混凝土結構耐久性探析

摘 要： 本文從建筑工程角度分析了混凝土耐久性問題，并總結了提高混凝土耐久性的幾點措施。

關鍵詞： 耐久性 堿-集料反應 腐蝕 高性能混凝土

一、混凝土工程中的耐久性問題

強度和耐久性是混凝土結構的兩個重要指標，以往工程中習慣上只重視混凝土的強度或片面追求高強度而忽視混凝土的耐久性。耐久性是使用期內結構保證正常功能的能力，關系結構物的使用壽命，隨著結構物老化和環境污染的加重，混凝土耐久性問題已引起起了各主管部門和廣大設計、施工部門的重視。

有調查表明，國內大多數工業建筑在使用25—30年后即需大修，處于嚴酷環境下建筑物的使用壽命僅15—20年，橋梁、港口等基礎設施工程尤其嚴重。許多工程建成幾年后就出現鋼筋銹蝕、混凝土開裂。有專家指出，我國基礎設施工程建設的高潮還將延續，而由于忽視耐久性問題，迎接我們的將會是大修的高潮，其耗費將倍于工程建設時的投資，而其原因往往是由于混凝土耐久性不足引起的。

二、混凝土結構耐久性影響因素及分析

混凝土耐久性問題，是指在所使用的環境下，由于內部原因或外部原因引起的機構長期演變，最終使混凝土喪失使用能力，即所謂的耐久性失效。耐久性失效的原因很多，有抗凍失敗、堿-集料反應失效、化學腐蝕失效、鋼筋銹蝕造成結構破壞等，下面作具體分析：

1.混凝土的凍融破壞

當結構處于冰點以下環境時，部分混凝土內孔隙中的水將結冰，產生體積膨脹，過冷的水發生遷移，形成各種壓力，當壓力達到一定的程度，導致混凝土的破壞。混凝土發生凍融破壞的最顯著特征是表面剝落，嚴重時可以露出石子。

混凝土的抗凍性能與混凝土內部的孔結構和氣泡含量多少密切相關。孔越小，破壞作用越小；封閉氣泡越少，抗凍性能越好。

影響混凝土抗凍性的因素，除了孔結構和含氣量外，還包括混凝土的飽和度、水灰比、混凝土的齡期、集料的孔隙率及其間的含水率等。

2.混凝土的堿-集料反應

混凝土的堿-集料反應，是指混凝土中的堿與集料中活性組分發生的化學反應，引起混凝土的膨脹、開裂、甚至破壞。因反應的因素在混凝土內部，其危害作用往往不能根治，是混凝土工程中的一大隱患。許多國家因堿-集料反應不得不拆除大壩、橋梁、海堤和學校等，造成巨大的損失。國內工程中也有堿-集料反應損害的類似報道，一些立交橋、鐵道軌枕等發生不同程度的膨脹破壞。

混凝土堿-集料反應需要具備三個條件，即有相當數量的堿，相應的活性集料，水分。反應通常有三種類型：堿-硅酸鹽反應、堿-碳酸鹽反應、慢膨脹型堿-硅酸鹽反應。避免堿-集料反應的方法可采用：(1)盡量避免采用活性材料；(2)限制混凝土的堿含量；(3)摻用混合材。

3.化學侵蝕

當混凝土結構處在有侵蝕性介質作用的環境時，會引起水泥石發生一系列化學、物理與物化變化，而逐步受到侵蝕，嚴重的使水泥石強度降低，以至破壞。常見的化學侵蝕可分為淡水腐蝕、一般酸性水腐蝕、碳酸腐蝕、硫酸腐蝕、鎂鹽腐蝕五類。淡水的沖刷，會溶解水泥石中的組分，使水泥石孔隙增加，密實度降低，從而進一步造成對水泥石的破壞。研究表明，當水泥石中的氧化鈣溶出5%時，強度下降7%，當溶出24%時，強度下降29%。因此，淡水沖刷會對水工建筑有一定影響。當水中溶有一些酸類時，水泥石就受到溶淅和化學溶解雙重作用，腐蝕明顯加速，這類侵蝕常發生在化工廠。碳酸對混凝土的影響主要為：在溶淅水泥石的同時，破壞混凝土內的堿環境，降低水泥水化反應的穩定性，影響水泥石的致密度，造成對混凝土的侵蝕。硫酸鹽的腐蝕則表現為SO、SO離子深入混凝土內與水泥組分反應，生成物體積膨脹開裂造成損壞。但主要是由于鎂鹽使硬化水泥石的結構分解，同時硫酸鹽作用會造成對水泥石的損壞，而氧化鎂沉淀會堵塞混凝土孔隙，會使海水侵蝕有所緩和。

4.鋼筋的銹蝕

鋼筋的銹蝕，其一，表現為鋼筋在外部介質作用下發生電化反應，逐步生成氫氧化鐵等即鐵銹，其體積比原金屬增大2—4倍，造成混凝土順筋裂縫，從而成為腐蝕介質滲入鋼筋的通道，加快結構的損壞。氫氧化鐵在強堿溶液中會形成穩定的保護層，阻止鋼筋的銹蝕。但堿環境被破壞或減弱，則會造成鋼筋的銹蝕，如混凝土的碳化或中性化。造成混凝土碳化和中性化的原因，主要是混凝土的密實度即抗滲性不足，酸性氣體(CO 、SO 、H S、HCl、NO )滲入混凝土內與氫氧化鈣作用。其二，氯離子對鋼筋表面鈍化膜有特殊的破壞作用，當混凝土開裂，造成水和氧的通道，則鋼筋銹蝕加速，促成混凝土縫隙進一步開裂，混凝土保護層剝落，最終使結構失去承載力。其三，鋼筋在拉應力和腐蝕性介質共同作用下形成脆性斷裂，這種破壞可在較低拉應力和微弱介質作用下產生。其四，鋼筋的氫脆現象，即預應力筋的酸性與微堿性的介質中發生脆性斷裂，鋼筋在腐蝕過程中會產生少量氫氣，當鋼筋內部存在缺陷，氫以原子形式滲入鋼筋內部并生氫分子時，會產生很大壓力，出現鼓泡現象，使鋼筋脆化。

三、提高混凝土耐久性的措施

從上述分析可知，混凝土的外部環境、內部孔結構、原料、密實度和抗滲性是混凝土耐久性能的重要因素。因此，工程中應根據具體情況，有針對性地采取相應措施，提高混凝土的耐久性。

1.原材料的選擇

（1）水泥水泥類材料的強度和工程的性能，是通過水泥沙漿的凝結、硬化形成的。水泥石一旦受損，混凝土的耐久性就被破壞。因此水泥的選擇需注意水泥品種的具體性能，選擇堿含量小、水化熱低、干縮性小，耐熱性、抗水性、抗腐蝕性、抗漿性能好的水泥，并結合具體情況進行選擇。水泥強度并非是決定混凝土強度和性能的唯一標準，用較低的標號水泥同樣可以配制高標號混凝土。

（2）集料與摻合料集料的選擇要考慮到堿活性（防止堿-集料反應造成的危害)、集料的耐蝕性和吸水性，同時選擇合理的級配，改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土密實度。大量研究表明摻粉煤灰、礦渣、硅粉等混合材能有效改善混凝土的性能，改善混凝土內部孔結構，因而摻混合物材是提高混凝土耐久性的有效措施。

2.混凝土的設計應考慮耐久性的要求

（1） 混凝土配合比設計在滿足混凝土強度、工作性能的同時應考慮盡量減少水泥用量和用水量，降低水化熱，減少收縮裂縫，提高密實度，采用合理的減水劑和引氣劑，改善混凝土內部結構。摻入足量的混合料可提高混凝土的耐久性能。

（2）結構構件應按其使用環境設計相應的混凝土保護層厚度，預防外界介質滲入內部腐蝕鋼筋。

（3）結構的節點構造設計也應考慮構件受局部損壞后的整體耐久能力。

（4）結構設計上應控制混凝土裂縫開裂寬度。

3.混凝土工程施工應考慮結構耐久性

混凝土的拌制盡量采用二次攪拌法、裹砂法、裹砂石法等工藝，提高混凝土拌合料的和易性、保水性，提高混凝土的強度，減少用水量。大體積的混凝土的澆筑震搗應控制混凝土的溫度裂縫、收縮裂縫、施工裂縫，建立混凝土的澆筑震搗制度，提高混凝土密實度和抗滲性，重視混凝土震搗后的表面工序，并加強養護，以減少混凝土裂縫。混凝土的施工過程對控制構件外觀裂縫、施工裂縫至關重要，應加強施工質量管理，特殊季節施工的混凝土結構應采取特殊措施。

4.結構的日常維護

結構在使用階段，應注意檢測，維護和修理。對處于露天和惡劣環境下的基礎設施工程應建立檢測和評估體系，及時發現，及時修理，確保混凝土結構的正常使用。

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