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專題 | 混凝土的耐久性解讀

2017-07-27 14:51:56 作者：王妮來(lái)源：《腐蝕防護(hù)之友》分享至：

混凝土開裂是土木建設(shè)工程的通病。當(dāng)前，現(xiàn)代混凝土由于高效減水劑發(fā)展和廣泛使用而帶來(lái)根本性變化，但同時(shí)也增加了現(xiàn)代混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等環(huán)節(jié)對(duì)現(xiàn)代混凝土的認(rèn)識(shí)不夠，泵送混凝土施工工藝的發(fā)展也使得混凝土裂縫控制的技術(shù)難度大大增加。隨著工程建設(shè)模式的改變，過度追求工程進(jìn)度不僅造成混凝土得不到充分養(yǎng)護(hù)，同時(shí)勢(shì)必導(dǎo)致混凝土追求高早強(qiáng)。那么，裂縫是如何一步一步的影響和摧毀混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性呢？

01 關(guān)于混凝土裂縫的解讀

混凝土全壽命是成長(zhǎng)和劣化的動(dòng)平衡過程，因此開裂是必然的，只是早晚的問題。

裂縫分類

混凝土裂縫的分類，即承載裂縫和非承載裂縫、技術(shù)性裂縫和非技術(shù)性裂縫、可見裂縫和不可見裂縫、有害裂縫和無(wú)害裂縫、早期裂縫（施工期間）和后期裂縫。

裂縫不可避免

裂縫既是一種施工質(zhì)量不良的表象，實(shí)質(zhì)上是加速混凝土耐久性劣化的最為不利的因素。混凝土的裂縫是不可避免的，但程度是可控的。混凝土耐久性不良大部分情況下都是受周圍環(huán)境影響或與周圍環(huán)境介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，伴隨有脹裂、剝落和潰散或其他性能失效等現(xiàn)象。

脆性本質(zhì)

水泥混凝土易于開裂在于其脆性材料的本質(zhì)，粒子與粒子之間僅存在弱物理鍵的相互作用，抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度要小一個(gè)數(shù)量級(jí)。

材料因素

近年來(lái)我國(guó)混凝土開裂主要是有由于水泥發(fā)生了變化、泵送混凝土（外加劑、漿骨比）、混凝土強(qiáng)度等級(jí)增加以及大體積混凝土用量增加的原因。

02 主宰混凝土性命攸關(guān)的早期裂縫

裂縫是一切侵蝕性介質(zhì)侵入的通道

按整體論的觀點(diǎn)，裂縫是一切侵蝕性介質(zhì)侵入的通道，已有裂縫的擴(kuò)展比新產(chǎn)生裂縫容易；已有裂縫的開展比新生成裂縫容易，所以早期開裂后期必然開裂，早期不裂的后期未必不裂，但是盡量減少早期形成的收縮應(yīng)力則是必要的。控制早期裂縫可減少后期裂縫的寬度和數(shù)量。

現(xiàn)代混凝土開裂的原因更為復(fù)雜

早期因收縮開裂是混凝土結(jié)構(gòu)開裂的主要誘因，過大內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力足以導(dǎo)致混凝土開裂。開裂應(yīng)力還與混凝土彈性模量，是否開裂與開裂應(yīng)力大小、都與混凝土抗拉強(qiáng)度有關(guān)。

現(xiàn)代混凝土的水膠比變低，泌水速率減小，混凝土表層更容易變干；初裂時(shí)間顯著提前，養(yǎng)護(hù)需要提前，養(yǎng)護(hù)方法需要改進(jìn)。而傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)方法已不能滿足現(xiàn)代混凝土的發(fā)張要求。

高強(qiáng)未必耐久，低強(qiáng)未必不耐久

目前我國(guó)住建部有強(qiáng)烈的意愿迅速推進(jìn)高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用。希望大幅度提高其在混凝土中的比例，這里面潛在很大的危機(jī)，即是傳統(tǒng)思維和功利思想。有人批評(píng)當(dāng)今高強(qiáng)混凝土工程時(shí)說(shuō)過一句值得深思的話：用沒有必要的高強(qiáng)換來(lái)了更多的開裂。

那么，為什么保證混凝土結(jié)構(gòu)抗裂比追求強(qiáng)度更重要？混凝土結(jié)構(gòu)安全重視強(qiáng)度，目前結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度越來(lái)越高。但是應(yīng)該意識(shí)到高強(qiáng)未必就耐久，人們可能認(rèn)為高強(qiáng)混凝土密實(shí)，密實(shí)的混凝土耐久，這里需要一個(gè)前提就是不開裂。

03 找準(zhǔn)對(duì)策防裂縫于未然

產(chǎn)生早期裂縫的根本原因是什么？

混凝土的收縮變形在約束下產(chǎn)生的拉應(yīng)力達(dá)到混凝土同期抗拉強(qiáng)度的約65%；變形產(chǎn)生的應(yīng)力和混凝土同期的彈性模量與松弛能力有關(guān)；強(qiáng)度提高，彈性模量提高，松弛能力減小；較高溫度下成長(zhǎng)的抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的比值比較低溫度下的低。

由此，我們需要一系列的措施來(lái)控制早期裂縫的形成：

技術(shù)路線：控制開裂因素

首先要控制溫度和濕度；其次，要減少約束；第三，降低混凝土開裂敏感性，盡量降低強(qiáng)度，減小用水量，使用開裂敏感性的水泥，優(yōu)化骨料，使用抗裂性好的礦物摻和料；第四，成型工藝的施工是最后的和關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)。

技術(shù)路線：重視早期養(yǎng)護(hù)

混凝土早期裂縫控制的關(guān)鍵點(diǎn)是要重視早期養(yǎng)護(hù)，在實(shí)際施工中可用技術(shù)和材料較多，比如養(yǎng)護(hù)劑、覆蓋養(yǎng)護(hù)、單分子膜養(yǎng)護(hù)劑等。減縮劑外涂養(yǎng)護(hù)技術(shù)、內(nèi)養(yǎng)護(hù)技術(shù)以及內(nèi)養(yǎng)護(hù)與膨脹劑的復(fù)合等。

技術(shù)路線：配合比做到“三低”

為了獲得很好的抗裂性，混凝土配合比設(shè)計(jì)也必須進(jìn)行一次重大的改變。即在保證和易性前提下遵循低水泥用量、低水膠比、低單位體積用水量的“三低”的混凝土配合比技術(shù)路線。同時(shí)，要進(jìn)行理念的變化，所謂混凝土耐久性可以用控制水膠比的辦法來(lái)控制是錯(cuò)誤的。相比水膠比來(lái)說(shuō)，用水量對(duì)控制開裂更為重要。

04 早期裂縫的控制各方有責(zé)

混凝土耐久性的提升是系統(tǒng)工程：設(shè)計(jì)、原材料的選用、混凝土的生產(chǎn)、混凝土結(jié)構(gòu)施工、混凝土的養(yǎng)護(hù)，哪一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都將給其他環(huán)節(jié)的控制增加非常大的難度。任一工程的混凝土耐久性，包括混凝土早期裂縫控制，不可能照搬其他工程，可參考其他工程的經(jīng)驗(yàn)，就像任一新建構(gòu)筑物都需要進(jìn)行設(shè)計(jì)一樣。

建設(shè)主管方應(yīng)該對(duì)工期、強(qiáng)度要有符合混凝土工程規(guī)律的合理要求；設(shè)計(jì)方則應(yīng)該除結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，做好構(gòu)造設(shè)計(jì)盡量減小約束和應(yīng)力集中，合理配筋；施工方要注意混凝土拌和物試配和制備、混凝土成型工藝操作以及合理驗(yàn)收拌和物等環(huán)節(jié)；質(zhì)量檢測(cè)和監(jiān)督方面要負(fù)起檢測(cè)、監(jiān)督的責(zé)任。

對(duì)于管理的建議，首先要加強(qiáng)合同意識(shí)，拒絕霸王款；其次是加強(qiáng)檔案管理的工作；第三，社會(huì)的轉(zhuǎn)型升級(jí)需要各行各業(yè)的努力，從業(yè)人員素質(zhì)的提高，基于全民素質(zhì)的提高，人人要從自己做起，把工程當(dāng)作自家的事來(lái)做；最后，底線最重要，否則就要付出代價(jià)。

探究混凝土耐久性的提升技術(shù)

技術(shù) 1：將表面裂縫降低到盡可能低的程度，即早期裂縫控制；

技術(shù) 2：提高混凝土表面密實(shí)度（無(wú)開裂但可能密實(shí)度較低），很多降低混凝土早期開裂技術(shù)可以明顯提高混凝土表層密實(shí)度；

技術(shù) 3：地下結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮可能的硫酸鹽侵蝕，即包括控制混凝土最高溫度，以防止延遲鈣釩石生成，少用或不用石灰石粉；

技術(shù) 4：如可能應(yīng)對(duì)所用骨料進(jìn)行堿活性試驗(yàn)；

技術(shù) 5：后澆帶的處理。

05 結(jié)束語(yǔ)

混凝土耐久性提升肯定會(huì)增加一次性投入，但長(zhǎng)期運(yùn)行成本大大降低，特別是社會(huì)效益極為顯著。現(xiàn)代混凝土是復(fù)雜體系，針對(duì)不同原材料、不同環(huán)境、不同結(jié)構(gòu)、不同施工必須不斷改變技術(shù)對(duì)策。現(xiàn)代混凝土要獲得所需強(qiáng)度并不是問題，但低成本生產(chǎn)出所需強(qiáng)度的混凝土、保持質(zhì)量穩(wěn)定以及獲得耐久性這三大問題則是現(xiàn)代混凝土攻堅(jiān)的難點(diǎn)。

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