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      混凝土耐久性的研究进展及存在的问题
     
    发 布 者:CCI  添 加 时 间:2013-1-26  点 击 数:4529 

     
    摘要:
    介绍了现代混凝土在耐久性方面存在的问题,分析了水泥生产工艺及混凝土施工技术的发展带来的混凝土性能变化,剖析了混凝土性能对其耐久性的影响,进而提出了解决混凝土耐久性问题的有效途径。
          关键词: 现代混凝土; 耐久性;建筑材料
      混凝土是当今世界用量最大的建筑材料。我国混凝土使用量居全球之冠,年用量达20 亿t ,为适应经济快速发展发挥了极其重要的作用?;炷恋挠τ霉讨斜┞冻鲂矶辔侍?,其中尤为突出的是耐久性问题。如不少工程在使用10~20 年后,有的甚至在使用几年之后即需维修?;炷凉こ檀蠖嗍怯谰眯缘?,工程量大、耗资多,若耐久性不良将会给未来社会造成极为沉重的负担。因此,从资金节约、资源的有效利用及环境?;さ确矫孀酆峡悸?,必须深入研究混凝土的耐久性问题。
    1  重新认识混凝土材料
    1.1  历史的启示
          首先来关注两个事实: ①20 世纪50~60 年代,受当时国内生产技术条件的限制,生产的水泥活性小、标号低,为满足较低的强度和施工要求并最大限度地节约水泥,配制混凝土的水泥用量和用水量少,拌和物流动性小,稳定性较好、早期强度发展缓慢,硬化后裂缝少,后期强度发展幅度较大,耐久性普遍较好,有的几十年后仍在使用。②古罗马的建筑工匠用火山灰和石灰做胶凝材料建造的“混凝土”建筑,如著名的万神殿、竞技场、海港、引水渡槽及浴室等,经历2000 多年的流水、雨雪、海水等自然因素的作用,至今仍在使用,令人惊叹; 研究发现,古代“混凝土”的胶凝材料用量很少,水灰比很小(靠夯实) ,强度增长极为缓慢,几乎不会因干燥和温度变化产生应力和裂缝。
    1.2  混凝土技术发展现状
          科学技术高度发达的今天,人们对混凝土结构从施工到性能方面提出的要求越来越苛刻,力求施工速度快、强度高,水泥生产工艺的改进和混凝土施工技术的进步为此提供了可能。结果是所用水泥标号高、活性大、用量多、水化速度快,混凝土早强、高强,弹性模量大,变形能力差;为了便于运输、浇捣,塌落度由过去的0~20mm 增加到180mm ,甚至更大。但是,从另一方面看,水泥生产工艺和混凝土施工技术发展带来的混凝土性能的变化又直接影响着混凝土的耐久性。因此,从提高混凝土耐久性的角度出发,必须重新认识混凝土这一人造材料。
    2  混凝土的性能对其耐久性的影响
    2.1  强度与耐久性
          混凝土强度(抗压) 是混凝土最重要的力学性能指标,直接影响其应用,提高混凝土的强度一直是人们所追求的目标。从理论上讲,混凝土的强度越高其结构越致密,抵抗外部环境作用的能力越强,耐久性越好。但事实上并非如此。因为要实现高强就必须加大水泥用量、提高水泥标号,从而引起水化反应剧烈,水化放热多而快,混凝土自生收缩、干燥收缩、温度收缩作用强烈,由此产生的拉应力足以导致混凝土开裂,混凝土结构一旦出现裂缝(纹) ,就为冻融、化学侵蚀及碱骨料反应等劣化作用敞开了方便之门,耐久性降低在所难免??杉?,混凝土强度过低固然对耐久性不利,但过高也会给耐久性带来风险[ 1 ] 。这也是专家建议在我国发展C25~C30 的HPC[ 2 ]的原因之一。
    2.2  流动性与耐久性
          混凝土拌和物的流动性从10 年前70~80mm 发展到现在大量商品混凝土180~200mm ,实现了混凝土泵送和高抛,大大提高了施工效率,保证了振捣质量,这无疑是混凝土施工技术的一大进步。但大流动性需要较大的用灰量和用水量,而这正是混凝土收缩裂缝产生的一个重要原因;虽然减水剂的使用可以保证在水灰比不变或有所降低的前提下流动性得到改善,但拌和物的均质性和稳定性却明显变差,在运输、浇捣过程及成型后都容易出现离析、沉降、泌水现象,从而在骨料和水泥浆的界面,以及钢筋与混凝土的界面形成薄弱的过渡区,混凝土硬化后,形成大量孔隙和微裂缝。这是导致混凝土结构耐久性降低的根本原因。因此,从提高混凝土的耐久性考虑,不宜过分增加拌和物的流动性,应根据工程特点全面考虑,注重拌和物的工作性,流动性的大小要服从于体积稳定性和均质性[ 3 ] 。
     
                                                   
     
    2.3  延伸性与耐久性
         混凝土的延伸性与徐变、变形模量和抗拉强度三者存在密切关系,见图1 。徐变大、变形模量小、抗拉强度高的混凝土延伸性较好,裂缝的开展得以延迟和减小,并具有一定自愈能力,混凝土的耐久性好?;炷了孀徘慷鹊奶岣?,徐变松弛作用急剧减小、变形模量增大。因此尽管混凝土的抗拉强度伴随抗压强度的提高有所提高,但延伸性却大大降低,开裂的时间反而提前[ 4 ] ,裂缝开展的宽度增加,耐久性变差了。
          综上所述,水泥生产工艺的改进、混凝土施工技术的发展,对混凝土性能产生了显著的影响,客观上造成了混凝土拌和物体积稳定性下降,均质性变差,硬化后变形能力降低;结构本身存在着隐患,混凝土硬化期间的变形受约束而得不到徐变松弛的缓解,导致比以往大得多的拉应力,二者共同作用造成混凝土裂缝不断地扩展与连通,再加上混凝土结构自身的孔隙缺陷,在外界环境的作用下过早劣化即耐久性下降就成为必然。
    3  提高混凝土耐久性的有效途径
          尽管混凝土耐久性问题是多种多样的,但造成耐久性不良的原因可归结为两方面,一是外部环境,二是混凝土内部缺陷及组成材料的特性。因此,提高混凝土的耐久性必须从提高结构抵抗环境劣化作用能力和减少混凝土内部缺陷及改善其组成材料的性能着手。
    3.1  强化环境的针对性
          耐久性是一个笼统的概念,它必须与结构物所处的环境相联系才有明确意义?;肪程跫Р钔虮?,抽象地说要设计一种高耐久性混凝土显然是不科学甚至是不可能的。因此,混凝土耐久性设计的前提是将结构所处的环境调查清楚,并从中确定哪个或哪些是主要破坏因素,进而针对破坏因素进行耐久性设计。
    3.2  优化设计、精选材料、加强施工管理
          更新设计观念,正确认识混凝土强度与耐久性之间的关系,改变长期以来沿袭的“混凝土强度越高越耐久”的观念,选择适当的强度,做到耐久性与强度兼顾;严格控制水灰比和水泥用量,改变“水泥用量越多越耐久”的观念,在保证拌和物具有良好工作性的前提下来满足流动性要求。选材方面应根据工程所处的环境合理选择水泥品种,选用质量良好、技术条件合格的砂和石骨料,提高其粒形和级配品质参数。施工方面应强化管理,混凝土要搅拌均匀、浇灌和振捣密实,加强养护。
    3.3  掺入高效活性矿物掺和料和外加剂
          实践证明,在水泥中掺入硅灰、粉煤灰、磨细矿渣等矿物掺和料,在保证强度的同时可降低水化热和收缩应力,提高混凝土的抗裂性;二次水化产物能堵塞水泥石中的孔隙,阻断渗透通路,提高混凝土的抗渗性及抗冻性、抗侵蚀性,避免碱骨料反应。某些超细矿物掺和料还能改善骨料和水泥石的界面结构及界面区性能。此举既利用了废物、降低了成本,又可减少混凝土的裂缝和孔隙率,对提高混凝土的耐久性有本质性的贡献,可谓一举多得。外加剂作为混凝土的第五组分,其中的某些品种(高效引气剂、防水剂、阻锈剂等) 对提高混凝土的耐久性效果明显,但在我国外加剂的应用还远未达到应有的水平。因此,应提倡科学、合理、广泛地使用外加剂,使其更好地为提高混凝土的耐久****务。
    3.4  建立完善的混凝土耐久性检测、评价系统
      研制一套强化快速试验系统,使之能够比较客观地反映使用环境下混凝土的主要破坏因素及其实际运行状态,并能与实际结构的检测相互印证,对混凝土的劣化状态做出科学评价,并据此采取切实有效的维修措施,延长混凝土结构的使用寿命。在这方面,欧美国家及日本的研究成果值得借鉴。
    4  结 语
          由于混凝土原材料的复杂多变,施工条件的波动,混凝土结构本身的复杂与不断发展,环境条件的多样性和复合作用等,造成混凝土耐久性研究的高度复杂性。笔者认为,水泥生产工艺及混凝土施工技术发展引起的混凝土性能的变化,是导致混凝土耐久性不良的重要原因。消除传统认识中的某些误区,针对环境条件从配合比设计、材料选择、施工管理、检测预测等方面采取综合措施,才能从根本上提高混凝土的耐久性。
     
    参考文献:
    [1 ]  黄士元. 混凝土早期裂纹的成因及防治[J ] . 混凝土,2000 (7) : 3~5.
    [2 ]  习志臻. 粉煤灰高性能混凝土[J ] . 混凝土,1999 (4) : 17 ~18.
    [3 ]  廉慧珍. 对“高性能混凝土”十年来推广应用的反思[J ] . 混凝土,2003 (7) : 10~13.
    [4 ]  覃维祖. 混凝土性能对结构耐久性与安全性的影响[J ] . 混凝土,2002 (6) : 3~5.
       
     
       
       
     
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