建筑材料的耐久性

论文题目:建筑材料的耐久性

摘要:建筑材料在使用过程中经受各种破坏因素的作用而能保持其使用性能的能力。建筑材料往往要求在环境和条件差、影响因素复杂的情况下长期使用，因此它的耐久性就显得特别重要。

前言:材料的耐久性是指用于建筑物的材料，在环境的多种因素作用下不变质、不破坏，长久地保持其使用性能的能力。耐久性是材料的一种综合性质，诸如抗冻性、抗风化性、抗老化性、耐化学腐蚀性等均属耐久性的范围。此外，材料的强度、抗渗性、耐磨性等也与材料的耐久性有密切关系。

建筑材料在使用中逐步变质失效，有其内部因素和外部因素。材料本身组分和结构的不稳定、低密实度、各组分热膨胀的不均匀、固相界面上的化学生成物的膨胀等都是其内部因素。使用中所处的环境和条件（自然的和人为的），诸如日光曝晒、介质侵蚀（大气、水、化学介质）、温湿度变化、冻融循环、机械摩擦、荷载、疲劳、电解、虫菌寄生等，都是其外部因素。这些内外因素，最后都归结为机械的、物理的、化学的、和生物的作用，单独或复合地作用于材料，抵消了它在使用中可能同时存在的有利因素的作用，使之逐步变质而导致丧失其使用性能。

物理作用可有干湿变化、温度变化及冻融变化等。这些作用将使材料发生体积的胀缩，或导致内部裂缝的扩展。时间长久之后即会使材料逐渐破坏。在寒冷冰冻地区，冻融变化对材料会起着显著的破坏作用。

在高温环境下，经常处于高温状态的建筑物或构筑物，选用建筑材料要具有耐热性能。在民用和公共建筑中，考虑安全防火要求，须选用具有抗火性能的难燃或不燃的材料。

化学作用包括酸、碱、盐等物质的水溶液以及有害气体的侵蚀作用。这些侵蚀作用会使材料逐渐变质而破坏。

机械作用包括荷载的持续作用，交变荷载对材料引起的疲劳、冲击、磨损、磨耗等。

生物作用包括菌类、昆虫等的侵害作用，导致材料发生腐朽、虫蛀等而破坏。

各种作用对于材料性能的影响，视材料本身的组分、结构而不同。在建筑材料中，金属材料主要易被电化学腐蚀（见金属材料的耐久性）；水泥砂浆、混凝土、砖瓦等无机非金属材料，主要是通过干湿循环、冻融循环、温度变化等物理作用，以及溶解、溶出、氧化等化学作用；高分子材料主要由于紫外线、臭氧等所起的化学作用(见高分子材料的耐久性)，使材料变质失效；木材虽主要是由于腐烂菌引起腐朽和昆虫引起蛀蚀而使其失去使用性能，但环境的温度、湿度和空气又为菌类、虫类提供生存与繁殖的条件（见竹材和木材的耐久性）。在材料的变质失效过程中，其外部因素往往和内部因素结合而起作用；各外部因素之间，也可能互相影响。

建筑材料的耐久性指标，对于传统材料生产中的质量控制、使用条件的规定，特别是新材料的能否推广使用都是关键性的。目前，还只能把材料处在比实际使用状况强化得多的模拟环境和条件（一般只突出

一、二种因素）下，进行加速的或短期试验，确定一个表征材料受损、变质、失效以至破坏程度的对比性评价指标。如据此预言材料的远期行为，则仍是困难的，还要求助于类同材料的长期使用经验。由于近代材料科学和统计数学的发展，看来有可能把材料在使用中的变质失效作为某种随机过程来处理，通过数学模拟，并辅以短期试验，从而预测比较可靠的安全使用年限,作为耐久性指标,进行安全使用年限的预测。事实上，对某些金属材料耐久性的研究试验，已开始向这个方向努力。

从单一破坏因素着手，分析清楚材料变质失效的机理和过程，对于获得和理解近期评价指标，提出有效的防止变质措施，以至为发展中的理论预测作基础准备等，都是很有价值的。在实际使用环境中，在各种因素综合作用下进行考验的长期数据，则尤为可贵，据此可建立材料在单一因素和复合因素作用下，它的有关行为之间的关系，并可直接检验长期性能预测的可靠性。耐久性是材料抵抗自身和自然环境双重因素长期破坏作用的能力。即保证其经久耐用的能力。耐久性越好，材料的使用寿命越长。

下面以混凝土为例,谈谈如何提高其耐久性.

在土建工程中，混凝土是用途最广、用量最大的建筑材料之一。近百年来，混凝土强度不断的提高成为它主要的发展趋势。发达国家越来越多的使用50MPa以上的高强混凝土。有些远见卓识的专家考虑到某些工程的需要，在提出高强度的同时，也提出耐久性和施工和易性的要求，尤其是近5年，在很多重要工程中都成功地采用高性能混凝

土。

要提高混凝土的耐久性，必须降低混凝土的孔隙率，特别是毛细管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但如果纯粹的降低用水量，混凝土的工作性将随之降低，又会导致捣实成型共所困难，同样造成混凝土结构不致密，甚至出现蜂窝等宏观缺陷，不但混凝土强度降低，而且混凝土的耐久性也同时降低。目前提高混凝土耐久性基本有以下几种方法：

一掺入高效减水剂：在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能

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。水泥在加水搅拌后，会产生一种絮凝状结构。在这些絮凝状结构中，包裹着许多拌和水，从而降低了新拌混凝土的工作性。施工中为了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必须在拌和时相应地增加用水量，这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂的定向排列，使水泥质点表面均带有相同电荷。在电性斥力的作用下，不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态，还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，同时使水泥絮凝体内的游离水释放出来，因而达到减水的目的。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.

二掺入高效活性矿物掺料：普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足，是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中掺

入活性矿物的目的，在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成。活性矿物掺料中含有大量活性Si02及活性Al203，它们能和波特兰水泥水化过程中产生的游离石灰及高硷性水化矽酸钙产生二次反映，生成强度更高、稳定性更优的低硷性水化矽酸钙，从而达到改善水化胶凝物质的组成，消除游离石灰的目的，使水泥石结构更为致密，并阻断可能形成的渗透路。此外，还能改善集料与水泥石的界面结构和界面区性能。这些重要的作用，对增进混凝土的耐久性及强度都有本质性的贡献.

三消除混凝土自身的结构破坏因素：除了环境因素引起的混凝土结构破坏以外，混凝土本身的一些物理化学因素，也可能引起混凝土结构的严重破坏，致使混凝土失效。例如，混凝土的化学收缩和干缩过大引起的开裂，水化性过热过高引起的温度裂缝，硫酸铝的延迟生成，以及混凝土的碱骨料反映等。因此，要提高混凝土的耐久性，就必须减小或消除这些结构破坏因素。限制或消除从原材料引入的碱、S03、C1- 等可以引起破坏结构和侵蚀钢筋物质的含量，加强施工控制环节，避免收缩及温度裂缝产生，以提高混凝土的耐久性.

四保证混凝土的强度：尽管强度与耐久性是不同概念，但又密切相关它们之间的本质联系是基于混凝土的内部结构，都与水灰比这个因素直接相关。在混凝土能充分密实条件下，随着水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的强度不断提高。与此同时，随着孔隙率降低，混凝土的抗渗性提高，因而各种耐久性指标也随之提高。在现在的高性能混凝土中，除掺入高效减水剂外，还掺入了活性矿物材料，