淺談混凝土結構的耐久性

摘要:混凝土結構是應用非常廣泛的一種結構形式，但是由于其材料自身和使用環境的特點，使得混凝土結構存在嚴重的耐久性問題，這已經給各國帶來了巨大的經濟損失和財政負擔。本文通過介紹混凝土結構耐久性現狀，對當前施工中混凝土結構的設計中存在的耐久性問題進行分析，提出了影響混凝土結構耐久性的因素并指出了在施工中常見的提高混凝土結構耐久性的措施，同時結合現階段我國的實際情況，對現階段我國設計施工中存在的一些缺陷進行了思考。

關鍵詞:混凝土 結構 耐久性

1 混凝土結構耐久性現狀

大多數土建結構由混凝土建造，混凝土結構的耐久性是當前困擾土建基礎設施工程的世界性問題，長期以來，人們一直以為混凝土應是非常耐久的材料，直到70年代末期，發達國家才逐漸發現原先建成的基礎設施工程在一些環境下出現過早損壞。美國許多城市的混凝土基礎設施工程和港口工程建成后不到二、三十年甚至在更短的時期內就出現劣化。

我國建設部于80年代的一項調查表明，國內大多數工業建筑物在使用25～30年后即需大修，處于嚴酷環境下的建筑物使用壽命僅15～20年。民用建筑和公共建筑的使用環境相對較好，一般可維持50年以上，但室外的陽臺、雨篷等露天構件的使用壽命通常僅有30～40年。橋梁、港口等基礎設施工程的耐久性問題更為嚴重，由于鋼筋的混凝土保護層過薄且密實性差，許多工程建成后幾年就出現鋼筋銹蝕、混凝土開裂。海港碼頭一般使用十年左右就因混凝土順筋開裂和剝落，需要大修。因此砼的耐久性問題已經成為一個急需解決的問題。

2 影響混凝土耐久性的因素

混凝土耐久性是指結構在規定的使用年限內，在各種環境條件作用下，不需要額外的費用加固處理而保持其安全性、正常使用和可接受的外觀能力。混凝土耐久性主要指:抗滲性、抗凍性、抗侵蝕性、碳化。現行國家標準《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)中，明確規定混凝土結構設計采用極限狀態設計方法。

2.1 混凝土的凍融破壞。當結構處于冰點以下環境時，混凝土內孔隙中的水將結冰，產生體積膨脹形成各種壓力，當壓力達到一定程度時，導致混凝土的破壞.混凝土發生凍融破壞的最顯著的特征是表面剝落，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。孔越少越小，破壞作用越小，封閉氣泡越多，抗凍性越好。

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。

2.2 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。國內外因堿-集料反應不得不拆除大壩、橋梁、海堤和學校的事件并不在少數。混凝土堿-集料反應需具備三個條件:相當數量的堿;相應的活性集料;水分。避免堿-集料反應的方法可采用:盡量避免采用活性集料;限制混凝土的堿含量;摻用混合材。

2.3 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、硫酸鹽腐蝕、鎂鹽腐蝕等幾類，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;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;碳酸在溶淅水泥石的同時，破壞混凝土內的堿環境，降低水泥水化產物的穩定性，影響水泥石的致密度，造成損壞。

2.4 鋼筋的銹蝕。鋼筋的銹蝕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，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。混凝土碳化和中性化主要是由于混凝土的密實度即抗滲性不足，酸性氣體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;其三，鋼筋在拉應力和腐蝕性介質共同作用下形成的脆性斷裂;其四，鋼筋的氫脆現象，即預應力筋在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，會產生很大壓力，出現鼓泡現象，使鋼筋脆化。

3 提高混凝土耐久性措施

3.1 原材料的選擇。水泥類材料的強度和工程性能，是通過水泥砂漿的凝結、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、抗凍性能好的水泥，并結合具體情況進行選擇。集料的選擇應考慮其堿活性，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;摻混合材混凝土，是提高混凝土耐久性的有效措施，即近年來發展的高性能混凝土。

3.2 控制施工質量。控制施工質量主要從混凝土結構保護層的厚度控制、混凝土結構各種孔隙的控制以及水灰比控制等幾個方面進行。針對不同的腐蝕環境應設計不同的保護層厚度，如一類環境(室內正常環境)，設計使用年限為100年的結構混凝土保護層厚度應按規范的規定增加40%，混凝土結構及構件宜整體澆筑，不宜留施工縫。可以通過摻加高效減水劑，在保證混凝土拌和物所需流動性的同時降低用水量、減小水灰比，使混凝土的總孔隙率大幅度降低。

3.3 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更應如此，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。在使用中，應盡量避免結構承受超重荷載、接觸腐蝕性物質，并盡量減少凍融環境的影響。同時在結構建成后定期檢查，在結構破壞超過一定的界限后，就需要詳查破壞原因并評估是否需要維修或加固。

4 對現有混凝土結構設計施工的思考

我國的結構設計規范長期沒有設計使用年限的要求，在近幾年修訂頒布的《建筑結構設計規范》中才明確規定將建筑結構的設計年限分為四類，但這對提高混凝土結構的耐久性起不到太大的作用，雖然結構的使用年限可以通過維修延長，但結構中的個別部件不一定能夠達到設計使用年限，這在橋梁等結構中尤為明顯。例如設計使用30年的拉索往往不到20年就要更換，這無疑會大大縮短結構的使用壽命，應該在設計時加以考慮。

另外，由于我國的國情限制，我國的混凝土結構往往達不到發達國家的設計與施工水平。隨著改革開放的進行，我國的結構設計水平已經逐漸與國際接軌，但不可否認的是，我國的科技水平仍然無法與發達國家相比，在設計中也就難免有這樣那樣的問題。我國的勞動力素質普遍低下，建筑施工大多還是粗放型的建造方式，施工質量難以保證。同時，我國的建筑材料與國外也有不小的差距，例如我國的水泥質量一般要比歐洲差，隨著齡期的發展其后期性能提高可能相對較少，因此在齡期系數的取值上宜偏低取用。而這些也就使我國的混凝土結構耐久性低于國外水平。

有專家估計，我國“大干”基礎設施工程建設的高潮還可延續20年，由于忽視耐久性，迎接我們的還會有“大修”20年的高潮，這個高潮可能不用很久就將到來，其耗費將倍增于當初這些工程施工建設時的投資。

因此，我國混凝土結構工程的耐久性已成為亟待解決的重大問題，希望政府有關部門制定或修訂相關的技術政策或技術標準提供參考依據，以期適應我國現代化建設的需求，適應我國經濟轉型后面向市場經濟的需求。