淺談鋼筋混凝土結構的耐久性

閆 旭 呂達林

(鄭州大學土木工程學院 450001)

淺談鋼筋混凝土結構的耐久性

閆 旭 呂達林

(鄭州大學土木工程學院 450001)

作為一種應用廣泛的結構形式，鋼筋混凝土結構主要由鋼筋混凝土[1]作為主要承重構件建造。但由于其所處使用環境特點及其結構自身缺陷，在耐久性方面鋼筋混凝土結構仍存在著極嚴重的問題，本文將從鋼筋混凝土結構耐久性方面著手，從結構腐蝕基本機理、影響其耐久性的主要因素如材質、密實性、環境條件以及鋼筋銹蝕等方面進行研究，并對此提出針對性技術措施，以期對提高鋼筋混凝土結構耐久性、實現可持續發展。

鋼筋混凝土、結構、耐久性、影響因素

經過 160年的歷史發展[2]的鋼筋混凝土結構，其強度不斷提高，應用范圍不斷增大，如今已發展成為應用最廣的建筑結構形式。而鋼筋混凝土結構在具有取材容易、合理用材、耐久性、耐火性、整體性及可模性等優點的同時，還存在自重大、易裂、費工、補強修復困難及易受季節溫度影響等自身缺陷。而在實際工程中，由于各種各樣的原因大量的混凝土提前失效，無法達到預期的使用年限，大多數情況是由結構的耐久性不足引起的。而混凝土結構耐久性一直是工程界關注的重大科技問題，是研究混凝土材料科學的重大課題。

一、混凝土結構耐久性概念及腐蝕基本機理

（1）混凝土結構耐久性概念

所謂混凝土結構的耐久性[3]，是指在正常維護下的設計壽命周期內，在氣候作用、物理作用、化學侵蝕以及其他任何破壞過程中能夠正常使用而不需進行加固維修，即在周圍環境各種因素作用下混凝土仍能保持原有性能的能力。混凝土耐久性主要包括如抗滲性、抗凍性、抗侵蝕性以及抗碳化性等幾個方面，而根據重要性遞降順序排列，當今世界混凝土結構破壞的原因主要是鋼筋銹蝕、寒冷氣候下凍害以及物理化學的侵蝕作用。

（2）鋼筋腐蝕的基本機理

在潮濕環境下或電解質溶液中時常發生鋼筋銹蝕，在以上兩種情況下，混凝土結構易被環境中有害介質及離子侵蝕，容易造成鋼筋表面污染、截面損失。在堅實的混凝土內部，鋼筋的銹蝕是一種電化學的過程：含有易溶性的氫氧化鈉和氫氧化鉀以及大量的微溶氫氧化鈣的混凝土內部孔隙液體，使內部形成 PH值為13或更高的堿性環境，并在鋼筋表面形成鈍化膜阻止鋼筋銹蝕[4]。但環境中存在的各種原因將會使這層鈍化膜破壞，最終導致鋼筋的腐蝕。

二、影響混凝土結構耐久性的主要因素

（1）材質

由碎石、水泥、砂和水拌合后凝硬而成的混凝土，其硬化后的質量極易被這些材料的優劣直接影響，其中包括強度和密實度等。但混凝土骨料中不宜含有過多的堿活性礦物質，水泥含堿量也不宜過大，以防止發生堿骨料反應。作為影響混凝土結構耐久性最主要的因素之一，堿骨料反應是由混凝土中活性骨料與堿之間在混凝土結構內部發生的反應，引起混凝土開裂最終使結構遭到破壞，且危害極大。對混凝土而言，其內部堿來源主要是配置的原材料中骨料、摻和物、水泥、摻和水以及外加劑中所含的可溶性堿，混凝土耐久性能否打下良好的基礎在一定程度上取決于材料質量的好壞，但近年來在施工中，由于基本建設的迅猛發展，往往對材質的要求有所忽視。

（2）密實性

在使用過程中混凝土的內部缺陷，即不密實使混凝土易受各種不利因素的侵襲，其中主要包括滲透、碳化以及凍融破壞等形式：（一）滲透：對不密實的混凝土而言，空氣和水極易滲入其中，而混凝土也就容易受到水中有害物質的化學侵蝕；（二）碳化：在溫度相宜時，空氣中的二氧化碳易與水泥石中的氫氧化鈣發生化學反應，使氫氧化鈣減少、堿度降低，由此鋼筋處于中性環境，最終鋼筋表面鈍化膜被破壞并被銹蝕；（三）凍融破壞：在溫度較低時，混凝土內部毛細孔道和孔隙中的水結冰，產生冷水遷移和體積膨脹，經過多次凍融循環后混凝土將因損傷積累而剝落酥裂。強度降低。

（3）環境條件

在工程結構使用過程中，混凝土結構所處的外部環境條件是影響其耐久性的外部因素，如大氣腐蝕、風、地震災害的襲擊等。對密實性不強的混凝土，其所處環境中的侵蝕介質尤其是酸鹽介質（Cl 、SO2-等）極易滲入其中，而水泥的水化產物氫氧化鈣很快與之發生反應，使堿度降低[5]，導致混凝土降低并最終破壞。與此同時，酸性介質的侵入，使鋼筋鈍化膜表面被大量酸根離子吸附，導致鋼筋銹蝕。

（4）鋼筋銹蝕

對鋼筋而言，混凝土的堿性對其具有良好的保護作用，但混凝土的堿性在各種不利因素的作用下，鋼筋表面鈍化膜也會遭到破壞，使鋼筋銹蝕。在混凝土內部，由于銹蝕產物體積膨脹產生拉應力，混凝土保護層因此發生開裂，嚴重時將導致其剝落。

三、提高混凝土結構耐久性的主要技術措施

（1）改進結構

在減輕環境因素對結構的作用方面，結構的布置、選型和構造應起到有利的影響。采用如無粘結預應力筋、環氧涂層鋼筋以及體外預應力筋等具有防腐保護功能的鋼筋。在鋼筋混凝土結構建筑物中尤其是建造在有腐蝕介質中的建筑物中，應適當提高混凝土保護層厚度，使其在防止鋼筋銹蝕方面起到真正的保護作用。其中，保護層厚度應滿足以下兩個方面的要求：一是為抵抗引起鋼筋銹蝕的有害物質對混凝土的侵入，要保證混凝土保護層具有良好的抗滲性；二是要滿足在設計基本周期內構件的碳化深度。控制裂縫發展，加強構造批配筋，對基于耐久性能的概念設計加以注重。而對重要構件而言，為減少侵蝕離子的侵蝕，應采用合理的裂縫控制措施。

（2）改進施工

改進結構施工主要有合理選擇混凝土結構的組成材料以及提高混凝土密實性兩方面。其一，在選用鋼筋及混凝土各組成材料時，應對進場原材料根據規范規定進行嚴格的質量檢驗，滿足材料的耐久性質量要求。同時，應合理改善混凝土顆粒級配，使混凝土的密實性得到提高，從而提高耐久性。其二，在保證混凝土密實性和保證其耐久性方面，嚴格控制混凝土的最小水泥用量和最大水灰比是一項重要措施，在滿足坍塌度的情況下，改善混凝土的施工工藝，充分振搗、攪拌均勻，并加強養護，減少硬化后多余水形成的孔隙，并盡可能的降低水灰比，嚴格控制施工質量，對提高抗滲性、密實性從而提高混凝土的耐久性有重要的作用。

（3）加強維護與檢測

以往的設計標準較低且過去建造的大量工程已經過時，因此房屋的維修問題十分突出，在建筑工程中，維修費用不到位常常會造成安全隱患，導致支付更多的維修費用，就短期利益而言，檢測和維護將會增加一定的費用，但從長遠利益發展來看，卻是十分有益的。尤其對于如橋梁、隧道等結構損壞可能導致公眾安全的建筑物，制定定期評估與檢測的法規非常有必要，以確保在正常使用期內這些工程能正常的使用。

四、結語

在國內外工程建設中，因充分利用了混凝土的抗壓性能和鋼筋的抗拉性能而具有耐久性好、強度高等一系列優點的鋼筋混凝土結構得到了極為廣泛的應用，21世紀世界各國發展的重要任務便是實現可持續發展，而對于實現可持續發展戰略以及更好的節約資源、利用資源和保護環境，提高混凝土耐久性哦度起到了十分重要的作用。本文通過分析研究混凝土結構耐久性主要因素，為提高混凝土耐久性而提出綜合提高混凝土結構的各種性能的主要措施。今后，為滿足工程建設的需要，我們仍需做大量的工作和研究，這樣才能更好地解決混凝土耐久性問題。1

[1] 陳佳琪, 馬克儉, 申波. 超高層鋼筋混凝土空間網格盒式成束筒結構性能分析[J]. 建筑結構, 2015(7).

[2] 杜叢會, 劉方方, 王傲運,等. 半纖維素吸水樹脂的合成及在水泥砂漿中的應用初探[J]. 硅酸鹽通報, 2015(6):1626-1631.

[3] 朱洪亮. 混凝土結構耐久性試驗研究進展[J]. 建筑技術開發, 2015, 31(8):1-4.

[4] 賀鴻珠, 崔玉理, 謝海峰. 一種混凝土鋼筋腐蝕狀態判定方法: , CN104849326A[P]. 2015.

[5] 黎鵬平. 膠凝材料組成與鋼筋混凝土氯離子腐蝕研究[D]. 華南理工大學, 2010.

第一作者：閆旭（1995—），男，漢族，遼寧省凌源市人，鄭州大學土木工程學院土木工程專業2013級本科學生。

第二作者：呂達林（1995-），男，漢族，黑龍江省雙鴨山市人，鄭州大學土木工程學院建筑環境與能源應用工程專業，本科生。

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1007-6344（2016）03-0323-01

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