混凝土耐久性的措施

河南理工大学万方科技学院本科生毕业论文

浅谈提高混凝土耐久性的措施

院系名称姓 名学 号专 业指导教师

建筑与测绘工程系

杨得松 111608031341 建筑工程 杨飞(讲师)

2015年3月27日

I

摘 要

提高混凝土的耐久性对于高层、大跨建筑、房屋建筑 及桥梁、隧道有着重要的意义。随着工程建设量的增多，特别是某些混凝土工程在短期内遭受严重破坏的惨痛教 训，混凝土耐久性越来越引起各主管部门和设计、施工部门对它的重视。混凝土的耐久性是指结构在设计使用年限内，正常维护条件下，在实际使用条件中能够保证其安全和使用，而不要花费大量资金加固处理就能抵抗各种破坏因素的作用。主要表现在抗渗性、抗冻性、耐水性、抗化学腐蚀性 等性能。 我国现有公路上，数以万计的旧桥，特别是20世纪80年代以前修建的桥梁，由于设计荷载偏低，承载能力不足，宽度不够，加之年久失修、维修养护不够，相当多的桥梁发生不同程度的破损，正逐步成为危桥。混凝土耐久性愈来愈成为重要问题，也是影响可持续发展的一个重要方面。

关键词：混凝土；耐久性；提高耐久性措施

I

Abstract

To improve the durability of concrete for high-rise buildings, large span buildings, buildings and bridges, tunnel has important significance. With the increasing volume of engineering construction, especially the painful lessons of some concrete engineering suffered serious damage in the short term, more and more concrete caused by various departments and design, construction department pay more attention to it. The durability of concrete refers to the structure used in the design period, normal maintenance conditions, to ensure their safety and use in the actual use conditions, and don't spend a lot of money will be able to resist all kinds of damage factors of the treatment effect of reinforcement. Mainly in the impermeability, frost resistance, water resistance, chemical corrosion resistance and other properties. Our existing old bridge road, tens of thousands, especially before the bridge built in the twentieth Century 80, due to lower design loads, low bearing capacity, and the width is not enough, disrepair, repair and maintenance is not enough, many bridges damaged in different degree, is becoming a dangerous bridge. More and more of the durability of concrete has become an important problem, which is also an important aspect of sustainable development.

Key Words: Concrete; durability; durability improvement measures

II

目 录

1引言......................................................................1 2混凝土耐久性的基本概述....................................................2 2.1混凝土耐久性的定义....................................................2 2.2混凝土耐久性的应用....................................................2 2.3混凝土耐久性的重要性..................................................3 3影响混凝土耐久性的主要因素................................................5 3.1混凝土耐久性的内部因素................................................5 3.1.1水灰比............................................................5 3.1.2化学反应..........................................................5 3.2混凝土耐久性的外部因素................................................6 3.2.1混凝土的冻融破坏..................................................6 3.2.2施工因素影响......................................................6 3.2.3侵蚀介质的腐蚀....................................................6 4提高混凝土耐久性的措施....................................................7 4.1消除混凝土自身的结构破坏因素..........................................7 4.2对混凝土材料提出具体要求..............................................7 4.2.1水泥..............................................................7 4.2.2水................................................................8 4.2.3骨料..............................................................8 4.2.4外加剂............................................................9 4.3掺入高效活性矿物掺料.................................................11 4.4混凝土的强度.........................................................11 4.5防止冻融破坏.........................................................12 4.6进行耐久性设计.......................................................12 4.6.1改进建筑结构型式.................................................12 4.6.2合理设计混凝土配合比.............................................12 4.6.3对混凝土耐久性进行合理的评估.....................................12 4.6.4进行合理使用与正常维护...........................................13 5结论.....................................................................14 参考文献..................................................................15 致谢......................................................................16

III

1 引 言

混凝土的工程应用至今已有一百多年的历史,是当今世界上最广泛使用的建筑材料。鉴于经济能源和资源等因素,高耐久性一直是人们不断追求的目标。土结构物建成后, 随其使用时间的延长 ,其各项物理性能逐渐降低,这种质量的劣变通常称之为老化 ,混凝土抵抗老化的能力称为耐久性，一般认为是混凝土在环境介质的作用下保持其使用功能的能力,或混凝土抵抗随时间引起的性能与状态改变的能力。本世纪建造的混凝土结构物由于种种原因 ,例如温变收缩、干缩、冻融循环、钢筋锈蚀、碱骨料反应和硫酸盐侵蚀等,据估计使用寿命达不到100年。而自40年代以来,通过硅酸盐水泥成分的变化以及混凝土技术的快速进步,混凝土的强度显著提高 ,但从钢筋保护和混凝土耐冻、耐腐蚀角度看,则与强度并不匹配。亦即, 当今更多的混凝土结构,比之50年前更不耐久。据综合估计, 我国的某些混凝土结构,例如混凝土坝的平均寿命仅约为30～50年。相反,某些2000多年前用火山灰和石灰作为水硬性胶凝材料建造的罗马古建筑现在仍呈现完好状态。为什么混凝土技术大大进步了,混凝土的强度普遍提高了,而混凝土的耐久性问题却变得日益突出,甚至变得更为严重了呢?这不能不成为一个值得人们深刻思考的问题。这其中有技术因素,也有经济利益使然。就后者来房面积增长可能导致今后5～10年内,每年仍有较大的建筑总量。如果以每年竣工1000万m2(其中多层70%,高层30%),装修1000万m2计 ,所需砂浆将达到180万m3以上。如果加上工业与公共建筑,实际砂浆用量将达到200万m3。因此提高混凝土的耐久性是一个刻不容缓的话题。本文将就如何提高混凝土耐久性进行讨论。

1

2 混凝土耐久性的基本概述

2.1混凝土耐久性的定义

混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用，长期保持强度和外观完整性的能力。混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内，在各种环境条件作用下，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。

简单地说，混凝土材料的耐久性指标一般包括：抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、混凝土的碳化（中性化）、碱骨料反应。 2.2混凝土耐久性的应用

近10余年来,我国在若干重大工程的建设中已经充分贯彻了“混凝土耐久性设计”理念,并提升到了“强度设计与耐久性设计并重,强度服从耐久性”的认识高度。

长江三峡水利枢纽工程是世界上最大的水利水电工程,具有防洪、发电、航运、供水、养殖等综合功能,对长江和长江流域的自然生态、人文环境、经济发展的影响巨大。水库总库容393亿m3 ,电站总装机容量22400MW,年均发电846.8亿kWh,拦河坝最大坝高183m,混凝土方量2700万m3 。1993年开工后,各方专家对三峡工程混凝土大坝的耐久性和工程安全运行年限进行了广泛的讨论,提出了“三峡大坝混凝土耐久性寿命500年的设计构想”。“确保三峡工程一流质量的建议案”1997年曾被列为全国政协八届五次会议的“一号提案”,引起中央和国家领导人的高度重视,特别召开了关于三峡大坝混凝土耐久性的高层决策会议。在这个会议上,明确提出了三峡大坝的设计思想要突出耐久性设计的概念,同时明确了三峡大坝要采用微膨胀型低碱中热硅酸盐水泥,掺用优质引气剂和优质高效减水剂,确定必须掺用Ⅰ级粉煤灰,尽可能降低用水量,严格控制水胶比,并明确三峡大坝外部混凝土,特别是水位变化区混凝土的抗冻等级要达到F250。为预防混凝土的碱活性骨料反应,采用人工制备的花岗岩骨料,并限定水泥中的含碱量≤0.5%以及混凝土的总碱含量≤2.5kg/m3 ,在施工过程中执行严格的温控防裂措施。防裂关键部位混凝土出机口温度控制在7℃,浇筑温度≤12℃~14℃。三峡工程1994年开始的大坝混凝土配合比优化设计理念就符合高性能混凝土思想,三峡工程采取的提高混凝土耐久性措施。

穿越“世界屋脊”的青藏铁路格拉段全长1180多公里,其中海拔高度大于4000m的路段约965km,穿越多年冻土地带的路段约550km。除格尔木和拉萨外,沿线年平均气温为-2℃~-6℃,极端最高气温为25℃,极端最低气温为-45℃。沿线气候干燥,干湿交替频繁,年日正负温天数高达180d左右,冻融作用强烈,一些地段的河流中存在有害离子的侵蚀危害。在如此恶劣的自然环境条件下进行铁路工程建设,对混凝土材料的长期耐久性是

2

个严峻挑战。为保证工程的长期耐久性使用要求,青藏铁路 明确提出了必须按高性能混凝土原则配制桥隧结构用混凝土的要求:水胶比≤0.4,抗冻耐久性指数0.6~0.9,电通量≤1000库仑,粉煤灰掺量10%~15%,同时掺入多重效能的复合高效外加剂达到高效减水、早强、防冻、引气、增实、保坍、抗硫酸盐腐蚀和抑制碱硅酸反应膨胀的功效。

杭州湾跨海大桥全长36km,其中跨越海域长度近32km。大桥主体结构除南、北航道桥采用钢 箱梁外,其余均为混凝土结构。全桥混凝土用量约250万m3 ,设计使用寿命100年。杭州湾跨海大桥保证混凝土结构的耐久性措施包括:以氯离子扩散系数为混凝土耐久性的主要控制指标,采用大掺量掺合料和低水胶比,低氯离子扩散系数，设置合理的钢筋保护层厚度(承台水变区90mm,桥墩浪溅区60mm);对特殊部位采取附加防护措施,作为目前对耐久性问题认识不足的储备(环氧涂层钢筋、阴极防护、钢筋阻锈剂、表面防护涂层,安装耐久性检测系统进行长期动态跟踪监测和验证评估等)。

南水北调中线工程从湖北丹江口水库陶岔渠首引水至北京团城湖,输水总干线全长1267km,天津干线从河北徐水向东至天津长154km,横跨江、淮、黄、海四大水系的700余条大小河流,是我国实现水资源合理调配的特大型调水工程,沿途需兴建1000多座穿越河流、道路、山体、山冲、谷口等众多复杂地形的水工建筑物。工程的耐久性问题主要有冻融、碳化、碱活性骨料,重点是抑制碱骨料反应,确保工程的长期耐久性。针对华北地区太行山脉和燕山山脉骨料的碱活性比较普遍的现状,工程在开工之前就制订了“预防混凝土工程碱骨料反应技术条例”,规定了骨料碱活性的检验规则(取样、检验方法、检验程序、评定标准)、工程分类(环境、结构分类)、预防措施、混凝土碱含量计算方法、工程管理与验收等。 2.3混凝土耐久性的重要性

高性能混凝土的核心是保证耐久性。耐久性对工程量浩大的混凝土工程来说意义非常重要，若耐久性不足，将会产生极严重的后果，甚至对未来社会造成极为沉重的负担。据美国一项调查显示，美国的混凝土基础设施工程总价值约为6万亿美元，每年所需维修费或重建费约为3千亿美元。美国50万座公路桥梁中20万座已有损坏，平均每年有150~200座桥梁部分或完全坍塌，寿命不足20年；美国共建有混凝土水坝3000座，平均寿命30年，其中32%的水坝年久失修；而对二战前后兴建的混凝土工程，在使用30~50年后进行加固维修所投入的费用，约占建设总投资的40%~50%以上。回看中国，我国50年代所建设的混凝土工程已使用40余年。如果平均寿命按30~50年计，那么在今后的10~30年间，为了维修这些建国以来所建的基础设施，耗资必将是极其巨大的。而我国目前的基础设施建设工程规模宏大，每年高达2万亿人民币以上。照此来看，约30~50年后，这些工程也将进入维修期，所需的维修费用和重建费用将更为巨大。因此，高性能混凝土更要从提高混凝土耐久性入手，以降低巨额的维修和重建费用。

3

混凝土耐久性不足会导致多种不同的问题，如下图为几种常见类型：

图2-1 混凝土表面脱落 图2-2氯离子侵蚀

4

3 影响混凝土耐久性的主要因素

影响混凝土耐久性的原因，既有混凝土内部所存在的问题，也有外部不利因素的影 响。引起结构破坏的因素往往是内部和外部共同作用的结果。 3.1 混凝土耐久性的内部因素 3.1.1水灰比

对于混凝土的耐久性，水灰比起着十分关键的作用，它与混凝土的碳化深度、抗冻性、抗渗性及强度有着明显的相关性。水灰比越小，混凝土的孔隙率越低，碳化深度越小，混凝土的强度越高，密实性高，抗渗性越好。工程实验表明，水灰比低于0.6时碳化深度较小，水灰比大于0.7时碳化深度急剧加大。 3.1.2化学反应 1>混凝土的碳化

所谓碳化，指大气中的CO2与混凝土内具有碱性的物质产Ca(OH) 2 发生化学反应，具体反应如下：

CO2+H2O=H2CO3

Ca(OH)2+H2CO3=CaCO3+2H2O 3CaO·SiO3·3H2O+3H2CO3=CaCO3+SiO2·6H2O

几乎所有混凝土表面都处在碳化过程中，碳化过程会使混凝土碱性降低。当pH<1时钢筋表面在高碱条件下产生的致密氧化膜（钝化膜）遭到破坏，使混凝土失去对钢筋的保护作用。另外，碳化加剧混凝土的收缩，致使混凝土出现裂缝，导致结构的破坏。水泥的品种及标号、水泥的用量、水灰比、混凝土设计强度、环境湿度及CO2 浓度等都会影响混凝土碳化速率。 2>混凝土碱集料反应

碱集料反应指混凝土集料中某些活性矿物与混凝土微孔中的碱性溶液产生化学反应，生成的化合物重新排序，吸水产生膨胀压力，致使混凝土开裂，破坏整体结构。碱集料反应主要表现为：水中的碱K2O或Na2O与集料中的活性成分氧化硅、碳酸盐等发生化学反应，生成的化合物重新排序，反应机理如下： 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O Na2CO3+10H2O=Na2CO3·10H2O 3>其它化学反应。

混凝土在使用中还会受到酸性侵蚀，胶凝状物质水泥石易溶于水的那部分侵蚀产物会溶解掉，但难溶于水的部分产物则留在原处，反应机理如下： CaSiO4+2H2O=CaSO42H2O(二水石膏)

5

3CaO·Al2O3·6H2O+3CaSO4·2H2O+19H2O=3CaO·Al2O3 ·3CaSO3·3H2O

混凝土制作过程中使用的外加剂可与其中Ca(OH)2和3CaO·Al2O3·6H2O等发生化学反应，生成易溶的CaCl2并伴有大量结晶水析出，所产生的化合物反应物质体积成倍增大，造成混凝土的膨胀破坏。反应机理如下： 2Cl-+Ca(OH)2 =CaCl2+2OH- 3CaO·Al2O3·6H2O+25H2O=3CaO·AlO·3CaCl2·31H2O 3.2 混凝土耐久性的外部因素 3.2.1混凝土的冻融破坏

当结构处于冰点以下环境时，部分混凝土内孔隙中的水将结冰，产生体积膨胀，过冷的水发生迁移，形成各种压力，当压力达到一定程度时，导致混凝土的破坏。混凝土发生冻融破坏的最显著特征是表面剥落，严重时可以露出石子。混凝土的抗冻性能与混凝土内部的孔结构和气泡含量多少密切相关，孔越少越小，破坏作用越小，封闭气泡越多，抗冻性越好。混凝土的饱和度、水灰比、混凝土的龄期、集料的孔隙率及其间的含水率等也会影响混凝土抗冻性。 3.2.2施工因素影响

实际施工过程中，混凝土浇注成型时，振捣不密实会使混凝土内部孔隙增加，降低抗渗性。采用潮湿条件下养护混凝土，水泥水化充分使总孔隙降低，抗渗性会随龄期的增加而提高，混凝土内部的孔隙会有所减小。采用加热养护时，如果温度上升速度过快，或恒温温度过高，就会使混凝土内部水分大量蒸发，水泥水化没有足够的水儿导致孔隙增加，抗渗性降低。混凝土材料本身质量低下，水灰比选择以及骨料级配不当都会导致混凝土性能下降，施工过程中操作不当等人为因素造成的混凝土内部存在的缺陷，都会使混凝土容易遭到破坏。 3.2.3侵蚀介质的腐蚀

除化学介质对混凝土侵蚀，引起混凝土结构破坏外，侵蚀性介质的腐蚀还包括硫酸盐腐蚀、酸腐蚀、生物腐蚀、海水腐蚀以及盐类结晶型腐蚀等。如酸、碱溶液直接接触混凝土时，引起严重的腐蚀；酸雨则大面积地影响着工程结构的耐久性。此外，风沙、持续的超高气温、机械磨损及不可抗拒的偶然因素等也会影响到混凝土的耐久性。

6

4 提高混凝土耐久性的措施

4.1 消除混凝土自身的结构破坏因素

混凝土本身的一些物理化学因素，会引起混凝土结构的严重破坏，致使混凝土失效。要提高混凝土的耐久性，就必须减小或消除这些结构破坏因素。限制或消除从原材料引入的碱、S03、C1-等可以引起破坏结构和侵蚀钢筋物质的含量，加强施工控制环节，避免收缩及温度裂缝产生，以提高混凝土的耐久性。 4.2 对混凝土材料提出具体要求

根据规范要求，提出不同环境类别下的最大水灰比、最小水泥用量、最低强度等级、最大氯离子含量以及最大碱含量和保护层最小厚度，这些设计要求为减弱混凝土的碳化、防止钢筋锈蚀、降低混凝土的渗透性、防止冻融破坏等提供了基本保障。水泥性能对混凝土的耐久性至关重要。其中水泥水化热是造成大体积混凝土开裂的直接原因，因此选用低水化热的水泥，可以减小裂缝，提高耐久性。混凝土抗化学腐蚀的能力一般取决于水泥的品种，不同品种的水泥抗化学腐蚀的能力是不一样的，选用与腐蚀类型或程度相适应的水泥品种，可以减小对混凝土的腐蚀。 4.2.1水泥

一般地，对普通混凝土来说，只需考虑水泥的强度,而对于高性能混凝土来说水泥性能有其特殊要求。高性能混凝土水胶比很低，要满足施工工作性的要求，水泥用量就要大。但为了尽量降低混凝土的内部温升和减小收缩，又应当尽量降低水泥的用量，同时，为了使混凝土有足够的弹性模量和体积稳定性，对胶凝材料总量也要加以限制。因此，用于高性能混凝土的水泥的流变性能比强度更重要。

为了获得高性能混凝土，对水泥性能的要求，除了确保最低限度的流动性之外，还要求水泥在低的水灰比下，能促进水泥的水化反应，使水泥石的结构密实化。这是至关重要的。

高性能混凝土所用水泥最好是强度高且同时具有良好的流变性能，并与目前 大量使用的高效减水剂有很好的相容性。高性能混凝土水胶比较低，其强度发展较快，水泥早强的要求并不重要。如果没有相应的措施，最好不用早强型的水泥，以免影响混凝土的流变性能和后期强度的发展。

一般来说，可以应用中等强度等级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，混凝土强度等级大60MPa时，宜用62.5号水泥。为了混凝土的高强化与高性能化，在国外出现了球状水泥，调粒水泥，以及活化水泥等。这些新品种水泥的一个很大的特点是，达到相同的标准稠度下，需水量很低。

7

高性能混凝土为了确保其流动性，必须掺入高效减水剂。因此，必须选择适宜低水灰比特性的水泥。其一是细度及粒子的组成，另一方面是加水后的早期水化。同时应注意与外加剂的适应性，水泥与超塑化剂的相容性不好时，不仅会影响超塑化剂的减水率，更重要的是会造成混凝土坍落度的严重损失，有的混凝土 拌和物搅拌后经半小时坍落度就可损失一半以上。影响水泥与超塑化剂相容性的主要因素，对高效减水剂来说，是其化学性质、分子量、交联度、磺化程度和平 衡离子等；对水泥来说，是SO3含量同水泥中C3A、细度和碱含量的匹配。

除水泥标号外，水泥矿物组成和细度都对混凝土的性能有较大的影响。一般而言，配制高性能混凝土不得使用立窑水泥，应避免使用早强、水化热较高和高 C3A含量的水泥，同时水泥中f-CaO，f-MgO，SO3和Cl-等有害成分应尽可能的少。由于混凝土耐久性的实现，必须有良好的施工质量为保证，这就要求所配制的混凝土要具有良好的施工和易性，因而水泥必须与所用高效减水剂应具有良好的适性，使混凝土拌合物在满足工作性条件下用水量尽可能的低，坍落度损失小。 4.2.2水

混凝土拌合用水是在混凝土搅拌时，加入其中赋予混凝土的流动性，和水泥发生水化反应，使混凝土凝结、硬化及满足其强度发展。拌合用水对拌合料的性能、混凝土的凝结、硬化、强度发展、体积变化以及工作度等方面都有很大影响。

拌制或养护混凝土用水，不能含有对混凝土中钢筋产生有害影响的物质。通常使用清洁的能饮用的河水、井水、自来水、湖水及溪涧水(pH值不得小于4)等。但沼泽水、工厂废水以及含矿物质较多的硬水则不得使用；至于水中含有脂肪、糖类、酸类等有害物质比则应禁止使用。

《混凝土拌合用水标准》对混凝土拌合水有如下技术要求：

1>对凝结时间的影响；用待检验水和生活用水，进行水泥凝结时间试验。两者的初凝和终凝时间差不得大于30min，而且要符合水泥国家标准的规定。

2>对抗压强度的影响；用待检验水配制的水泥砂浆或混凝土的28d抗压强度，不得低于用饮用水拌制的砂浆或混凝土抗压强度的90%。 3>杂质含量不能超过标准规定。 4.2.3骨料

骨料在混凝土中约占70%，是混凝土的主要组成部分。顾名思义，骨料就是作为混凝土骨架的材料。骨料有粗细之分，细骨料粒径范围在0.15mm～5mm之间，如天然砂与石屑；粗骨料粒径在5mm～40mm之间，如卵石与碎石。高性能混凝土对骨料本身的强度要求高，一般采用碎石，卵石不能配制高性能混凝土。

在混凝土中，骨料具有重要的技术和经济作用，正确选择骨料的品种和性能，符合

8

有关技术标准的要求，是配制高性能混凝土的基础。在普通混凝土中，一般骨料的强度高于混凝土的3～4倍，虽然骨料不同，但混凝土的抗压强度差别很小；但在高强、高性能混凝土中，随着混凝土强度的提高，骨料的差别对混凝土的抗压强度影响很大，甚至骨料的粒径、粒形、表面状况、级配及最佳砂率、骨灰比都成为影响高强或高性能混凝土强度的主要因素。

对于高性能混凝土来说，骨料的选择应考虑以下问题：

1>级配要好；混凝土骨料，既要求级配合格，也要粗细、大小适中。空隙率尽可能低，这样达到相同流动性时，水泥浆的用量低，混凝土的自收缩变形低，水化热低，体积稳定性好，对强度耐久性均好。

2>物理性能好；骨料的表观密度和堆积密度要大。吸水率要低，表面要粗糙、粒径好。表观密度>2.65,堆积密度>1450kg/m3 ,这样可以降低骨料空隙率，降低水泥浆用量，有利于流动性，耐久性和强度。吸水率<1.0%；说明岩石比较 致密，稳定性好。粒形方正，针片状低，表面粗糙的石灰石碎石或硬质碎石。粒径一般<25mm。

3>力学性能；不含软弱颗粒的骨料或风化骨料。岩石抗压强度应为混凝土强度的1.5倍以上。骨料弹性模量越大，混凝土的弹性模量也相应增大。

4>化学性能；骨料应是无碱活性骨料，避免高性能混凝土中发生碱-骨料反应。不含泥块，含泥量<1.0%；不含有机物、硫化物和硫酸盐等杂质。 4.2.4外加剂

外加剂主要通过提高混凝土密实度和改善毛细孔结构提高混凝土的抗渗性。减水剂、缓凝剂可以有效地改善混凝土的工作性能，有利于混凝土的均匀性和密实性，减少质量缺陷，提高混凝土抗渗性。减水剂可以在满足施工和易性的条件下，大幅度地减少用水量，减少混凝土的空隙，提高混凝土的强度和耐久性，研究表明，当水灰比降低到0.38以下时，消除毛细管孔隙的目标便可以实现，而掺入高效减水剂，完全可以将水灰比降低到0.38以下。引气剂可以使混凝土中形成一定数量的均匀分布、稳定而封闭的球形孔，从而切断毛细孔渗水的通路，达到提高抗渗性的效果，同时也能提高混凝土的抗冻、抗腐蚀和耐久性能。

改善混凝土拌合物流变性能的外加剂主要包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂。包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。改善混凝土耐久性的外加剂。包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。改善混凝土其它性能的外加剂。包括加气剂、膨胀剂、着色剂、防冻剂、防水剂和泵送剂等。如图4-1、4-2为混凝土引气剂与减水剂。

9

图4-1引气剂 图4-2减水剂

选择外加剂时应注意与水泥的适应性，试验说明，同一种外加剂，对于不同品种的水泥，其增加混凝土流动度与强度的性能均有很大的差别，由于水泥品种不同，掺外加剂引起的混凝土的凝结时间和坍落度损失也不同，同一品种，同一强度等级的水泥，由于生产厂家不同，其水泥活性也不一样。

因此，外加剂的掺加效果与水泥的适应性(协调匹配性)有关，应做适应性试验，主要包括减水率试验和坍落度经时损失试验两项，选择与水泥适应性好的优良外加剂。外加剂与矿物质掺合料也存在同样的问题。

减水剂是在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少用水量的外加剂，又称塑化剂。根据减水能力大小分为普通减水剂和高效减水剂。相对于普通减水剂，高效减水剂的减水能力更强，引气量低，也叫超塑化剂或流化剂。减水剂在减少拌合用水量的同时，往往还具有引气、缓凝或早强等效果，所以减水剂有标准型、引气型、缓凝型和早强型等，在使用时应根据需要和混凝土的技术要求合理选择。

减水剂的主要技术性质包括减水率、泌水率比、含气量比、凝结时间差和各龄期的抗压强度等。工程中使用时应根据所用的类型和品种，按照标准要求进行有关性能的试验。

减水剂主要用于改善混凝土拌合物的性能，即减少用水量，控制坍落度的损失，改善工作性；也有减水剂兼有引气、缓凝或膨胀等其他性能。减水剂的主要功能及技术经济指标：

1>提高混凝土拌合物的流动性。在拌合水量不变的条件下，掺入减水剂可使混凝土的坍落度提高100～200mm。

2>减少用水量，降低水胶比，提高混凝土强度。在保持拌合物坍落度不变的条件下，能减少用水量 10%～15%。如果水泥用量不变，减少用水量即降低水胶比，因此能提高混凝土强度15%～20%。

3>节省水泥，降低成本。若保持混凝土强度不变，即保持水胶比不变，可在减水的

10

同时减少水泥用量，节约水泥10%～15%，降低混凝土的成本。

4>减慢水化放热速度，推迟放热峰值的出现。缓凝型减水剂具有延缓水泥水化的作用，其机理是减水剂分子定向吸附在水泥颗粒表面，起到抑制和延缓水泥水化的作用，同时，在满足相同强度、相同耐久性要求的条件下，使用减水剂可减少水泥用量，降低总的水化热量。这两点有利于克服大体积混凝土由于温度应力所产生的裂缝。

5>有利于提高耐久性。掺入减水剂后使拌合物流动性提高，易于浇注密实，且减少混凝土用水量，可减少混凝土的泌水，使混凝土内部毛细孔孔隙减少，有利于提高混凝土的抗冻性和抗渗性。由于减水剂的品种繁多，又无全国统一的编号，基本上是一个厂家一个编号，因此在选用减水剂时对其主要成分及各种性能应有所了解。

大量试验表明，配制高性能混凝土所选用的高效减水剂应满足以下要求： 1>高减水率；通常减水率应大于25%。

2>新拌混凝土坍落度经时损失小，应以满足施工的具体要求来确定。

3>与所使用的水泥、矿物质掺合料相容性好。高性能混凝土基本特点之一就是采用低水胶比，水泥浆流动性差，所以高效减水剂是高性能混凝土必不可少的组成。高效减水剂的适宜掺量为 0.5～1.0%，在掺加时宜与拌合水同时加入搅拌机内，搅拌时间应适当延长，已得到均匀的混凝土拌合物。

由于减水剂的品种繁多，又无全国统一的编号，基本上是一个厂家一个编号，因此在选用减水剂时对其主要成分及各种性能应有所了解。大量试验表明，配制高性能混凝土所选用的高效减水剂应满足以下要求：

1>高减水率；通常减水率应大于25%。

2>新拌混凝土坍落度经时损失小，应以满足施工的具体要求来确定。

3>与所使用的水泥、矿物质掺合料相容性好。高性能混凝土基本特点之一就是采用低水胶比，水泥浆流动性差，所以高效减水剂是高性能混凝土必不可少的组成。高效减水剂的适宜掺量为0.5～1.0%，在掺加时宜与拌合水同时加入搅拌机内，搅拌时间应适当延长，已得到均匀的混凝土拌合物。 4.3 掺入高效活性矿物掺料

普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足，使得混凝土不能超耐久。活性矿物掺料中含有大量活性Si03及Al203，能和波特兰水泥水化过程中产生的游离石灰及高硷性水化矽酸钙产生二次反应，生成强度更高、稳定性更优的低硷性水化矽酸钙，达到改善水化胶凝物质的组成，消除游离石灰的目的，使水泥石结构更为致密，并阻断可能形成的渗透路，还能改善集料与水泥石的界面结构和界面区性能。这些重要的作用，对增进混凝土的耐久性及强度都有本质性的贡献。

11

4.4 混凝土的强度

尽管强度与耐久性概念不同，但密切相关，它们之间的本质联系基于混凝土的内部结构，都与水灰比直接相关。混凝土充分密实条件下，随着水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的强度不断提高，混凝土的抗渗性提高，因而各种耐久性指标也随之提高。在排除内部破坏因素的条件下，随着混凝土强度的提高，其抵抗环境侵蚀破坏的能力也越强。 4.5 防止冻融破坏

混凝土的组成、配合比、养护条件和密实度决定了其在饱水状态下抵抗冻融破坏的能力，在混凝土中掺加优质引气型高效减水剂，能显著提高抗冻性。一般引气量4%～8%，同时避免采用吸水率较高的骨料，加强排水以免混凝土结构被水饱和。另外，还可以通过应用新型混凝土来提高混凝土的耐久性。近些年来提出的高性能混凝土就是从技术和施工等方面提出的考虑了混凝土耐久性的新材料。 4.6 进行耐久性设计 4.6.1改进建筑结构型式

建筑结构的设计应同时考虑耐久性要求。处于恶劣环境下的单薄结构构件，尽可能少用，以防止冻融、碳化等引起的损坏。对于易受疲劳损伤的部位，必须限制允许裂缝宽度，一般不大于0.0035倍保护层厚度，其余为0.004倍保护层厚度。值得一提的是，确定钢筋混凝土保护层厚度时除必须区别工程环境、规模、耐久要求外，须考虑保护层之10%～30%的施工误差影响。 4.6.2合理设计混凝土配合比

控制水泥的最低用量，以保持混凝土的碱性；同时尽量降低水灰比，以减小游离水的量，对此可以采用减水剂，在满足施工要求的前提下，降低用水量。用优质掺和料，比如在混凝土中掺入优质粉煤灰代替部分水泥，可以降低水泥用量，减小用水量，改善和易性，降低泌水率，减小干缩变形。通常粉煤灰可以代替约20%的水泥。严格控制原材料的含盐量，实验表明，盐量达混凝土重量的0.1%～0.2%时，即能引起钢筋的锈蚀。 4.6.3对混凝土耐久性进行合理的评估

通过对混凝土耐久性影响因素分析来预测结构物的剩余寿命，从而有针对性地提出解决方法来提高混凝土的耐久性。混凝土的耐久性评估方法有基于可靠度理论的混凝土结构耐久性评估与设计、基于模糊数学理论的混凝土结构耐久性综合评估、混凝土结构耐久性专家系统评估法、基于神经网络的结构耐久性综合评估与预测、基于灰色系统理

12

论的结构耐久性综合评估与预测等多种方法。 4.6.4进行合理使用与正常维护

要严格按照建筑物的用途合理使用，未经技术鉴定及设计许可，不得改变结构的用途及承重结构。使用期间应定期进行监测，及时进行维护。宜根据环境类别，按照《建筑结构可靠度设计统一标准》规定维护措施及检查年限；对于重要的结构，宜在与使用环境类别相同的适当位置设置供耐久性检查的专用构件。严格遵守养护制度，可以用表面养护剂来改善养护条件，提高保水性，加速表面硬化。混凝土构件的侵蚀病害都是从表面开始的，在混凝土终凝前做好原浆抹面压光，增强表面密实度，也可采用表面浸渍和表面涂覆的手段来降低混凝土表面渗透性。

13

5 结论

影响耐久性的混凝土性能有(抗压)强度、含气量和抗渗性等。混凝土的许多耐久性破坏,如钢筋锈蚀、冻融破坏、化学腐蚀和碱骨料反应等都与这几项性能有关。高强可能具有耐久性,但高耐久性并不一定需要高强。通过在混凝土中掺用外加剂、矿物掺合料, 设计低水胶比,低水泥用量, 加强混凝土浇注后的养护以降低极限温升,避免出现裂缝等技术措施,可以施工出具有长耐久性的混凝土。混凝土的耐久性问题是一个涉及环境、材料、设计和施工等诸多因素的综合问题，只有正确地进行结构设计，合理地选择材料，严格地控制施工质量以及在其使用阶段实行必要的管理和维护，才能保证混凝土结构的耐久性。混凝土的耐久性是混凝土经济性能的最重要影响因素。总之, 提高混凝土的耐久性是混凝土发展的必然趋势。

14

参考文献

[1]迟培云,梁永峰,于素健.提高混凝土耐久性的技术途径[J].混凝土, 2001. [2]冷发光,邢峰.提高普通混凝土强度和耐久性的正交试验研究[J].混凝土, 2000. [3]杜天玲,王治虎.提高混凝土抗冻耐久性技术的研究综述[J].中国科技纵横, 2010. [4]徐峰,王琳,储健.提高混凝土耐久性的原理与实践[J].混凝土, 2001. [5]沙慧文.开发新品种引气剂 提高混凝土耐久性[J].混凝土, 2000, (3):9-14. [6]陈仲庆.提高混凝土耐久性的措施[J].科技资讯, 2007.

[7]张晓佳,张洪玉.提高混凝土耐久性的几点措施[J].水利科技与经济, 2007. [8]施锦涛.掺加引气剂提高混凝土耐久性的试验研究[J].淮阴工学院学报, 2006. [9]陈晓玲,刘凤翰.谈提高混凝土结构的耐久性[J].山西建筑, 2004. [10]徐学英.提高混凝土耐久性的措施[J]. 建筑, 2010.

[11]朱江.王孔藩.提高混凝土结构耐久性的设计建议[J].上海建设科技, 2006.

15

致 谢

在论文完成之际，我首先向关心帮助和指导我的杨飞老师表示衷心的感谢并致以崇高的敬意！在学校的学习生活即将结束，回顾四年来的学习经历，面对现在的收获，我感到无限欣慰。为此，我向热心帮助过我的所有老师和同学表示由衷的感谢!在论文工作中，遇到了许许多多这样那样的问题，有的是专业上的问题，有的是论文格式上的问题，一直得到老师的亲切关怀和悉心指导，使我的论文可以又快又好的完成，老师以其渊博的学识、严谨的治学态度、求实的工作作风和他敏捷的思维给我留下了深刻的印象，我将终生难忘我的老师对我的亲切关怀和悉心指导，再一次向他表示衷心的感谢，感谢他为学生营造的浓郁学术氛围，以及学习、生活上的无私帮助! 值此论文完成之际，谨向老师致以最崇高的谢意!最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授!

16

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/k6c3.html