浅谈地下工程混凝土耐久性及施工中关键环节控制措施

2018-03-24李生梅

城市道桥与防洪 2018年11期

李生梅

(兰州资源环境职业技术学院，甘肃兰州 730021)

0 引言

自十九世纪以来，混凝土作为土建工程中用量最大，用途最广的建筑材料，随着社会的迅速发展和施工工艺的不断改进，混凝土结构的耐久性问题也越来越被人们所重视。现阶段，建筑行业可持续发展战略实施的关键是如何提高混凝土耐久性及延长工程使用寿命，从而有效减少维修重建费用。

1 混凝土耐久性的指标

1.1 冻融环境对混凝土的影响

1.1.1 冻融对混凝土破坏原理

混凝土是由水泥浆和粗细骨料组成的毛细多孔体。混凝土在拌和时，为了使其具有良好的和易性，加入的拌和水要比水泥的水化水用量多，而这部分多余水就会以游离水的形式滞留在混凝土中形成连通的毛细孔，并且占有一定的体积，在温度降低时，水受冻结冰后体积膨胀，在混凝土内部产生应力，当这种内应力超过混凝土抵抗强度时就会引起混凝土内部结构的破坏。混凝土发生冻融破坏的最显著的特征是混凝土产生裂纹，并且裂纹多而细小，在冻融反复交替的情况下，这些细小的裂纹会不断地扩展，相互贯通，从而引起混凝土表面剥落，同时导致混凝土力学性能的显著降低。

1.1.2 冻融破坏产生的因素

（1）温度因素：混凝土拌合、浇灌、硬化，最后产生强度，主要与水泥中水化热作用密切相关。水化热作用除了与混凝土粗细骨料及配合比有关外，主要是随着外界温度的高低而发生变化：温度升高时，水泥水化热作用加快，混凝土强度也增长的快；而当温度降低到0℃及以下时，存在于混凝土中的游离水有一部分开始结冰，从而水化热减慢，强度的增长也随之变缓，由于温度的继续下降，最后导致强度不再增长。

（2）环境因素：干燥环境不容易产生冻融破坏，主要是混凝土在饱水状态下由于干湿冷热交替原因最容易产生冻融破坏。

1.2 混凝土的碳化

混凝土的碳化是指空气中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙相互作用发生化学反应，生成碳酸钙和水，由于其成分和性能发生变化，导致混凝土使用机能下降的一种物理化学过程。混凝土碳化作用引起混凝土收缩，使混凝土的表面容易产生细微的裂缝，致使混凝土构件发生破坏。

1.3 钢筋锈蚀

钢筋锈蚀对混凝土结构的耐久性影响巨大。由于混凝土碳化以及多种外界环境因素影响以及混凝土收缩等原因，在混凝土的表面容易产生细微的裂缝。使得空气中的氯离子、水汽及二氧化碳等有害物质通过混凝土表面孔隙进入混凝土内部，与混凝土材料中的碱性物质发生中和反应，使混凝土成分、组织和性能发生变化，从而导致混凝土的pH值降低，当pH值出现小于9的时候，钢筋表面的钝化膜就会在中性、甚至酸性环境中被逐渐破坏，钢筋就会发生锈蚀，并且随着锈蚀的加剧，钢筋与混凝土之间的黏结力破坏，致使混凝土保护层开裂，钢筋受力截面减少，结构强度降低等，从而导致结构耐久性的降低。

1.4 碱骨料反应

简单地讲，就是指混凝土中的碱性物质含量较高时，会与砂石骨料中所含的二氧化硅发生化学反应，并在骨料表面生成碱硅酸凝胶，吸水后会产生较大的膨胀，时间长了就会导致混凝土疏松、强度降低甚至开裂等，从而造成混凝土破坏。

1.5 氯离子侵蚀

氯离子侵蚀混凝土的方式主要有，混凝土内部氯离子浓度高的地方向浓度低的地方移动的扩散作用，混凝土表层含氯离子的盐水在干湿交替的条件下向混凝土内部干燥的部分移动的毛细管作用，含氯离子的盐水在水压力的做用下向压力较低的方向移动的渗透作用以及氯离子向电位高的方向移动的电化学迁移。

2 提高混凝土结构耐久性的控制措施[1-7]

2.1 提高混凝土抗冻融的措施

2.1.1 引气剂

在混凝土拌合物中掺人一定量的引气剂是提高混凝土抗冻耐久性能的—个十分重要而有效的措施。引气剂是一种具有增水作用的表面活性物质，它可以明显的降低混凝土拌合水的表面张力，使混凝土内部产生大量的微小稳定的封闭气泡。这些气泡不仅可以阻断混凝土内部毛细管与外界的通路．使外界水份不易浸入，减少了混凝土的渗透性；同时大量的气泡还能起到润滑作用，改善混凝土和易性。最重要的是这些气泡切断了部分毛细管通路，使混凝土结冰时产生的膨胀压力得到缓解，起到缓冲减压的作用，有效保护混凝土不会遭到破坏。

2.1.2 减水剂

目前，减水剂的应用也成为提高混凝土抗冻耐久性有效的的方式。水泥混凝土的强度取决于水和水泥的比例，当W/C越小时，混凝土材料的强度越高，使用减水剂可以使混凝土的水灰比大幅度降低，提高混凝土的强度和密实性，从而提高混凝土抵抗冻融破坏的能力。

2.1.3 掺合料的影响

（1）粉煤灰

经试验验证,粉煤灰混凝土的抗渗性能优于基准混凝土。这是由于粉煤灰在混凝土中能发挥其形态效应、微集料效应和活性效应，提高混凝土的密实度，从而提高混凝土的抗渗性。而且在混凝土中掺入粉煤灰后能降低混凝土的碱性，从而抑制碱集料反应。在工程实践中，通过加入适量的粉煤灰不仅有效提高混凝土性能，而且节约了水泥的用量，节省成本。

（2）矿粉

矿渣粉有较好的活性，能与水泥水化产物Ca（OH）2发生反应，生成水化硅酸盐产物，填充于混凝土的孔隙中，大幅度地提高混凝土的密实度，优化孔细结构，减小孔隙尺寸，使混凝土形成了密实填充结构，改善了混凝土的抗渗能力，从而显著改善混凝土的耐久性。

2.1.4 粗细骨料的影响

实验证明，通过选用良好的粗细骨料级配，可以使混凝土的孔隙率减少，有效提高混凝土的抗渗性。因此,在具体工程实践中，主要通过控制混凝土中粗细骨料的合理级配，控制砂浆的数量和质量,以达到改善混凝土的内部构造，减少孔隙率，提高混凝土的抗渗性能的目的。

2.2 混凝土碳化的控制措施

混凝土在施工过程中应根据建筑物所处的环境，地理位置来选择合适的水泥品种以及分析骨料的级配，要做好配合比设计，必要的时候还要掺加适量的外加剂，再加上科学的搅拌、运输和及时正确的养护等严格的工艺手段，可以有效切断混凝土中毛细孔的通路，使毛细孔处于封闭、互不连通的状态，以减少渗流水量和其它有害物的侵蚀，确保混凝土的均匀性和密实性。

2.3 防止钢筋锈蚀采取的措施

首先是合理的结构设计，混凝土结构形式及细部构造应有利于防腐、检测，控制主筋的直径不宜过大，因为钢筋越粗，钢筋直径对保护层厚度的比值越大，钢筋开始腐蚀到混凝土胀裂的时间也就越短。其次选择优质原材料，严格控制砂、石、拌和水和外加剂等原材料中氯离子的含量，使混凝土拌合物中氯离子含量符合规定要求。再次优化混凝土配合比设计，通过水灰比来提高混凝土的密实度，混凝土密实度高，孔隙率小，有利于提高混凝土的抗渗性，增强对侵蚀性介质的抗蚀能力。另外还可以在混凝土表面和钢筋表面涂刷防腐涂料。

2.4 碱骨料反应控制措施

对于混凝土中的水泥应采用碱含量小于0.6%的低碱水泥。对具有碱活性或疑似碱活性的集料，应在可能发生反应的部位采取有效措施来隔绝水和空气的侵入，从而缓解碱骨料反应对构件的损害。

2.5 控制氯离子侵蚀有效措施

选用高密度混凝土结构的配比设计，提高混凝土抗渗强度等级，采用有效防护措施提高混凝土自身的防护能力，也可以采用高密性水泥砂浆多层抹面技术来防止水渗透剂介质浸入。也可以引入外加剂来提高混凝土的密实性，如减水剂、引气剂、催化剂都能不同程度的改善混凝土密实性；另外可以在混凝土表面涂刷一层耐腐、抗渗、无毒、持久的涂料也是一种简单可行的方法。

3 混凝土施工中关键环节控制

3.1 原材材料的控制

根据设计和规范要求精选优质原材，进场的原材料必须有质量证明文件。不定期的对商混站的原材料抽检，监督商混站实验室抽样检测频率。材料堆放按不同品种、规格分类堆放，不得混入杂物，粗细骨料选应选级配良好、含泥量和泥块含量小的材料。水泥及掺合料超过三个月的要进行复检，合格后方可使用。

3.2 计量设备定期的检查

（1）搅拌站的计量，每盘材料的计量在允许偏差范围内，督促试验人员经常检测骨料的含水率。混凝土生产单位每月对计量设备应至少自检1次，而且每一工作班在开始前，也应对计量设备进行零点校准。

（2）对于搅拌时间的控制，我们大多用的都是强制式搅拌设备，所以相应的对混凝土搅拌时间应遵循规范要求的搅拌时间，一般对于坍落度大的混凝土搅拌时间宜控制在90 s以上，搅拌时间每班检测2次，确保足够的搅拌时间。

3.3 混凝土拌合

商混站在混凝土生产前，对所用的原材料进行加热，用热交换器对拌合水加热至60℃以上用于生产，对粗细骨料用管道进行插入式加热，来提高砂石的温度，避免温度过低使砂石含有水份结冰，保证混凝土入模温度在10℃以上。

3.4 混凝土运输

混凝土在运输时，应确保混凝土不分层、不离析。选择的运输道路应平坦，保证运输车辆平稳行驶，同时应尽量减少转运次数。在恶劣的气候下运输混凝土时，运输工具、运输路线以及浇筑点，必要时应备有遮盖设施，以免日晒雨淋，造成水分蒸发和增加混凝土的用水量。罐车卸料前应采用过档旋转搅拌罐不少于20 s，严禁在混凝土运输和浇筑的过程中加水。并且混凝土罐车罐体加装保温性能良好的保温套以减少混凝土在运输过程中的热损失，保证入模温度不受影响。

3.5 混凝土浇筑与养护

（1）混凝土浇筑

在浇筑混凝土前，应根据设计图纸和规范检查钢筋、模板以及保护层和预埋件的规格、尺寸、数量和位置。混凝土浇筑时模板内不得有积水，应分层分段进行浇筑，混凝土浇筑时夏季入模温度不应高于35℃，冬季入模温度不应低于10℃。混凝土拌合物应具有良好的和易性、保水性和流动性，才能确保混凝土的密实性、均匀性和整体性。混凝土的振捣一般采用插入式振动棒振捣，振捣时间控制10～30 s内，表面泛浆无气泡逸出可为捣实，混凝土浇筑的同时随机抽取制作混凝土同条件试块和标养试块，用抗压强度来评定该构件强度是否合格。刚浇筑完的混凝土不宜直接在上面覆盖保温材料，先覆盖塑料薄膜再覆盖草帘子麻袋或保温棉等保温材料，混凝土构件浇筑成型后，强度未达到1.2 MPa时，不允许在构件上踩踏行走。

（2）混凝土养护

混凝土施工可采用浇水、覆盖保湿、喷涂养护剂、冬季蓄热养护等方法进行养护，施工过程中以满足施工生产来选择养护方法。在冬季通常采用搭暖棚养护，采用塑料薄膜覆盖，再在上面覆盖棉毯，持续养护14 d，保证强度能达到90%以上，夏季采用自然洒水养护，同样也采用塑料薄膜覆盖，且塑料膜内有凝结水，潮湿覆盖持续养护7 d，从而达到强度要求。