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混凝土耐久性的提高方法

文字:[大][中][小] 發布時間:2014-3-5  瀏覽次數:1406

南水北調工程投資大、路線長、單項工程多,其中有用混凝土面板砌筑的渠道、橋梁、涵洞、管道、倒虹吸、渡槽等。工程結構復雜,形式多樣,裸露面積大,易受外界不良環境的侵蝕,所以混凝土面板和各種混凝土建筑物都必須具有耐久性。

混凝土耐久性是指混凝土在滿足設計要求的情況下,抵御環境界質的作用,經長年使用而不毀壞的性能。如耐久性不足,就會造成結構不同程度的損壞,一旦損壞,修復工作投入的人力、物力往往很大。因此提高混凝土的耐久性,對延長混凝土建筑物的使用年限、節約國家投資,具有重要的現實意義和長遠意義。

造成混凝土損壞和破壞的原因有外部環境條件、混凝土內部缺陷及混凝土組成材料。外部環境條件如風雨、日曬、寒暑、干濕等氣象作用,極端溫度的作用,磨蝕,化學介質的侵蝕等;內部缺陷如混凝土的滲透、堿骨料反應等;組成材料如骨料和水泥石熱性能不同引起的體積變化等。外部環境是客觀存在的,幾乎無法改變,因此提高混凝土的耐久性必須從減少混凝土內部缺陷和改善其組成材料著手,以改善混凝土性能,提高混凝土質量,減少或降低混凝土內部缺陷,延長混凝土建筑物的使用年限。

1.提高混凝土的抗滲性

混凝土的耐久性與抗滲性有直接的關系。混凝土的滲透,在很大程度上決定了混凝土易受外界不利因素的侵蝕。因此,為了提高混凝土的耐久性,必須首先提高混凝土的抗滲性。

1.1降低水灰比

混凝土由水泥、粗細骨料和水拌制而成。根據水泥完全水化的原理,需水量只有水泥重量的25%左右,但在拌制混凝土時,為了獲得必要的流動性,滿足施工要求。常用較多的水,即較大的水灰比W/C。當混凝土硬化后,多余的水就被蒸發掉,形成毛細孔,用水量越大,水泥水化后留下的毛細孔越多,滲透系數也越大。如:水灰比從0.4增加至0.7,滲透系數增加100倍,甚至更多;從0.65降至0.55,滲透系數降到原來的1/3。另外,新拌制的混凝土由于用水量的增大和其他原因,和易性不好,也容易產生離析、泌水、上浮的水停留在石子或水平鋼筋的下面或繞過石子、鋼筋上升,形成連通孔道,水分蒸發后形成空隙,一方面影響了骨料與水泥漿體、鋼筋與混凝土的粘結力,降低了混凝土的密實度和強度,另一方面,這些連通孔道也成為外界液體、有害氣體侵入混凝土內部的捷徑。所以在拌制混凝土時,在滿足技術和施工要求的情況下,應盡量降低水灰比,減少用水量,增加密實度,以提高混凝土的抗滲性。

1.2摻外加劑

摻用外加劑是改善混凝土性能的最好方法。一是摻引氣型的減水劑。引氣型的減水劑一方面使混凝土內部產生均勻、穩定、互不相通的微小氣泡,阻止液體滲透;另一方面也可大大減少混凝土的用水量,提高了混凝土的密實度。目前在各大工程中使用較廣泛的DHG引氣型高效減水劑就屬于此性能外加劑。使用該外加劑,摻量為0.7%。引氣量達3%~5%,減水率在20%以上。且混凝土和易性好,抗滲能力提高一倍以上。二是摻用抗滲劑。抗滲劑在混凝土內形成膠體絡合物,填充、堵塞了混凝土內部的毛細孔縫,從而提高混凝土的密實度。三是摻膨脹劑。通過摻膨脹劑發生化學反應,使混凝土產生膨脹,在外力的約束下,增加混凝土的密實度。

1.3選擇合適的材料

水泥標號一般不低于425#;細骨料要求選用顆粒均勻、圓滑、質地堅硬的河砂中平均粒徑為0.4mm左右的中砂,含泥量小于3%,并含適量的粉砂;選擇粗骨料最大粒徑要合理,除大體積外,一般情況下5~30mm為宜,最大粒徑不超過40mm,含泥量不超過1%,要求組織細密,顆粒整齊,質地堅硬。另外級配要優良,以改善混凝土的和易性。

1.4加強養護

如早期養護不好,水泥得不到正常水化,會降低混凝土的密實度,繼而影響抗滲性。所以一定要加強混凝土的早期濕潤養護,養護時間不得少于14d。

1.5防止裂縫

混凝土建筑物中常見的裂縫有:收縮裂縫、沉降裂縫、溫度裂縫等。防止收縮裂縫、沉降裂縫除以上提到的4項外,還要注意混凝土攪拌時間要適當,澆筑時下料不要太快,防止堆積,振搗要密實,但避免過振,一般振搗時間為10~15s/次,混凝土初凝前要抹平、壓光,壓光后要及時用濕草簾苫蓋或噴涂養護劑養護,夏天氣溫高,風速大,環境干燥,要及時噴水養護。

防止溫度裂縫的措施一是施工時首先要考慮礦渣水泥、粉煤灰水泥;對于大體積混凝土要用中熱或低熱水泥;同時在保證強度指標的情況下加入一定量的活性摻合料,如粉煤灰、礦渣微粉等,在一定范圍內,活性摻合料對水泥的代用量越大,降低}昆凝土溫升的效果越好。另外可充分利用混凝土的后期強度,減少水泥用量,降低溫度應力。再就是在大體積混凝土里加入緩凝高效減水劑、引氣型減水劑,以改善其和易性、流動性、黏聚性和保水性。通過減水緩凝和分散作用,可降低用水量,提高混凝土的密實度和強度,同時降低水化熱,推遲溫峰出現的時間。

2.提高混凝土的抗凍性

提高混凝土的抗凍性就是提高混凝土在水飽和狀態下承受反復凍融的能力。被飽和的混凝土,遭受凍融作用時,其中的可凍水變成冰,體積增大9%。冰在毛細孔中受到約束,就會產生巨大的膨脹壓力,使混凝土內部結構疏松,冰融化后結構再不能恢復,使混凝土遭到破壞。

目前提高混凝土抗凍性的首選方法就是在混凝土里摻入混凝土高效減水劑或引氣劑。摻高效減水劑可以降低水灰比,減少可凍冰的用水量,這樣可以減少因水凍成冰產生的膨脹壓力;引氣劑能容納因混凝土內的水凍成冰而產生的巨大膨脹壓力。

3.防止鋼筋銹蝕

鋼筋銹蝕,會使混凝土體積膨脹,產生的膨脹力會使混凝土裂縫、起鼓、剝落,縮短混凝土的使用壽命,直至破壞結構。

鋼筋銹蝕的原因有兩個方面:一是鋼筋保護層碳化,其碳化的原因是混凝土不密實。硬化的混凝土,由于水泥水化,生成氫氧化納,故顯堿性,PH值大于12,此時鋼筋表面生成一層穩定、致密、鈍化的保護膜,使鋼筋不生銹。當不密實的混凝土置于空氣中或含二氧化碳環境中時,由于二氧化碳的侵入。混凝土中的氫氧化鈣與二氧化碳反應,生成碳酸鈣等物質,混凝土堿性逐漸降低,甚至消失,發生碳化。當混凝土的PH值小于12時,鋼筋的鈍化膜處于不穩定狀態,當PH值小于1O時,鋼筋的銹蝕開始進行。二是氯離子的含量。據有關資料介紹,即便是PH值較高的溶液(如PH值為13)只要有4—6mg/L的氯離子的含量,就可以破壞鋼筋的鈍化膜,導致鋼筋生銹。

為防止鋼筋銹蝕,必須防止混凝土的碳化或減慢碳化速度。混凝土碳化由混凝土抗滲性能不足引起,因此提高混凝土抗滲性所采取的措施對防止混凝土的碳化也同樣適用;除此以外,還可選擇水化后產生氫氧化鈣較多的水泥,這樣也可以放慢碳化速度。

防止氯離子進入的措施有:配置混凝土時不使用含氯離子的材料或外加劑;提高混凝土的密實度,防止氯離子侵入混凝土內部等。

4、抑制堿骨料反應

水泥中的堿與骨料中的活性氧化硅發生化學反應使混凝土產生不均勻膨脹,出現起鼓、裂縫等不良現象,稱為堿骨料反應。目前已確定含有活性氧化硅礦物質的骨料有蛋白石、玉髓、鱗石英、方石英、酸性或中性玻璃體的陰晶質火山巖如流紋巖、安山巖及凝灰巖等。其中蛋白石質的二氧化硅活性最大。

堿骨料反應的充分條件是水分、水泥的堿性物質含量大于0.6%、活性骨料同時存在,并且進行很慢。但由此引起的破壞相當嚴重,無法修復,所以必須防止。

為防止堿骨料反應,可采取如下措施:① 選擇非活性骨料;② 采用含堿量低于0.6%的水泥;③ 降低水灰比,提高混凝土的密實度,防止水分的侵入;④在混凝土里加入引氣劑以便為堿骨料反應產物的生成,建立緩沖的孔隙體積,降低膨脹壓力;⑤據有關試驗,摻活性氧化硅的細粉也能防止堿骨料反應的生成;⑥ 在滿足強度和施工要求的情況下,盡量降低單方混凝土的水泥用量。

5.控制硬化混凝土體積的穩定性

隨著溫度的變化,組成混凝土的水泥石和骨料會產生膨縮變形。混凝土中發生干縮的主要成分是水泥石,所以減少水泥石的相對含量可以減輕混凝土的收縮。骨料起著限制收縮的作用,所以骨料的含量愈多,混凝土收縮愈小,混凝土的穩定性越好。另外,水泥石和骨料的熱膨脹系數也不相同,溫度變化時,水泥石和骨料會產生不同的變形,在骨料和水泥石界面上產生分布極不均勻的拉應力,從而形成許多分布很亂的界面裂縫。此外,粗骨料的粒徑尺寸越大,粘接面積越小,則混凝土內部組織的不連續性越大,特別是水泥用量較多的高強混凝土這一點更為明顯,因此在條件許可時,應盡可能選用粒徑尺寸較小的骨料。

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