试论高性能混凝土的耐久性

　　高性能混凝土是在高强混凝土基础上发展来的，即为高强混凝土的进一步完善，是目前混凝土发展的一个重要领域。近些年来，由于在高强混凝土的配制中，不仅加入了超塑化剂，也掺入了活性磨细矿物掺合料，与高性能混凝土的组分材料相似，因此，至今国内外有些学者仍然将高性能混凝土与高强混凝土在概念上有所混淆，不同的国家，不同的学者根据高性能混凝土性能特征上各有所不同曾提出过不同的解释和定义。

　　1 高性能混凝土耐久性的意义

　　混凝土的耐久性是当前国际上与之相关学科最为重要的前沿研究领域之一。混凝土的耐久性，通俗来讲，是建(构)筑物的使用年限。近几十年来由于混凝土耐久性不足，在建筑物或构筑物的计基准期内，容易出现质量问题，导致结构可靠度降低。为维持结构必要的安全性和适用性，需要大笔维修费用。如果不能继续使用，则往往予以拆除，成为不可再利用的大宗垃圾，占用大片土地，造成巨大的经济损失，这是各国普遍存在的现象。工程实例教训所花费的经济、环境代价是昂贵和惨痛的。

　　2 高性能混凝土耐久性的影响因素

　　高性能混凝土耐久性指混凝土在使用过程中抗大气、环境作用的能力。其内容主要包括：混凝土抗化学侵蚀，碱—骨料反应，冻融循环性能，抗氯离子浸透性或钢筋锈蚀等，目前高性能混凝土一般采用“双掺”技术制备，即在混凝土中加入矿物料及高效外加剂，混凝土的工作性、强度等得到了很大改善，但混凝土还是出现了裂缝，在环境因素的侵蚀作用下其耐久性下降，甚至出现混凝土建筑物崩塌事故。

　　2.1 抗渗性。混凝土使用期间，会与环境中的水、气体以及其中所含侵蚀介质的侵入并产生物理和化学反应而逐渐破坏。抗渗性是指混凝土抵抗这些介质向混凝土内部渗透作用的能力。渗透主要通过水泥内部毛细管或某些微裂缝所形成透水通路。混凝土的抗渗性能的高低直接反应混凝土耐久性能。

　　2.2 碱-集料反应。碱-集料反应是混凝土中的碱与集料中的活性组分之间发生的破坏性膨胀反应，从而影响混凝土的安全性。该反应会导致整体开裂破坏，预防其造成破坏的方法可以使采用控制混凝土中当放碱含量，也可以加入大量的矿物外加剂来代替水泥。

　　2.3 硫酸盐侵蚀破坏。水泥基材料硫酸盐侵蚀破坏的实质是有环境水中的硫酸盐离子进入水泥石内部与一些固相组分发生化学反应，生成一些难溶的盐类矿物而引起混凝土膨胀、开裂、剥落和解体，也会使水泥中CH和C-S-H等组分溶出或分解，导致水泥基材料强度和粘结性能损失。

　　2.4 混凝土碳化。混凝土是多孔性材料，大气中的二氧化碳能够渗入混凝土内与氢氧化钙产生化学反应，是混凝土碱性减低形成碳化层，导致混凝土结构的膨胀、松散和开裂等。

　　2.5 钢筋锈蚀破坏。主要原因：一是混凝土碳化，当碳化达到钢筋表面时，使钢筋表面与混凝土粘结生成的氧化铁薄膜破坏，从而锈蚀。二是混凝士中氯离子的侵蚀作用，当氯离子渗入到钢筋表面吸附于局部钝化膜处时，钢筋表面的氧化铁薄膜被破坏，造成钢筋锈蚀。掺入大量矿物外加剂后，水泥混凝土具有高碱性，可有效保护钢筋不被锈蚀。

　　2.6 冻融作用。冻融破坏主要原因是混凝土内部渗水的空隙或毛细管受冻后，水结冰后体积膨胀，对孔壁或毛细管壁产生一定的内压力作用而导致结构破坏，混凝土经受多次冻融循环作用后，强度逐渐减低，最终导致破坏。

　　3　提高混凝土耐久性的技术途径

　　3.1　掺入高效减水剂。在保证混凝土拌合物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减小水灰比，使混凝土的总孔隙，特别是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水搅拌后，会产生一种絮凝状结构。在这些絮凝状结构中，包裹着许多拌合水，从而降低了新拌混凝土的工作性。施工中为了保持混凝土拌合物所需的工作性，就必须在拌和时相应地增加用水量，这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂后，减水剂的定向排列，使水泥质点表面均带有相同电荷。在电性相斥的作用下，不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态，还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜使水泥絮凝状的絮凝体内的游离水释放出来，因而达到减水的目的。

　　3.2　掺入高效活性矿物掺料。在普通混凝土中掺入活性矿物的目的，在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成。活性矿物料(矽灰、矿渣、粉煤灰等)中含有大量活性SiO及活性AlO，它们能和水泥水化过程中产生的游离石灰及高碱性水化矽酸钙产生二次反应，生成强度更高，稳定性更优的低碱性水化矽酸钙，从而达到改善水化胶凝物质的组成，消除游离石灰的目的。有些超细矿物掺料，其平均粒径小于水泥粒子的平均粒径，能填充于水泥粒子之间的空隙中，使水泥石结构更为致密，并阻断可能形成的渗透路。

　　3.3　消除混凝土自身的结构破坏因素。除了环境因素引起的混凝土结构破坏以外，混凝土本身的一些物理化学因素，也可能引起混凝土结构的严重破坏，致使混凝土失效。因此，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，SO，C等可以引起结构破坏和钢筋腐蚀物质的含量，加强施工控制环节，避免收缩及温度裂缝产生，提高混凝土的耐久性。

　　4 高性能混凝土耐久性问题及优化措施

　　4.1早期抗裂性差。早期开裂是高性能混凝土的早期收缩大、早期弹性模量增长快、抗拉强度并无显著提高、比徐变变小等因素共同导致的。混凝土的收缩是指混凝土中所含水分的变化、化学反应及温度变化等因素引起的体积缩小。其按作用机理可分为自收缩、塑性收缩、硬化混凝土的干燥收缩、温度变化引起的收缩变形及碳化收缩变形五种。

　　4.2 改善措施。防止混凝土早期开裂主要是抑制混凝土的收缩。措施：①可采用优质原材料，优化配合比，加强对混凝土的养护;②加入短纤维增强阻裂;③采用减缩防裂剂等。

　　4.3 高性能混凝土推广应用存在的问题。第一，高强高性能混凝土缺乏通用的设计规程和有关材料、施工及验收标准;第二，制备高性能混凝土所用原材料价格较贵;第三，高性能混凝土材料组成与普通混凝土有所不同，所以在施工工艺上有特殊的要求;第四，高性能混凝土收缩大、脆性高、耐火性差等有待改善和提高性能。

　　5 结束语

　　人类进人21世纪，面临着“人口膨胀、资源能源短缺以及环境恶化”三大问题。混凝土材料是资源和能源消耗大户，也是重要的环境污染源。混凝土材料和技术直接影响着人类可持续发展。因此：

　　(1)必须重视和提高混凝土耐久性，减少工程隐患和工程的重复建设周期，尽可能的使同一工程应用更长的时间，以节约混凝土用量，节约有限的人力、物力和财力。

　　(2)高性能混凝土是提高混凝土耐久性的有效手段，需要对其研究和应用更加深入，降低成本，扩大它的应用范围。

　　(3)加大对低品位骨料的有效利用，再生骨料和人造轻骨料的研究开发，减轻环境负荷。

　　(4)进一步研究和发展混凝土劣化机理和维护方法，降低混凝土结构后期维护和加固成本。

　　(5)对混凝土各组分材料如水泥、高效减水剂和超细粉等进行深入研究，采用有效的优化组合和选择，提高混凝土的强度、抗渗性、耐久性等性能。

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文章名称： 试论高性能混凝土的耐久性

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