鋼筋混凝土耐久性影響因素與改善措施分析

□孔德謙 □靳永濤 □蘇浩極 □朱安康

（1河南科源水利建設(shè)工程檢測(cè)有限公司；2江蘇方建工程質(zhì)量鑒定檢測(cè)有限公司；3河南科源水利建設(shè)工程檢測(cè)有限公司）

0 前言

鋼筋混凝土作為實(shí)際工程中最主要以及應(yīng)用最多的結(jié)構(gòu)材料，是世界上最常用的結(jié)構(gòu)形式，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)建筑、道路橋梁工程以及水利和港口工程等領(lǐng)域。隨著使用年限的增加，國(guó)內(nèi)許多鋼筋混凝土建筑物逐漸開(kāi)始發(fā)生老化，至20世紀(jì)末，約有24.30億m2的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)入老齡期，再加上對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)疏于維修和保養(yǎng)，早期鋼筋混凝土建筑物老化現(xiàn)象十分突出。因此，針對(duì)如何提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究，逐漸引起了世界各國(guó)政府以及工程界學(xué)者的高度關(guān)注。

1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性影響因素

1.1 混凝土的碳化

混凝土的碳化是指空氣中的CO2氣體滲透到混凝土內(nèi)部，與水泥石中的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土堿度降低、機(jī)能下降的物理化學(xué)過(guò)程，又稱為混凝土的中性化?；炷恋奶蓟瘜?duì)混凝土本身沒(méi)有破壞作用，甚至?xí)谝欢ǔ潭壬咸岣呋炷恋哪途眯?，其?duì)鋼筋混凝土的危害主要是破壞了鋼筋表面對(duì)鋼筋具有保護(hù)作用的致密鈍化膜，減小了鈍化膜對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，加速了鋼筋銹蝕過(guò)程，最終導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂或破壞。另外，混凝土的碳化會(huì)加劇混凝土的收縮變形，引起鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的損傷或破壞。

1.2 凍融破壞

混凝土的主要材料是水泥砂漿和粗骨料，決定了混凝土結(jié)構(gòu)的毛細(xì)孔多孔體特征?；炷了嗨磻?yīng)結(jié)束后，剩余水量游離于混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔中；另外，水泥的水化反應(yīng)也會(huì)在混凝土內(nèi)部形成占據(jù)一定體積的膠凝孔。在低溫環(huán)境下，混凝土內(nèi)部的游離水易發(fā)生凍結(jié)，體積增大，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成凍脹破壞；此外，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)處于飽水狀態(tài)時(shí)，膠凝孔中尚未凍結(jié)的水分會(huì)向毛細(xì)孔方向滲透，導(dǎo)致內(nèi)部毛細(xì)孔的進(jìn)一步膨脹，同時(shí)，孔間滲透梯度，還會(huì)造成滲透壓力的產(chǎn)生。當(dāng)膨脹和滲透的共同作用達(dá)到或者超出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度時(shí)，結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生剝落、開(kāi)裂甚至破壞，反復(fù)的凍融循環(huán)會(huì)加速結(jié)構(gòu)的失效進(jìn)程。

1.3 侵蝕性介質(zhì)的腐蝕

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所在的環(huán)境中存在的某些離子對(duì)結(jié)構(gòu)具有一定的侵蝕作用，特別是硫酸根離子和氯離子。硫酸根離子主要是造成混凝土材料耐久性的衰減；而氯離子對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕作用主要是對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋的侵蝕，危害更大。氯離子侵入透過(guò)混凝土侵入到鋼筋表面，一方面會(huì)破壞鋼筋表面鈍化膜；二是鋼筋失去保護(hù)后，表面會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)；另外，氯離子還會(huì)加速腐蝕電池的侵蝕作用。因此，氯離子對(duì)混凝土的侵蝕作用應(yīng)引起足夠的重視。

1.4 鋼筋銹蝕

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期服役過(guò)程中，內(nèi)部的鋼筋難免會(huì)發(fā)生銹蝕現(xiàn)象，鋼筋銹蝕造成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷破壞的主要原因是鋼筋銹蝕產(chǎn)物相對(duì)于鋼筋原始體積膨脹了10倍之多，產(chǎn)生的巨大膨脹力導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)脹裂，繼而發(fā)生開(kāi)裂、剝落，結(jié)構(gòu)的承載力和剛度降低，直至破壞。通常認(rèn)為，引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋銹蝕最為普遍、直接和嚴(yán)重的原因是碳化作用和氯離子侵蝕造成的鋼筋失鈍。

1.5 堿集料反應(yīng)

堿集料反應(yīng)指的是混凝土結(jié)構(gòu)孔隙中的堿溶液與存在于混凝土集料中的某些活性物質(zhì)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。水泥熟料和外加劑等是形成孔隙堿溶液的主要來(lái)源，混凝土集料中的活性礦物主要有碳酸鹽、硅酸鹽以及氧化硅等。發(fā)生堿集料反應(yīng)還必須具備的條件是潮濕環(huán)境，為反應(yīng)物的吸水膨脹提供所需水分，干燥條件下是不易發(fā)生堿集料反應(yīng)的。

2 鋼筋混凝土耐久性改善措施

2.1 增強(qiáng)抗碳化能力

提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗碳化能力簡(jiǎn)單而有效的方法是增加鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度。此外，改善混凝土配合比，如降低水灰比、增加水泥用量、摻加減水劑等能有效減緩混凝土的碳化速度。通過(guò)采用減緩或隔離二氧化碳向混凝土內(nèi)部滲透的措施亦可在一定程度上增加混凝土抵抗碳化的能力。

2.2 防止凍融破壞

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的凍融破壞主要發(fā)生在我國(guó)北方寒冷地區(qū)，可采用降低水灰比、使用引氣劑等措施減少結(jié)構(gòu)內(nèi)部游離水的含量和降低結(jié)構(gòu)孔隙率，從而達(dá)到預(yù)防和控制凍融破壞的目的。然而，空氣微泡的引入會(huì)造成混凝土強(qiáng)度的降低，并且市場(chǎng)上銷(xiāo)售的引氣劑質(zhì)量差異較大，在工程實(shí)際中需謹(jǐn)慎選用。

2.3 降低侵蝕破壞

提高混凝土的抗氯離子侵蝕能力即增強(qiáng)其抗氯離子滲透的能力，主要措施是限制混凝土的水灰比，保證混凝土的堿度，還可適量摻加優(yōu)質(zhì)摻合料（礦渣、粉煤灰、硅灰等），降低水泥用量；同時(shí)，硫酸鹽對(duì)混凝土的侵蝕作用也不容忽視，在富含硫酸鹽的環(huán)境中，宜選用具有硫酸鹽抗性的水泥制備混凝土。

2.4 預(yù)防鋼筋銹蝕

預(yù)防鋼筋銹蝕一般可采用三種措施，一是涂層鋼筋，即在鋼筋表面涂鍍耐腐蝕性更強(qiáng)的涂層，防護(hù)或減緩鋼筋的銹蝕；二是結(jié)構(gòu)與環(huán)境隔離，即在混凝土外表面涂抹一層隔離物質(zhì)，改善混凝土多孔性的不足；三是采用鋼筋阻銹劑，鋼筋阻銹劑能夠有效阻止、抑制或延緩鋼筋的電化學(xué)反應(yīng)，從而控制鋼筋的銹蝕過(guò)程，達(dá)到延長(zhǎng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的目的。

2.5 改善堿骨料反應(yīng)

混凝土堿骨料反應(yīng)具有危害大且修復(fù)困難等特點(diǎn)。隨著混凝土強(qiáng)度要求的不斷提高，混凝土的水泥用量也不斷增加，同時(shí)水泥制造工藝的改變，造成混凝土堿含量的明顯升高。因此必須采取必要措施控制混凝土中堿的含量，保證鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。粉煤灰是減小混凝土堿骨料反應(yīng)的主要摻合料，但必須合理控制粉煤灰的摻入量，若摻入量不足10%，可能會(huì)增加混凝土的膨脹。此外，混凝土外加劑的使用特別是早強(qiáng)劑，會(huì)代入高含量的堿，因此在設(shè)計(jì)上應(yīng)嚴(yán)格要求外加劑的使用。

2.6 其他措施

改善鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，除以上五個(gè)針對(duì)性措施外，還可從其他方面入手：①結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面：改善結(jié)構(gòu)形體利于結(jié)構(gòu)防排水，增加結(jié)構(gòu)保護(hù)層厚度，特殊環(huán)境下混凝土質(zhì)量的特殊控制等；②提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)度：通過(guò)嚴(yán)格控制混凝土原材料的選定和配合比的設(shè)計(jì)，制備具有足強(qiáng)密實(shí)度的混凝土；③嚴(yán)格控制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量；④改善鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)條件和工作環(huán)境。

3 結(jié)語(yǔ)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性主要受碳化、凍融、鹽侵蝕、鋼筋銹蝕以及堿骨料反應(yīng)等因素的影響。為改善鋼筋混凝土耐久性，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)周邊的環(huán)境因素，嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)材料的選取及施工工藝和質(zhì)量，同時(shí)在結(jié)構(gòu)服役工程中對(duì)其正常檢修提出要求。鋼筋混凝土耐久性問(wèn)題的普遍性已引起了社會(huì)各界的高度重視，并開(kāi)展了大量相關(guān)研究，在改善鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性方面也取得了實(shí)質(zhì)性突破，但目前仍有許多問(wèn)題亟待解決。

[1]左江波,綦春明.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的新進(jìn)展[J].混凝土,2011,08:51-54.

[2]鄭武治.鋼筋混凝土耐久性的研究[J].公路交通科技,2010,(01):147-148.

[3]吳春輝.影響鋼筋混凝土耐久性的主要因素及提高耐久性的措施[J].露天采礦技術(shù),2007(1):74-77.

[4]李晨陽(yáng),楊迅,劉彬.鋼筋混凝土耐久性探究[J].中國(guó)西部科技,2009,8(29):42-43+38.

[5]陳世寧.影響鋼筋混凝土耐久性的因素及防治措施[J].武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2010(4),60-62+65.