高性能混凝土耐久性

高性能混凝土耐久性浅析

摘要：高性能混凝土的核心在于保证其耐久性，耐久性对工程量浩大的混凝土工程来说意义非常重要，若耐久性不足，将会产生极严重的后果，本文就高性能混凝土的耐久性做初步探讨。

关键词：高性能混凝土耐久性抗渗性超细粉碱-骨料反应

对于什么是高性能混凝土(high-performance concrete)，不同学者从不同的角度给予了解释，目前普遍的共识是高性能混凝土具有高强度、高耐久性、高工作性和高体积稳定性，并以耐久性为设计理念配制的工程材料。这种混凝土的核心在于保证其耐久性，耐久性对构筑物使用寿命来说非常重要，特别是对于一些重要的构筑物。

混凝土在使用期间，由于环境中的水、气体及其中所含侵蚀性介质侵入，会产生物理和化学反应而逐渐劣化。混凝土的耐久性实质上就是抵抗这种劣化作用的能力。这些劣化作用主要有：渗透水对混凝土的作用、硫酸盐侵蚀、碱集料反应、氯离子侵蚀及钢筋混凝土中钢筋的锈蚀、冻融及碳化等。

1 高性能混凝土的抗渗性

混凝土的抗渗性是指混凝土在压力水的作用下抵抗渗透的能力。抗渗性不好的混凝土，

溶液性的物质能浸透混凝土，使混凝土的耐久性降低。比如，混凝土中的ca(oh)2不断的被析出，以及侵蚀性溶液对混凝土水泥石组分的侵蚀，会使混凝土逐渐毁坏。由于水分和空气的渗透，会

引起钢筋的锈蚀，从而导致其体积增大，造成混凝土保护层的开裂和剥落，使钢筋混凝土失效。

1.1 掺入高效减水剂，降低水灰比

在水泥石水化程度相同下，水灰比越低，则渗透性越低。施工中为了保持混凝土拌和物的工作性，在拌和时相应地增加用水量，导致水泥石结构中形成过多的孔隙。掺入高效减水剂在保证混凝土拌和物流动性的同时，降低用水量，减少水灰比，使混凝土的总孔隙，特别是毛细管孔隙率大幅度降低。许多研究表明，当水灰比降低到0.38以下时，消除毛细管孔隙的目标便可以实现，而掺入高效减水剂，完全可以将水灰比降低到0.38 以下。

1.2 掺入超细粉，提高抗渗性及降低cl-渗透性

高性能混凝土中掺入超细矿物掺和料，填充水泥粒子的空隙，使水泥石的密实度比基准水泥石更加密实。掺入少量的超细粉，能有效地降低混凝土的渗透系数，也就是说高性能混凝土的抗渗性比普通混凝土要高。同时，水泥石的强度越高，其抗渗性就越好。

对于混凝土的耐久性来说，除了考虑水的渗透以外，还要考虑cl-离子的渗透而引起的对混凝土的破坏。混凝土掺入粉煤灰后，氯离子扩散系数大大下降，粉煤灰掺量越大，下降得越多。这说明，掺入粉煤灰很好地降低了cl-离子渗透性，这也是高性能混凝土有良好耐久性的重要原因。

2 高性能混凝土的抗硫酸盐腐蚀

混凝土与外界硫酸盐离子接触时，很容易受到腐蚀。这是由于

水化作用产物，如c3ah 、

ca(oh)2和c-s-h凝胶，与硫酸盐反应后，生存膨胀性盐，引起膨胀，使表层开裂或软化。裂缝又助长了含有硫酸盐和其他离子的侵蚀性水的渗透，进一步加速了混凝土的毁坏。而且也影响到水泥水化物的粘结性能，最终影响到其强度。

2.1 加入火山灰，提高抗硫酸盐侵蚀性能

加入火山灰代替部分水泥，不仅能大大降低混凝土膨胀值，又能降低了ca(oh)2含量和混凝土的渗透性。加入火山灰后，使

ca(oh)2处于不渗透的c-s-h凝胶周围，不利于膨胀性盐类的形成，如石膏和钙钒石的形成，明显地改善了抗硫酸盐的性能。

2.2 加入硅粉，提高抗硫酸盐侵蚀性能

硅粉混凝土的抗硫酸盐的性能，比较多是因为其化学作用。硅粉与水泥中的ca(oh)2反应，降低游离的ca(oh)2的含量。硅粉还与铝酸盐反应，明显地降低水泥浆中能与硫酸盐反应成膨胀性复盐的成分，如钙钒石的铝酸盐成分，从而达到提高抗硫酸盐侵蚀的性能。

3 抑制碱-骨料反应

碱-骨料反应是指混凝土中来自水泥、外加剂等的可溶性碱在有水的作用下和骨料中某些组分之间发生的反应。发生碱-骨料反应后，会在界面生成可吸水膨胀的凝胶或体积膨胀的晶体，使混凝土产生体积膨胀，严重时会发生开裂。碱溶液还会侵入骨料在破碎加工时产生的裂隙中发生反应，使骨料受膨胀力作用而破坏。

3.1 掺入硅粉，抑制碱－骨料反应

硅粉对碱-骨料反应的抑制作用是降低渗透性和改变孔结构，特别是水泥石-骨料界面上的结构。在碱-氧化硅反应中，硅粉能降低cao: sio2比，从水泥石中挤出的溶液表明，硅粉能迅速降低孔缝溶液中碱离子的浓度，这样就抑制了碱-骨料反应。

3.2 掺入天然沸石，抑制碱－骨料反应

沸石加入到水泥浆中能通过离子交换而降低硬化水泥浆细孔溶液中的na+及k+离子的浓度，消除了si-ona的形成，从而控制了碱-骨料反应的发生。

4 高性能混凝土的抗冻性

混凝土的冻融破坏是在负温条件下，混凝土中的毛细孔水发生物态变化，由水转变成冰，体积膨胀9%，因受毛细孔壁约束形成膨胀压力，当膨胀应力超过混凝土的抗拉强度时，就产生微细裂纹。水进一步加剧侵入，并且在反复冻融作用下，混凝土内部的微细裂缝逐渐增多和扩大，最终导致混凝土表面，产生酥松剥落，直至完全破坏。

引气是防治冻害的有效措施，为提高混凝土的抗冻性，普遍在混凝土中掺入引气剂。除此之外，高性能混凝土的抗冻性还受骨料（品种、孔隙率、吸水性、强度等）、水胶比、引气量等影响。水胶比低于0.3，掺入矿物掺料，使用界面粘结良好的轻骨料都可以提高混凝土的抗冻性能。

5 高性能混凝土的抗中性化（炭化）

硬化混凝土中，存在着水泥水化生成物ca(oh)2等，是强碱性的(ph值＝12～13)，与空气中的co2反应，生成caco3,逐渐失去碱性（ph值降到8.5～10左右）的现象。混凝土的ph值低于10时，钢筋要发生锈蚀，由于铁锈要比铁的体积膨胀2.5倍，混凝土会产生裂缝，与钢筋的粘结力下降，保护层剥落，钢筋的断面积发生缺损，使钢筋混凝土造成重大损伤，耐久性大大降低。

实验证明，中性化速度与水灰比有很好的相关性，水灰比越低，混凝土的密实度越高，对钢筋防腐蚀越好。高性能混凝土的水灰比比较低，同时又掺入了超细粉，填充水泥粒子的空隙，使之密实度高，从而抗中性化强。水灰比越低，也就是混凝土强度越高，中性化速度越慢，故中性化速度跟混凝土的强度有密切的关系。

6 结语

耐久性是高性能混凝土的重要特性，为提高混凝土耐久性，在配制上的要注意低水灰比，选用低碱水泥、碱活性小的骨料，掺加足够数量的矿物集料和与之相对应的高效减水剂，减少混泥土内部孔隙率，减少体积收缩，提高砼强度。高性能混凝土具有良好的耐久性，能延长构筑物的使用寿命，节约资源，因此高性能混凝土是建筑材料发展的必然趋势，具有广阔的发展前景。

参考文献:

[1] 黄智山，王大超.混凝土的耐久性，混凝土 2007(6).

[2] 吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土[m]．北京：中国铁道出版社，2008．