混凝土耐久性与设计施工和材料的关系

题目:混凝土耐久性与设计，施工和材料的关系混凝土耐久性与设计、施工和材料的关系摘要:强调混凝土耐久性的重要性，然后分析耐久性与设计之间的关系，提出设 计时必须针对耐久性所包含的各个因素以及考虑环境的影响。接着提出施工时的 注意点，从施工的角度提高耐久性。最后分析选材对耐久性以及后期养护等方面 的作用。关键词:耐久性，耐久性设计，施工，混凝土材料The durability of concrete and the design, construction and materials of the relationshipAbstract: Stressing the importance of concrete durability, And then analyses the relationship between the durability and designWhen the design must be put forward for durability contains various factors, and considering the influence of the environment. And then put forward the construction attention, from the point of view of construction improve durability. In the final analysis to select material and later durability maintenance function.Key Words: Durability, durability design, construction, concrete materials混凝土是当今世界上用量最大的人造材料，由于原材料丰富，价格低廉，制 备简单，成型方便，相对耐久，耐火性好，维护费低等优点，21世纪仍将是最 主要的建筑材料，已经成为现代社会的基础，在日常生活中几乎各个方面都直接 或间接地涉及到混凝土。用于建筑物和构筑物的混凝土，不近应具有设计要求的 强度，以保证其能安全承受载荷作用，还应具有耐久性能，能满足在所处环境及 使用条件下经久耐用要求。混凝土的耐久性可定义为混凝土长期在外界因素作用下，抵抗外部和内部不 利影响的能力。它是决定混凝土结构是否经久耐用的一项重要性能。长期以来。 人们认为混凝土的耐久性是不成问题的，形成了单纯追求强度的倾向，但时间证 明，混凝土在长期环境因素的作用下，会发生破坏。因此，在设计混凝土结构时， 耐久性必须予以考虑。只有耐久性良好的混凝土，才能延长结构使用寿命，减少 维修保养工作量，提高经济效益，适应现代化建设需要与可持续发展的战略要求。一.混凝土耐久性与设计的关系强度和耐久性是混凝土的最基本的性能，是同等重要的两个方面。从某种意 上说，建筑物的耐久性比强度显得更为重要，是因为绝大多数建筑物破坏的原因 大都与耐久性有关,而单独由于荷载或其他原因破坏的却很少。然而混凝土的设 计多侧重强度而忽略了耐久性。即使配合比设计考虑了耐久性，也只是控制其最 低水泥用量和最大水灰比的界限。因此，混凝土的耐久性与设计方法之间的关系 尤为密切。抗冻耐久性设计：抗冻试验一般分为快冻法和慢冻法。慢冻法用于测定混凝 土的抗冻标号，表示冻融循环后强度损失不超过25 %、重量损失率不超过5 %的最 大循环次数。快冻法用于测定混凝土的抗冻耐久性，常用耐久性系数表示，以相对 动弹模量与循环次数乘积除以300表达,其循环次数由300次或相对动弹模下降 到60 %时或试件重量损失率达到5 %时循环次数的最小值。根据设计要求的抗冻 标号(即循环次数)，计算单位用水量,并利用混凝土减水剂调整其工作性以满足 要求。碳化耐久性设计：碳化也称中性化，是混凝土中水化物Ca (OH) 2与渗透进 混凝土的CO2生成CaCO3的化学反应过程。其危害主要是降低混凝土PH值，使混 凝土失去对钢筋的保护，如有水和空气存在，钢筋将产生锈蚀，并引起混凝土开 裂。分析碳化成因可知，混凝土孔结构对碳化有明显影响，而制约这种孔结构的主 要是水灰比，当水泥用量一定时，增大水灰比，混凝土的孔隙率增加,密实度降低， 碳化速度加快。按菲克第一扩散定律推得碳化方程。酸根离子扩散耐久性设计：根据Fick定理C( x , t)=Cc + ( Cs - CC) erfc x/ 4 tDeff 7)式中C(x ,t) t时刻深度X处的浓度;Cc 环境中浓 度;CS 表面浓度;erfc 误差函数;Deff 有效扩散系数mm2/g。实际上，酸根 离子扩散与混凝土渗透性有关，而混凝土渗透系数K取决于混凝土的水灰比。K二 (W/ C) -0. 39a2/ ( W/ C) +0. 23 2 式中K为混凝土渗透系数；a 为 水泥水化程度。这种耐久性设计如果从抗渗标号入手,可根据查得渗透系数K，求 得W/ C。对于高性能混凝土大都掺入活性材，常用水胶比W/ B作为配合比参 数并用有效扩散系Deff作为耐久性参量。耐磨耐久性设计：耐磨性是水工过水建筑物耐久性一项重要指标，也可列入 耐久性范畴,一般用耐磨度(单位h/ cm)表示。这一指标除取决于混凝土自身强 度(强度等级)夕卜，主要与水流流速u和水流挟沙量p有关。因为环境对混凝土的耐久性有重要影响，因此参照环境设计耐久性非常重 要。混凝土结构的环境类别参见钢筋混凝土结构设计规范的表3.4.1.第一类环境类别为：室内正常环境。第二甘类环境类别为：室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境、与 无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境。这部分主要是考虑基础、地下室、人防工 程等在浸水情况下的耐久性。第二6类环境类别为：严寒和非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土 壤直接接触的环境。第三类环境类别为：使用除冰盐的环境；严寒和寒冷地区冬季水位变动的环 境；滨海室外环境。这类环境在空气中含有大量的氯离子，氯离子有很强的活性， 日长月久极易破坏钢筋表面的钝化膜而引起钢筋锈蚀；水位变动的环境加上严寒 和寒冷地区冬季的反复冻融，往往对混凝土造成很大的损伤。第四类环境类别为：海水环境。如港口码头，灯塔、海岛高脚屋等。港口的 耐久性规定详见港口工程混凝土结构设计规范。第五类环境类别为：受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境。对于人为侵蚀 性环境应根据工业建筑防腐蚀设计规范的有关规定进行耐久性设计。对于自 然侵蚀性物质影响的环境应根据水文地质勘察报告，确定自然侵蚀物侵蚀性的强 弱，采取相应的防护措施，否则极易引起事故。另外，根据使用年限进行耐久性设计也是十分必要的。二混凝土耐久性与施工的关系混凝土的质量控制至少包括以下几方面的内容:施工单位，混凝土供应单位(预 拌厂)和甲方委托的设计或实验单位之间的书面协议，明确技术要求，规定各方 职责；各种原材料质量和性能的初始和定期的测试证明；对混凝土拌合料特 性（坍落度，凝结时间，含气量，温度等）及混凝土质量的系统测定记录与统计。为确保混凝土质量，混凝土采用集中拌合。搅拌、运输、振捣等设备根据拌 合时间、搅拌能力、运输距离、浇筑数量、连续浇筑等因素进行综合配套实施。 要加强施工管理应从以下几个方面控制。原材料进场及检验的控制：现场实际使用的各种原材料，必须与送样配制的 理论配合比中所使用的原材料相一致。材料进场后，目测原材料品质，取样检 验，不合格清除出场，检验合格后保留相关资料。所有原材料做到先检后用 集 料堆放场地先硬化、分仓 分类堆放；粗骨料分级采购、分级运输、分级堆放、 分级计量；标识检验状态；胶凝材料、外加剂分罐储存，使用电子计量。储存罐 采用顶部搭设遮阳棚和四周棉被包裹防晒进行防护。骨料在使用前必须进行筛选 清洗，严格控制含泥量、泥块含量，不得有其他杂物，级配良好并用钢结构雨 棚对集料堆放场地进行遮挡防护，降低集料的含水量差异和温度差别。拌合过程的控制：依据理论配合比和施工配合比，核查各种材料质量、搅拌 设备系统运行及仪表精度情况对微机控制搅拌站计量参数资料要及时分析，动 态校正计量。验证混凝土的和易性、可泵性、测试坍落度。搅拌时按上述投料顺 序投料。每一搅拌阶段不少于30s,总搅拌时间为3min。拌制第一盘混凝土时， 增加水泥和细骨料用量10%,保持水胶比不变以便搅拌机持浆。操作手进行岗前 培训，持证上岗；拌合时，有技术人员在搅拌站全过程值班，随处理出现的各 种情况。运输及泵送过程的控制：混凝土运输采用混凝土输送泵泵送和混凝土搅拌车 运输两种形式。混凝土搅拌车通过施工便道道路，运输要求道路平坦畅通保证 混凝土在运输车内保持均匀性，运到施工浇筑地点时不分层、不离析、不漏浆， 且坍落度和含气量满足规范验标要求。混凝土的入模时间控制在搅拌后60min 内泵送完毕，最长时间不超过1/2混凝土初凝时间，混凝土初凝时间由试验室 根据施工气温试验确定，并符合有关规范要求在交通拥堵和气候炎热等情况下, 在保证混凝土性能前提下，适当增加混凝土初始坍落度，防止混凝土坍落度损 失过大。浇筑过程的控制：浇筑混凝土前，根据不同的结构断面尺寸、施工环境、施 工条件做好浇筑方案，包括浇筑起点、浇筑进展方向和浇筑厚度、振捣器具布置 等。混凝土浇筑过程中 严格按事先确定的浇筑方案施工。浇筑混凝土前 指定 专人仔细检查钢筋保护层垫块的位置、数量及其紧固程度，并作重复性检查，以 提高钢筋保护层厚度尺寸的质量保证率。构件侧面和底面的垫块至少应为4个 /m2,绑扎垫块和钢筋的铁丝头不得伸入保护层内。清除模板内的各种杂物。墩、 台、预应力梁的混凝土浇筑采用整个平截面范围内水平分层进行浇筑，浇筑间隙 时间控制在90min内，混凝土的一次摊铺厚度控制在60cm以内；水下混凝土 采用导管法进行浇筑。浇筑时：倾落高度小于2m时，采用自由倾落；大于2m 时,用滑槽、串筒、漏斗等器具辅助输送混凝土，保证混凝土不出现分层离析现 象混凝土的浇筑需连续进行，在浇筑过程中，严格控制混凝土的均匀性和密实 性。振捣过程的控制：墩身承台混凝土振捣采用插入式高频振动棒，预应力混凝 土梁采用侧振并辅以插入式振捣器振捣。采用插入式高频振捣器振捣混凝土时， 宜采用垂直点振方式振捣，每点的振捣时间以表面泛浆或不冒大气泡为准，振 捣时间一般控制在30s以内，避免过振。混凝土较粘稠时，应加密振点分布。在振捣混凝土过程中，应加强检查模板支撑的稳定性和接缝的密合情况，以防 漏浆。振捣时不得碰撞模板、钢筋及预埋件。加强养护和防范混凝土裂纹的控制：加强养护是控制温差、干缩等防裂纹的 重要措施。根据结构特点 预制混凝土构件采用先蒸汽养护、后洒水自然养护的 工艺，现浇混凝土构件采用自然养护的工艺。混凝土浇筑完毕后 反复收光、抹 平、压实 直至混凝土具有一定的强度，有效防止早期干缩裂纹的产生。混凝土 保护层采用小直径专用捣固棒振捣，以此提高保护层混凝土的密实度，增强混 凝土抗裂性能。三.混凝土耐久性与材料的关系随着建筑技术的发展，混凝土的品种由过去的普通混凝土发展到今天的高强 度混凝土，高性能混凝土等。各种复杂特殊形式的混凝土结构，对混凝土材料的 有着越来越高的要求。混凝土是以水泥为胶结材料，以砂，石为集料加水拌合，经过浇筑成型，凝 结硬化形成的固体材料。为改善混凝土的某些性能，还常加入适量的外加剂和掺 合料。混凝土中，砂石起骨架作用，称为集料；水泥与水形成水泥浆，水泥浆包 裹在集料表面并填充其空隙，在硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予拌合物一定的 和易性，便于施工；水泥浆硬化后，则将集料胶结成一个坚实的整体。对于某一 特定原材料和养护条件，降低用水量可以改变混凝土的耐久性。从材料方面提高混凝土耐久性有以下这些措施。高性能混凝土 ：采用优质混凝土矿物掺和料和新型高效减水剂复合，配以与 之相适应的水泥和级配良好的粗细骨料，形成低水胶比，低缺陷，高密实、高耐 久的混凝土材料。高性能混凝土以较高的抗氯离子渗透性为特征，其优异的耐久 性和性价比已得到认同。提高混凝土保护层厚度：这是提高混凝土使用寿命的最为直接、简单而且经 济有效的方法。但是保护层厚度并不能不受限制的任意增加，当保护层厚度过厚 时，由于混凝土材料本身的脆性和收缩会导致混凝土保护层出现裂缝反而削弱其 对钢筋的保护作用。混凝土保护涂层:混凝土保护涂层具有阻绝腐蚀性介质与混凝土接触的特 点，从而延长混凝土的使用寿命。然而大部分涂层本身会在环境的作用下老化， 逐渐丧失其功效，一般寿命在510年，只能作辅助措施。耐蚀剂:耐蚀剂是用矿渣、硬石膏、天然火山灰、活性激发组分等无机材料磨 粉而成。其物理作用：耐蚀剂的比表面积，其微粉填充效应提高了水泥浆体与骨 科之间的黏结强度，从而提高了混凝土的密实度。化学作用：耐蚀剂中的高活性微粉、活性二氧化硅不断与水化出来的CaOH2 发生化学反应，生成更多的C-S-H凝胶，加快水泥水化速度，从而提高混凝土 的强度。火山灰的抗硫酸盐、抗侵蚀效果决定于二氧化硅的含量，二氧化硅含 量高可以提高混凝土的耐久性，更重要的是在易被侵蚀的铝酸盐化合物上覆盖了 一层C-S-H凝胶的保护膜。结论混凝土的耐久性是延长其使用寿命的重要属性，提高混凝土的耐久性是建筑 过程中必须考虑的一点。因此，考虑实际情况，如原材料的可及性、工艺设备的 可行性以及经济上的合理性等，采取以高性能混凝土技术为核心的综合耐久性策 略和方案，通过符合工程实际情况和技术水平的施工措施和质量保证措施，确保 混凝土结构的质量符合耐久性的要求具有重大意义。参考文献：1.土木工程施工工艺2. 建筑材料学3. 土木工程材料4. 混凝土工程新材料设计与施工