耐久性混凝土配合比设计与检测方法研究

林庆国 许春城

摘要：在工程事业不断发展的背景下，施工材料质量控制的重要性不断凸显，混凝土作为不可或缺的施工材料，不断结合施工要求提升配合比的合理性十分必要，这是因为传统的混凝土配合比一成不变将难以满足不断提升的抗风性及抗腐蚀性要求。实际上混凝土配合比设计与耐久性指标密切相关，这就需要在提升混凝土配合比设计质量的基础上，促使其耐久性指标达到既定标准，科学延长工程使用寿命，促使混凝土结构更加趋于完善。本文就围绕耐久性混凝土配合比设计及检测方法进行了细化阐述及分析。

关键词：耐久性混凝土；配合比；设计；检测方法

混凝土在现代工程材料使用中占据重要地位，不断提升其配合比设计指标有利于推动工程结构的进一步优化。但是如果混凝土配合比设计与耐久性要求难以契合，甚至存在一定差距，就会相对增加混凝土老化风险，与之相关联的钢筋也会随之出现腐蚀问题，工程的使用寿命及安全性将大打折扣，因此，应当将混凝土配合比设计纳入重点优化范畴，通过持续提升其重视度及关注度，促使設计的优化程度不断提升，进而满足工程的耐久性要求。

一、原材料的选择

1.水泥

耐久性混凝土对水泥的要求普遍较高，其中硅酸盐水泥十分常见，一般情况下需要对水泥强度（不能低于42.5级）及稳定性进行考量。在工程实际施工过程中应当对水泥检测指标进行精细化控制，尤其是水泥凝结时间及抗压强度等应当重点衡量，同时还需要确保水泥中氧化镁及三氧化硫等化学成分处于国家标准要求的范围内。为了从根本上提升混凝土本身的耐久性，促使其抗硫酸盐腐蚀指标相对提升，就应当对水泥熟料中的硅酸三钙及铝酸三钙的含量进行重点把控，在生产阶段还需要重点强化对原材料的检测工作，促使其质量及稳定性都能达到既定保准，为后续混凝土耐久性能的提升夯实基础。

2.矿物质超细掺合料

矿物质超细粉之所以被广泛应用于生产中，是因为基于其本身属性能够有效提升混凝土应用优势，混凝土使用寿命与之密切相关，因此，矿物质超细粉是混凝土不可或缺的掺合料，通过将硅粉及超细矿渣等有机结合在一起，并运用现代先进工艺生产加工，就能产生高性能的矿物质超细掺合料。将其作为水泥的替代品应用于混凝土中，能够从根本上提高混凝土的强度指标，与此同时，浆体流动性指标的提升，也能促使混凝土的便利性及抗渗能力不断提高，实现对混凝土耐久性能的持续优化。

3.骨料

从骨料入手提升其耐久性指标能够直接优化混凝土的耐久属性，这就需要尽可能的选择耐磨及风化颗粒含量低的骨料，也就是说只有确保骨料的适温能力强、增强其抵抗湿度的能力，才能促使混凝土本身的耐久性指标有所提升。一般情况下，需要针对骨料开展碱活性检验，一旦发现危害性存在，就应当立即停止对碱活性骨料的使用，另外还可以采取有效措施对该类问题进行合理规避，实现对骨料含量等各项指标的严格控制。与此同时，骨料中有机物及硫化物等物质的含量应当与规范标准相一致。

4.外加剂

现阶段高性能混凝土逐渐得到了广泛应用，而对其进行科学配制则需要应用减水剂及引气剂等材料，在这一过程中还需要对其成分及成分比进行严格的试验检测，避免有害物质掺杂其中，同时还需要对氯离子含量进行精细化把控，确保外加剂总碱量达到预设标准。

二、配合比设计

1. 抗碳化（中性化）的配合比设计

在碳化作用的直接影响下，混凝土本身的碱度指标将随之发生改变，一旦碳化情况蔓延到混凝土钢筋周边，钢筋就会逐渐出现腐蚀问题，混凝土应力值也会呈现出较大改变，因此，基于碳化作用，混凝土的劣化外力与水灰比之间存在密切联系将随之增强。

2. 抗盐害的配合比设计

抗盐害的混凝土配合比设计难度更大，一般以国家相应标准为主导实现对混凝土定龄期间导电量的科学控制，同时还需要根据龄期确定总导电量，并以此为核心对混凝土的抗盐害配比设计进行优化。

3.抗冻害的混凝土配合比设计

通常情况下，在进行混凝土配合比设计工作时，应当将抗冻害指标纳入重点优化范畴，并在其中加入适量的引气剂，促使混凝土含量达到最佳标准。这是因为混凝土内部含气量与强度成正比关系，如果含量适中，混凝土强度就会相对提升，含气量超标，混凝土强度就会相对下降，因此，确保含气量达到适宜标准，能够为抗冻害的混凝土设计提供基础保障。

4.抗硫酸盐腐蚀的配合比设计

抗硫酸盐腐蚀的混凝土配合比设计应当从水灰比入手，通过降低这一指标的含量，用矿物质超细粉掺合料对水泥进行替换，能够进一步提升混凝土本身的抗硫酸优势，但是需要注意，应当尽可能的选择CA含量低的水泥作为替代品，严禁出现完全替代的现象。

5.抗碱集料反应的混凝土配合比设计

抗碱集料反应的混凝土配合比设计应当从无碱活性集料及控制混凝土碱含量入手，规避碱集料反应及影响，实际上混凝土配合比设计就是以多样化的劣化外力为基准对设计指标进行优化，在充分考量耐久性指标的基础上，促使混凝土强度及硬度指标达到最佳状态，而混凝土耐久性指标之所以下降，是因为受到原材料及有害杂质的直接影响，因此，混凝土配合比设计应当对耐久性病害进行全方位考量。在对其进行研究的过程中，可以利用矿物质超细粉对水泥进行适量替换，促使其水灰比得到优化，进而提升混凝土的耐久性。

综上所述，耐久性混凝土配合比设计的最优化途径就是以设计强度为基准，对混凝土耐久性配合比设计内容进行全面考量，通过将混凝土外部环境条件与劣化外力相协调，就能在分析基础上明确混凝土配合比设计要点，而后根据混凝土设计的使用期间及弹性劣化指标，将减水剂适量融入，就能进一步降低水灰比，促使混凝土强度相对提升。通过将矿物质超细粉及水泥替代物适量掺入，还能增强混凝土本身的抵抗能力，促使其耐久性不断提升。

三、耐久性混凝土试验检测方法

1.盐害

从本质上来说，盐害就是当钢筋混凝土的环境指标中掺杂有大量的氯离子，再加之混凝土本身保护层难以达到较强的厚度标准，就会为氯离子在混凝土内部的游离提供便利条件，钢筋则会受其直接影响出现腐蚀问题，混凝土也会随之遭到严重破坏。其中混凝土中的氯离子主要有：拌合水中含的氯离子，水泥中含的氯化物，化学外加剂中含的氯离子等。为防止混凝土由于氯离子含量高引起钢筋锈蚀造成混凝土破坏，混凝土中氯离子含量应小于0.3kg/m。我国混凝土渗透性试验方法有抗渗标号法、渗水系数法、渗水高度法三种，但对一些强度等级高，结构较密实的混凝土，上述三种方法有其局限性，不适应其检测。现介绍国际上常用的直接电量法（即AASHTO·T259和ASTMC1202-94所示方法），试验前试件在真空下饱水，再经侧面密封，安装到试验箱上并密封进行检测，试验时每隔30min记录一次电流，持续试验6h，计算6h中通过的总电量（单位：C）评定混凝土的渗透性。

2.冻害

一般情况下，混凝土冻害最初出现在混凝土表层，这是因为混凝土表层温度普遍不高，当这部分水分受到环境作用出现冻结现象时，就会直接导致膨胀问题发生，冻结部分将不断向未冻结部分发展，进而逐渐将冻害问题转向混凝土内部。一旦混凝土直接与水分接触，再加之表面温度较低，就会降低混凝土本身的抗冻优势，脱落及混凝土裂缝等问题也会频繁发生。快速冻融试验按照JTGE30--2005/I"0565法进行试验，冻结最低温度为一18～C，融解温度+5℃；经过一定冻融循环之后，测定质量损失与动弹性模量降低，按下式计算耐久性指数：DF=P×N/M（P为相对动弹性系数；J7＼，为动弹性模量降至60%的循环次数；M一般设定为300次）。一般认为冻融循环一定次数直至质量损失超过5%或相对动弹模量降至60%以下，即为冻坏。此时次数为可接受的冻融循环次数。

3.中性化

当空气中的二氧化碳与混凝土的碱性物质直接接触就会产生化学反应，并生成加碳酸钙及水，促使混凝土本身碱度指标下降，这是混凝土的中性化现象，如果不能做到及时处理及优化，将直接降低混凝土耐久性，因此可以说中性化是影响混凝土耐久性的关键因素。以ph值的正常标准为主导，一旦低于10，混凝土中的钢筋就会被腐蚀，锈迹会逐渐扩大，并快速膨胀，这就会相对增加混凝土裂缝风险，基于此，混凝土与钢筋的之间的粘接力也会遭到严重破坏，如果混凝土与之剥离，耐久性指标将大幅度下降。在对混凝土中性化进行检测时，可以将酚酞试液直接喷在混凝土表面上观察其颜色，如果不是红色，则代表其处于中性化状态中。在工程项目中进行检测，则应当以碳化深度为基准，用电钻钻到混凝土内部，而后再用酚酞试液观察红色区域分色点深度，就能进一步明确碳化深度。

4.硫酸盐腐蚀

当混凝土与所处环境中的硫酸盐离子直接接触时，腐蚀概率将相对增加，这就需要开展相对应的检测方法，一般情况下浸烘循环的试验方法的应用频率较高。其主要的检测流程为：根据施工要求及实际情况，对试验检测方法的合理性进行判断，并在精细混凝土试件中放入将5%Na2SO溶液中浸渍干湿循环，确保将施工阶段的各个龄期都能涵盖其中，对施工的各个项目进行科学把控，只有这样才能相对提升试验检测的规范性，促使其耐久性与抗压强度比重达到预设标准。

四、结语

综上所述，在工程施工阶段应当根据施工要求及实际情况将混凝土耐久性配合比设计纳入重点优化范畴，通过积极落实可行性措施提高混凝土耐久性配合比设计质量，相对的还应当应用科学有效的试验检测方法，对施工项目中涵盖的各个细节进行精细化控制，促使混凝土耐久性能持续提升，延长工程使用期间，促使其社會及经济效益双向提升。

参考文献：

[1]杨绿峰， 周明， 陈正，等. 基于强度和抗氯盐耐久性指标的混凝土配合比设计及试验研究[J]. 土木工程学报， 2016（12）：65-74.

[2]张素香， 郭培涛， 喻凡. 水泥路面混凝土配合比设计与耐久性研究[J]. 公路工程， 2017， 42（4）：180-184.

[3]文涛. 抗氯盐侵蚀高性能混凝土配合比设计与耐久性调控[D]. 广西大学， 2014.

[4]王林， 王栋民. 关于当代混凝土配合比设计方法的探讨[J]. 新型建筑材料， 2012， 39（5）：73-76.

[5]刘尚坤， 杜应吉， 安亚强. HF抗冲磨混凝土配合比设计试验研究[J]. 中国农村水利水电， 2014（5）：94-97.

（作者单位：中交第三航务工程局有限公司厦门分公司）