關于混凝土耐久性的研究

【摘要】： 一段時期以來，混凝土結構安全質量事故頻繁出現，混凝土結構的耐久性問題已經引起了社會各界的廣泛關注。本文主要分析了混凝土結構的安全性能，了解混凝土結構耐久性的相關問題，探索相關的解決方法和對策。

【關鍵詞】：混凝土；結構；耐久性

混凝土在現代建筑中被廣泛應用，它主要起著承受結構自重和外部荷載的作用，通常和鋼筋一起組合使用。鋼筋在混凝土結構中主要承受拉力并賦予結構以延性，補償混凝土抗拉能力低、易開裂和脆斷的缺陷；而混凝土主要承受壓力并保護其內部鋼筋不至于銹蝕。兩者共同作用發揮其結構功能。

混凝土主要起著對結構及其構件在外力作用下防止破壞、倒塌，保護人員和設備不受損傷的能力?；炷两Y構的耐久性直接影響這些設施的存活壽命。一段時期以來，混凝土結構安全質量事故頻繁出現，混凝土結構的安全性和耐久性問題已經引起了社會各界和國家政府的廣泛關注。分析混凝土結構的安全性能，了解混凝土結構的安全現狀，尋求混凝土結構安全存在的問題、根源，探索解決的途徑、方法和對策，并對混凝土的安全性和耐久性提供技術對策和建議有著重要的意義。

一、混凝土結構的耐久性和安全性

（一）安全性：混凝土結構設計必須有足夠的安全保證。這是由于結構需要承受的負荷以及機構的材料性能，設計計算方法，施工質量等均存在著許多不確定性。所以規范規定了結構必須承受的負荷設計值應該是上述標準值乘以大于1的荷載安全系數加以放大；同時在確定結構構件所具有的承載能力時，應該將材料強度的標準值除以大于1的材料強度分項系數加以縮小。顯然，荷載的標準值和荷載與材料強度的安全系數規定的越高，就表示結構的安全設置水準越高，設計的結構就越安全。

（二）耐久性：混凝土結構的耐久性是當前困擾土建基礎設施的世界性問題，應當引起我國有關主管部門和設計施工單位的足夠重視。混凝土結構工程的耐久性與工程的使用壽命相聯系，是使用期內結構保持正常功能的能力，這一正常功能包括結構的安全性和結構的適用性，而且更多地體現在適用性上。長期以來，人們一直以為混凝土應該是非常耐久的材料，直到上個世紀70年代末期，發達國家才逐漸發現原先建成的基礎設施工程在一些環境因素影響下出現過早損壞，發達國家為混凝土結構耐久性投入了大量科研經費并積極采取應對措施。

二、混凝土結構的耐久性研究

（一）抗腐蝕性：當混凝土結構處在有侵入介質作用的環境時，會引起水泥石發生一系列化學、物理及物化變化，而逐步受到侵蝕，防止硫酸鹽腐蝕的最基本做法是控制水灰比，并適當增加水泥用量，因為水灰比是決定混凝土滲透性的重要因素，如果硫酸鹽腐蝕非常嚴重，降低水灰比采用V型水泥也不能起良好的保護作用，可采用摻混合料的水泥。如摻入含有活性硅較多的天然火山灰的水泥；摻入粉煤灰的水泥；摻入高爐不淬礦渣的水泥以及摻入硅粉的水泥。如果有現成的石膏礦渣水泥，也可以考慮作為代用品。

如果混凝土是預制品，提高該制品抗硫酸鹽的另一途徑是采用高壓蒸汽養護，在高壓蒸汽養護條件下，尤其是摻有磨細二氧化硅的混凝土，可消除水化漿體中的氫氧化硅，并且使高硫型和硫型水化硫酸鹽幾乎不再存在，其中的氧化結合C-S-H變成耐腐蝕性良好的硅酸鹽（水石硫石）或單獨形成穩定的C3AH6，從而能更好地抵抗硫酸鹽腐蝕。

（二）抗碳化：一般的說，采用早強硅酸鹽水泥時，碳化最慢，硅酸鹽水泥稍快；而采用混合水泥時，由于Ca（OH）2的量相對較少，因此，碳化速度最快，碳化速度與混凝土強度密切相關，如果混凝土的抗壓強度大于62.5N/mm2時，可不考慮混凝土的碳化。高性能混凝土的強度等級為C50級以上，其極限抗壓強度大于62.5N/mm2，股采用高性能混凝土是提高碳化性能的有效途徑之一。

高壓蒸汽養護的混凝土碳化作用非常小，這是因為混凝土中的砂子在高溫條件下被活化，與混凝土發生化學反應，形成了強度大、結晶高、抗碳化性能好的水化硅酸鈣。

（三）抗磨損：一般而言，混凝土的抗壓強度愈高，抗磨性能愈好。低水灰比的高強混凝土是提高密實的耐磨混凝土，表面混凝土致密是提高耐磨性的必要條件，施工時，應該多次壓抹搓平混凝土表面。在有泌水的情況下，必須推持表面修整的時間，讓水分充分蒸發，并在混凝土終凝前充分壓抹搓平混凝土表面。此外，還可以通過在表面摻加高硬度集料增強耐磨性。

（四）抗堿-集料反應：發生混凝土堿-集料反應的條件有三個：水泥中的堿含量超過水泥總量的0.6%；集料中活性集料含量超過1%；混凝土處于潮濕環境。上述三個條件全部滿足時，才會發生堿-集料反應。所以，對這種反應，可以針對性地加以控制。

1、控制集料中的活性二氧化硅含量：將活性二氧化硅顆料存在的地方設想為一個局部膨脹中心，用以描述堿-集料反應，如果活性顆粒的數量很少，則可容金屬離子遷移到這些分散中心所形成的堿硅酸凝膠也很少，吸水后可引起高度的局部膨脹，從而實際崩潰裂的危害增大。

2、控制外界水分，降低水灰比：當外界沒有可供吸取的水分時，將不會出現明顯的有害膨脹，低水灰比的混凝土有很好的不透水性，故有助于延緩堿-集料反應物吸水膨脹的速度。

（五）結構的耐久性及其度量：雖然混凝土結構耐久性的概念應用已久，但國際標準和我國的統一標準中并未將結構耐久性作為術語使用。文獻對所謂“足夠的耐久性能”做了如下解釋：“結構在規定的工作環境中，在預定時間內，其材料性能的惡化不至于導致結構出現不可接受的失效概率”在正常維護條件下，結構能夠正常使用到規定的設計使用年限。對“結構耐久性”的定義為：“結構及其部件在可能引起材料性能劣化的各種作用下能夠長期維持其應有性能的能力”“預定作用和語氣的維護與使用條件下，結構及其部件能再預定的期限內維持，其所需的最低性能要求的能力”。這兩者基本代表了目前對結構耐久性這一概念的理解。這里需要強調的是兩者所指出的“材料性能的惡化”和“材料性能劣化”是界定耐久性問題的關鍵。安全性和適用性是對可靠性的基本分類；耐久性是可靠性中涉及材料性能退化的特殊問題，它指結構在規定的時間內，在規定的條件下，在可能引起材料性能退化的環境影響下，完成預定功能的能力，或者屬于適用性，或者屬于安全性，耐久性既可以從時間角度，也可從結構狀態的角度用概率來度量，而且兩者所對應的可靠概率相等。這一點對于當前耐久性的研究具有重要的意義。

三、結語

混凝土的耐久性研究已經成為我國目前建筑行業發展研究的主要問題，我國正處于社會基礎設施建設的階段，對混凝土的應用十分廣泛。因此，提高混凝土的耐久性研究已經迫在眉睫，是目前我國廣大建筑工作者需要研究的主要問題。

參考文獻：

[1]趙國藩，《鋼筋混凝土結構》，中國電力出版社，2010

[2]郭正興，李金根，《建筑施工》，東南大學出版社，2012