夏燕，江波
(江漢大學城建環保系，湖北武漢430019)
［摘要］通過對粉煤灰混凝土耐久性的幾個技術指標的討論和評價，明確了影響混凝土耐久性的決定因素及其對混凝土耐久性的影響程度。［關鍵詞］混凝土耐久性；抗凍性；引氣量；碳化深度［中圖分類號］tu528.2［文獻標識碼］a［文章編號］1002-3550(2000)10-0045-03
0引言國內外應用粉煤灰混凝土已有幾十年的歷史，隨著粉煤灰混凝土的廣泛應用，人們對粉煤灰混凝土的耐久性越來越重視，對粉煤灰混凝土耐久性的評價也顯得越來越重要。本文就粉煤灰混凝土耐久性的幾個主要指標如：抗碳化能力、抗凍性、鋼筋鏽蝕、抗滲性等方面進行評價和必要的討論。
1抗碳化能力
混凝土碳化作用是指碳酸氣或含碳酸氣的水與混凝土中的氫氧化鈣作用生成碳酸鈣的反應，準確地說，應是「碳酸氣作用」。一般按碳化程度，混凝土可劃分為三個區，靠外部的完全碳化區；內部的未碳化區；中間的碳化反應區。各區中co2濃度、ca(oh)2含量、ph值明顯不同。
完全碳化區基本上就是酚酞酒精溶液的不變色區，一般取ph值為10.5～11作為界限，碳化深度通常指該區的深度，根據費克(fick)第一定律，可建立最簡單的碳化深度與碳化時間的冪函式公式：
x=at1/2
式中x——碳化深度；
a——碳化係數，取決於環境中的co2濃度及其在混凝土中的有效擴散；
t——碳化時間。
現在，許多國家的學者在此公式的基礎上發展了不少更為全面的碳化深度公式，其中比較簡單實用的公式要數德國混凝土碳化公式：即
dk=a+vkt1/2
以及國內常採用的簡化公式：
x=a·tb
式中x——碳化係數；
a,b——碳化條件係數。
西安冶金建築學院張令茂提出上述公式中：a=2．37～9．54，b=0．3～0．6。
如果要根據實測的碳化深度來推算若干年後的碳化深度，則可用如下公式：
x=x1*(t/t1)1/2
式中x——推算若干年後混凝土的碳化深度；
x1——混凝土工程中實測的碳化深度；
t——推算的年數；
t1——實測碳化深度時，混凝土工程使用年數。
至於對粉煤灰混凝土抗碳化能力的評價，是通過與基準混凝土的抗碳化能力進行對比表現出來的，即所謂「粉煤灰混凝土抗碳化效率係數kx」是：
kx=x′/x
式中x′——粉煤灰混凝土的碳化深度；
x——基準混凝土的碳化深度。
kx值可大於1，也可降到1以下。根據國內外經驗，發現粉煤灰混凝土的碳化深度大於基準混凝土的往往是在以下幾種情況下發生的：使用質量較低的粉煤灰；粉煤灰摻量過大，尤其是礦渣水泥再摻大量的粉煤灰，粉煤灰等量取代部分水泥，或直接用粉煤灰水泥取代普通水泥；粉煤灰混凝土標號較低，一般都在c30以下，水灰比較大，在0.
6以上。但如果水泥用量不減少，再外摻粉煤灰取代部分砂子，這樣的粉煤灰混凝土抗碳化能力就可以增加；同時摻用粉煤灰和減水劑，即採用「雙摻」的技術措施，還可以更好地發揮粉煤灰的效應，保證提高粉煤灰的抗碳化能力，使x值降到1以下。
2抗凍性
國外常用快速凍融試驗測定混凝土的抗凍性，以「耐久性係數(簡稱df)」作為其抗凍性指標，並用共振頻率法測定凍融後混凝土試件的劣化程度。根據astm c 666的規定，最大的凍融迴圈次數為300，df可按下式計算：
df=pn／m
式中p——在n次凍融迴圈時的相對動彈性模量(即與原來的動彈性模量對比)；
n——p降至60%的凍融迴圈數，如p降不到60%，則凍融迴圈數n取300；
m——最終凍融迴圈數，即300。
耐久性係數df可反應肉眼無法鑑別的混凝土凍融劣化程度。我國也是採用300次凍融試驗測定粉煤灰混凝土的抗凍性，根據實驗結果，可得出如下結論：(1)混凝土的抗凍能力隨粉煤灰摻量的增加而降低；(2)混凝土的引氣量和強度是影響普通混凝土和粉煤灰混凝土抗凍性的決定性因素。
滿足抗凍性要求的引氣量取決於相應的混凝土強度等級。混凝土強度越高，滿足抗凍性所必需的引氣量越低。(3)對於引氣量小於3．5%的粉煤灰混凝土和普通混凝土，其水灰比對於抗凍性有著顯著的影響，水灰比越小，抗凍性越好。
可是，如果混凝土中已具有足夠的引氣量，則其水灰比對於混凝土的抗凍性的影響不大。
至於對粉煤灰混凝土抗凍性的評價，國內外採用相對耐久性係數(簡稱rdf)為評價指數。rdf的計算公式為：
rdf=df′／df
df——基準混凝土的耐久性係數；
df′——粉煤灰混凝土的耐久性係數。
如果試驗室的條件較差，無法測定混凝土的耐久性係數，則也可採比較簡單的一定的凍融迴圈後比值，也可叫作「粉煤灰抗凍效率係數km」來評價：
km=sm′/sm
式中sm′——一定的凍融迴圈後粉煤灰混凝土的強度損失(%)；
sm——相同凍融迴圈後基準混凝土的強度損失(%)。
3鋼筋鏽蝕
鋼筋鏽蝕部分的體積膨脹2～3倍，能使混凝土脹裂或剝落。近幾年來世界各地頻繁發生的鋼筋混凝土耐久性質量事故，多半是鋼筋鏽蝕造成的。一般來說，鋼筋鏽蝕可分為四類：
①碳化作用，使鋼筋鈍化膜失去了存在的條件；②電化學侵蝕，使混凝土喪失護筋性；③氯化物等的侵蝕，氯離子、硫酸根離子及硫離子等都是能破壞鋼筋鈍化膜的有害成分，其中，以氯離子的破壞最為劇烈。如台灣省澎湖列島的預應力混凝土大橋的混凝土嚴重劣化，主要是氯離子侵蝕；④應力腐蝕斷裂，一般的應力腐蝕斷裂是指在拉應力和侵蝕介質共同作用下，陽極反應的脆性斷裂，另一種形式是由於陰極反應，氫離子的還原反應，發生高應力的脆性斷裂。
鋼筋鏽蝕開始於擴充套件階段。只要混凝土保護層上無裂縫，那麼鋼筋鏽蝕過程就是：混凝土完全碳化以後，鋼筋失去鈍化膜的保護，隨著水分和氧的入侵，鋼筋表面逐漸鏽蝕。
如果保護層混凝土上出現裂縫，那麼即使保護層混凝土尚未完全碳化，鋼筋也會鏽蝕，同時裂縫的出現也會加速碳化，微裂縫處要比較寬的裂縫處的混凝土碳化慢些，但是氧在混凝土裂縫的擴散幾乎與裂縫的寬度無關，而氧是碳化的必備條件之一。因此粉煤灰改善混凝土的體積變化的效能，使混凝土避免出現裂縫和微裂縫，其意義與增強抗碳化能力，對護筋性同樣重要。
粉煤灰混凝土的鋼筋鏽蝕如同碳化一樣，可建立鋼筋鏽蝕面積和時間的如下關係：
a=a×t1/2+b
式中a——鋼筋鏽蝕面積；
t——侵蝕時間；
a,b——常數。
4鹼—集料反應
很多國家和地區由於天然集料資源貧乏或受到開採條件的限制，只能就地取材採用含活性氧化矽成分較高的石料，如果又使用鹼總含量大於0.6%的水泥，則活性集料與水泥中的鹼物質反應時將發生體積膨脹，導致混凝土脹裂，這種現象叫鹼—集料反應。發生鹼—集料反應的混凝土裂縫中一般都充滿白色膠體，表面裂縫中常有凝膠體流出，乾燥時膠體變成白色沉澱，骨料顆粒周圍出現反應環。
典型的鹼—集料反應有加拿大博赫爾洛依斯水電站，該站位於魁北克省，靠近聖路易湖。早在2023年就發現該站南部壩體因出現開裂縫而滲漏，其後在進水系統和辦公大樓均發現開裂和變形。該電站所用集料為波次坦組砂岩(potsdam sandstone)，石英含量為95%。
石英顆粒被矽質物質所膠結，膠結物為玉髓質sio2，岩石中還含有少量方解石長石白雲石雲母黃鐵礦鋯英石和隧石；水泥鹼含量估計為1%。根據durand的資料表明，在魁北克水利局屬480個大壩中有30%受鹼—集料破壞，6%無問題，另外64%未詳細調查。
英國建築研究院的系統試驗結果認為：任何波特蘭水泥中摻加不少於30%的粉煤灰，都足以減少鹼—集料反應的危險性。但美國學者研究都認為，一些高鈣粉煤灰中含有大量的硫酸鹽鹼類，摻用這類粉煤灰就象使用高鹼波特蘭水泥一樣，反而會促進鹼—集料反應。
至於粉煤灰抑制鹼—集料反應的評價，國外大都參照美國astmc441標準關於防止由於鹼—集料反應引起較大的膨脹而規定的試驗方法。試驗時，規定在高鹼水泥中摻加25%粉煤灰，並用標準砂作集料製作砂漿試驗，養護後再按astmc227規定的方法測定膨脹率，並與不摻粉煤灰的水泥如法製作的試件進行對比。試驗的結果，可用粉煤灰抑制鹼—集料反應的效率係數kaar來表示，即kaar=e′/e
式中e′—粉煤灰混合砂漿試件的膨脹率；
e—基準高鹼水泥砂漿試件的膨脹率。
5結束語
粉煤灰混凝土的耐久性問題是乙個綜合性問題，其中抗凍性和抗碳化能力是粉煤灰混凝土關於耐久性兩個重要的方面，本文通過一系列的理**式論述了影響粉煤灰混凝土耐久性的幾個因素，如粉煤灰摻量；引氣量；強度；裂紋等等，同時，將粉煤灰混凝土與基準混凝土對比，對粉煤灰混凝土的耐久性作出了評價。
［參考文獻］
［1］《混凝土與水泥製品》，1999no4，張德思成秀珍編寫「粉煤灰混凝土的抗凍融耐久性」，第8-10頁.
［2］astm c666-84，standard test method for resistance of concrete to rapidfreezing and thawing,1984 annual
book of astm standards,(04.02);403-410.
［3］沈旦申編《粉煤灰混凝土》，中國鐵道出版社，1989.第212-233頁.
［作者簡介］夏燕(1966-)，女，講師，無機非金屬材料專業。
［單位位址］武漢蔡家田江漢大學城建環保系(430019)
粉煤灰在混凝土中的作用
4 摻粉煤灰可降低混凝土的水化熱 混凝土中水泥的水化反應是放熱反應，在混凝土中摻入粉煤灰由於減少了水泥的用量可以降低水化熱。水化放熱的多少和速度取決於水泥的物理 化學效能和摻入粉煤灰的量，例如，若按重量計用粉煤灰取代30 的水泥時，可使因水化熱導致的絕熱溫公升降低15 左右。眾所周知，溫度公升高時水...
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再生混凝土的耐久性及其改善措施
摘要 在大量文獻研究的基礎上，本文較為全面地綜述和分析了再生混凝土的耐久特徵及其改善措施，主要包括再生混凝土的抗滲性 抗凍融性 抗硫酸鹽侵蝕性 碳化以及氯離子滲透性和耐磨性。研究表明，總體來講，再生混凝土的耐久性較普通混凝土差。但是，通過減小水灰比 摻加粉煤灰 採用二次攪拌工藝 減小再生骨料最大粒徑...