【摘要】混凝土的耐久性是混凝土抵抗氣候變化、化學(xué)侵蝕、磨損或任何其它破壞過程的能力，當(dāng)在暴露的環(huán)境中，能耐久的混凝土應(yīng)保持其形態(tài)、質(zhì)量和使用功能。本文探討了提高混凝土抗凍耐久性的主要措施以及配合比設(shè)計參數(shù)控制。
【關(guān)鍵詞】混凝土 抗凍 耐久性
一、前言
混凝土耐久性是指結(jié)構(gòu)在所使用的環(huán)境下，由于內(nèi)部原因或外部原因引起結(jié)構(gòu)的長期演變，最終使混凝土喪失使用能力。尤其是在季節(jié)溫差大、霜凍期長的北方寒冷地區(qū)，混凝土的抗凍能力直接影響整個混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。因此，耐久性不僅是近年來混凝土材料科學(xué)研究的焦點(diǎn)，也是我國大規(guī)模公路建設(shè)期間確�；炷两Y(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的核心問題。
二、提高混凝土抗凍耐久性的主要措施
混凝土的外部環(huán)境、內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)、原材料、密實(shí)度和抗?jié)B性是影響混凝土耐久性能的重要因素。因此，工程中應(yīng)根據(jù)具體情況，有針對性地采取相應(yīng)措施，提高混凝土的耐久性。從提高混凝土材料抗凍性而言，主要有兩個技術(shù)手段：一是提供凍脹破壞的緩沖空腔，加引氣劑就是最重要的手段；二是增強(qiáng)材料本身的凍脹抵抗力，控制較小水灰比和較高的抗壓強(qiáng)度。
1、原材料的選擇
選用合適的原材料，采用較小的水灰比，減少拌和用水，使水泥水化反應(yīng)剩余的水量減少，可以大大減少由這些水造成的孔隙和滲水通道，從而提高混凝土的密實(shí)性，增強(qiáng)抗?jié)B性能。因此，經(jīng)常把水灰比控制在0．55以內(nèi)。嚴(yán)格控制水灰比，提高混凝土的密實(shí)度及強(qiáng)度。水泥品種對抗凍性也有影響，主要是因?yàn)槠涫炝喜糠值南鄬w積不同和硬化速度的變化。實(shí)踐及試驗(yàn)表明，對有抗凍要求的混凝土應(yīng)優(yōu)先選擇硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥。集料的選擇應(yīng)考慮其堿活性，防止堿集料反應(yīng)造成的危害，同時還應(yīng)兼顧集料的堅固性和吸水性；選擇合理的級配，改善混凝土拌和物的和易性，提高混凝土密實(shí)度。大量研究表明，摻加粉煤灰、礦粉等混合材料能有效改善混凝土的物理化學(xué)性能，改善混凝土內(nèi)孔結(jié)構(gòu)，填充內(nèi)部空隙，提高密實(shí)度，提高混凝土的抗?jié)B性。另外，高摻量混凝土還能抑制堿集料反應(yīng)，因而摻加混合材料的混凝土，也是提高混凝土耐久性的有效措施。
2、加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)
混凝土早期凍害直接影響混凝土的正常硬化及強(qiáng)度增長，因而冬季施工時必須對混凝土加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)或適當(dāng)加入早強(qiáng)劑或防凍劑，嚴(yán)防混凝土早期受凍。
（1）引氣劑。長期的工程實(shí)踐與室內(nèi)研究資料表明：提高混凝土抗凍耐久性的一個十分重要而有效的措施是在混凝土拌合物中摻入一定量的引氣劑。引氣劑是具有憎水作用的表面活性物質(zhì)，它可以明顯的降低混凝土拌合水的表面張力，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量的微小穩(wěn)定的封閉氣泡。這些氣泡由于具有彈性，能使混凝土結(jié)冰時產(chǎn)生的膨脹壓力得到緩解，起到緩沖減壓的作用，溶解時這些氣泡可恢復(fù)原狀，因此孔隙內(nèi)自由水反復(fù)凍融也不會對孔壁產(chǎn)生太大的壓力。另外，這些氣泡可以阻塞混凝土內(nèi)部毛細(xì)管與外界的通路，使外界水分不易浸入，減少了混凝土的滲透性。同時大量的氣泡還能起到潤滑作用，改善混凝土和易性，施工時新拌混凝土易于填充模具，硬化后混凝土密實(shí)度提高。因此，摻用引氣劑，使混凝土內(nèi)部具有一定的含氣量，可以提高混凝土的抗凍耐久性。國內(nèi)外的大量研究成果與工程實(shí)踐均表明摻入引氣劑后混凝土的抗凍性可成倍提高。
（2）減水劑。目前，減水劑已成為混凝土不可缺少的組成部份，使用減水劑可以大幅度降低混凝土的水灰比(水膠比)。拌和混凝土?xí)r加入適量的減水劑，可使水泥顆粒分散均勻，同時將水泥顆粒包裹的水分釋放出來，從而能明顯減少混凝土用水量，使得混凝土中氣泡平均尺寸及其間距減小，水泥漿中可凍水的百分率隨之降低。提高混凝土的強(qiáng)度和致密性，使混凝土抵抗凍融破壞的能力提高，從而提高混凝土的抗凍耐久性。
三、配合比設(shè)計參數(shù)控制
1、水膠比
水膠比是決定高性能混凝土孔結(jié)構(gòu)和孔隙率的主要因素，低水膠比是高性能混凝土的配制特點(diǎn)之一，為達(dá)到高性能混凝土的低滲透性，保證其耐久性，無論設(shè)計強(qiáng)度高低，水膠比一般都不大于0．42，以保證高性能混凝土的密實(shí)。
2、膠凝材料用量
基于耐久性的需要，單位體積高性能混凝土的膠凝材料用量不能太小，但也不能過大，過大會增大高性能混凝土的收縮，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋。在強(qiáng)度、原材料相同的條件下，膠凝材料用量小的混凝土耐久性通常要優(yōu)于膠凝材料用量大的混凝土 。一般情況下，C30及以下高性能混凝土不宜超過400kg／m3，C35、C40高性能混凝土不宜超過450kg／m3。，C50～C60高性能混凝土不宜超過500kg／m3。
3、砂率
砂率主要影響高性能混凝土的工作性，可根據(jù)膠凝材料用量、粗細(xì)集料的級配及泵送要求等因素進(jìn)行選擇。一般情況下，高性能泵送混凝土的砂率控制在36％ 一43％較理想，小于36％ 時和易性變差，施工操作困難，密實(shí)度降低，超過43％ 時將增大高性能混凝土的收縮，對抗裂不利。
4、單位用水量
單位用水量是保證高性能混凝土拌和物流動性的基本因素，但用水量大，膠凝材料用量增大，高性能混凝土結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生干縮裂紋。一般情況下，高性能混凝土的單位用水量應(yīng)小于160kg／m3。要減小單位用水量除摻加高效減水劑、優(yōu)質(zhì)粉煤灰外，可適當(dāng)摻加引氣劑。摻入引氣劑后，配制的高性能}昆凝土中形成很多封閉的氣泡，切斷毛細(xì)管的通路，可使結(jié)構(gòu)的抗凍性得以提高。
四、活性的礦物摻合料改善混凝土抗凍耐久性技術(shù)研究動態(tài)
1、硅粉的摻入
在相同含氣量的情況下，摻入硅粉混凝土比不摻硅粉的基準(zhǔn)混凝土，氣孔結(jié)構(gòu)有很大的改善。硅粉對抗凍耐久性有顯著的效果，但硅粉的產(chǎn)量有限而且成本較高。
2、礦渣的摻人
磨細(xì)礦渣與混凝土內(nèi)水泥水化生成的ca(OH)：結(jié)合具有潛在的活性，隨著礦渣摻量的增加，其混凝土的抗凍融性能愈差，但摻合比例合適時，抗凍性能與普通混凝土相比有較大改善。
3、粉煤灰的摻入
粉煤灰作為一種工業(yè)廢料，其活性性能被進(jìn)一步研究和推廣，不僅僅是為了節(jié)約水泥，更主要是為了改善和提高混凝土的性能。應(yīng)用大摻量粉煤灰(或襄細(xì)礦渣)，是今后混凝土技術(shù)進(jìn)展最有效、也是最經(jīng)濟(jì)的途徑。粉煤灰混凝土的抗凍能力隨粉煤灰摻量的增加而降低，和相同強(qiáng)度等級的普通混凝土相比較，28d齡期的粉煤混凝土試件抗凍耐久性試驗(yàn)結(jié)果偏低，隨著粉煤灰混凝土技術(shù)的深入研究和發(fā)展，引氣粉煤灰混凝土的抗凍耐久性研究已越來越多地引起人們的關(guān)注。通過研究高摻量粉煤灰混凝土水化作用得出：粉煤灰的摻量和水灰比影響了高摻量粉煤灰混凝土的孔結(jié)構(gòu)，并且隨著摻量和水灰比的增加而孔隙率增加，但隨時間的延艮，孔隙率會下降。這是因?yàn)榉勖夯业膿饺烁纳屏嘶炷恋目壮叽�，但最大摻量不得超過70％。對粉煤灰高性能混凝土抗凍耐久性的研究表明：水膠比在0．25～0．27范圍內(nèi)，隨著粉煤灰內(nèi)摻量的提高，不摻引氣劑，混凝土抗凍耐久性隨粉煤灰增加而增加。當(dāng)摻引氣劑后，混凝土抗凍耐久性有先升后降的趨勢，既存在最佳的粉煤灰摻量為30％。相對于許多混凝土而言，粉煤灰高性能混凝土提高了混凝土的抗?jié)B、抗凍、抗碳化能力。實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)超細(xì)粉煤灰與硅灰相摻時，提高抗凍耐久性的效果尤為顯著，其凍融循環(huán)300次以后，動彈性模量與重量基本無變化，而鋼纖維的進(jìn)一步復(fù)合有利于混凝土抗凍耐久性的改善。
結(jié)論
對于摻加引氣劑可大大提高混凝土的抗凍性，雖然得到所有工程及研究人員的認(rèn)可，但在實(shí)際工程中，要根據(jù)不同的情況來使用不同配比，不同各類的引氣劑要有一定的實(shí)驗(yàn)研究才能真正用于施工中，否則會適得其反。另外，摻入活性的礦物摻合料也是解決混凝土抗凍耐久性問題的有效措施之一，也是21世紀(jì)混凝土技術(shù)的主要發(fā)展趨勢。
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