正確認識混凝土，提高混凝土的耐久性

>摘要：

自從硅酸鹽水泥問世以來，在土建工程中混凝土已成為當今用途最廣、用量最大的建筑結構材料之一，它的質量直接關系到工程的質量、使用壽命以及人民的生命、財產的安全。然而，由于混凝土結構材料自身和使用環境的特點，特別是某些混凝土工程在短期內遭受嚴重破壞的慘痛教訓，混凝土結構耐久性越來越引起建筑管理部門和設計、施工部門的重視。因此提高混凝土的耐久性不僅對于發揮建筑的功能性很重要，而且從環境保護、可持續發展等角度來看同樣具有非常重要的意義。

一、混凝土的概述及分類

混凝土是指膠凝材料、水、粗、細骨料，必要時摻入一定數量的化學外加劑和礦物混合材料，按適當的比例配置，經均勻攪拌，密實成型和養護，硬化而成的人造石材。它是當代最主要的土木工程材料之一，具有原料豐富，價格低廉，生產工藝簡單的特點，因而使其用量越來越大。同時混凝土還具有抗壓強度高，耐久性好，強度等級范圍寬等特點。這些特點使其使用范圍十分廣泛，不僅在各種土木工程中使用，就是造船業，機械工業，海洋的開發，地熱工程等，混凝土也是重要的材料。混凝土可以按不同的標準分類：

（一）按膠凝材料分類

無機膠凝材料混凝土，如水泥混凝土、石膏混凝土、硅酸鹽混凝土、水玻璃混凝土等；有機膠結料混凝土，如瀝青混凝土、聚合物混凝土等。此外，無機與有機復合的膠體材料混凝土，還可以分聚合物水泥混凝上和聚合物輯靛混凝土。

（二）按表觀密度分類

混凝土按照表觀密度的大小可分為：重混凝土、普通混凝土、輕質混凝土，這三種混凝土不同之處就是骨料的不同。重混凝土是表觀密度大于2500公斤/立方米，用特別密實和特別重的集料制成的。如重晶石混凝土、鋼屑混凝土等，它們具有不透x射線和γ射線的性能；常由重晶石和鐵礦石配制而成。普通混凝土即是我們在建筑中常用的混凝土，表觀密度為1950～2500Kg/立方米，主要以砂、石子和水泥配制而成，是土木工程中最常用的混凝土品種。輕質混凝土是表觀密度小于1950公斤/立方米的混凝土。

（三）按使用功能分類

結構混凝土、保溫混凝土、裝飾混凝土、防水混凝土、耐火混凝土、水工混凝土、海工混凝土、道路混凝土、防輻射混凝土等。

（四）按施工工藝分類

離心混凝土、真空混凝土、灌漿混凝土、噴射混凝土、碾壓混凝土、擠壓混凝土、泵送混凝土等。按配筋方式分有：素（即無筋）混凝土、鋼筋混凝土、鋼絲網水泥、纖維混凝土、預應力混凝土等。

對于建筑而言混凝土是一種充滿生命力和無限潛力的材料。如今隨著混凝土組成材料的不斷發展，人們對材料復合技術認識的不斷提高。對混凝土的性能要求也不僅僅局限于抗壓強度，而是在強度的基礎上，更加注重混凝上的耐久性、變形性能等綜合指標的平衡和協調。同時，建筑設備水平的提升，新型施工工藝的不斷涌現和推廣，使混凝土技術適應了不同的設計、施工和使用要求。因此立足當前原材料，然后采用科學、合理、可行的技術線路、技術手段配制出滿足設計要求、施工工藝要求和使用要求的優質混凝土至關重要。

二、混凝土結構耐久性現狀

混凝土結構耐久性是指混凝土結構在自然環境、使用環境及材料內部因素的作用下，使設計的結構可靠性在規定的目標使用期內不低于規范要求，不需花費大量的資金維修與加固，長期保持安全強度和外觀完整性的能力。混凝土結構的設計壽命要求一般為40-50年，有的要求上百年。正由于對耐久性認識不足，我國的很多混凝土結構在使用不到20-30年，就出現了耐久性破壞，有的甚至不到5年就需要大修。這種情況之所以存在，主要是由于沒有按混凝土結構耐久性的要求正確選擇原材料的品種，施工中不遵循規章，水灰比失控及振搗、養護欠妥導致的。也不可否認，混凝土結構的設計人員偏重于從結構的承載力角度考慮問題，缺乏對混凝土結構耐久性的充分認識，也是一個重要原因。

三、混凝土結構耐久性的主要影響因素

（一）混凝土的凍融破壞

處于水和寒冷共同作用下的地區，混凝土建筑物的破壞是以凍融破壞為主要因素。混凝土的凍害是由于當結構處于冰點以下環境時，部分混凝土內空隙中的水將結冰，從而產生膨脹應力，此種膨脹應力如超過了混凝土的抗拉強度，即可導致混凝土產生破壞。混凝土的抗凍性能與混凝土內部的氣孔結構和氣泡含量多少密切相關。氣孔越少越小，破壞作用就越小，封閉氣泡越多，抗凍性就越好。影響混凝土抗凍性的因素，除了氣孔結構和含氣量外，還與混凝土的飽和度、水灰比、混凝土的齡期、集料的空隙率及其間的含水率有關。

（二）堿骨料反應

堿骨料反應也叫堿硅反應，是指混凝土中的堿性物質與骨料中的活性成分發生化學反應，引起混凝土內部自膨脹應力而開裂的現象。因堿骨料反應時間較為緩慢，短則幾年，長則幾十年才能被發現，所以堿骨料反應給混凝土工程帶來的危害是相當嚴重的。破壞形成主要有兩種：堿硅酸反應和堿碳酸鹽反應。堿硅酸反應是指堿性溶液與骨料中的硅酸類物質發生反應，形成凝膠體。堿碳酸鹽反應是水泥水化物中的堿與骨料中的碳酸鹽發生反應，骨料中的陶土礦和結晶狀巖石的存在會影響反應的加速。

（三）鋼筋銹蝕破壞

鋼筋混凝土結構是世界上應用最普遍、范圍最廣的結構形式，鋼筋銹蝕引起鋼筋混凝土結構的過早破壞，已經成為世界各國普遍關注的一大災害。在鋼筋混凝土中，混凝土為鋼筋提供了堿性環境，當保護層混凝土碳化或厚度不足時，鋼筋在一定的環境條件下將發生銹蝕，削減鋼筋的斷面同時鐵銹膨脹可引起混凝土開裂，破壞混凝土與鋼筋之間的粘結力，削弱混凝土與鋼筋的共同工作，降低結構的耐久性。鋼筋銹蝕破壞被專家明確地將排在影響混凝土耐久性因素的首位，而來自海洋環境的氯鹽和用于化冰雪的除冰鹽又是造成鋼筋腐蝕的主要原因。如韓國曾發生一系列建筑破壞、倒塌事件，其中很多也與“鹽害”有關。在我國已經發現許多海港碼頭的混凝土梁、板使用不到6年已普遍出現順筋銹脹開裂、剝落。北京、天津的許多立交橋因為冷天撒鹽化冰雪也日益暴露出嚴重的鋼筋腐蝕問題，不得不斥巨資修復。

（四）混凝土的抗滲性和抗腐蝕性

已有的研究表明，影響混凝土耐久性的各種破壞過程幾乎都與其孔隙組成有密切關系，根本上取決于混凝土的滲透性，因此獲得高耐久性與長壽命的混凝土關鍵是提高抗滲性。混凝土的抗滲性，指混凝土抵抗壓力水滲透的能力。混凝土阻礙液體向其內部流動的能力越好，混凝土的抗滲性越好。混凝土的耐久性與水和其它有害化學液體流入其內部的數量、范圍等有關，因此抗滲性能高的混凝土，其耐久性就高。同樣，混凝土的抗腐蝕性能取決于本身微觀結構，尤其是漿體的孔隙率。

由于高性能混凝土的孔結構和孔隙率較普通混凝土有明顯改善，因此與漿體中水或侵蝕介質侵入過程中有關的物理和化學侵蝕作用就會削弱。所以高性能混凝土比普通混凝土更耐久，更能抵抗環境腐蝕介質的破壞。

四、提高混凝土耐久性的措施

“工程質量、百年大計”混凝土耐久性是影響工程使用壽命的主要問題，應針對影響混凝土耐久性的主要因素：凍融破壞、堿骨料反應、鋼筋銹蝕破壞、抗滲性和抗腐蝕性等，根據工程具體情況采取相應措施，提高混凝土的耐久性。

（一）做好混凝土的防凍融工作

首先，應調配適用于在0℃左右的混凝土，選擇適當品種的水泥是提高混凝土抗凍的重要手段。試驗結果表明，應使用早強硅酸鹽水泥。該水泥水化熱較大，且在早期放出強度最高。其次，降低水灰比、稍增水泥用量，從而增加水化熱量，縮短達到臨界強度的時間。使用引氣技術（加引氣劑）。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。此外還有蓄熱法、外部加熱法、摻抗凍外加劑等方法。

（二）控制混凝土原材料總堿量

要控制水泥的含堿量，由于混凝土中堿的來源不僅是從水泥而且還從混合材、外加劑、水甚至有時從骨料例如海砂中來，因此還要控制混凝土各種原材料總堿量，這比單純控制水泥含堿量更重要。摻混合材或某些活性混合材也可緩解、抑制混凝土的堿骨料反應。此外，隔絕水和濕空氣的來源，也能有效地隔絕水和空氣的來源，可以取得緩和堿骨料反應對工程損害的效果。

（三）減輕鋼筋銹蝕破壞

可以采用防護材料或外部措施，如采用噴塑鋼筋、鋼筋表面涂鋅、混凝土中摻加緩蝕劑、混凝土表面涂刷防護層、采用聚合物浸漬混凝土表層以及設置陰極保護設施等。保證有足夠的混凝土保護層厚度，混凝土澆筑要密實，控制混凝土拌和物中的氯鹽含量，及時維修損壞的和有裂縫的混凝土。在生產工藝方面，要減少蒸汽、有害氣體在結構四周的溢散，對有侵蝕性氣體、粉塵作用的廠房，應加強自然通風和強制通風。

（四）加強混凝土的抗滲性和抗腐蝕性

混凝土滲透性與耐久性之間有著密切的關系，混凝土獲得高耐久性與長壽命的關鍵是提高混凝土的抗滲性。因此，對已有建筑來說，表面處理是一種簡單有效的方法。摻加高效減水劑，在保證混凝土拌和物所需工作性的同時，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和料，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境侵蝕破壞的能力。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，摻入適量優質摻和料如粉煤灰、磨細礦渣、硅灰等。以上主要說了前面提到的四個方面，其實影響混凝土的耐久性還有很多方面，其措施也就還有很多。如原材料選擇問題、碳化問題等，這里就不一一列舉。

五、結論

目前，提高混凝土結構的安全性和耐久性已經成為全世界關注的重大課題，尤其是我國正處于大規模基礎設施建設的歷史性時期，加強混凝土結構的耐久性能保證基礎設施建設的安全性和外觀性，最大限度地發揮混凝土結構的使用價值。因此，提高混凝土耐久性，延長工程使用壽命，盡量減少維修重建費用是建筑行業實施可持續發展戰略的關鍵。

【參考文獻】

[1] GB50204-2002.混凝土結構工程施工質量驗收規范[S]

[2]齊方勇.土建工程結構的耐久度研究[J].現代裝飾（理論）.2011（06）

[3]曹士山.論混凝土結構的耐久性及其改善措施[J].科技資訊.2012（11）

【作者單位：湖北工程學院城市建筑學院】