对于混凝土耐久性的改善【山东建筑材料网络社区】

摘要

影响水泥混凝土耐久性的因素是多方面的，所处的环境和使用条件不同，对其耐久性的要求也不同，但是影响耐久性的因素却有许多相同之处，密实程度是影响耐久性的主要因素，其次是原材料的性质、施工质量等。密实程度主要取决于混凝土中浆体的孔结构，因此，混凝土耐久性的改善应从影响孔结构的因素着手。

正确设计混凝土的配合比，控制合理的水胶比，保证足够的胶凝材料用量，选择合理的集料级配，提高施工质量，采取适当的养护措施，保持水化的适宜温度和湿度，保证水泥水化硬化的正常进行，掺加合适的减水剂、加气剂等外加剂，可提高混凝土的密实度，改善孔结构。

施工中加强搅拌，可防止各组分产生离析分层现象，提高混凝土的均匀性和流动性，使拌合物能很好地充满模板，减少其内部空隙；另外，强化振捣，增大混凝土的密实度，尽可能排出其内部气泡，减少显孔、大孔，尤其是连通孔，提高其强度，从而提高其抗渗能力，最终达到改善其耐久性的目的。
采用减水剂可以在保证和易性不变的情况下，大大减少拌合用水量，从而减少混凝土内部空隙，提高其强度。如采用加气剂则可引入大量50μm～123μm的微小气泡，隔绝浆体结构内毛细管通道，阻碍水分迁移，减少泌水现象；同时由于其变形能力大，因而可明显提高结构的抗渗、抗冻等能力。

水泥中的各熟料矿物对侵蚀的抵抗能力是不相同的，所以在使用水泥时。应根据环境的不同而选择不同熟料矿物组成的水泥，可改善水泥的抗蚀能力。

如降低熟料中C₃A的含量，相应增加C₄AF的含量，可以提高水泥的抗硫酸盐侵蚀的能力。研究表明，在硫酸盐作用下，铁铝酸钙所形成的水化硫铁酸钙或其与硫铝酸钙的固溶体，系隐晶质呈凝胶状析出，而且分布比较均匀，因此其膨胀性能远比钙矾石小。而且硫酸盐对其侵蚀速度随A/F减小而降低，A/F＜0.7时，水泥性能最稳定；A/F=0.7～1.4时，水泥稳定性较好；A/F＞1.4时，水泥不能稳定存在。
由于C₃S在水化时析出较多的Ca(OH)₂，而Ca(OH)₂又是造成溶出侵蚀的主要原因，所以适当减少C₃S的含量，相应增加C₂S的含量，也能提高水泥的抗蚀性，尤其是抗淡水侵蚀的能力。
水泥中掺入石膏量的不同，对其耐久性也有一定影响。具有合理颗粒级配和最佳石膏掺量的细磨水泥具有较强的抗海水侵蚀的能力。这主要是在水化早期，C₃A快速溶解并与石膏生成大量钙矾石，此时水泥浆体尚具有足够的塑性，可将钙矾石产生的膨胀应力分散，不但不会产生膨胀破坏，反而使水泥石更加致密。若石膏掺量不足，生成大量单硫型水化铝酸钙，则会与外来侵蚀介质硫酸盐反应生成二次钙矾石，产生膨胀导致硬化浆体开裂。但应注意，石膏的最大掺量是保证钙矾石的生成在水化早期完成，以免在硬化后期产生膨胀破坏而影响安定性。
此外，严格控制水泥中碱含量，防止或明显抑制碱-集料反应，也是提高水泥耐久性的有效途径。

混凝土中掺加的掺合料的种类及其数量多少，也会影响耐久性。一般说来，硅酸盐水泥中，掺加火山灰质混合材料和粒化高炉矿渣，可以提高其抗蚀能力。因为熟料水化时析出的Ca(OH)₂能与掺合料中所含的活性氧化硅相结合，生成低碱度的水化产物，反应式如下：

在掺合料掺量一定时，所形成的水化硅酸钙中C/S接近于1，使其平衡所需的石灰极限浓度仅为0.05 g/L～0.09g/L，比普通水泥为稳定水化硅酸钙所需要石灰浓度低很多，因此在淡水中的溶析速度要显著减慢；同时，还能使水化铝酸盐的浓度降低，而且在氧化钙浓度降低的液相中形成的低碱性水化硫铝酸钙溶解度较大，结晶较慢，不致因膨胀而产生较大的应力。另外，掺加掺合料后，熟料所占比例减少，C₃A和C₃S的含量相应降低，也会改善抗蚀性；而且由于生成较多的凝胶，硬化水泥浆体的密实性得到提高，抗渗性和抗蚀性得到了改善。所以说，火山灰水泥和矿渣水泥的抗蚀性比硅酸盐水泥要强。矿渣水泥的抗硫酸盐性又随矿渣掺量的增加及矿渣中Al₂O₃含量的降低而提高。
但火山灰水泥的抗冻性和大气隐定性不高，掺加火山灰质混合材料的水泥也不能抵抗含酸或镁盐的溶液侵蚀，在掺入烧黏土类火山灰质混合材料时，由于活性Al₂O₃含量较高，抗硫酸盐能力反而可能变差。
为保证水泥的正常水化，通常拌合用水量要大大超过理论上水化所需水量。当残留水分蒸发或逸出后，会留下相同体积的孔隙，这些孔的尺寸、形态、数量及其分布，是硬化水泥浆体的重要特征。硬化浆体中的孔分为毛细孔和凝胶孔两大类。由于在水化过程中，水不断被消耗，同时本身产生蒸发，使原来充水的地方形成空间，这些空间被生长的各种水化产物不规则地填充，最后分割成形状极不规则的毛细孔，其尺寸大小一般在10μm至100nm的范围内。另外，在C-S-H凝胶所占据的空间中存在凝胶孔，其尺寸更为细小，用扫描电子显微镜也难以分辨。关于其具体尺寸大小，各研究者观点尚未统一。
还有人将凝胶孔分为胶粒间孔、微孔和层间孔三种，孔的尺寸在极为宽广的范围内变化，孔径可从10μm到0.0005μm。实际上，孔的尺寸具有连续性，很难明确地划分界限。对于一般的硬化水泥浆体，总孔隙率常常超过50%，因此，它就成为决定水泥石强度的重要因素。尤其当孔半径大于100nm时，就成了强度破坏的主要原因。但一般在水化24h以后，硬化浆体大部分(70%～80%)的孔径已在100nm以下。
由于水化产物，特别是C-S-H凝胶的高度分散性，其中又包含有数量如此众多的凝胶孔，所以硬化水泥浆体具有极大的内表面积，巨大的内表面积必然处于高能状态，而表面能减小等趋势产生的表面效应，成了决定水泥浆体性能的一个重要因素。