淺談鋼筋混凝土耐久性的影響因素及對策

孫文東

1混凝土耐久性的概念

混凝土耐久性是指混凝土在設計壽命周期內，在正常維護下，必須保持適合于使用，而不需要進行維修加固，即指混凝土在抵抗周圍環(huán)境中各種物理和化學作用下，仍能保持原有性能的能力。混凝土工程的耐久性與工程的使用壽命相聯系，是使用期內結構保持正常功能的能力，這一正常功能不僅僅包括結構的安全性，而且更多地體現在適用性上。混凝土耐久性主要包括以下幾方面：一是抗?jié)B性。即指混凝土抵抗水、油等液體在壓力作用下滲透的性能。二是抗凍性。混凝土的抗凍性是指混凝士在飽水狀態(tài)下，經受多次抵抗凍融循環(huán)作用，能保持強度和外觀性的能力。三是抗侵蝕性。混凝土暴露在有化學物質的環(huán)境和介質中，有可能遭受化學侵蝕而破壞。

2影響混凝土耐久性的主要因素

一般混凝土工程的使用年限約為50年至100年，但實際中有不少工程在使用10年至20年，有的甚至在使用幾年后即需要維修，這就是由于混凝土耐久性低造成的。影響混凝土耐久性的原因錯綜復雜，除去社會因素、人為因素外，技術方面的主要因素有以下兩點。

(1)混凝土的碳化√L乎所有混凝土表面都處在碳化過程中。它是空氣中CO，與水泥石中的堿性物質相互作用，使其成分、組織和性能發(fā)生變化，使用機能下降的一種很復雜的物理化學過程。混凝土碳化本身對混凝土并無破壞使用，其主要危害是使混凝土失去對鋼筋的保護作用，使混凝土中鋼筋銹蝕，混凝土的碳化還會加劇混凝土的收縮，這些都可能導致混凝土的裂縫和結構的破壞。

(2)混凝土的凍融破壞。混凝土毛細孔的自由水就是導致混凝土遭受凍害的主要因素，因為水遇冷凍結成冰后會發(fā)生體積膨脹，引起混凝土內部結構的破壞。當混凝土處于飽水狀態(tài)時，毛細孔中的水結冰，膠凝孔中的水處于過冷狀態(tài)，這樣使得膠凝孔中的水向毛細孔中冰的界面處滲透，于是在毛細孔中又產生一種滲透壓力。此外，膠凝孔向毛細孔滲透的結果必然使毛細孔中冰的體積進一步膨脹。

3預防的措施

針對影響混凝土耐久性的因素，采取的措施多種多樣，歸納起來主要有以下幾點。

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提高混凝土抗碳化能力。碳化對混凝土結構耐久性影響主要是使混凝土堿度降低，進而鋼筋脫鈍、銹蝕。為此必須減小、延緩混凝土的碳化。鋼筋外留下足夠的混凝土保護層厚度是簡單有效的方法。混凝土配合比將影響碳化速度，足夠的水泥用量、降低水灰比、采用減水劑都可減緩碳化速度。此外，提高混凝土密實性、增強抗?jié)B性、對混凝土采用覆蓋面層等措施可減緩或隔離CO_{2向混凝土內部滲透，大大提高混凝土抗碳化能力。}

防止混凝土的凍融破壞。凍融破壞在我國北方寒冷地區(qū)大量出現。防止凍融破壞主要措施是降低水灰比、使用引氣技術。但是，由于引入空氣微泡會降低混凝土強度，加之市場上引氣劑品種繁多，質量參差不齊，故在工程使用時應慎重選用。

預防侵蝕性介質的腐蝕。在我國侵蝕性介質對混凝土結構危害最嚴重的應是氯鹽的影響。提高混凝土抗氯離子滲透能力的措施是限制水灰比，保證最低水泥用量以確保堿度，摻入適量優(yōu)質摻和料(粉煤灰、磨細礦渣、硅灰)等。

減輕混凝土堿集料反應。混凝土堿集料反應危害很大，而且一旦發(fā)生很難修復。但在我國由于堿集料反應引起開裂的實例很少見。這是因為我國混凝土強度等級較國外低，水泥用最少，總堿量低。另外，我國水泥中普遍摻有15％以上碎礦渣、粉煤灰、沸石粉等混合料，有效抑制了可能發(fā)生的堿集料反應。但隨著混凝土強度提高，水泥用量增加，同時水泥生產工藝的改變，混凝土含堿量已在明顯提高。由于大量基建項目的興建，骨料來源減少，劣質骨料可能被采用，施工隊伍素質等問題也將提高堿集料反應幾率，故應采取有效預防措施。當混凝土使用有堿活性反應的骨料時，配合比必須控制混凝土中的總堿含量以保證混凝土的耐久性。粉煤灰能抑制堿集料反應，但是如摻量小于10％，有時反而會增加膨脹。外加劑特別是早強劑帶來高含量的堿。我國目前僅外加劑提供的堿量有時竟高于國外限制混凝土總堿量，如復合早強劑(硫酸鈉、氧化鈉，氧化鈣、亞硝酸鈉為主要成分)帶入混凝土的堿為3.13kg／m³～6.80kg／m³，早強減水劑帶人堿為1.31kg／m³～3.93kg／m³。目前，混凝土施工常因工期要求摻人早強劑等外加劑，為預防堿集料反應，在設計上應對外摻劑的使用提出要求。

鋼筋銹蝕的預防。對鋼筋銹蝕問題，可以采用的表面保護措施有：環(huán)氧涂層鋼筋，采用靜電噴涂環(huán)氧樹脂粉末工藝在鋼筋表面形成一定厚度的環(huán)氧樹脂防腐涂層，這種鋼筋保護層即使氯離子、氧等大量侵入混凝土時也能長期保護鋼筋使其免遭腐蝕。另外，在混凝土表面涂層也是簡便有效的方法，涂料應是耐堿、耐老化和與鋼筋表面有良好附著性的材料。此外，自20世紀60年代至70年代起，國內外都開始在混凝土拌和物中摻人亞硝酸鈉作為預防惡劣條件下鋼筋腐蝕的補充措施。

另外，還可摻加高效減水劑。在保證混凝土拌和物所需流動性的同時，盡可能降低用水量，減小水灰比，使混凝土的總孔隙率，特別是毛細孔隙率大幅度降低。摻入高效活性礦物摻料，如硅灰、粉煤灰等，改善混凝土中水泥石的膠凝物質的組成，使水泥石結構更為致密，有效地阻斷可能形成的滲透通道，提高混凝土強度，增強混凝土自身抵抗環(huán)境侵蝕破壞的能力等。

要提高混凝土的耐久性，必須從抵抗力和作用力兩個方面人手。增加抵抗力就能抑制或延緩作用力的破壞。因此提高混凝土的強度和密實性常常有利于耐久性的改善，其中密實性尤為重要，因為孔縫常是破壞因素進入混凝土內部的途徑，所以混凝土的抗?jié)B性和抗凍性密切相關。另一方面通過改善環(huán)境以削弱作用力，也能提高混凝土的耐久性。此外，還可采用外加劑，謹慎選擇水泥和集料，摻加聚合物，使用涂層材料等，來有效地改善混凝土的耐久性，延長混凝土工程的安全使用期。

耐久性是一項長期性能，而破壞過程又十分復雜。因此，要較準確地進行測試及評價，還存在著不少困難。現在只是采用快速模擬試驗，對在一個或少數幾個破壞因素作用下的一種或幾種性能變化。進行對比并加以測試的方法還不夠理想，評價標準也不統一，對于破壞機理及相似規(guī)律更缺少深入的研究，因此到目前為止，混凝土的耐久性還難于預測。除了試驗室快速試驗以外，進行長期暴露試驗和工程實物的觀測。從而積累長期數據，將有助于耐久性的正確評定。