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摘要：通过对粉煤灰混凝土耐久性的几个技术指标的讨论和评价，明确了影响混凝土耐久性的决定因素及其对混凝土耐久性的影响程度。
关键词：混凝土耐久性 抗冻性 引气量 碳化深度
0 引言
混凝土耐久性的研究是一个重要的问题，特别是沿海及环境侵蚀性严重和寒冷地区的混凝土结构，由于环境条件对混凝土的腐蚀及钢筋的锈蚀而造成结构的早期损坏，已成为工程中的重要问题。早期损坏的结构需要花费大量的财力进行维修补强，甚至造成停工停产的巨大经济损失。
所谓混凝土耐久性是指结构在设计使用年限内，对气候作用、化学侵蚀、物理作用或任何其它破坏过程的抵抗能力。
1 影响混凝土耐久性的几个方面
影响混凝土耐久性的因素很多，各个地区环境有所不同，产生的影响也不一样。本文以东北地区施工环境来举例说明，参考“哈大客运专线”工程。
1.1 混凝土的冻融破坏
混凝土结构物就要考虑冻融破坏。混凝土的冻害是因混凝土毛细孔中的水分经低温冻结，从液态转为固态(冰)时体积增大9%的混凝土。混凝土冻胀后，就会发生变形，但是在解冻后还存在残留的膨胀变形，随冻融循环的加剧，残余变形不断累积，最终会破坏混凝土。这种破坏主要是微裂缝发生在混凝土内部，然后逐渐变宽，数量也逐渐增多。具体体现在降低了混凝土动弹性模量，从外到内造成表层剥落崩散甚至被破坏。有关混凝土的抗冻性的因素主要包括混凝土强度及其内部的孔结构、受冻龄期及水饱和程度等，其中，混凝土内部的孔结构是属关键因素。
1.2 混凝土的碳化破坏
在空气里混凝土碳化属较常见的诸多中性化形式的一种，它属于一种极为复杂的物理化学过程，水泥石中的碱性物质与空气中二氧化碳互相发生作用，混凝土的性能、组织及成分产生了变动，降低了其使用功能。碳化会使混凝土的碱性下降，对钢筋表面的钝化膜造成破坏，极易腐蚀钢筋。此外，混凝土碳化会使混凝土的收缩加剧，破坏结构及裂缝。衡量钢筋混凝土结构是否可靠的重要指标就是混凝土的碳化程度。
1.3 化学物质的侵蚀
化学物质的侵蚀属对混凝土结构耐久性造成影响的几个因素中较复杂的因素，如在“哈大客专”的施工中就有跨越海滩的桥梁和在辽阳地区的化工厂，一般而言，其侵蚀类型包括下列几种：
1.3.1 硫酸盐侵蚀破坏
硫酸盐往往指的是硫酸镁和硫酸钠等，当水泥中氢氧化钙和硫酸盐溶液产生相互的化学作用时，由此产生的硫铝酸钙及石膏的体积膨胀，混凝土发生胀裂且渐渐剥蚀甚至被破坏，又如水泥和硫酸镁发生化学反映后生成的Mg(OH)2，能够使水泥石碱度下降造成分解性腐蚀。
1.3.2 酸性物质会侵蚀混凝土中的水泥化合物，氢氧化钙转变为可溶性钙盐，降低混凝土的强度进而使其崩解。
1.3.3 碱的侵蚀破坏。混凝土较小程度上受固体碱的侵蚀，但熔融的碱的浓溶液和碱会侵蚀水泥中的水化物，其侵蚀作用包括两类，即结晶侵蚀及化学侵蚀。结晶侵蚀是碱溶液进入混凝土的空隙而形成结晶，这些结晶能够膨胀，使混凝土出现胀裂而慢慢剥落至毁坏。化学侵蚀是水泥水化物和碱溶液相互发生化学作用，生成的产物胶结力较弱，易被碱液侵析。
2 提高混凝土耐久性的基本措施
根据前述影响混凝土耐久性的几个方面和在“哈大客专”现场施工的经验，提高混凝土耐久性的技术措施的基本原则是首先一定要使混凝土防裂性及密实性提升，如选用的外加剂若效果较好且质优，则很大程度上可使水灰比(或水胶比)降低，确保水泥用量充足，且设计及施工必须科学合理。
2.1 提高混凝土抗冻能力
质量较好的引引气或气剂减水剂，能够保证混凝土内部结构的空气含量适中和优良的气泡参数，这十分必要。在哈大客专施工中，采用的混凝土配合比为：水：水泥：碎石：砂：引气剂：粉煤灰：矿杂：减水剂=150：200：1036：870：4：100：130：13。理论及实践说明：在抗冻性能方面，不引气的高强混凝土不如引气的高强混凝土；但中、低强度的引气混凝土空气含量适中，气泡参数也比合理，抗冻性能较好。同时，配合设计合理可行，且选取的抗冻性骨料质量优良也是关键。
2.2 提高抗碳化能力
若有必要可通过将有效的覆盖层覆盖于混凝土表面等举措,将渗透进混凝土内部的CO2隔离或使其减缓，进而使混凝土的抗碳化性能大大提升。
混凝土碳化作用，准确地来讲是“碳酸气作用”，其是指碳酸气及含碳酸气的水和混凝土中的氢氧化钙相互作用而形成碳酸钙的反应。根据碳化程度可将混凝土分为外部的完全碳化区、中间的碳化反应区、内部的未碳化区三个区。每个区内的pH值、Ca(OH)2含量和CO2浓度均存在显著的区别。完全碳化区一般为酚酞酒精溶液的不变色区，pH值往往在10.5～11之间，一般而言，该区的深度就是碳化深度，可按照费克(Fick)第一定律，建立最简单的碳化深度及时间的幂函数公式：
X=at1/2
式中X——碳化深度；
a——碳化系数，环境中的CO2浓度及其在混凝土中的有效扩散对其有决定性的作用；
t——碳化时间。
目前，多数国家的学者以此公式为基础，又衍生了许多更全面的碳化深度公式，其中德国混凝土碳化公式属较简单实用：即
dK=a+VKt1/2
以及国内常采用的简化公式：
X=a·tb
式中X——碳化系数；
a，b——碳化条件系数。
上述公式中：a=2.37～9.54，b=0.3～0.6。若要按照实测的碳化深度对多年后的碳化深度进行推算，则可采用以下公式：
X=X1*(t/t1)1/2
式中X——推算若干年后混凝土的碳化深度；
X1——混凝土工程中实测的碳化深度；
t——推算的年数；
t1——对碳化深度进行实测时混凝土工程使用年数。
比照基准混凝土的抗碳化能力，来体现出对粉煤灰混凝土抗碳化性能的评价，即所谓“粉煤灰混凝土抗碳化效率系数KX”是：
KX=X′/X
式中X′——粉煤灰混凝土的碳化深度；
X——基准混凝土的碳化深度。
KX值可比1大，也可小于1。依照国内外经验，一般而言，以下几点可体现出粉煤灰混凝土的碳化深度高于基准混凝土的情况：选用的粉煤灰质量较差；过多的掺加粉煤灰，特别是再将过量粉煤灰掺入矿渣水泥中，部分水泥被等量的粉煤灰取代，有的采用粉煤灰水泥直接将普通水泥取代；一般粉煤灰混凝土标号不超过C30，水灰比高于0.6。但若不降低水泥用量，再掺加粉煤灰將部分砂子取代，此类粉煤灰就能增加混凝土抗碳化性能；此外，采取“双掺”的技术举措，即掺入减水剂及粉煤灰，还能够使粉煤灰的效用得到有效的发挥，粉煤灰的抗碳化性能得以提升，X值下降，使其小于1。
2.3 提高混凝土抗侵蚀方面
混凝土抗侵蚀性包括抵抗酸、碱和海水等的侵蚀。在提高混凝土抗侵蚀性方面，混凝土的抗裂性及密实性的作用非常重要，且在选用水泥品种方面的意义重大，往往要求水泥C3A含量不能过高，同时掺加适量的优质外加剂及混合材。
3 结束语
很多因素关系到混凝土结构的耐久性，甚至某些情况下多种影响因素叠加，这对研究技术及工作制造了更大的难度。所以，一定要关注混凝土结构耐久性的设计及施工，在使用阶段注意加强维护及管理混凝土结构，以使混凝土结构的耐久性得以提升。
关键词：混凝土耐久性 抗冻性 引气量 碳化深度
0 引言
混凝土耐久性的研究是一个重要的问题，特别是沿海及环境侵蚀性严重和寒冷地区的混凝土结构，由于环境条件对混凝土的腐蚀及钢筋的锈蚀而造成结构的早期损坏，已成为工程中的重要问题。早期损坏的结构需要花费大量的财力进行维修补强，甚至造成停工停产的巨大经济损失。
所谓混凝土耐久性是指结构在设计使用年限内，对气候作用、化学侵蚀、物理作用或任何其它破坏过程的抵抗能力。
1 影响混凝土耐久性的几个方面
影响混凝土耐久性的因素很多，各个地区环境有所不同，产生的影响也不一样。本文以东北地区施工环境来举例说明，参考“哈大客运专线”工程。
1.1 混凝土的冻融破坏
混凝土结构物就要考虑冻融破坏。混凝土的冻害是因混凝土毛细孔中的水分经低温冻结，从液态转为固态(冰)时体积增大9%的混凝土。混凝土冻胀后，就会发生变形，但是在解冻后还存在残留的膨胀变形，随冻融循环的加剧，残余变形不断累积，最终会破坏混凝土。这种破坏主要是微裂缝发生在混凝土内部，然后逐渐变宽，数量也逐渐增多。具体体现在降低了混凝土动弹性模量，从外到内造成表层剥落崩散甚至被破坏。有关混凝土的抗冻性的因素主要包括混凝土强度及其内部的孔结构、受冻龄期及水饱和程度等，其中，混凝土内部的孔结构是属关键因素。
1.2 混凝土的碳化破坏
在空气里混凝土碳化属较常见的诸多中性化形式的一种，它属于一种极为复杂的物理化学过程，水泥石中的碱性物质与空气中二氧化碳互相发生作用，混凝土的性能、组织及成分产生了变动，降低了其使用功能。碳化会使混凝土的碱性下降，对钢筋表面的钝化膜造成破坏，极易腐蚀钢筋。此外，混凝土碳化会使混凝土的收缩加剧，破坏结构及裂缝。衡量钢筋混凝土结构是否可靠的重要指标就是混凝土的碳化程度。
1.3 化学物质的侵蚀
化学物质的侵蚀属对混凝土结构耐久性造成影响的几个因素中较复杂的因素，如在“哈大客专”的施工中就有跨越海滩的桥梁和在辽阳地区的化工厂，一般而言，其侵蚀类型包括下列几种：
1.3.1 硫酸盐侵蚀破坏
硫酸盐往往指的是硫酸镁和硫酸钠等，当水泥中氢氧化钙和硫酸盐溶液产生相互的化学作用时，由此产生的硫铝酸钙及石膏的体积膨胀，混凝土发生胀裂且渐渐剥蚀甚至被破坏，又如水泥和硫酸镁发生化学反映后生成的Mg(OH)2，能够使水泥石碱度下降造成分解性腐蚀。
1.3.2 酸性物质会侵蚀混凝土中的水泥化合物，氢氧化钙转变为可溶性钙盐，降低混凝土的强度进而使其崩解。
1.3.3 碱的侵蚀破坏。混凝土较小程度上受固体碱的侵蚀，但熔融的碱的浓溶液和碱会侵蚀水泥中的水化物，其侵蚀作用包括两类，即结晶侵蚀及化学侵蚀。结晶侵蚀是碱溶液进入混凝土的空隙而形成结晶，这些结晶能够膨胀，使混凝土出现胀裂而慢慢剥落至毁坏。化学侵蚀是水泥水化物和碱溶液相互发生化学作用，生成的产物胶结力较弱，易被碱液侵析。
2 提高混凝土耐久性的基本措施
根据前述影响混凝土耐久性的几个方面和在“哈大客专”现场施工的经验，提高混凝土耐久性的技术措施的基本原则是首先一定要使混凝土防裂性及密实性提升，如选用的外加剂若效果较好且质优，则很大程度上可使水灰比(或水胶比)降低，确保水泥用量充足，且设计及施工必须科学合理。
2.1 提高混凝土抗冻能力
质量较好的引引气或气剂减水剂，能够保证混凝土内部结构的空气含量适中和优良的气泡参数，这十分必要。在哈大客专施工中，采用的混凝土配合比为：水：水泥：碎石：砂：引气剂：粉煤灰：矿杂：减水剂=150：200：1036：870：4：100：130：13。理论及实践说明：在抗冻性能方面，不引气的高强混凝土不如引气的高强混凝土；但中、低强度的引气混凝土空气含量适中，气泡参数也比合理，抗冻性能较好。同时，配合设计合理可行，且选取的抗冻性骨料质量优良也是关键。
2.2 提高抗碳化能力
若有必要可通过将有效的覆盖层覆盖于混凝土表面等举措,将渗透进混凝土内部的CO2隔离或使其减缓，进而使混凝土的抗碳化性能大大提升。
混凝土碳化作用，准确地来讲是“碳酸气作用”，其是指碳酸气及含碳酸气的水和混凝土中的氢氧化钙相互作用而形成碳酸钙的反应。根据碳化程度可将混凝土分为外部的完全碳化区、中间的碳化反应区、内部的未碳化区三个区。每个区内的pH值、Ca(OH)2含量和CO2浓度均存在显著的区别。完全碳化区一般为酚酞酒精溶液的不变色区，pH值往往在10.5～11之间，一般而言，该区的深度就是碳化深度，可按照费克(Fick)第一定律，建立最简单的碳化深度及时间的幂函数公式：
X=at1/2
式中X——碳化深度；
a——碳化系数，环境中的CO2浓度及其在混凝土中的有效扩散对其有决定性的作用；
t——碳化时间。
目前，多数国家的学者以此公式为基础，又衍生了许多更全面的碳化深度公式，其中德国混凝土碳化公式属较简单实用：即
dK=a+VKt1/2
以及国内常采用的简化公式：
X=a·tb
式中X——碳化系数；
a，b——碳化条件系数。
上述公式中：a=2.37～9.54，b=0.3～0.6。若要按照实测的碳化深度对多年后的碳化深度进行推算，则可采用以下公式：
X=X1*(t/t1)1/2
式中X——推算若干年后混凝土的碳化深度；
X1——混凝土工程中实测的碳化深度；
t——推算的年数；
t1——对碳化深度进行实测时混凝土工程使用年数。
比照基准混凝土的抗碳化能力，来体现出对粉煤灰混凝土抗碳化性能的评价，即所谓“粉煤灰混凝土抗碳化效率系数KX”是：
KX=X′/X
式中X′——粉煤灰混凝土的碳化深度；
X——基准混凝土的碳化深度。
KX值可比1大，也可小于1。依照国内外经验，一般而言，以下几点可体现出粉煤灰混凝土的碳化深度高于基准混凝土的情况：选用的粉煤灰质量较差；过多的掺加粉煤灰，特别是再将过量粉煤灰掺入矿渣水泥中，部分水泥被等量的粉煤灰取代，有的采用粉煤灰水泥直接将普通水泥取代；一般粉煤灰混凝土标号不超过C30，水灰比高于0.6。但若不降低水泥用量，再掺加粉煤灰將部分砂子取代，此类粉煤灰就能增加混凝土抗碳化性能；此外，采取“双掺”的技术举措，即掺入减水剂及粉煤灰，还能够使粉煤灰的效用得到有效的发挥，粉煤灰的抗碳化性能得以提升，X值下降，使其小于1。
2.3 提高混凝土抗侵蚀方面
混凝土抗侵蚀性包括抵抗酸、碱和海水等的侵蚀。在提高混凝土抗侵蚀性方面，混凝土的抗裂性及密实性的作用非常重要，且在选用水泥品种方面的意义重大，往往要求水泥C3A含量不能过高，同时掺加适量的优质外加剂及混合材。
3 结束语
很多因素关系到混凝土结构的耐久性，甚至某些情况下多种影响因素叠加，这对研究技术及工作制造了更大的难度。所以，一定要关注混凝土结构耐久性的设计及施工，在使用阶段注意加强维护及管理混凝土结构，以使混凝土结构的耐久性得以提升。