混凝土結構材料耐久性的研究現狀與發展趨勢

摘 要：混凝土結構材料的耐久性一直是建筑行業研究的重點內容，也是社會關注的廣泛話題。在文章中，結合自身經驗，從研究混凝土結構耐久性的意義出發，剖析了鋼筋銹蝕、堿-骨料反應以及碳化反應等三個方面的耐久性研究現狀，并在此基礎上探索了混凝土結構材料的未來發展趨勢，分別是結構耐久性的研究將深入材料層次、材料的破壞與耐久性的模型將被建立以及其相關研究將納入高校教育的議程，與同行共勉。

關鍵詞：混凝土；結構材料；耐久性

1 混凝土結構耐久性的研究意義

在土木工程的設計中，混凝土結構是最基本的結構形式，也是二十一世紀的常用結構之一。調查研究表明，由于對材料耐久性的忽視，導致工程事故頻頻發生，由此產生的維修費用更是令人瞠目。如今僅在廠房研究方面，由于對材料耐久性研究不足，造成流動損失將近16%，占到了固定資產的大部分比例。因此，對于混凝土結構材料耐久性的研究可以發現結構的不穩定因素，并且在第一時間尋求解決方案，避免工程質量事故的發生。此外，對于結構材料耐久性的分析，可以有效評估建筑體系的安全系數以及由此產生的費用，從而在保證工程質量的同時，保障材料最優化以及造價最優化，防患于未然。

2 混凝土結構材料耐久性的研究現狀

2.1 鋼筋銹蝕

鋼筋的銹蝕是影響材料耐久性的主要因素之一，當鋼筋處于堿性環境時，其表面會形成一層保護膜，簡稱鈍化膜。鈍化膜的作用是為了保護鋼筋不會受到二次侵蝕。在混凝土的水化反應中，鈍化膜的主要成分之一是氫氧化鈣。但是，當混凝土中堿性物質與周圍二氧化碳發生反應時，混凝土就會逐漸由堿性變為中性。在中性環境中，鈍化膜的性質發生了一定的轉變，相對顯得不夠穩定。當混凝土進一步呈現出酸性特征時，鋼筋會因為鈍化膜被破壞而出現銹蝕，尤其是當鋼筋處于潮濕的環境中，會進一步加劇鋼筋的銹蝕過程。鋼筋的銹蝕分為兩種類型，分別是化學腐蝕和電化學腐蝕，其中以前者為主，這是由于鋼筋表面形成的大量小電池而導致的，化學上稱之為微電池。此外，鋼筋的銹蝕不是瞬時的，而是一個慢慢轉變的過程，從反應的表現上來看，主要分為五個階段，分別是潛伏期、銹蝕初期、銹蝕發展期、加速期以及破壞期。其中潛伏期是鋼筋銹蝕的開始，此時采取相關措施時，可以有效避免鋼筋的銹蝕；銹蝕初期中的鋼筋出現銹蝕跡象；銹蝕發展期以及加速期是鋼筋銹蝕的兩個主要過程；破壞期的鋼筋銹蝕現象較為嚴重，一般不建議采取補救措施，一方面，補救措施所造成的造價較大，另一方面，補救后的鋼筋的安全性能還有待研究。

2.2 堿-骨料反應

堿-骨料反應是一種化學反應，參與此過程的材料主要有水泥、外加劑、摻合料或拌合水中的可溶性堿以及混凝土空隙中及集料中能與堿反應的活性成分，是混凝土在硬化過程中的常見現象。發生堿-骨料反應后的混凝土性質發生了轉變，對于混凝土結構額耐久性產生了不利的影響，其中引起堿-骨料反應的要素包括三個方面：一是配制混凝土時由水泥、骨料（海砂）、外加劑和拌合水中帶進混凝土中一定數量的堿，或者混凝土處于有利于堿滲入的環境；二是在具有活性骨料的前提下，參與堿化反應；三是當周圍環境較為潮濕時，加劇了堿-骨料反應過程的進行。堿-骨料反應主要有兩種形式，其一是堿-硅酸反應，其二是堿-碳酸鹽反應。堿-硅酸反應中的活性成分是堿性硅酸鹽，堿性硅酸鹽具有很強的吸水性，吸水膨脹后，體積變大，在巨大的張力作用下，導致混凝土發生開裂。堿-碳酸鹽反應的原理有所不同，在泥質石灰質白云石發生的幾率較大，原因在于其中存在大量的黏土和方解石，在碳酸鹽作用下，方解石轉化為水鎂石，這一過程促使黏土暴露在空氣中，從而吸水膨脹，導致混凝土結構被破壞。

2.3 碳化反應

混凝土經過初凝階段后，其堿性很強，PH值接近13。當堿性混凝土暴露在空氣中時，與其中的二氧化碳氣體以及二氧化硫氣體發生反應，土壤中的氯離子以及鹽酸等有害物質也滲入其中，在發生一系列復雜的物理反應和化學反應滯后，二氧化碳與水蒸汽結合，產生了碳酸，碳酸與混凝土中的硅酸鹽相互作用，使得混凝土的堿性降低，這就是混凝土的碳化過程。引起混凝土碳化的因素有很多，其中最主要的是水泥的類型以及混凝土表面的炭化保護層，不同的水泥中所含硅酸鈣和鋁酸鈣鹽基性高低不同；炭化保護層的主要成分是碳酸氫鈣以及碳酸氫鎂，當一旦形成保護層，那么碳化反應就會被終止。

3 混凝土結構材料耐久性的未來發展趨勢

3.1 結構耐久性的研究將深入材料層次

從專業的角度來說，混凝土發生碳化反應后的性能分析還有待討論，包括其本構關系的研究以及碳化后的定量分析等方面。在氯離子的作用下，混凝土材料的性能發生了轉變，其耐久性受到一定的不良影響，因此，對于材料本身的耐久性研究是當前亟待解決的問題。此外，目前對于受到預應力影響的混凝土結構的研究還不夠深入，有待進一步分析并深入相關數據的研究。就鋼筋而言，若是已經銹蝕，那么其實用性不強，對于銹蝕后鋼筋的研究較少。然而，鋼筋的可塑性較強，且具有很好的抗拉性能，經過一系列的試驗證明，冷彎后的鋼筋的性能變的更加實用，因此，這些方面都將是未來混凝土結構材料耐久性的重要領域。

3.2 混凝土結構材料的破壞與耐久性的模型將被建立

就混凝土結構的耐久性而言，目前掌握最多的資料是關于材料研究方面。因此，在未來的發展過程中，針對在混凝土結構材料方面取得的數據，有必要建立混凝土材料破壞與耐久性的相關模型。當混凝土材料被破壞時，我們可以在第一時間通過模型的對照，研究其破壞耐久性的直接影響因素。在材料已有數據的前提下，還可以對材料的綜合性能做出評價，從而能夠精確預測混凝土的剩余壽命以及我們由此可以做的一些準備措施，以延長建筑結構的壽命，或者是在結構被破壞之前做好充分的準備，從而將損失降低到最小的程度。

3.3 混凝土結構材料耐久性的研究將納入高校教育的議程

實踐證明，混凝土結構材料的耐久性對于建筑工程的質量具有至關重要的意義。隨著建筑群體的龐大以及基礎設施的增加，混凝土結構材料的應用會越來越廣泛，因此，其耐久性有必要引起全社會的關注。為了保障建筑群的質量，重視對于材料耐久性的研究，我們不妨將其納入高校基礎性教育的體系。通過理論的學習，使得學生對于混凝土結構材料的耐久性有一個初步的認識，在后續的應用過程中，加深對材料耐久性的印象，熟練結合理論知識與實際工程案例，從而在實際的施工中，對材料的耐久性進行嚴格把關，對其質量進行精確跟蹤。

4 結束語

隨著科技的發展，混凝土結構材料的研究也向前邁進了一大步。然而，在工業的大力發展下，全球環境受到一定的破壞，這對于混凝土結構的耐久性提出了挑戰。因此，作為相關工作人員，必須從基礎做起，把好結構材料的質量關，為建筑結構的穩定性以及耐久性打下堅實的基礎。

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作者簡介：王志（1982，10-），男，漢族，山西省永濟市，本科學歷，材料化學專業，主要從事建筑工程檢測。