混凝土性能对结构耐久性与安全性的影响[摘要]由于混凝土从干硬性向塑性转变,离析、沉降与泌水明显加剧,引起匀质性和稳定性下降;由于早强水泥和高效减水剂广泛应用,混凝土凝固和硬化强度发展迅速,初期收缩变形受约束产生很大的弹性拉应力得不到松弛则产生开裂,这两方面原因严重地影响处于侵蚀性环境混凝土结构的耐久性和安全性,迫切需要提高对这一问题的认识,并落实到设计、施工、材料各方面,使混凝土结构基础设施建设在新世纪能够可持续地发展。[关键词]拌合物的稳定性;早强混凝土;开裂性能;耐久性评价;耐久性设计1概述改革开放以来,我国的基础设施建设进入了高潮期,带动国民经济的高速发展,取得的成就举世瞩目。但是这一期间修建的许多混凝土结构,包括桥梁、道路、隧道、港口、大坝、建筑物等,在建期间或建成不长时间后出现可见裂缝,影响外观、影响在侵蚀性环境中运行结构的耐久性,还使一些结构的使用功能受到影响。工作环境严酷的结构物,例如桥梁与桥面板、路面板、隧道衬砌和海港工程,特别是水位变动区的部位等,影响尤其严重。前年笔者到某省出差,听该省交通科研所负责人说起该省近些年修建的水泥路面高等级公路“三年以内不坏的很少”!花费大量人力、物力修建的公路损坏得如此迅速,实在令人震惊。正因为如此,包括他们在内的一些省区已经放弃利用当地丰富原材料资源修建水泥路面发展公路交通建设的方向,改从国外、省外购买原料铺筑沥青路;大量损坏的桥面板、路面板上也加罩沥青混凝土面层。为什么这些年来修建的混凝土结构劣化得如此迅速呢?多数人将其归结为施工人员的素质下降,导致施工质量出现问题,包括混凝土生产、混凝土浇筑与振捣和养护等各方面;对于水泥路面的迅速损坏,则常常归因为个体运输户超载所造成。然而,无论是设计、施工、监理人员,还是混凝土材料的科研和生产人员,大都忽视了一个非常重要的原因,那就是水泥混凝土组成和性能变化带来的影响。2水泥混凝土技术的进展20世纪近50年来,我国的水泥混凝土技术可以大致分为三个阶段:50～60年代前半期当时国内的水泥产量少、生产技术落后,水泥中所含早强矿物(硅酸三钙)少、粉磨细度小;加之在计划经济体制下,水泥厂为了完成产量定额指标,在产品里掺入比例不小的混合材,因此生产供应的水泥活性小、标号低。从经济角度出发,最大限度地节约水泥是当时生产与使用混凝土的重要考虑出发点,所以在配制时,为了满足并不高的设计强度,仍然需要水灰比尽量低;粗骨料的最大粒径越大越好、砂率越小越好,因此从搅拌机出来的拌合物一般都很干涩,即使被称为塑性混凝土的拌合物,也只有20ｍｍ左右的坍落度,使运送、浇筑和振捣等操作都比较困难。但是,正因为这个时期使用的是干硬性的混凝土拌合物,水泥的早期强度发展缓慢,因此稳定性较好(离析、泌水少),硬化混凝土的裂缝少,耐久性相对较好。例如河北秦皇岛一带当时修筑的水泥混凝土路面、天津港口防波堤使用的混凝土块,几十年后仍然保持尚好;混凝土的后期强度发展幅度也比较大,如在七、八十年代去检测那个时期修建的强度只有20ＭＰａ的屋架,发现强度都翻了一番以上。20世纪70～80年代由于文化大革命期间疏于管理,且因为新施工工艺,尤其是泵送工艺和混凝土路面真空吸水工艺的应用;混凝土外加剂,尤其是高效减水剂的应用,以及易于浇捣、加快施工速度、缩短工期的需要,混凝土拌合物逐渐从干硬向塑性转变,坍落度由0～20ｍｍ增大到180ｍｍ甚至更大。虽然因为减水剂对水泥有较强烈的分散作用,水灰比可以保持不变或有所降低,但拌合物的匀质性和稳定性仍然明显变差,在运输、浇筑和振捣过程以及成型后都容易出现离析、沉降、泌水现象,从而在骨料与水泥浆的界面,或者钢筋与混凝土的界面形成薄弱的过渡区,混凝土硬化后,尤其在这一区域,形成大量孔隙与微裂缝。20世纪90年代以后,由于许多大型结构物,尤其是高层建筑物和大跨桥梁的兴建,混凝土设计等级提高,而大剂量高效减水剂以及矿物掺合料,例如硅粉等的复合应用,使水灰比(水胶比)可以大幅度降低,配制生产出来的拌合物强度发展迅速,满足了工程施工对高早强混凝土的需求。这一时期,水泥混凝土技术还发生了一系列重大的变化,包括水泥中的早强矿物(硅酸三钙)增多...
