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混凝土的耐久性解讀

2023-07-20 16:30:28 作者：本網整理來源：《腐蝕與防護之友》分享至：

混凝土開裂是土木建設工程的通病。當前，現代混凝土由于高效減水劑發展和廣泛使用而帶來根本性變化，但同時也增加了現代混凝土開裂風險，設計、施工、監理等環節對現代混凝土的認識不夠，泵送混凝土施工工藝的發展也使得混凝土裂縫控制的技術難度大大增加。隨著工程建設模式的改變，過度追求工程進度不僅造成混凝土得不到充分養護，同時勢必導致混凝土追求高早強。那么，裂縫是如何一步一步的影響和摧毀混凝土結構的耐久性呢？

01 關于混凝土裂縫的解讀

混凝土全壽命是成長和劣化的動平衡過程，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、技術性裂縫和非技術性裂縫、可見裂縫和不可見裂縫、有害裂縫和無害裂縫、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量不良的表象，實質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境影響或與周圍環境介質發生反應，伴隨有脹裂、剝落和潰散或其他性能失效等現象。

脆性本質

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

材料因素

近年來我國混凝土開裂主要是有由于水泥發生了變化、泵送混凝土（外加劑、漿骨比）、混凝土強度等級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的早期裂縫

裂縫是一切侵蝕性介質侵入的通道

按整體論的觀點，裂縫是一切侵蝕性介質侵入的通道，已有裂縫的擴展比新產生裂縫容易；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力則是必要的。控制早期裂縫可減少后期裂縫的寬度和數量。

現代混凝土開裂的原因更為復雜

早期因收縮開裂是混凝土結構開裂的主要誘因，過大內外溫差引起的溫度應力足以導致混凝土開裂。開裂應力還與混凝土彈性模量，是否開裂與開裂應力大小、都與混凝土抗拉強度有關。

現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；初裂時間顯著提前，養護需要提前，養護方法需要改進。而傳統的養護方法已不能滿足現代混凝土的發張要求。

高強未必耐久，低強未必不耐久

目前我國住建部有強烈的意愿迅速推進高強混凝土的應用。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，即是傳統思維和功利思想。有人批評當今高強混凝土工程時說過一句值得深思的話：用沒有必要的高強換來了更多的開裂。

那么，為什么保證混凝土結構抗裂比追求強度更重要？混凝土結構安全重視強度，目前結構混凝土設計強度越來越高。但是應該意識到高強未必就耐久，人們可能認為高強混凝土密實，密實的混凝土耐久，這里需要一個前提就是不開裂。

03 找準對策防裂縫于未然

產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生的拉應力達到混凝土同期抗拉強度的約65%；變形產生的應力和混凝土同期的彈性模量與松弛能力有關；強度提高，彈性模量提高，松弛能力減小；較高溫度下成長的抗拉強度與抗壓強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控制早期裂縫的形成：

技術路線：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，盡量降低強度，減小用水量，使用開裂敏感性的水泥，優化骨料，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鍵性的環節。

技術路線：重視早期養護

混凝土早期裂縫控制的關鍵點是要重視早期養護，在實際施工中可用技術和材料較多，比如養護劑、覆蓋養護、單分子膜養護劑等。減縮劑外涂養護技術、內養護技術以及內養護與膨脹劑的復合等。

技術路線：配合比做到“三低”

為了獲得很好的抗裂性，混凝土配合比設計也必須進行一次重大的改變。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路線。同時，要進行理念的變化，所謂混凝土耐久性可以用控制水膠比的辦法來控制是錯誤的。相比水膠比來說，用水量對控制開裂更為重要。

04 早期裂縫的控制各方有責

混凝土耐久性的提升是系統工程：設計、原材料的選用、混凝土的生產、混凝土結構施工、混凝土的養護，哪一環節出現問題，都將給其他環節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驗，就像任一新建構筑物都需要進行設計一樣。

建設主管方應該對工期、強度要有符合混凝土工程規律的合理要求；設計方則應該除結構設計外，做好構造設計盡量減小約束和應力集中，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收拌和物等環節；質量檢測和監督方面要負起檢測、監督的責任。

對于管理的建議，首先要加強合同意識，拒絕霸王款；其次是加強檔案管理的工作；第三，社會的轉型升級需要各行各業的努力，從業人員素質的提高，基于全民素質的提高，人人要從自己做起，把工程當作自家的事來做；最后，底線最重要，否則就要付出代價。

探究混凝土耐久性的提升技術

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

技術 3：地下結構應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 4：如可能應對所用骨料進行堿活性試驗；

技術 5：后澆帶的處理。

05 結束語

混凝土耐久性提升肯定會增加一次性投入，但長期運行成本大大降低，特別是社會效益極為顯著。現代混凝土是復雜體系，針對不同原材料、不同環境、不同結構、不同施工必須不斷改變技術對策。現代混凝土要獲得所需強度并不是問題，但低成本生產出所需強度的混凝土、保持質量穩定以及獲得耐久性這三大問題則是現代混凝土攻堅的難點。

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