浅析影响混凝土耐久性的主要原因及提高混凝土耐久性所采取的措施

2022-09-12

混凝土的耐久性是混凝土建筑物所处的自然环境及使用条件下经久耐用的性能, 耐久的混凝土当暴露在它工作的环境中时, 能长期保持混凝土原来的形状和性能, 使结构物正常使用, 它是国际工程界关注的重大课题。下面, 笔者对影响我国混凝土耐久性的几个主要原因作以浅析, 对工程中引起混凝土劣化的内外因进行分析结合工程实际, 提出一些需要注意的问题和可以采取的措施, 以期在工程建设中尽量减少由于混凝土耐久性问题, 导致混凝土劣化, 造成工程的损失。

1 钢筋锈蚀

钢材在自然环境下, 受到氧和水的作用, 产生氧化反应, 而在钢材表面生成氧化铁薄膜。这种氧化铁薄膜在高PH值环境中是不活泼的, 能够阻止钢材进一步锈蚀, 被称为“钝化膜”。但当混凝土因碳化而使PH值降低或氯离子浓度相当高时, 这种钝化膜就会被破坏。钝化膜被破坏后, 钢筋就容易在有水的环境中与氧和氯离子产生化学反应, 使钢筋表面产生锈蚀。混凝土碳化后产生收缩, 导致混凝土表面产生微裂缝, 使钢筋和空气、水接触, 导致钢筋加快锈蚀。

钢筋锈蚀是电化学反应的结果, 它的发生发展必须具备下列条件: (1) 破坏钝化膜; (2) 形成微电池; (3) 有一定的水分和足够的氧; (4) 混凝土的导电性能影响钢筋锈蚀速度, 导电性越好, 锈蚀速度越快。

因此, 在工程上, 减少碳化深度防止钢筋锈蚀主要采取以下措施: (1) 注意混凝土配合比的选择, 严格控制水灰比; (2) 改善施工质量, 提高抗渗性, 避免有危害性裂缝产生; (3) 不掺用含有氯化钙、氯化钠等氯化物的材料; (4) 要求有一定厚度的保护层; (5) 防止钢筋混凝土中形成微电池; (6) 采取表面涂层保护。

2 混凝土的抗冻融性

几十年来, 国内外在混凝土抗冻性研究及如何保证、提高建筑物混凝土的抗冻性方面, 积累了大量的经验, 并提出了各种学说: (1) 冰的分离层理论; (2) 充水系数理论; (3) 渗透压力理论; (4) 水压力理论; (5) 冰融临界饱水值理论; (6) 孔结构理论。以上各种理论, 总的都认为混凝土冻融破坏, 是由于表面先饱水, 由表及里, 因混凝土不密实先从大的孔隙中 (有害孔) 造成静水压力, 使过冷的水迁移, 冰水蒸汽压差造成渗透压力。当压力超过混凝土能承受的强度时, 也就是破坏力大于抵抗力时, 混凝土内部孔隙及微细裂缝不断扩展, 由小变大, 相互贯通。由于渗透压及水压力的作用, 造成最后破坏。混凝土冻融是一种物理与力学作用的综合反应。它降低混凝土强度, 影响建筑物安全使用, 因此混凝土的抗冻性是混凝土耐久性的重要指标。

混凝土产生冻融破坏必须要有两个条件:一是混凝土必须接触水或混凝土中有一定的含水量;另一个条件是建筑物所处的自然条件必须存在反复交替的正负温度。只有以上两个条件同时存在, 混凝土才有可能产生冻融破坏。

引气剂的使用, 大量引入了均匀分布的微气泡, 微气泡在截断毛细孔的同时, 不仅降低其自由水的冰点, 而且缓冲较大孔洞结构缺陷的冰冻膨胀压力, 因而成倍的提高了混凝土的抗冻融性能。

综上所述, 混凝土的含气量、施工质量是影响混凝土抗冻融能力的主要因素。因此, 通过使用质量合乎要求的原材料、选择最佳混凝土配比、精心进行混凝土配制和施工、加强混凝土工程管理与维护等措施可提高混凝土的抗冻性。

3 混凝土碱集料反应 (AAR)

碱集料反应 (AAR) 是混凝土组成中的水泥、外加剂、掺和料或拌合水中的可溶性碱 (钾、钠) 溶于混凝土孔隙液中, 与集料中能与碱反应的活性成分在硬化混凝土中逐渐发生的一种化学反应, 反应生成物吸水膨胀, 使混凝土产生内应力, 导致混凝土工程开裂或上拱等破坏, 称为碱集料反应破坏。

碱集料反应可分为碱硅酸反应、碱碳酸盐反应、碱硅酸盐反应3类, 碱硅酸反应是发生最早、发生最多的一种碱集料反应。混凝土工程发生碱集料反应破坏必须具备三个条件, 一是配制混凝土时由水泥、集料 (海砂) 、外加剂和拌和水带进混凝土中一定数量的碱, 或者混凝土处于有碱渗入的环境中;二是有一定数量的碱活性集料存在;三是潮湿环境, 可以供应反应物吸水膨胀时所需的水分。三者缺一不可, 前两者为混凝土发生碱集料反应的内因, 后者为外因。

目前防止碱集料反应 (AAR) 的措施主要有: (1) 在工程兴建前, 在选择砂石料时要查明有无活性骨料。首先进行岩相分析。如岩相分析认为有活性骨料存在, 可通过化学法及砂浆长度法进一步鉴定论证。 (2) 在必须使用有活性的骨料时, 就应该采用低碱水泥。一般将水泥中的含碱量控制在0.6%以下。 (3) 使用具有潜在水硬活性的混合材如粉煤灰、高炉矿渣和硅灰等置换部分水泥。它能够延缓或抑制碱集料反应 (AAR) , 而且对混凝土的其他性能也有一定的改善作用。 (4) 控制混凝土所处位置的相对湿度。

大量的研究和实践表明, 使用混合材抑制碱集料反应 (AAR) 是解决AAR问题的最实用、经济和有效的途径。同时它对节约资源、保护环境也有重要意义。