对改善混凝土性能和提高耐久性的探讨

(呼和浩特职业学院，内蒙古  呼和浩特 010051)
摘 要： 文章从高性能混凝土的性能和耐久性着手，分析了建筑工程对高性能混凝土质量及经济性能 的要求及其对提高混凝土性能的方法及其划分、选用、质量控制等问题。
关键词：普通混凝土；高性能混凝土；工艺流程；质量保证
中图分类号：TU528.1  文献标识码：A  文章编 号：1007—6921(2009)11—0105—01

高性能混凝土是20世纪80年代末90年代初，一些发达国家基于混凝土结构耐久性设计提出的 一种全新概念的混凝土，它以耐久性为首要设计指标，这种混凝土有可能为基础设施工程提 供100年以上的使用寿命。区别于传统混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性 、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土，至 今已在不少重要工程中被采用，特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程中显示出其独特 的优越性，在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益， 被认为是今后混凝土技术的发展方向。 
1 高性能混凝土产生的背景

随着现代科学技术和生产的发展，各种超长、超高、超大型混凝土构筑物，以及在严 酷环境下使用的重大混凝土结构，如高层建筑、跨海大桥、海底隧道、海上采油平台、核反 应堆、有毒有害废物处置工程等的建造需要在不断增加。这些混凝土工程施工难度大，使用 环境恶劣、维修困难，因此要求混凝土不但施工性能要好，尽量在浇筑时不产生缺陷， 更 要耐久性好，使用寿命长。 

进入20世纪70年代以来，不少工业发达国家正面临一些钢筋混凝土结构，特 别是早年修建的桥梁等基础设施老化问题，需要投入巨资进行维修或更新。

1991年，在提交美国国会的报告“国家公路和桥梁现状”中指出，为修复或更换现存有缺陷 桥梁的费用需投资910亿美 元；如拖延修复进程，费用将增至1 310亿美元。美国现存的全部混凝土工程的价值约6万亿 美元，每年用于维修的费用高达300亿美元。 在加拿大，为修复劣化损坏的全部基础设施工 程估计要耗费5 000亿美元。在英国，调查统计了271个工程劣化破坏实例，其中碳化锈蚀占 17％，环境氯盐锈蚀占33％，内部氯盐锈蚀占5％，混凝土冻蚀10％，混凝土磨蚀10％，混 凝土碱——骨料反应破坏9％，硫酸盐化学腐蚀4％，其他各种不常发生的腐蚀破坏7％。 

我国结构工程中混凝土耐久性问题也非常严重。建设部于20世纪90年代组织了对国内混凝土 结构的调查，发现大多数工业建筑及露天构筑物在使用25～30年后即需大修，处于有害介质 中的建筑物使用寿命仅15～20年，到2000年底，我国已有各式公路桥梁278 809座，公路危 桥9 597座，每年实际需要维修费用38亿元，而实际到位仅8亿元。 

混凝土作为用量最大的人造材料，不能不考虑它的使用对生态环境的影响。

混凝土本 身虽然是一种洁净材料，但由于它的用量庞大，过度开采矿石和砂、石骨料已在不少地方造 成资源破坏并严重影响环境和天然景观。有些大城市现已难以获得质量合格的砂石。另一方 面，由于混凝土过早劣化，如何处置费旧工程拆除后的混凝土垃圾也给环境带来威胁。 

因此，未来的混凝土必须从根本上减少水泥用量，必须更多地利用各种工业废渣作为其原材 料；必须充分考虑废弃混凝土的再生利用，未来的混凝土必须是高性能的，尤其是耐久的。 耐久和高强都意味着节约资源。“高性能混凝土”正是在这种背景下产生的。 
2 高性能混凝土的定义与性能 

多数学者认为“高性能混凝土不仅要求强度高，还同时具有高耐久性（抵抗化学腐蚀） 、高体积稳定性（高弹性模量、低干缩率、低徐变和低的温度应变）、高抗渗性和高工作性 ”。《高性能混凝土》作者吴中伟院士认为除填充性混凝土外均可制作成高性能混凝土以提 高普通混凝土的使用寿命。吴中伟院士把C40以下的高性能混凝土称为普通高性能混凝土、C 40-C80称为高强度高性能混凝土、C80及其以上称为超高强度高性能混凝土。在日本，将高 流态的自密实混凝土（即免振混凝土）称为高性能混凝土，强度一般为40～45MPa，混凝土 中除水泥外，还有矿渣粉、粉煤灰及膨胀剂。
3 对内蒙古地区高性能混凝土应用的探讨

由于经济原因我区C40及其以下的混凝土在现有工程上使用的最为普遍。为了使混凝土工程 不留隐患，我们可以改善混凝土性使其成为普通高性能混凝土，以提高混凝土的使用寿命， 使混凝土的使用年限达到100年以上，这是可以做到的。现对C40及其以下混凝土的性能和耐 久性的提高采取的方法探讨如下：
3.1 选用合理的胶凝材料

胶凝材料应选用普通硅酸盐水泥并适量掺加矿物细料。矿物细掺料种类很多，但 内蒙地区以优质粉煤灰作为细掺料较为经济实用。呼和浩特市托县电厂的粉煤灰符合国家Ⅰ级粉煤灰标 准，是十分理想的矿物细掺料。使用时具体掺加量应经混凝土配合比试验确定，笔者认为以 30%左右为好。
3.2 选用合适的减水剂或高效减水剂

使用减水剂和高效减水剂应将混凝土的水灰比控制在0.4左右，将混凝土塌落度控制在15cm ～20cm，确保混凝土具有良好的和易性(工作性),有利于混凝土灌注时的施工操作，能有效 改善混凝土性能，确保混凝土密实度，提高混凝土的耐久性。
3.3 改进混凝土搅拌施工工艺流程，延长混凝土的搅拌时间

传统的混凝土施工方法是：将减水剂或高效减水剂溶在拌和水中，同水泥和其他原料一起 投入搅拌机一起搅拌。这是最不可取的一种混凝土搅拌施工方法，在高性能混凝土的施工中 是被禁止使用的。

不理想的喂料和搅拌流程会影响混凝土拌合物的质量，加速塌落度的损失，影响混凝土的 性能和耐久性。因此，可将混凝土搅拌工艺流程改进如下：

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3.4 选用优质砂石料
3.4.1 碎石：最好选用锤击式碎石机生产的花岗岩碎石，因花岗岩碎石不但有很高的强度 ，而且 有较好的粒形。采用其它类岩石的碎石时应特别注意粒形、表面状况、级配以及软弱颗粒和 石粉含量等因素，还应进行碱反应活性试验。从混凝土界面理论及实际数据均证实以使用粒 径较小的碎石为好，这样可以消除颗粒内在的缺陷。高性能混凝土要求碎石最大粒径不超过 20mm，普通混凝土用的碎石也以粒径较小为好，碎石的最大粒径宜控制在40mm以内。碎石粒 径小可以取得更好的混凝土流动性，因而可以改善混凝土性能，确保混凝土密实度和耐久性 。
3.4.2 砂子：应选用级配良好和清洁的中、粗砂，当碎石的级配不理想时，砂子以偏粗为 好。砂子的细度模量在3.0时，混凝土的工作性能较好，抗压强度最高。
3.5 加强对混凝土的养护

早期保水和补水养护不足对所有混凝土的强度发展和耐久性都有不利影响。早期水养护是使 混凝土强度足够发展的基础，一般情况下养护时间要不少于7天，最好能达到14天左右。掺 有粉煤灰的混凝土对温度湿度更加敏感，养护期间混凝土表面不得见干，养护剂不能用以代 替水养护，只能用于终凝前代替塑料薄膜保湿。混凝土水灰比较低时不仅需要保持内部水分 不蒸发，还要从环境中补水，否则会增加不可逆的自干燥收缩，引起开裂，影响混凝土的强 度和耐久性。因此，混凝土的保水和补水养护十分重要。

通过以上方法，可明显增加普通混凝土的耐久性、稳定性、抗渗性。既延长了混凝土结 构的安全使用寿命，又减少因修补、拆除陈旧混凝土结构物造成的浪费和建筑垃圾；既大量 利用工业废渣减少自然能源消耗，又减少对环境的污染；既提高了混凝土工作性便于施工， 又可节省劳力，减少振捣用电减低环境噪音。这将是混凝土工程可持续发展的一条较好的出 路。