混凝土结构耐久性浅谈

2020-09-28林丽辉

绿色环保建材 2020年10期

关键词：拆模抗渗保护层

林丽辉

莆田市建诚工程检测有限公司

1 引言

近年来，我国混凝土结构耐久性研究与应用皆取得重大进展，以三峡大坝、港珠奥大桥为代表的诸多建筑工程混凝土设计寿命都达到100年。综合来看，这样的混凝土结构耐久性设计，多数具有针对性与适用性。

2 工程概况

上海东海大桥全长32.5km，大桥主体结构为混凝土结构，全桥混凝土用量约100万立方米，设计使用寿命100年。

东海大桥在进行混凝土结构耐久性设计时，考虑到浪溅区、变动区、大气区、水下区对混凝土不同结构的腐蚀情况，考虑到在海洋环境下由气候和环境介质侵蚀引起的钢筋锈蚀、盐类侵蚀、溶蚀、碱—集料反应等表现形式，均采用了有针对性的措施予以预防和保护。

混凝土钻孔桩、承台、墩柱和箱梁等主结构因所处外部环境的不同所采用的保护层厚度不同，特别是位于浪溅或潮差区的部位，以及保护层相对较小的部位，除使用高性能混凝土外，还应有附加保护措施。具体混凝土结构耐久性方案见表1。

表1 东海大桥海上段混凝土结构耐久性方案

3 混凝土耐久性的影响因素

3.1 钢筋锈蚀

外部介质引起的电化反应是钢筋发生锈蚀的主因，铁锈的形成需要一个较长的过程，在这个过程中，外部介质渗入混凝土，形成裂缝，腐蚀钢筋，使得钢筋结构被破坏。具体钢筋锈蚀的表现形式可见图1。

图1 钢筋锈蚀

影响钢筋锈蚀的主要因素，首先是电位，本质上钢筋锈蚀是一个电化学过程，电位差是钢筋锈蚀状态与活性的直接反映【1】。

其次是氯离子含量，当混凝土中的氯离子含量达到0.6kg/m3～1.2kg/m3时，会引发去阳极化，造成阴阳极欧姆电阻降低与离子道路强化，使得钢筋锈蚀的情况加重，腐蚀的速度加快。

第三是混凝土碳化深度，混凝土碳化对钢筋锈蚀的影响可以用pH 值来直观表示，当pH 值低于10 时，钢筋锈蚀的速度较小，当pH值低于9时，混凝土呈现低碱性，钢筋表层钝化膜会因此受到破坏发生碳化，从而使得钢筋更易被锈蚀，当pH值低于4时，钢筋锈蚀的速度会呈现加快上升的状态。

第四是混凝土保护层的厚度，必要的保护层厚度能够有效推迟水汽、有害物质离子等与钢筋表面的扩散时间【2】。

第五是钢筋锈蚀属于电化学腐蚀，与混凝土中的电阻率有关，混凝土是电子传递的介质，混凝土电阻率小，混凝土导电能力越强，钢筋锈蚀发展速度越快。

第六是混凝土的密实度，混凝土的密实度受到振捣、级配、养护等的影响，混凝土内部孔隙、管道越小，说明密实度越好，由此就会使得增加腐蚀物质的渗入难度，从而减小钢筋锈蚀发生的可能。

3.2 混凝土渗透破坏

渗透性是混凝土的综合指标之一，而渗透破坏是指气体、液体或者离子受压力、化学势或者电场的作用，在混凝土中渗透、扩散或迁移的难易程度而对混凝土造成的破坏。

影响混凝土抗渗性的主要因素，首先是水灰比，水灰比越大，混凝土抗渗性越差，0.6是水灰比的分界值，一旦水灰比超过0.6的值限，就会使得混凝土抗渗性大幅度降低。为此对混凝土水灰比的有效控制十分重要，是对混凝土耐久性的有效保持。

其次是骨料性能，骨料性能包括粒径、级配等。粒径与总表面积有关，粒径小则总表面积大，混凝土需要增加用水量以保持流动性，由此会使孔道增多。而骨料级配差则会增加空隙率，需要增加水泥浆用量，同样会使孔道增多。当水泥浆不能填满空隙时，混凝土的抗渗性会严重降低。

第三是施工过程中的质量控制与养护情况，抗渗性与混凝土振捣情况密切相关，如果振捣不到位出现蜂窝、空洞，则会使混凝土抗渗性严重降低。另外，在低温、高温等极端天气状态下，加之浇水养护不到位，就会使混凝土产生裂缝，造成抗渗性的降低。

3.3 化学腐蚀

容易对混凝土结构造成化学腐蚀的有氯盐、二氧化碳、硫酸盐、酸雨和微生物等。

4 提高混凝土耐久性的措施

4.1 混凝土材料

通常情况下，硅酸盐水泥是混凝土中最常使用的水泥种类，具体硅酸盐水泥可以分为普通、矿渣、火山灰质、粉煤灰质和复合等种类。在具体选用时，强度不是唯一的指标，如果过分强调水泥的强度，会使水泥用量盲目增加，不利于混凝土耐久性的增加。另外，特别是要控制早强水泥的使用，这是因为早强水泥在早期受强度影响极易开裂，不利于混凝土的性能发挥【3】。除了水泥外，骨料也是混凝土中的常用材料，骨料最大粒径小，有利于提高混凝土的耐久性。粗骨料最大粒径大，混凝土抗渗性降低，反之提高。细骨料应选择级配合理、质地均匀坚固的天然中粗砂，不宜使用机制砂和山砂，严禁使用海砂。矿物掺合料的使用首要目的是为了符合混凝土耐久性需求。外加剂的适当掺入能明显改善或提高混凝土耐久性能，尽量降低拌和水用量，外加剂性能必须满足相关产品标准的规定。拌和水不得采用海水，特别是当混凝土可能处于氯盐腐蚀性环境时，混凝土拌和用水中的氯离子含量宜不大于200mg/L。其他材料还包括矿物掺合料、外加剂、拌和水等。

4.2 混凝土结构设计

混凝土的结构设计主要包括配合比设计和保护层设计两个方面。

混凝土配合比设计是根据工程要求、结构形式和施工条件来确定混凝土各组分的比例关系的一个过程，大体积混凝土尽量减少水泥用量和用水量，降低水化热，减少收缩裂缝，提高混凝土耐久性能。而混凝土保护层设计要从钢筋黏结锚固角度对混凝土保护层提出要求，以保证钢筋与其周围混凝土能共同工作，并使钢筋充分发挥计算所需强度。

4.3 施工质量控制

首先是混凝土的施工过程控制。在进行耐久混凝土施工时，质量控制是十分关键的工作，特别是对表层混凝土密实度、均匀度的确定，对混凝土保护层厚度的确认，对混凝土进行养护以防出现裂缝等方面。在进行混凝土施工的工序规划时，首先要明确的目标是降低新浇筑混凝土硬化过程中因收缩而发生开裂的可能，以及降低约束拉应力。另外，为了更好地确定钢筋保护层厚度与进行钢筋定位，应合理使用定位夹、纤维砂浆块等专用定位、定型工具。良好的搅拌是确保混凝土均匀性的保障，一般情况下在保证搅拌时间的前提下，使用卧轴式、行星式、逆流式等机器进行搅拌。

其次是混凝土的入模温度控制。混凝土入模温度的控制应以实际情况相匹配，比如温度高时应控制入模温度不超过气温，且最高不得超过30℃，温度低时应控制入模温度在-12℃以上。对于一些较为重要的工程，需要先对可能出现的裂缝、温度变化、拉应力变化等情况进行分析预估，并以此为基础制定浇筑、养护等施工顺序，特别是对基础底板等部位中点温度、表层温度等进行严格的控制，以确保养护的效果。

第三是混凝土养护。混凝土的养护方式在不同的阶段有不同的注意事项，比如在混凝土发热阶段要使用喷雾养护的方法，以保证混凝土表面温度变化不会发生激变。一般情况下，混凝土养护使用的方法是蓄水或者洒水，对于水分的保持十分关键，比如覆塑料薄膜时要保证搭接密封，模板的连接要保持连续等。在规定时间内的养护不得中断。

最后是混凝土拆模。混凝土拆模时应考虑的因素包括强度、温度等，对于温度的考虑主要是防止混凝土因水化热导致温度过高状态下接触空气降温导致开裂，在这一时期特别要注意不能使用洒水养护。拆模时，应按逆立模顺序进行，保证混凝土与模板完整，当混凝土与模板脱离后，可对模板进行拆卸、吊运等工作，拆模后，当混凝土强度达到100%后才可以正常使用，承受荷载。需要注意的是，在环境温度较高的情况下，拆模工艺主要是采用逐段进行，边拆边覆的形式，另外，混凝土内部开始降温以前以及混凝土内部温度最高时不得拆模。