混凝土耐久性的提高方法

南水北调工程投资大、路线长、单项工程多，其中有用混凝土面板砌筑的渠道、桥梁、涵洞、管道、倒虹吸、渡槽等。工程结构复杂，形式多样，裸露面积大，易受外界不良环境的侵蚀，所以混凝土面板和各种混凝土建筑物都必须具有耐久性。

　　混凝土耐久性是指混凝土在满足设计要求的情况下，抵御环境界质的作用，经长年使用而不毁坏的性能。如耐久性不足，就会造成结构不同程度的损坏，一旦损坏，修复工作投入的人力、物力往往很大。因此提高混凝土的耐久性，对延长混凝土建筑物的使用年限、节约国家投资，具有重要的现实意义和长远意义。

　　造成混凝土损坏和破坏的原因有外部环境条件、混凝土内部缺陷及混凝土组成材料。外部环境条件如风雨、日晒、寒暑、干湿等气象作用，极端温度的作用，磨蚀，化学介质的侵蚀等；内部缺陷如混凝土的渗透、碱骨料反应等；组成材料如骨料和水泥石热性能不同引起的体积变化等。外部环境是客观存在的，几乎无法改变，因此提高混凝土的耐久性必须从减少混凝土内部缺陷和改善其组成材料着手，以改善混凝土性能，提高混凝土质量，减少或降低混凝土内部缺陷，延长混凝土建筑物的使用年限。

　　1．提高混凝土的抗渗性

　　混凝土的耐久性与抗渗性有直接的关系。混凝土的渗透，在很大程度上决定了混凝土易受外界不利因素的侵蚀。因此，为了提高混凝土的耐久性，必须首先提高混凝土的抗渗性。

　　1．1降低水灰比

　　混凝土由水泥、粗细骨料和水拌制而成。根据水泥完全水化的原理，需水量只有水泥重量的25％左右，但在拌制混凝土时，为了获得必要的流动性，满足施工要求。常用较多的水，即较大的水灰比W／C。当混凝土硬化后，多余的水就被蒸发掉，形成毛细孔，用水量越大，水泥水化后留下的毛细孔越多，渗透系数也越大。如：水灰比从0．4增加至0．7，渗透系数增加100倍，甚至更多；从0．65降至0．55，渗透系数降到原来的1／3。另外，新拌制的混凝土由于用水量的增大和其他原因，和易性不好，也容易产生离析、泌水、上浮的水停留在石子或水平钢筋的下面或绕过石子、钢筋上升，形成连通孔道，水分蒸发后形成空隙，一方面影响了骨料与水泥浆体、钢筋与混凝土的粘结力，降低了混凝土的密实度和强度，另一方面，这些连通孔道也成为外界液体、有害气体侵入混凝土内部的捷径。所以在拌制混凝土时，在满足技术和施工要求的情况下，应尽量降低水灰比，减少用水量，增加密实度，以提高混凝土的抗渗性。

　　1．2掺外加剂

　　掺用外加剂是改善混凝土性能的最好方法。一是掺引气型的减水剂。引气型的减水剂一方面使混凝土内部产生均匀、稳定、互不相通的微小气泡，阻止液体渗透；另一方面也可大大减少混凝土的用水量，提高了混凝土的密实度。目前在各大工程中使用较广泛的DHG引气型高效减水剂就属于此性能外加剂。使用该外加剂，掺量为0．7％。引气量达3％～5％，减水率在20％以上。且混凝土和易性好，抗渗能力提高一倍以上。二是掺用抗渗剂。抗渗剂在混凝土内形成胶体络合物，填充、堵塞了混凝土内部的毛细孔缝，从而提高混凝土的密实度。三是掺膨胀剂。通过掺膨胀剂发生化学反应，使混凝土产生膨胀，在外力的约束下，增加混凝土的密实度。

　　1．3选择合适的材料

　　水泥标号一般不低于425#；细骨料要求选用颗粒均匀、圆滑、质地坚硬的河砂中平均粒径为0．4mm左右的中砂，含泥量小于3％，并含适量的粉砂；选择粗骨料最大粒径要合理，除大体积外，一般情况下5～30mm为宜，最大粒径不超过40mm，含泥量不超过1％，要求组织细密，颗粒整齐，质地坚硬。另外级配要优良，以改善混凝土的和易性。

　　1．4加强养护

　　如早期养护不好，水泥得不到正常水化，会降低混凝土的密实度，继而影响抗渗性。所以一定要加强混凝土的早期湿润养护，养护时间不得少于14d。

　　1．5防止裂缝

　　混凝土建筑物中常见的裂缝有：收缩裂缝、沉降裂缝、温度裂缝等。防止收缩裂缝、沉降裂缝除以上提到的4项外，还要注意混凝土搅拌时间要适当，浇筑时下料不要太快，防止堆积，振捣要密实，但避免过振，一般振捣时间为10～15s／次，混凝土初凝前要抹平、压光，压光后要及时用湿草帘苫盖或喷涂养护剂养护，夏天气温高，风速大，环境干燥，要及时喷水养护。

　　防止温度裂缝的措施一是施工时首先要考虑矿渣水泥、粉煤灰水泥；对于大体积混凝土要用中热或低热水泥；同时在保证强度指标的情况下加入一定量的活性掺合料，如粉煤灰、矿渣微粉等，在一定范围内，活性掺合料对水泥的代用量越大，降低}昆凝土温升的效果越好。另外可充分利用混凝土的后期强度，减少水泥用量，降低温度应力。再就是在大体积混凝土里加入缓凝高效减水剂、引气型减水剂，以改善其和易性、流动性、黏聚性和保水性。通过减水缓凝和分散作用，可降低用水量，提高混凝土的密实度和强度，同时降低水化热，推迟温峰出现的时间。

　　2．提高混凝土的抗冻性

　　提高混凝土的抗冻性就是提高混凝土在水饱和状态下承受反复冻融的能力。被饱和的混凝土，遭受冻融作用时，其中的可冻水变成冰，体积增大9％。冰在毛细孔中受到约束，就会产生巨大的膨胀压力，使混凝土内部结构疏松，冰融化后结构再不能恢复，使混凝土遭到破坏。

　　目前提高混凝土抗冻性的首选方法就是在混凝土里掺入混凝土高效减水剂或引气剂。掺高效减水剂可以降低水灰比，减少可冻冰的用水量，这样可以减少因水冻成冰产生的膨胀压力；引气剂能容纳因混凝土内的水冻成冰而产生的巨大膨胀压力。

　　3．防止钢筋锈蚀

　　钢筋锈蚀，会使混凝土体积膨胀，产生的膨胀力会使混凝土裂缝、起鼓、剥落，缩短混凝土的使用寿命，直至破坏结构。

　　钢筋锈蚀的原因有两个方面：一是钢筋保护层碳化，其碳化的原因是混凝土不密实。硬化的混凝土，由于水泥水化，生成氢氧化纳，故显碱性，PH值大于12，此时钢筋表面生成一层稳定、致密、钝化的保护膜，使钢筋不生锈。当不密实的混凝土置于空气中或含二氧化碳环境中时，由于二氧化碳的侵入。混凝土中的氢氧化钙与二氧化碳反应，生成碳酸钙等物质，混凝土碱性逐渐降低，甚至消失，发生碳化。当混凝土的PH值小于12时，钢筋的钝化膜处于不稳定状态，当PH值小于1O时，钢筋的锈蚀开始进行。二是氯离子的含量。据有关资料介绍，即便是PH值较高的溶液(如PH值为13)只要有4—6mg／L的氯离子的含量，就可以破坏钢筋的钝化膜，导致钢筋生锈。

　　为防止钢筋锈蚀，必须防止混凝土的碳化或减慢碳化速度。混凝土碳化由混凝土抗渗性能不足引起，因此提高混凝土抗渗性所采取的措施对防止混凝土的碳化也同样适用；除此以外，还可选择水化后产生氢氧化钙较多的水泥，这样也可以放慢碳化速度。

　　防止氯离子进入的措施有：配置混凝土时不使用含氯离子的材料或外加剂；提高混凝土的密实度，防止氯离子侵入混凝土内部等。

　 4、抑制碱骨料反应

　　水泥中的碱与骨料中的活性氧化硅发生化学反应使混凝土产生不均匀膨胀，出现起鼓、裂缝等不良现象，称为碱骨料反应。目前已确定含有活性氧化硅矿物质的骨料有蛋白石、玉髓、鳞石英、方石英、酸性或中性玻璃体的阴晶质火山岩如流纹岩、安山岩及凝灰岩等。其中蛋白石质的二氧化硅活性最大。

　　碱骨料反应的充分条件是水分、水泥的碱性物质含量大于0．6％、活性骨料同时存在，并且进行很慢。但由此引起的破坏相当严重，无法修复，所以必须防止。

　　为防止碱骨料反应，可采取如下措施：① 选择非活性骨料；② 采用含碱量低于0．6％的水泥；③ 降低水灰比，提高混凝土的密实度，防止水分的侵入；④在混凝土里加入引气剂以便为碱骨料反应产物的生成，建立缓冲的孔隙体积，降低膨胀压力；⑤据有关试验，掺活性氧化硅的细粉也能防止碱骨料反应的生成；⑥ 在满足强度和施工要求的情况下，尽量降低单方混凝土的水泥用量。

　　5．控制硬化混凝土体积的稳定性

　　随着温度的变化，组成混凝土的水泥石和骨料会产生膨缩变形。混凝土中发生干缩的主要成分是水泥石，所以减少水泥石的相对含量可以减轻混凝土的收缩。骨料起着限制收缩的作用，所以骨料的含量愈多，混凝土收缩愈小，混凝土的稳定性越好。另外，水泥石和骨料的热膨胀系数也不相同，温度变化时，水泥石和骨料会产生不同的变形，在骨料和水泥石界面上产生分布极不均匀的拉应力，从而形成许多分布很乱的界面裂缝。此外，粗骨料的粒径尺寸越大，粘接面积越小，则混凝土内部组织的不连续性越大，特别是水泥用量较多的高强混凝土这一点更为明显，因此在条件许可时，应尽可能选用粒径尺寸较小的骨料。

　　作者简介：

　　李记连，男，汉族，河北省水利工程局。工程师。

　　李学安，男，汉族，河北省水利工程局。高级工程师。