浅谈如何在工程建设中提高混泥土的耐久性

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摘要: 本文笔者探讨了混凝土耐腐蚀性能的主要影响因素;及它与抗渗性能和抗冻性能之间的关系;讨论了原材料的选择,包括水泥品种、集料性质、拌合及养护用水的水质情况、外加剂的种类和掺合料对混凝土耐腐蚀性能的影响。由研究与分析普通混凝土的结构形成入手,提出普通混凝土高性能化的可行性与必要性和普通强度等级的混凝土高性能化的技术途径。

关键词:混凝土;耐久性;耐腐蚀性;强度;抗渗性能

Abstract: in this paper the author discusses the corrosion resistance of concrete of the main influencing factors; And it and anti-permeability and frost resistance relationship; Discussed the choosing of raw materials, including the cement type, aggregate properties, and the curing of the quality of the water of the well of water, the types and the admixture of concrete admixtures corrosion resistant performance influence. By the research and analysis of common concrete structure formation of ordinary high performance concrete put forward the feasibility and the necessity and ordinary strength grade of concrete technology method of high performance.

Keywords: concrete; Durability; Corrosion resistance; Strength; Anti-permeability of

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：

一般混凝土工程的使用10-20年后,有的甚至使用9年以后,即需要维修。而我国目前的基础设施建设工程规模宏大,照此来看,几十年后,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。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。

用普通水泥混凝土所完成的工程不能满足耐久性要求的根本原因,在于混凝土本身的内部结构。影响混凝土耐久性的主要因素大致可以分为以下几点:首先,在混凝土工程中为了满足混凝土施工工作性要求,即用水量大、水灰比高,因而导致混凝土的孔隙率很高,约占水泥石总体积的25%-40%,特别是其中毛细孔占相当大部分,毛细孔是水分、各种侵蚀介质、氧气、二氧化碳及其它有害物质进入混凝土内部的通道,引起混凝土耐久性的不足;其次,水泥石中的水化物稳定性不足也会对耐久性产生影响。此外,在水化物中还有数量很大的游离石灰,它的强度极低、稳定性极差,在侵蚀条件下,是首先遭到侵蚀的部分。要大幅度提高混凝土的耐久性,就必须减少或消除这些稳定性低的组分,特别是游离石灰。

在混凝土使用阶段受外界所产生的如腐蚀、冻融、渗透等病害缩短了使用寿命。

溶出型腐蚀的产生主要是由于水泥石中的水化物Ca(OH)2被溶解和洗出,当混凝土中的CaO损失达32%时,混凝土就会被破坏。在水泥石液相中,当石灰含量超过极限浓度的一定数量时,水泥石的主要组分(水化硅酸钙、水化铝酸钙和氢氧化钙)才能稳定存在于固相中,并与液态形成平衡状态。当水泥石被水冲洗或渗滤时,水泥石中所含氢氧化钙及可溶性水化铝酸钙受物理性的溶解而排出,使水泥石的Ca(OH)2浓度降低,PH值同时下降。此时,水泥石液相中的Ca(OH)2浓度必须得到补偿,水化硅酸盐,水化铝酸盐发生水解,析出CaO生成非结合性产物(硅酸、氢氧化铝、氢氧化铁),导致水泥石强度降低和腐蚀破坏。含有Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2的硬水,能把水泥石中的Ca(OH)2变成CaCO3沉淀下来,使水泥石密实。软水可以溶解Ca(OH)2,不但不能使水泥石表层碳化,而且会溶解水泥石表面已形成的碳酸盐膜层。因此对水泥石产生溶出型腐蚀的水主要是软水。

分解型腐蚀是腐蚀介质中的离子与水泥石中的离子进行交换作用,破坏了水泥石中的液相碱度平衡,使固相石灰溶解,并使水化硅酸盐和水化铝酸盐水解。水泥石分解型腐蚀的最终产物是硅酸凝胶、钙盐和铝盐。水泥石腐蚀产物的性质,可以表示出介质的腐蚀程度。若腐蚀产物无粘结性,无足够的密实性,而且属于可溶性的,则腐蚀的速度快,此时腐蚀介质很容易向水泥石的深部发展,水泥石的结构将很快地被破坏。

膨胀型腐蚀是溶液中某些离子与水泥石中的Ca(OH)2作用,生成新的产物,而这种产物的体积远远大于反应物的体积。由于水泥石中的空隙容纳不了反应产物所增加的体积,必然导致水泥石的开裂破坏。硫酸盐溶液腐蚀就是这种类型的代表。硫酸盐中的SO42-离子与水泥石中的Ca(OH)2作用生成石膏,而石膏又与水泥石中的水化铝酸钙作用生成含有31个结晶水的水化硫铝酸钙,体积增大2.5倍,迫使水泥石开裂。当溶液中SO42-离子较多时,表现为石膏型腐蚀,在水泥石的空隙中析出晶态的CaCO4·2H2O,体积膨胀2倍。当溶液中的SO42-离子较少时,则主要是硫铝酸钙型腐蚀。当溶液中含有Cl时,Cl-在固相中能阻碍硫铝酸钙形成,提高硫铝酸钙的溶解度,使硫铝酸钙的膨胀作用减少。另一种形式是一些盐类溶液,它虽然与水泥石的组分不产生化学反应,但可以在水泥石空隙中结晶,由于盐类从少量水化到大量水化的转变,引起体积增加,造成水泥石的开裂和破坏。仅仅是盐的干燥和结晶作用,对膨胀型腐蚀的影响是不大的。但当盐类在高于相间的转换温度时燥,而又在低于转换温度时浸湿,此时能产生较大的体积膨胀。例如温度高于32.3e的无水干燥硫酸钠,对水泥石没有腐蚀作用,但硫酸钠在较低温度进入浸湿的水泥石中,而在较高温度干燥时,便会成为一种稳定的结晶体Na2SO4·10H2O,其体积为原来无水盐的4倍,它在水泥石中引起很大的压力,造成破坏。NaOH和Na2CO3也是具有膨胀型腐蚀的介质。当NaOH作用于水泥石时,受空气中的CO2作用,产生碳化而生成Na2CO3。当Na2CO3水化成为Na2CO3·10H2O时,其体积膨胀1.5倍,造成破坏。

混凝土的抗渗性是决定混凝土耐久性最基本的因素,若混凝土的抗渗性差,不仅周围水等液体物质易渗入内部,而且当遇有负温或环境水中含有侵蚀性介质时,混凝土就易遭受冰冻或侵蚀作用而破坏,对钢筋混凝土还将引起其内部钢筋的锈蚀,并导致表面混凝土保护层开裂与剥落。因此必须要求混凝土具有一定的抗渗性。混凝土渗水是由于内部的孔隙形成连通的渗水通道,这些孔道主要来源于水泥浆中多余水分的蒸发而留下的气孔,水泥浆泌水所形成的毛细孔,以及粗骨料下部界面水富集所形成的孔穴。另外,在混凝土施工成型时,振捣不实产生的蜂窝、孔洞都会造成混凝土渗水。混凝土的密实度及内部孔隙的大小和构造是决定抗渗性的重要因素。在寒冷地区,特别是在接触水又受冻的环境下的混凝土,要求具有较高的抗冻性能。混凝土受冻融作用而破坏的原因,是由于混凝土内部孔隙中的水在负温下结冰膨胀造成的静水压力和因冰水蒸汽压的差别推动未冻水向冻结区的迁移所造成的渗透压力。当这两种压力所产生的内应力超过混凝土的抗拉强度,混凝土就会产生裂缝,多次冻融使裂缝不断扩展直至破坏。混凝土的密实度、孔隙构造和数量、孔隙的充水程度是决定抗冻性的重要因素。