耐久性對工程量浩大的混凝土工程來說意義非常重要,若耐久性不足,將會(huì)產(chǎn)生極嚴(yán)重的后果,甚至對未來社會(huì)造成極為沉重的負(fù)擔(dān)。我國目前的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程規(guī)模宏大,這些工程進(jìn)入維修期后,所需的維修費(fèi)用和重建費(fèi)用將更為巨大。目前提高混凝土耐久性基本有以下幾種方法。
一、設(shè)計(jì)和施工中采用高標(biāo)號水泥
在制配高強(qiáng)度混凝土中,水泥的強(qiáng)度和品種、骨料、減水劑各種摻加材料對混凝土的強(qiáng)度都會(huì)產(chǎn)生影響,在實(shí)際工程中,要結(jié)合具體情況綜合考慮,并通過科學(xué)試驗(yàn),使混凝土達(dá)到需要的高強(qiáng)度、高耐久性及高流動(dòng)性。
水泥的選用尤其重要,配制高強(qiáng)混凝土宜選用525#或625#的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。當(dāng)配制混凝土強(qiáng)度為c50~c80時(shí)水泥用量通常可取400~500kg/m3,對于c100以上時(shí),水泥用量最好也能控制在500kg/m3以內(nèi)。
日本的一項(xiàng)資料表明,在采用高效減水劑的情況下,水泥用量超過450kg/m3時(shí),水泥用量增加,而強(qiáng)度增長并不顯著。
二、摻入高效減水劑
在保證混凝土拌和物所需流動(dòng)性的同時(shí),盡可能降低用水量,減少水灰比,使混凝土的總孔隙,特別是毛細(xì)管孔隙率大幅度降低。
水泥在加水?dāng)嚢韬?,?huì)產(chǎn)生一種絮凝狀結(jié)構(gòu)。在這些絮凝狀結(jié)構(gòu)中,包裹著許多拌和水,從而降低了新拌混凝土的工作性。施工中為了保持混凝土拌和物所需的工作性,就必須在拌和時(shí)相應(yīng)地增加用水量,這樣就會(huì)促使水泥石子結(jié)構(gòu)中形成過多的孔隙。
當(dāng)加入減水劑的定向排列,使水泥質(zhì)點(diǎn)表面均帶有相同電荷。在電性斥力的作用下,不但使水泥體系處于相對穩(wěn)定的懸浮狀態(tài),還在水泥顆粒表面形成一層溶劑化水膜,同時(shí)使水泥絮凝體內(nèi)的游離水釋放出來,因而達(dá)到減水的目的。
許多研究表明,當(dāng)水灰比降低到0.38以下時(shí),消除毛細(xì)管孔隙的目標(biāo)便可以實(shí)現(xiàn);而摻入高效減水劑,完全可以將水灰比降低到0.38以下。
三、摻入高效活性礦物摻料
普通水泥混凝土的水泥石子中水化物穩(wěn)定性的不足,是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中摻入活性礦物的目的,在于改善混凝土中水泥石子的膠凝物質(zhì)的組成。
活性礦物摻料中含有大量活性si02及活性a1203,它們能和波特蘭水泥水化過程中產(chǎn)生的游離石灰及高鹼性水化矽酸鈣產(chǎn)生二次反應(yīng),生成強(qiáng)度更高、穩(wěn)定性更優(yōu)的低鹼性水化矽酸鈣,從而達(dá)到改善水化膠凝物質(zhì)的組成,消除游離石灰的目的,使水泥石子結(jié)構(gòu)更為致密,并阻斷可能形成的滲透路。
此外,還能改善集料與水泥石子的界面結(jié)構(gòu)和界面區(qū)性能。這些重要的作用,對增進(jìn)混凝土的耐久性及強(qiáng)度都有本質(zhì)性的貢獻(xiàn)。
四、消除混凝土自身的結(jié)構(gòu)破壞因素
除了環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞以外,混凝土本身的一些物理化學(xué)因素,也可能引起混凝土結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞,致使混凝土失效。
例如,混凝土的化學(xué)收縮和干縮過大引起的開裂、水化性過熱過高引起的溫度裂縫、硫酸鋁的延遲生成,以及混凝土的堿骨料反應(yīng)等。
因此,要提高混凝土的耐久性,就必須減小或消除這些結(jié)構(gòu)破壞因素。限制或消除從原材料引入的堿、s03、cl-等可以引起破壞結(jié)構(gòu)和侵蝕鋼筋物質(zhì)的含量,加強(qiáng)施工控制環(huán)節(jié),避免收縮及溫度裂縫產(chǎn)生,以提高混凝土的耐久性。
五、保證混凝土的強(qiáng)度
盡管強(qiáng)度與耐久性是不同概念,但又密切相關(guān),它們之間的本質(zhì)聯(lián)系是基于混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu),都與水灰比這個(gè)因素直接相關(guān)。在混凝土能充分密實(shí)條件下,隨著水灰比的降低,混凝土的孔隙率降低,混凝土的強(qiáng)度不斷提高。
與此同時(shí),隨著孔隙率降低,混凝土的抗?jié)B性提高,因而各種耐久性指標(biāo)也隨之提高。在現(xiàn)在的高性能混凝土中,除摻入高效減水劑外,還摻入了活性礦物材料,它們不但增加了混凝土的致密性,而且也降低或消除了游離氧化鈣的含量。在大幅度提高混凝土強(qiáng)度的同時(shí),也大幅度地提高了混凝土的耐久性。
此外,在排除內(nèi)部破壞因素的條件下,隨著混凝土強(qiáng)度的提高,其抵抗環(huán)境侵蝕破壞的能力也越強(qiáng)。