自密实混凝土的耐久性问题及其对策

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摘要：自密实混凝土作为高性能混凝土的一种，因具有很高的流动性而不离析，不泌水，可不振捣而自行流平、填实孔隙，施工性能好等众多有点而被广泛应用。由于其高流动性，导致其硬化后混凝土内部孔隙及孔隙率较其他性能混凝土的孔隙率性高。从而对其耐久性产生影响。本文从工程角度分析了混凝土的耐久性问题，并总结了提高自密实混凝土耐久性的几点措施。

关键词：耐久性 自密实混凝土 集料反应 孔隙

自密实混凝土时二十世纪九十年代日本学者冈村甫发明的一种高性能混能混凝土，主要通过复合型外加剂、优质掺合料、粗细骨料的选择、搭配及精心配合比设计使混凝土在自重作用下无需振捣而自行流平、填满孔洞或模板空间，形成自密实结构。但其高流变性导致了混凝土在硬化后内部孔结构和气结构较高，形成通道，对混凝土的耐久性产生一定影响。

一、自密实混凝土研究应用的现状及展望

20世纪90年代以来，国外在自密实混凝土技术研究方面做了大量工作，并在一些特殊工程条件下应用了该项技术。加拿大She Brooke市Webster停车场补强工程中,自密实混凝土在没有任何振捣的情况下，成功的在布满纵横向钢筋及剪力钢筋的加固结构中填入4～7.5cm的狭小空间；同时，国内也进行了理论分析、试验研究和推广应用，典型的工程有格赛广场钢筋砼柱（C40）,长沙市洪山庙浏阳河大桥（C50），哈尔滨绕城主跨桥墩止水围堰封底（C40）等。

随着科学技术的发展，应用的领域越来越广，伴随着跨海大桥、海洋工程、核反应堆、电站大坝等大型工程项目的出现，高配筋率的工程项目也随之增多，所以自密实混凝土的应用领域越来越广。由于这些工程项目的重要性，更加要求混凝土应具有优异的耐久性。二、混凝土结构耐久性问题分析

混凝土的耐久性问题是指结构物在使用的环境下，由于内部原因或是外部原因引起结构物的长期演变，最终使混凝土丧失使用能力，即所谓的耐久性失效。其表现主要有膨胀劣化，表皮剥落、体积收缩，碳化以及裂缝等。其原因很多，有抗冻失效、碱-集料反应失效、盐类侵蚀失效、钢筋锈蚀造成结构破坏等。同样，水分也是运送侵蚀性离子（氯离子和硫酸盐离子）进入混凝土内部的运载体。即使可用足够的钢筋来限制混凝土裂缝的宽度，但钢筋并不能消除或是减少裂缝，只能将少量的宽裂缝分散生许多细微裂缝。而这种看不见、量不出的裂缝及孔隙正是侵蚀性离子从混凝土表面渗到内部以及钢筋表面的通道。

自密实混凝土的粗骨料在粒径、粒形、强度及吸水率等方面要求较高，正确选择骨料的品种和性能，是配置自密实混凝土的基础。自密实混凝土是三项复合的，即骨料、水泥浆体和界面过渡层，而界面过渡层是相对薄弱的部位。在粗骨料强度满足的情况下，混凝土破坏是沿着过渡层破坏的。所以提高和改善过渡层的性能，减少内部空隙及裂缝的发生，是提高自密实混凝土耐久性的技术关键。

三、影响因素

1、水灰比W/C

如果不计骨料中的孔隙，则孔隙来源于水泥水化产物―凝胶体。而毛细孔则存在于凝胶体，则毛细孔率主要取决于水灰比W/C。由Powers理论可知，当水泥完全水化时，α=1.0，（W/C）min=0.42，此时Pc=8.1%。考虑到模板和周围吸水物的影响，应取W/C＞0.42。若W/C=0.6，则毛细孔率Pc=26%。随着水灰比的增大，毛细孔率也随之增大。

2、水泥浆体水化程度

随水泥水化程度增加，孔隙率逐渐减小，由Powers公式可知，当水化程度达到50%时，即α=0.5，相同水灰比时，Pc=26%；完全水化，α=1.0，毛细孔率Pc=8.1%。水化早期，C-S-H从水泥颗粒表面向周围水的空间扩展，此时的水化产物C-S-H具有很高的为隙率和粗大的孔隙。随水化的发展，后期水化产物C-S-H主要在水化水泥周围发展，形成更加密实的外壳，孔隙率也就比早期水化产物大为降低。

3、配合比

粗骨料、细骨料、水泥及水的用量应搭配合理。水泥用量过多，水化时会产生很大热量，硬结过程收缩增大，甚至会造成混凝土裂开。水是形成混凝土的必要条件，但过量的水对混凝土并无益处，未水化的水蒸发后留下许多孔隙，水灰比越大，内部空隙越多，孔隙率越大。所以，水灰比W/C越小，对混凝土的耐久性越有利。砂石骨料级配应合理，使其内部空隙为最小，水泥浆料充满并包裹粗细骨料孔隙及包围颗粒表面。相反，不论是粗骨料还是细骨料的孔隙增大，都会增加水泥的用量，最终导致内部空隙率提高。

4、混凝土的碱―集料反应

混凝土的碱―集料反应是指混凝土中的碱与集料中活性组分发的生化学反应，引起混凝土的膨胀、开裂甚至破坏，从而形成孔隙。因反应的因素在混凝土内部，其危害作用往往是不能根治的。是自密实混凝土工程中一大隐患。

混凝土的碱―集料反应应具备三个条件，即有相当数量的碱，相应的活性集料，水分。反应通常有三种类型：碱―硅酸盐反应，碱―碳酸盐反应，慢膨胀型碱―硅酸岩反应。避免碱―集料反应的方法可采用：一是尽量避免使用活性集料；二是限制混凝土中的碱含量；三是掺用混合料。

5、化学侵蚀

当自密实混凝土结构处在有侵蚀性介质作用的环境时，会引起水泥石发生一系列化学反应，逐步受到侵蚀。严重的使水泥石降低强度，以致破坏。淡水冲刷会溶解水泥石中的组分，使水泥石的孔隙增大，密实度降低从而进一步造成水泥石的破坏。如果水中有有一些酸性物质时（氯离子和硫酸盐离子），水泥石受到溶淅和化学溶解的双重作用。在溶解水泥石的同时，破坏混凝土的碱性环境，降低水泥水化物的稳定性，影响水泥石的密实度。

四、提高自密实混凝土耐久性的措施

从上述分析可知，外部环境、内部孔结构、集料、水灰比是自密实混凝土耐久性的重要因素。因此，工程中应根据具体情况，有针对性的采取相应措施，改善外部环境，增强自密实混凝土的密实度，提高自密实混凝土的耐久性。

1、原材料的选择

水泥要选择含碱量小，水化热低、干缩性小、耐热性及耐腐蚀性好的水泥，并结合具体情况进行选择。水泥的强度并非是决定混凝土强度的唯一标准，如用较低标号的水泥同样能配制出较高标号的混凝土。因此，工程中选择水泥强度的同时，需要考虑工程性质。

粗细骨料的粒径要适当，不能太大，不然会阻碍自密实混凝土的高流动性的发挥，不能有效的填充钢筋缝隙。级配一定要良好，尽可能选择即有较好的级配，自然堆积密度又较高的粗细骨料。

2、使用掺合料

通过掺合料（硅粉、粉煤灰、超细矿渣等）的使用，减少骨料间的空隙，变小界面，减少水泥用量，降低水化热，提高自密实混凝土的和易性，提高混凝土的密实度，减少有害物质的渗透。

3、自密实混凝土的设计应着重考虑耐久性的要求

3.1自密实混凝土的配合比设计在考虑混凝土强度和工作性的同时，应考虑较小水泥用量和用水量，降低水化热，减小收缩裂隙，提高密实度。采用合理的减水剂和引气剂，改善混凝土内部结构，掺入足量的掺合料，提高耐久性。

3.2在做结构设计时，按其使用环境及使用年限设计相应的混凝土保护层厚度，预防混凝土碳化，以及外界介质深入内部腐蚀钢筋。

4、自密实混凝土施工应考率耐久性

搅拌混凝土时尽量采用二次搅拌法，裹砂法、裹砂石法等工艺，提高和易性，保水性，搅拌均匀，并严格按照配比进行施工，坚决不能随意改动配比，特别是水灰比。模板应清洁光滑，使混凝土拆模后平整、密实，表面光滑。重视后期的养护，避免构件表面出现收缩裂缝。

参考文献：

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