混凝土的耐久性

出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《现代工程材料实用手册》第127页（4558字）

混凝土除应具有设计要求的各种强度，以保证其能安全地承受设计的荷载外，还应根据其周围的自然环境及使用条件，具有经久耐用的性能，以满足建筑物的使用寿命。如受水压作用的混凝土，要求具有抗渗性；与水接触并遭受冰冻作用的混凝土，要求具有抗冻性；处于侵蚀性环境中的混凝土，要求具有抗侵蚀性。因此，把混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力，称为混凝土的耐久性。

混凝土的耐久性是一项综合技术指标，主要包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化性和碱－骨料反应等。

(一)混凝土的抗渗性

混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗有压介质(水、油、溶液等)渗透的能力。抗渗性是混凝土耐久性的一项重要指标，是决定混凝土耐久性最主要的因素。如果混凝土的抗渗性差，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锈蚀，并导致表面混凝土保护层开裂与剥落。因此，对于地下建筑、水池、水坝、港工、海工等工程，必须要求混凝土具有相应的抗渗性。

混凝土的抗渗性用抗渗等级表示。抗渗等级是以28d龄期的标准混凝土试件，按照规定的试验方法，以所能承受的最大静水压力(MPa)来确定。混凝土的抗渗等级用代号P表示，如P2，P4，P6，P8，P10和P12等不同的抗渗等级，它们分别表示能抵抗0．2MPa，0．4MPa，0．6MPa，0．8MPa，1．0MPa，1．2MPa的水压力而不出现渗透现象。

混凝土渗水的主要原因是由于内部的孔隙形成连通的渗水通道，这些孔道除产生于施工振捣不密实处外，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。这些渗水通道的多少，主要与水灰比大小有关，因此水灰比是影响混凝土抗渗性的主要因素。试验表明，随着混凝土水灰比的增大，混凝土的抗渗性逐渐变差，当水灰比大于0．60时，抗渗性急剧下降。

提高混凝土抗渗性的技术措施很多，主要是提高混凝土的密实度和改善混凝土中的孔隙结构，减少混凝土内部的连通孔隙。因此，认真搞好混凝土的配合比设计，采用较低的水灰比，选择良好的骨料级配，充分进行振捣和养护，掺加适量的引气减水剂等，都是提高混凝土抗掺性的重要措施。

(二)混凝土的抗冻性

混凝土的抗冻性是指混凝土在水饱和的状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。在严寒和寒冷地区，尤其是经常与水接触、容易受冻的外部混凝土构件，更应具有较高的抗冻性。

混凝土的抗冻性用抗冻等级表示。混凝土的抗冻等级是以28d龄期的混凝土标准试件，在浸水饱和的状态下，按照规定方法进行冻融循环试验，以同时满足强度损失率不超过25%，质量损失率不超过5%时所能承受的最大循环次数来确定。混凝土的抗冻等级有F25，F50，F100，F150，F200，F250和F300七个等级。如F100表示这种混凝土能承受反复冻融循环次数为100次，其强度损失率不超过25%，质量损失率不超过5%。

混凝土受冻融破坏的主要原因，是由于混凝土内部孔隙的水在负温下结冰后体积膨胀而形成冰胀应力，当冰胀应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝，多次冻融循环使裂缝不断扩展而破坏。

混凝土的水灰比、密实度、孔隙率、孔隙构造、孔隙中充水程度等，是影响混凝土抗冻性的主要因素。一般来说，密实的、具有封闭孔隙的混凝土，其抗冻性好；混凝土的水灰比越小，孔隙越少，其抗冻性越好；在混凝土中掺入适量的引气剂或减水剂，能有效提高混凝土的抗冻性。

(三)混凝土的抗侵蚀性

混凝土抗侵蚀性是指混凝土抵抗外界侵蚀性介质破坏作用的能力。混凝土所处环境中含有侵蚀性介质时，混凝土会遭受不同程度的侵蚀，对混凝土必须提出抗侵蚀性要求。对混凝土的侵蚀，通常主要有软水侵蚀、硫酸盐侵蚀、镁盐侵蚀、碳酸侵蚀、一般酸侵蚀和强碱侵蚀等，其侵蚀机理与水泥化学侵蚀相同。随着混凝土在地下工程、海岸与海洋工程等恶劣环境中的大量应用，对混凝土的抗侵蚀性提出了更高的要求。

混凝土的抗侵蚀性与所用水泥品种、混凝土的密实程度和孔隙特征等有关。密实和孔隙封闭的混凝土，环境水不易侵入，其抗侵蚀性则强。提高混凝土抗侵蚀性的主要措施是：合理选择水泥品种，尽量降低混凝土的水灰比，掺加适量的活性掺合料，提高混凝土的密实度，改善混凝土的孔隙结构，掺加合适的外加剂等。混凝土所用水泥品种，可根据工程所处环境，参照表4－8选用。

(四)混凝土的抗碳化性

混凝土的碳化是指混凝土内水泥石中的氢氧化钙[Ca(OH)₂]与空气中的二氧化碳(CO₂)，在湿度相宜时发生化学反应，生成碳酸钙(CaCO₃)和水，从而降低混凝土的原始碱度，也称为中性化。由于碳化后碱度降低，减弱了对钢筋的保护作用，混凝土中的钢筋容易发生锈蚀。碳化还会引起混凝土的收缩，导致表面形成细微裂缝，使混凝土的抗拉强度和抗折强度降低。

混凝土的碳化有不利的一面，也有一些有利影响，即碳化作用产生的碳酸钙填充了水泥石的孔隙，碳化时放出的水分有助于未水化水泥的水化，从而可提高混凝土碳化层的密实度，对提高混凝土的抗压强度有利。在工程中也常利用碳化来提高混凝土构件的表面硬度。

影响混凝土碳化速度的主要因素有：环境中二氧化碳的浓度、水泥品种、水灰比、环境湿度等。二氧化碳的浓度高，混凝土的碳化速度快；当环境中的相对湿度在50%～75%时，碳化速度最快；当相对湿度小于25%时，碳化作用将停止；水灰比越小，混凝土越密实，二氧化碳和水不易侵入，碳化速度则慢；掺混合材料的水泥碱度较低，碳化速度随混合材料掺量的增多而加快。

(五)混凝土的碱－骨料反应

碱－骨料反应是指水泥中的碱(Na₂O，K₂O)与骨料中的活性二氧化硅发生化学反应，在骨料表面生成复杂的碱－硅酸凝胶，碱－硅酸凝胶具有吸收膨胀(体积可增加三倍以上)的特性，严重时甚至导致混凝土产生膨胀开裂而破坏，这种化学反应通常称为碱－骨料反应。

发生混凝土碱－骨料反应，必须具备以下三个条件：

1．水泥中碱的含量比较高。以等当量Na₂O计，即(Na₂O+0．658K₂O)大于0．6%。

2．砂、石骨料中含有活性二氧化硅成分。在骨料中含有活性二氧化硅成分的矿物有：蛋白石、玉髓、磷石英等，含有这些矿物的岩石有流纹岩、安山岩和凝灰岩等。

3．混凝土中有水。在无水的情况下，混凝土中不可能发生碱－骨料反应。

碱－骨料反应对混凝土的危害很大，多数是导致混凝土产生开裂。典型的碱－骨料反应开裂形式，如图5－26所示。

图5－26 典型的碱－骨料反应开裂形式

在实际工程中，为抑制碱－骨料反应产生的危害，可采取以下预防措施：采用碱含量小于0．6%的水泥；选用非活性骨料；降低混凝土的单位水泥用量；掺加适量的火山灰质混合材料；掺入适量的引气剂，降低膨胀压力；设法使混凝土处于干燥状态等。

(六)提高混凝土耐久性的措施

影响混凝土耐久性的因素是多方面的，影响的程度也是不同的，但对提高混凝土耐久性的措施来说，在很多地方有共同之处。工程实践证明，混凝土的耐久性主要取决于组成材料的品种与质量、混凝土本身的密实度、施工质量、孔隙率和孔隙特征等，其中最关键的是混凝土的密实度。经过多年的研究与实践，我国在提高混凝土耐久性方面已积累了丰富的经验，在工程上取得了良好的效益。常用提高混凝土耐久性的主要措施有以下几个方面：

1．合理选择水泥品种

合理选择水泥品种是提高混凝土耐久性的一项关键措施，应根据工程结构所处的环境条件，科学地选择相应的水泥品种。混凝土所用水泥品种，可参照表4－8选用。

2．控制最大水灰比及最小水泥用量

在一定的施工工艺条件下，混凝土的密实度与水灰比有直接关系，与水泥用量有间接关系。所以，混凝土中的水灰比和水泥用量，不能仅满足于混凝土对强度的要求，还必须满足对耐久性的要求。试验充分证明，严格控制混凝土的水灰比，并保证足够的水泥用量，这是保证混凝土密实度、提高混凝土耐久性的重要措施。

3．选用品质优的粗、细骨料

质量良好、技术条件合格的砂、石骨料，是保证混凝土耐久性的重要条件。严格控制骨料中含泥量和有害杂质含量，改善粗、细骨料的级配，尽量选用较大粒径的粗骨料，减少骨料的空隙率和总表面积等，均可以提高混凝土的耐久性。

4．掺加适宜的混凝土外加剂

混凝土配制试验证明：掺用减水剂可以减少混凝土的用水量，从而提高混凝土的密实性；掺用引气剂可改善混凝土内部的孔隙结构，能显着提高混凝土的抗渗性和抗冻性。

5．努力提高混凝土施工质量

确保混凝土的施工质量，是满足混凝土耐久性的重要基础。因此，在混凝土施工中，应搅拌均匀，振捣密实，加强养护，尽量减少施工缺陷，以提高混凝土的质量，增强混凝土的密实性。