加剂和结构设计三个方面。
1、合理选择混凝土材料和配合比:
(1)合理选择水泥品种,不同品种的水泥对化学结合能力、混凝土抗渗性、强度的形成、耐腐蚀性、耐冻性和延缓碳化的能力有比较大的差别,在一般环境条件下,宜选择低水化热和低含碱量的水泥,不宜选择早强水泥。(2)合理选择混凝土的骨料。骨料在混凝土中所占的体积最大,因此,混凝土的骨料除要求质地坚硬和有足够的强度外,还必须具有稳定的物理和化学性质。(3)控制水胶比和水泥用量。控制水胶比是为了减少混凝土拌合物凝结后多余的水溢出所产生的毛细孔道和孔隙、减小混凝土的渗透性、防止冻融破坏。控制水泥用量也是为了保证混凝土的密实性,通常规定混凝土在某一环境使用条件时的最低水泥用量。从耐久性的角度,应优化混凝土配合比,确定最佳水泥用量和水胶比。(4)选用优质掺合料,配置高耐久性混凝土,掺加部分粉煤灰或细磨矿渣或硅灰是配置高耐久性混凝土必不可少的组分。使用两种或两种以上的掺合料复合而成的超细矿物掺合料。其效果通常优于单一的矿物掺合料。不同的环境条件可以采用不同矿物掺合料及相应的掺量,并通过试验确定最优配比。
2、使用性能良好的外加剂
提高混凝土的密实性,减少混凝土的渗透性可以提高混凝土的抗侵蚀能力。混凝土的渗透性控制着水及侵蚀性液体或气体渗入的速率,同时,也能抑制水泥浆体中的毛细传递作用,因此,渗透性与混凝土的耐久性有着最为密切的关系,大幅度提高混凝土的抗渗性是改善其耐久性的关键。使用高效减水剂和引气剂,可以较大地提高混凝土的抗渗透性,恰当地使用一些养护剂、阻锈剂等,也可以改善和提高混凝土的耐久性。(1)高效减水剂。在混凝土中掺入减水剂后,可以改善混凝土的和易性,便于浇筑和振捣,在保证混凝土的工作性和不变更水泥用量的条件下,可以减少用水量,从而提高混凝土的抗渗性,增加混凝土的强度和耐久性。(2)引气剂。在混凝土中掺入一定数量性能理想的引气剂,可以在混凝土中形成一定数量的均匀分布、稳定而封闭的微小气泡,这对提高混凝土的抗冻性尤为有效,也有利于提高混凝土的抗渗性和抗腐蚀性等耐久性能。引气剂生成的封闭微小气泡在混凝土的拌合和浇筑过程中,起到了润滑作用,从而提高了拌合料的流动性,在保持混凝土工作性不变的情况下,可以减少用水量并减小水胶比,也即提高了混凝土的耐久性。www.tmgc8.com
3、合理的结构设计和构造设计
(1)保证有足够的混凝土保护层厚度。混凝土的高碱性可使钢筋表面形成致密的钝化膜,对钢筋有良好的保护作用。混凝土保护层可以阻止外界侵蚀介质、氧气和水分的渗入,保护作用的效果与混凝土的密实度和保护层的厚度密切相关。为此,各国规范都有针对不同使用环境的最小混凝土保护层厚度的规定。(2)合理地设计结构及构造。对易于发生耐久性问题的结构或构件部位,在设计中应通过合理的结构设计和合理的构造措施予以克服。三、提高混凝土耐久性的管理措施
提高混凝土耐久性的技术措施的最终效果,除了与这些措施本身的有效性和可靠性有关外,还与施工质量和后期保养有密切的关系。另外,对于使用寿命很长的建筑工程结构,加强建造过程中的材料质量和施工质量管理只是保证结构耐久性的一个方面,使用过程中的维护维修管理也是极其重要而且是不可或缺的。现代混凝土工程越来越大,以提高耐久性为主要目标的混凝土,除了需要有较高的强度外,还必须具有良好的工作性和合理的经济性。高性能混凝土应具备的特征是:在新拌状态有良好的工作性,即高流动性而不离析、不泌水,以便混凝土成型均匀、密实;水化硬化早期的沉降收缩和水化收缩小、温升低,硬化过程干缩小,以达到无初期裂缝,硬化后的混凝土渗透性低。为了达到上述目标,在混凝土生产过程中,可以从三个方面进行混凝土质量控制,并采取相应的管理措施,即质量合格的原材料、合理而经济的配合比、先进而严格的施工技术与管理措施。混凝土质量控制主要包括以下内容:(1)试配控制,包括原材料的选择和检测、配合比选择和工艺确定。原材料包括水泥,砂、石子、细掺料和外加剂,对这些材料必须严格选择和检测。这是混凝土质量控制的基础,也是质量管理的重点之一。配合比选择包括混凝土流变性检测、强度检测、抗渗性和抗冻性检测。工艺确定包括加料顺序、搅拌时间和温度的确定。(2)生产控制包括原材料管理、计量控制、流变性控制、强度控制和温度控制。严格按混凝土的配合比进行施工,限制混凝土的最低强度等级,增加混凝土的密实度,减少孔隙率提高混凝土的抗渗性是改善混凝土结构耐久性的必要措施之一。各种掺合料、水泥和水的用量只有严格控制,才能达到这一目的。(3)充分振捣和充分养护。混凝土浇筑后应按照施工操作规程有序地进行振捣,并对混凝土表面抹光压平,以增加混凝土密实度,降低混凝土的渗透性。混凝土的养护工作对增强混凝土密实性、防止干缩开裂至关重要。混凝土的养护要保持其表面层足够湿润,使其强度正常地增长,并保证有一定的养护期,养护期的长短与混凝土的成分、水胶比、混凝土水化热的温度、养护的环境和暴露条件等有关。
