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刘晓平
中铁六局集团路桥建设有限公司 山西省 晋中市 653100
【摘 要】本文介绍了矿物质超细粉掺合料、水泥、外加剂和骨料等耐久性混凝土原材料的选择，分析了如何设计具有抗冻害、抗盐害、抗碳化、抗碱集料反应、抗硫酸盐腐蚀特性的耐久性混凝土的配合比，并且对耐久性进行检测的方法进行探讨。
【关键词】耐久性混凝土；设计；配合比；检测方法
水泥混凝土的耐久性直接影响着结构的安全性，通过增加耐久性，可达到延长结构使用寿命的目的。如果混凝土缺乏耐久性，不仅意外着会大大增加后期使用时的维修成本，同时也会导致资源严重浪费。导致混凝土路面性能减退的原因以恶劣环境及车辆载重为主，设计人员要结合具体情况精心设计配合比，并通过采取检测试验来确切混凝土的耐久性达标，
1、耐久性混凝土的原材料及其选择
1.1 掺合料的选择
目前混凝土施工中常用的矿物质超细粉掺合料可以使混凝土性能提高，使用寿命延长。制成超细粉的原材料包括超细沸石粉、超细磷渣、Ⅰ级粉煤灰、超细矿渣和硅粉等，需采用先进工艺加工。将部分水泥用等量超细粉代替能够使混凝土强度提高，比如将20%的水泥替换为超细粉，可以使强度提高10%左右，另外还能使浆体的致密性与流动性提高，增强混凝土的抗化学侵蚀能力与抗渗性，使其耐久性提高。
1.2 水泥的选择
制作耐久性混凝土通常要采用比较稳定的水泥，比如普通硅酸盐水泥，强度等级最好达到或超过42.5级。施工过程中，对各项检测指标进行严格控制，如28 d 干缩、抗压强度、安定性、凝结时间等，另外水泥中的各项化学成分含量，如三氧化硫、氧化镁、碱含量等均应与国家规范要求相符。为了使混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能与耐久性提高，应严格控制水泥孰料中C3 S与C3A的含量。生产过程中加强检测水泥原料，注重其稳定性与质量的控制，从而确保耐久性与质量达标。
1.3 外加剂的选择
引气剂、缓凝剂、高效减水剂等都是配制耐久性混凝土所需要的外加剂。使用前应检测其成分，不能含有侵蚀钢筋的有害杂质。对硫酸钠与氯离子的含量进行严格控制，如果有必要还要控制外加剂的总碱量。
1.4 骨料的选择
使混凝土耐久性提高的一个重要手段就是使骨料耐久性提高，在选择骨料时，要确保其含有的风化颗粒与软弱颗粒少，且具有耐磨性，也就是具有较强的抵抗温湿度变化能力。检验骨料的碱活性时，禁止使用有潜在危害的碱活性骨料，若必须使用应采取有效措施加以抑制。对骨料指标，如针片状含量、压碎值、级配等进行控制，确保其与规范要求相符，并保证骨料中硫酸盐、硫化物、含泥量、有害杂质的含量均与规范要求相满足。
2、各种耐久性混凝土的配合比设计
设计耐久性混凝土的配合时，除了要满足常规混凝土配合比的各项参数和指标，还要结合施工现场所在区域的环境条件，对混凝土在施工及使用过程中可能受到的破坏以及劣化外力来源进行分析，以容许的劣化状态与设计使用年限为依据，通过掺入引气剂、将水泥替换为矿物质超细粉、加入高效减水剂使水灰比降低等方法，使混凝土的耐久性提高，并且具备抗冻融、硫酸盐腐蚀、氯离子渗透、碱骨料反应等特性。
2.1 设计抗冻害混凝土的配合比
如果耐久性混凝土需抵抗冻害环境，需要将适量引气剂掺入其中，提高混凝土含气量，但同时也要避免含气量过高，最好在3.5% ～ 5.0%之间，以免降低混凝土强度。
2.2 设计抗盐害混凝土的配合比
如果耐久性混凝土需抵抗盐害环境，应根据ASTMC1202对规定龄期内混凝土的导电量加以检测，将配合比的设计标准定为“28 d龄期的6 h总导电量在1000 C以内”。
2.3 设计抗碳化混凝土的配合比
如果耐久性混凝土需抵抗碳化影响，那么为避免碳化作用降低混凝土的内部碱度，应控制好混凝土的水灰比。这是因为混凝土钢筋周围发生碳化时，一旦钝化膜受到破坏，钢筋就会受到腐蚀，进而降低混凝土的性能与耐久性，这一点通过有效控制水灰比是能够加以避免的。
2.4 设计抗碱集料反应混凝土的配合比
如果耐久性混凝土需具备抵抗碱集料反应的性能，那么施工人员要对混凝土碱含量进行严格控制，或直接采取无碱活性的集料。
2.5 设计抗硫酸盐腐蚀混凝土的配合比
如果耐久性混凝土需抵抗硫酸盐腐蚀作用，那么在设计配合比时需要将水灰比适当降低，将部分水泥替换为等量的矿物质超细粉掺合料，选择C3A 含量较低的水泥。
混凝土耐久性会受到施工质量控制水平、原材料中含有有害杂质的量、原材料质量等多种因素的共同影响，由此为引起的耐久性病害具有综合性。为防治此类病害，提高混凝土的耐久性，最有效的方法就是将混凝土的水灰比降低，并且将部分水泥替换为矿物质超细粉。
3、检测混凝土耐久性的方法
3.1 冻害
冻害开始的部位是混凝土的低温表层，该层内的水分冻结后逐渐膨胀，对未冻结水封起到积压作用，并移动至未冻结的混凝土的内部。如果水的移动压力大于混凝土抗拉强度，后者会发生劣化，混凝土在接触水时，表面温度不稳定，加上其抗冻性不强，就会发生表面脱落、剥落、起毛等破坏，严重时还会出现裂缝。通过快速冻融试验可得到混凝土的动弹性模量降低与质量损失，判断是否发生冻害，在冻融循环次数可接受的情况下，混凝土耐受性也能满足相关要求。
3.2 盐害
混凝土与其所在环境内若氯离子含量过大，就可能发生盐害，如果混凝土保护层较薄，那么氯离子还会向混凝土内部侵蚀，导致大面积钢筋发生锈蚀，进而破坏混凝土结构。混凝土内氯离子的来源包括化学外加剂内的氯离子、水泥中的氯化物、拌合水中的氯离子等。为避免因为氯离子含量超标而破坏混凝土，应控制其含量在0.3 kg/m3以内。目前在施工中主要采用渗水高度法、渗透系数法和抗渗标号法检测混凝土的渗透性，其对于一般的混凝土均适用，但是当混凝土结构密实且强度等级高时，就要采用国际上比较先进的直接电量法。
3.3 碳化
混凝土发生碳化会大大降低其耐久性。如果混凝土的pH值在10以下，钢筋会快速锈蚀，导致裂缝出现于混凝土表面，降低钢筋和混凝土的粘结力，造成混凝土剥落，降低耐久性。在混凝土表面喷适量酚酞试液可检测其是否发生碳化，未变为红色的部分表示已经发生碳化。
3.4 碱骨料反应
混凝土中活性SiO2与水泥中碱发生化学反应，产物之一的碱的硅酸盐凝胶不断膨胀造成的破坏作用就是碱—骨料反应。其类型共三种，即慢膨胀型碱硅反应、碱—碳酸盐反应与碱—硅反应。现阶段工程项目中以碱—硅酸盐反应与碱—氧化硅反应两种碱—骨料反应形式最为常见。施工单位可采用砂浆长度法与岩相法（参考《公路工程集料试验规程》）对集料的碱活性进行检测。
3.5 硫酸盐腐蚀
外界硫酸盐离子在接触混凝土时，经常对其产生腐蚀作用，其可以将钢筋的钝性保护膜穿透，导致钢筋出现锈蚀，并且对水泥水化物的粘结性能产生影响，降低混凝土强度。最好采用浸烘循环法检验混凝土抗硫酸盐侵蚀的性能：在5%Na2SO4溶液中放入混凝土试件（立方体状），干湿循环，对各个龄期的质量损失与抗压强度比进行测定。通常规定混凝土破坏的标准为质量损失超过5%或抗压强度比不足75%。
4、结语
水泥混凝土因为自身具备的各种优势而被广泛应用于各种工程项目中，然而一些项目所处环境较为特殊，对混凝土性能具有更高的要求，因此这种情况下，设计人员要综合考虑各方面因素，选择质量合格、达标的原材料，科学设计混凝土配合比。制成各种不同的耐久性混凝土后，还要及时通过试验加以检测，确保其符合耐久性要求，提高工程的质量水平，延长使用年限。
参考文献：
[1]张玉海.客运专线混凝土结构耐久性关键技术——混凝土原材料选择与配合比设计[J].混凝土世界，2015，（10）：62-64.
[2]赵日煦，高飞，庞二波，等.隧道工程C40高保坍大体积混凝土配合比设计及性能研究[J].商品混凝土，2014，（10）：57-59.
[3]潘欣，孙小彬，刘光平，等.十白高速耐久性混凝土配合比设计方法研究[J].公路交通科技（应用技术版），2014，（8）：235-239.
中铁六局集团路桥建设有限公司 山西省 晋中市 653100
【摘 要】本文介绍了矿物质超细粉掺合料、水泥、外加剂和骨料等耐久性混凝土原材料的选择，分析了如何设计具有抗冻害、抗盐害、抗碳化、抗碱集料反应、抗硫酸盐腐蚀特性的耐久性混凝土的配合比，并且对耐久性进行检测的方法进行探讨。
【关键词】耐久性混凝土；设计；配合比；检测方法
水泥混凝土的耐久性直接影响着结构的安全性，通过增加耐久性，可达到延长结构使用寿命的目的。如果混凝土缺乏耐久性，不仅意外着会大大增加后期使用时的维修成本，同时也会导致资源严重浪费。导致混凝土路面性能减退的原因以恶劣环境及车辆载重为主，设计人员要结合具体情况精心设计配合比，并通过采取检测试验来确切混凝土的耐久性达标，
1、耐久性混凝土的原材料及其选择
1.1 掺合料的选择
目前混凝土施工中常用的矿物质超细粉掺合料可以使混凝土性能提高，使用寿命延长。制成超细粉的原材料包括超细沸石粉、超细磷渣、Ⅰ级粉煤灰、超细矿渣和硅粉等，需采用先进工艺加工。将部分水泥用等量超细粉代替能够使混凝土强度提高，比如将20%的水泥替换为超细粉，可以使强度提高10%左右，另外还能使浆体的致密性与流动性提高，增强混凝土的抗化学侵蚀能力与抗渗性，使其耐久性提高。
1.2 水泥的选择
制作耐久性混凝土通常要采用比较稳定的水泥，比如普通硅酸盐水泥，强度等级最好达到或超过42.5级。施工过程中，对各项检测指标进行严格控制，如28 d 干缩、抗压强度、安定性、凝结时间等，另外水泥中的各项化学成分含量，如三氧化硫、氧化镁、碱含量等均应与国家规范要求相符。为了使混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能与耐久性提高，应严格控制水泥孰料中C3 S与C3A的含量。生产过程中加强检测水泥原料，注重其稳定性与质量的控制，从而确保耐久性与质量达标。
1.3 外加剂的选择
引气剂、缓凝剂、高效减水剂等都是配制耐久性混凝土所需要的外加剂。使用前应检测其成分，不能含有侵蚀钢筋的有害杂质。对硫酸钠与氯离子的含量进行严格控制，如果有必要还要控制外加剂的总碱量。
1.4 骨料的选择
使混凝土耐久性提高的一个重要手段就是使骨料耐久性提高，在选择骨料时，要确保其含有的风化颗粒与软弱颗粒少，且具有耐磨性，也就是具有较强的抵抗温湿度变化能力。检验骨料的碱活性时，禁止使用有潜在危害的碱活性骨料，若必须使用应采取有效措施加以抑制。对骨料指标，如针片状含量、压碎值、级配等进行控制，确保其与规范要求相符，并保证骨料中硫酸盐、硫化物、含泥量、有害杂质的含量均与规范要求相满足。
2、各种耐久性混凝土的配合比设计
设计耐久性混凝土的配合时，除了要满足常规混凝土配合比的各项参数和指标，还要结合施工现场所在区域的环境条件，对混凝土在施工及使用过程中可能受到的破坏以及劣化外力来源进行分析，以容许的劣化状态与设计使用年限为依据，通过掺入引气剂、将水泥替换为矿物质超细粉、加入高效减水剂使水灰比降低等方法，使混凝土的耐久性提高，并且具备抗冻融、硫酸盐腐蚀、氯离子渗透、碱骨料反应等特性。
2.1 设计抗冻害混凝土的配合比
如果耐久性混凝土需抵抗冻害环境，需要将适量引气剂掺入其中，提高混凝土含气量，但同时也要避免含气量过高，最好在3.5% ～ 5.0%之间，以免降低混凝土强度。
2.2 设计抗盐害混凝土的配合比
如果耐久性混凝土需抵抗盐害环境，应根据ASTMC1202对规定龄期内混凝土的导电量加以检测，将配合比的设计标准定为“28 d龄期的6 h总导电量在1000 C以内”。
2.3 设计抗碳化混凝土的配合比
如果耐久性混凝土需抵抗碳化影响，那么为避免碳化作用降低混凝土的内部碱度，应控制好混凝土的水灰比。这是因为混凝土钢筋周围发生碳化时，一旦钝化膜受到破坏，钢筋就会受到腐蚀，进而降低混凝土的性能与耐久性，这一点通过有效控制水灰比是能够加以避免的。
2.4 设计抗碱集料反应混凝土的配合比
如果耐久性混凝土需具备抵抗碱集料反应的性能，那么施工人员要对混凝土碱含量进行严格控制，或直接采取无碱活性的集料。
2.5 设计抗硫酸盐腐蚀混凝土的配合比
如果耐久性混凝土需抵抗硫酸盐腐蚀作用，那么在设计配合比时需要将水灰比适当降低，将部分水泥替换为等量的矿物质超细粉掺合料，选择C3A 含量较低的水泥。
混凝土耐久性会受到施工质量控制水平、原材料中含有有害杂质的量、原材料质量等多种因素的共同影响，由此为引起的耐久性病害具有综合性。为防治此类病害，提高混凝土的耐久性，最有效的方法就是将混凝土的水灰比降低，并且将部分水泥替换为矿物质超细粉。
3、检测混凝土耐久性的方法
3.1 冻害
冻害开始的部位是混凝土的低温表层，该层内的水分冻结后逐渐膨胀，对未冻结水封起到积压作用，并移动至未冻结的混凝土的内部。如果水的移动压力大于混凝土抗拉强度，后者会发生劣化，混凝土在接触水时，表面温度不稳定，加上其抗冻性不强，就会发生表面脱落、剥落、起毛等破坏，严重时还会出现裂缝。通过快速冻融试验可得到混凝土的动弹性模量降低与质量损失，判断是否发生冻害，在冻融循环次数可接受的情况下，混凝土耐受性也能满足相关要求。
3.2 盐害
混凝土与其所在环境内若氯离子含量过大，就可能发生盐害，如果混凝土保护层较薄，那么氯离子还会向混凝土内部侵蚀，导致大面积钢筋发生锈蚀，进而破坏混凝土结构。混凝土内氯离子的来源包括化学外加剂内的氯离子、水泥中的氯化物、拌合水中的氯离子等。为避免因为氯离子含量超标而破坏混凝土，应控制其含量在0.3 kg/m3以内。目前在施工中主要采用渗水高度法、渗透系数法和抗渗标号法检测混凝土的渗透性，其对于一般的混凝土均适用，但是当混凝土结构密实且强度等级高时，就要采用国际上比较先进的直接电量法。
3.3 碳化
混凝土发生碳化会大大降低其耐久性。如果混凝土的pH值在10以下，钢筋会快速锈蚀，导致裂缝出现于混凝土表面，降低钢筋和混凝土的粘结力，造成混凝土剥落，降低耐久性。在混凝土表面喷适量酚酞试液可检测其是否发生碳化，未变为红色的部分表示已经发生碳化。
3.4 碱骨料反应
混凝土中活性SiO2与水泥中碱发生化学反应，产物之一的碱的硅酸盐凝胶不断膨胀造成的破坏作用就是碱—骨料反应。其类型共三种，即慢膨胀型碱硅反应、碱—碳酸盐反应与碱—硅反应。现阶段工程项目中以碱—硅酸盐反应与碱—氧化硅反应两种碱—骨料反应形式最为常见。施工单位可采用砂浆长度法与岩相法（参考《公路工程集料试验规程》）对集料的碱活性进行检测。
3.5 硫酸盐腐蚀
外界硫酸盐离子在接触混凝土时，经常对其产生腐蚀作用，其可以将钢筋的钝性保护膜穿透，导致钢筋出现锈蚀，并且对水泥水化物的粘结性能产生影响，降低混凝土强度。最好采用浸烘循环法检验混凝土抗硫酸盐侵蚀的性能：在5%Na2SO4溶液中放入混凝土试件（立方体状），干湿循环，对各个龄期的质量损失与抗压强度比进行测定。通常规定混凝土破坏的标准为质量损失超过5%或抗压强度比不足75%。
4、结语
水泥混凝土因为自身具备的各种优势而被广泛应用于各种工程项目中，然而一些项目所处环境较为特殊，对混凝土性能具有更高的要求，因此这种情况下，设计人员要综合考虑各方面因素，选择质量合格、达标的原材料，科学设计混凝土配合比。制成各种不同的耐久性混凝土后，还要及时通过试验加以检测，确保其符合耐久性要求，提高工程的质量水平，延长使用年限。
参考文献：
[1]张玉海.客运专线混凝土结构耐久性关键技术——混凝土原材料选择与配合比设计[J].混凝土世界，2015，（10）：62-64.
[2]赵日煦，高飞，庞二波，等.隧道工程C40高保坍大体积混凝土配合比设计及性能研究[J].商品混凝土，2014，（10）：57-59.
[3]潘欣，孙小彬，刘光平，等.十白高速耐久性混凝土配合比设计方法研究[J].公路交通科技（应用技术版），2014，（8）：235-239.