淺談混凝土耐久性

陳天黎

西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院；陜西 西安 710600

淺談混凝土耐久性

陳天黎

西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院；陜西 西安 710600

混凝土結(jié)構(gòu)因耐久性不足所造成的直接和間接損失都很巨大。引起混凝土耐久性失效的是多種因素共同作用的結(jié)果，耐久性問題是一個十分重要也迫切需要解決的問題。因此，我們更需要從環(huán)境層次、材料層次、構(gòu)件層次和結(jié)構(gòu)層次對混凝土耐久性進(jìn)行研究，進(jìn)行正確的設(shè)計和嚴(yán)格的施工，這樣，才能保證我國建筑事業(yè)蓬勃的發(fā)展。

耐久性；影響因素；提高措施

混凝土結(jié)構(gòu)是國家基本建設(shè)中最廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式。混凝土結(jié)構(gòu)因耐久性不足所造成的直接和間接損失都很巨大，這在歐美經(jīng)濟發(fā)達(dá)的國家中已構(gòu)成嚴(yán)重的財產(chǎn)負(fù)擔(dān)；當(dāng)前我國處于基本建設(shè)高峰期，如果忽視了混凝土耐久性問題，那么若干年后將會產(chǎn)生較多不良影響，勢必制約我國經(jīng)濟整體健康快速發(fā)展。

1 混凝土耐久性的定義

混凝土的耐久性是其抵抗大氣作用、化學(xué)侵蝕、磨損或其他劣化過程而維持其原有形狀、質(zhì)量和使用性能的能力。混凝土結(jié)構(gòu)性能的劣化過程可以是物理作用或化學(xué)作用，但在實際工程中更多的是多種因素共同作用的結(jié)果。

2 影響混凝土耐久性的主要因素

2.1 凍融循環(huán)對混凝土耐久性的影響

凍融破壞是目前混凝土破壞的最主要原因之一，混凝土中的孔隙水或裂隙水受凍后膨脹，反復(fù)凍融會使混凝土崩裂并發(fā)展到表層剝落，鋼筋外露甚至整體崩壞。凍融破壞屬于物理作用，影響混凝土抗凍融能力的因素有混凝土引氣量，滲透性，強度，水的飽和度。此外，集料約占混凝土體積的75%，集料引起的凍融破壞形式分兩類：一是本身抗凍性差的集料，在凍結(jié)過程中，若處于飽水狀態(tài)，且顆粒尺寸超過臨界尺寸，則集料本身破裂；二是集料凍結(jié)時遷移的水，進(jìn)入集料和水泥漿的界面，加劇混凝土的破壞，因此集料的抗凍性絕對不可忽略。

2.2 堿-集料反應(yīng)對混凝土耐久性的影響

一般認(rèn)為混凝土中的集料是惰性的。然而，在一定條件下，集料中的某些活性成分，尤其是硅質(zhì)礦物，可能與混凝土空隙中的堿性溶液發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)生成的硅酸鹽凝膠吸水膨脹，遇到周圍已經(jīng)硬化的混凝土?xí)a(chǎn)生很大的膨脹壓力，如果超過混凝土的抗拉強度，則使混凝土表面產(chǎn)生大量明顯的裂縫。這種現(xiàn)象稱為堿-集料反應(yīng)。堿-集料反應(yīng)引起的膨脹值與水泥中的氧化鈉的含量密切相關(guān)，對于每一種反應(yīng)性集料都可以找出單位混凝土含堿量與其反應(yīng)膨脹量的關(guān)系。此外，混凝土的堿-集料反應(yīng)膨脹量與反應(yīng)性集料本身的特性有關(guān)，包括活性集料的含量，粒度和孔隙率等，在低和高含量的活性集料情況下，膨脹量都比較小，只有在一定含量的活性集料時，膨脹量才會比較大。由堿-集料反應(yīng)產(chǎn)生的裂縫，使混凝土構(gòu)件開裂區(qū)的配筋更容易受到腐蝕，是混凝土工程中的又一大問題。

2.3 硫酸鹽對混凝土耐久性的影響

混凝土硫酸鹽侵蝕破壞的實質(zhì)是，環(huán)境中的硫酸鹽離子進(jìn)入其內(nèi)部或內(nèi)部本身的硫酸根離子和混凝土中的組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一些難溶的鹽類礦物而引起一系列物理化學(xué)破壞。這些難溶的鹽類礦物一方面可形成鈣礬石，石膏等膨脹性產(chǎn)物而引起混凝土膨脹，開裂，剝落和解體；另一方面也可以使硬化的混凝土中的CH和C-S-H等組分溶出或分解，導(dǎo)致混凝土材料強度和黏結(jié)性損失。混凝土本身的性能是影響混凝土抗硫酸鹽侵蝕的內(nèi)因，主要包括水泥的化學(xué)成分和礦物組成，混合材料的摻量、混凝土空隙含量及分布情況、水灰比、密實度以及外加劑等。影響硫酸鹽侵蝕的外因主要有以下幾個方面，一是侵蝕溶液中硫酸根離子的濃度，而是侵蝕溶液的溫度，溫度過高或過高都會影響侵蝕速率，三是侵蝕溶液的pH值，四是二價鎂離子的影響，當(dāng)硫酸根離子與鎂離子共存時，比其他硫酸鹽有更大的侵蝕作用，五是氯離子的影響，當(dāng)侵蝕溶液中硫酸根離子與氯離子共存時，氯離子的存在顯著緩解硫酸鹽侵蝕破壞的程度和速率。六是環(huán)境條件，如干濕循環(huán)，凍融循環(huán)和連續(xù)浸泡等。混凝土受到硫酸鹽侵蝕破壞，往往是多種因素綜合作用的結(jié)果，因此在分析問題時，要采取系統(tǒng)分析的方法。

2.4 鋼筋的銹蝕對混凝土耐久性的影響

開始時混凝土的堿性很高，其PH一般大于12.5，其中埋置的鋼筋容易發(fā)生鈍化作用，鋼筋表面產(chǎn)生一層鈍化膜，能夠阻止鋼筋的銹蝕。但當(dāng)有二氧化碳，水汽，氯離子等介質(zhì)通過孔隙從混凝土表面進(jìn)入混凝土內(nèi)部時，與混凝土材料中的堿性物質(zhì)中和，就會導(dǎo)致混凝土的PH降低。當(dāng)PH降低到一定程度時，混凝土中埋置鋼筋表面的鈍化膜被逐漸破壞，鋼筋就會發(fā)生銹蝕。這樣就匯導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開裂、鋼筋與混凝土之間黏結(jié)力破壞、鋼筋受力截面減少、結(jié)構(gòu)耐久性能降低等一系列不良后果。

3 提高混凝土耐久性的措施

3.1 提高混凝土抗凍能力

水灰比直接影響混凝土的孔隙率及孔隙結(jié)構(gòu)，隨著水灰比的

▲▲增大，混凝土的抗凍性降低，因此，要提高混凝土的抗凍性，首先要嚴(yán)格把握水灰比和水泥用量，各國對有抗凍要求的混凝土都有最大水灰比和最低水泥用量的限制。此外，通過引氣劑引入氣泡也可以提高混凝土抗凍性，引入氣泡在提高混凝土抗凍性的同時，還會帶來強度的降低，因此，必須要在耐久性和強度之間尋找最佳點。

3.2 防止堿-集料反應(yīng)

水泥的堿含量，集料的活性及礦物成分等是影響堿-集料反應(yīng)的重要因素，因此我們可以采取以下措施防止堿-集料反應(yīng)，一是采用低堿水泥，當(dāng)發(fā)現(xiàn)集料中含有能引起堿-集料反應(yīng)的成分時，就應(yīng)對反應(yīng)使用的水泥堿度嚴(yán)格檢查，并加以控制；二是使用非活性集料，如果對集料無選擇余地時，可以在混凝土中摻用部分多孔輕集料以減少堿-集料反應(yīng)的膨脹能量；三是使用摻和料降低混凝土的堿性，使用摻和料的混凝土不僅能夠延緩或抑制堿-集料反應(yīng)，對節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境也有重要意義，比較適合我國的國情；四是改善混凝土結(jié)構(gòu)的施工和使用條件，保證混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。

3.3 混凝土的保護(hù)層厚度

在我國的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中，鋼筋的混凝土保護(hù)層最小厚度一般均對縱向受力鋼筋（主筋）而言，從耐久性的角度看，最外層的箍筋或分布鋼筋應(yīng)該最早受到侵蝕，箍筋的銹蝕可引起沿箍筋的混凝土開裂，而墻、板中分布筋的銹蝕除引起開裂外，還會發(fā)生保護(hù)層的成片剝落，既然耐久性設(shè)計主要以適用性作為使用壽命終結(jié)的極限狀態(tài)，所以對保護(hù)層最小厚度的要求應(yīng)同時適用于分布筋和箍筋。

3.4 采用防腐措施

工程中常用的防腐措施有傳統(tǒng)的對混凝土施加保護(hù)的方法，如使用混凝土耐蝕劑、涂裝防腐涂料來防止腐蝕介質(zhì)侵蝕到鋼筋表面，從而提高混凝土的耐久性，或者使用CPF澆筑混凝土，使表層混凝土水灰比減少，混凝土更加密實，氯離子擴散系數(shù)和表面氯離子濃度都得到降低，可將氯離子活化鋼筋開始銹蝕的時間大大延長。此外，也有新型防腐措施，如鋼筋的陰極保護(hù)、使用環(huán)氧涂層鋼筋等措施都能夠提高混凝土的耐久性。

4 結(jié)論

引起混凝土耐久性失效的原因存在于結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工及維護(hù)的各個環(huán)節(jié)，耐久性問題是一個十分重要也迫切需要解決的問題。因此，我們更需要從環(huán)境層次、材料層次、構(gòu)件層次和結(jié)構(gòu)層次對混凝土耐久性進(jìn)行研究，進(jìn)行正確的設(shè)計和嚴(yán)格的施工，這樣，才能保證我國建筑事業(yè)蓬勃的發(fā)展。

[1]中國工程院土木水利與建筑學(xué)部,工程結(jié)構(gòu)安全性與耐久性研究咨詢項目組.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004.

[2]陳肇元.混凝土結(jié)構(gòu)安全性耐久性及裂縫控制[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2013.

[3]金偉良,趙羽習(xí).混凝土結(jié)構(gòu)耐久性[M].北京:科學(xué)出版社,2014.

[4]劉邦禹.混凝土耐久性影響因素綜述[J].中國科技信息,2014,(7).