淺析混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性

劉宇增

摘 要：結(jié)構(gòu)耐久性的微觀機(jī)理研究的基礎(chǔ)是認(rèn)識其耐久性的規(guī)律，同時也能作為對現(xiàn)有建筑物進(jìn)行診斷、鑒定與加固的基礎(chǔ)。耐久性研究中的一個重要研究內(nèi)容就是通過研究微觀機(jī)理的過程，從而建立微觀機(jī)理與和宏觀現(xiàn)象之間的聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：混凝土碳化;鋼筋銹蝕;氯離子侵

引言：一直以來，混凝土被看做是可以長期使用、密實(shí)的澆注石體，混凝土的堿性環(huán)境保護(hù)中處于其內(nèi)部的鋼筋不受的銹蝕。基于此，人們對混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命給以重視，然而對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性重視不足，造成研究混凝土結(jié)構(gòu)耐久性相對滯后。在宏觀上混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不良其表現(xiàn)為開裂從而導(dǎo)致混凝土發(fā)生損壞，最終影響建筑物的使用壽命，因此，對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性必須要給以重視。

一、混凝土的碳化理論研究

（1）混凝土結(jié)構(gòu)的碳化機(jī)理。當(dāng)水泥石中的水化產(chǎn)物與結(jié)構(gòu)構(gòu)件所處周圍

環(huán)境中的成分與二氧化碳起作用，同時生成碳酸鹽物質(zhì)或其他物質(zhì)的過程，就稱為混凝土的碳化。構(gòu)件碳化以后，其混凝土的內(nèi)部組成及組織將會發(fā)生變化，從而將直接導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)物的性質(zhì)及其耐久性發(fā)生變化。

（2）混凝土碳化的影響因素研究。從以上所述的混凝土碳化機(jī)理的表述中

可以看出，混凝土結(jié)構(gòu)本身的密實(shí)性以及其堿性儲備的大小是混凝土結(jié)構(gòu)是否發(fā)生碳化的決定因素，即混凝土構(gòu)件中Ca （OH） z的含量大小和結(jié)構(gòu)本身的滲透性起著舉足輕重的作用。因此，可以認(rèn)為，如果混凝土的孔隙率愈小，滲透性就愈差，結(jié)構(gòu)密實(shí)性就會愈高，且其中Ca （OH） z含量越大，則混凝土結(jié)構(gòu)的抗碳化性能就會愈好;反之，則混凝土構(gòu)建的抗碳化性能就愈差。所以歸納起來，影響混凝土碳化的主要因素有周圍環(huán)境、施工和材料等三大類因素。

（3）混凝土碳化的危害研究。在實(shí)際工程中，某些條件卜，混凝土碳化以

后，混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)性將會得到一定程度的增加，混凝土的抗化學(xué)腐蝕能力也會得到一定程度的提高。總體而言，混凝土的碳化對混凝土結(jié)構(gòu)的危害主要體現(xiàn)在兩方面：第一，使混凝土結(jié)構(gòu)自身的延性發(fā)生降低，不利于結(jié)構(gòu)的抗震;第二，構(gòu)件的碳化會破壞鋼筋表面的鈍化膜，導(dǎo)致鋼筋發(fā)生銹蝕。

（4）減少混凝土碳化的措施研究。

為了減少混凝土的碳化，工程中一般采取以卜措施：①加大構(gòu)件的保護(hù)層厚度，這是工程中最常用的保護(hù)鋼筋不遭銹蝕的辦法;②采用表面涂層或表面覆蓋層等使混凝土與大氣隔絕的方法，將會對減少或預(yù)防混凝土碳化有著顯著的效果;③混凝土施工時，振搗的方法選取也要注意，應(yīng)盡量采用保證混凝土構(gòu)件的密實(shí)性較好的機(jī)械振搗的方法。同時，施工過程中，應(yīng)盡量避免對構(gòu)件采取加熱養(yǎng)護(hù)的方法以加速混凝土構(gòu)件的硬化;④施工中過程中合理設(shè)計混凝土配合比。

二、鋼筋銹蝕理論研究

鋼筋腐蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命的重要因素。

（1）鋼筋銹蝕機(jī)理研究。鋼筋在混凝土構(gòu)件中的銹蝕是在潮濕的環(huán)境中發(fā)

生的，因此它屬于濕腐蝕。這種腐蝕是在氧氣和水的共同作用卜，發(fā)生的一種電化學(xué)腐蝕。其過程是首先處在鋼筋表面的鐵會不斷失去電子并溶于水，在此過程中，鋼筋將逐漸被腐蝕。

（2）鋼筋銹蝕的影響因素研究。鋼筋混凝土構(gòu)件固有的內(nèi)在影響因素有混凝土的密實(shí)度、保護(hù)層厚度、結(jié)構(gòu)內(nèi)部完好性狀態(tài)及其液相的組成（pH值及C，含量等）等，而構(gòu)件周圍所處的環(huán)境的腐蝕性、周期性的冷熱交替作用及凍融循環(huán)作用等則是鋼筋銹蝕的主要外界影響因素。

（3）鋼筋銹蝕的危害研究。鋼筋銹蝕后，對混凝土結(jié)構(gòu)的危害有以卜三個方面：①當(dāng)構(gòu)件中鋼筋銹蝕的截面損失率較小，在5%以內(nèi)時，此類鋼筋的力學(xué)性能與未銹蝕的鋼筋力學(xué)性能相比較，差別其實(shí)是并不大;同時，鋼筋的銹蝕也會造成鋼筋截面積發(fā)生減小，鋼筋的極限延伸率將會隨之降低。②當(dāng)鋼筋截面損失率超過0. 5%時，鋼筋還會產(chǎn)生沿著鋼筋混凝土構(gòu)件的縱向裂縫;當(dāng)鋼筋截面損失率超過10%時，混凝土保護(hù)層將會發(fā)生剝落，從而使構(gòu)件的實(shí)際橫截面積發(fā)生減小，截面的有效高度也會隨之降低。③鋼筋的銹脹裂縫會隨著鋼筋的銹蝕量的繼續(xù)增大而會繼續(xù)發(fā)展，最終導(dǎo)致構(gòu)件中的鋼筋和混凝土之問的極限粘結(jié)強(qiáng)度、殘余粘結(jié)強(qiáng)度等指標(biāo)呈指數(shù)關(guān)系呈降低的趨勢。

三、氯離子的侵蝕研究

（1）氯離子腐蝕鋼筋的作用機(jī)理。氯離子通常有兩種方法對混凝土結(jié)構(gòu)的

耐久性進(jìn)行破壞：第一種方法是“滲入”的方式，是指環(huán)境中本身存在的游離氯

離子通過混凝土中本身存在的宏觀、微觀缺陷等滲入到構(gòu)件中，并到達(dá)構(gòu)件中鋼筋的表面處，從而侵蝕混凝土的方法;第二種方法是“混入”的方式，主要是指在拌制澆注混凝土的過程中，摻用了一定含量氯離子外加劑、使用海砂、施工用水中含有一定量氯離子以及在含鹽環(huán)境中產(chǎn)生的。

（2）氯離子腐蝕鋼筋的影響因素研究。氯離子對構(gòu)件中的鋼筋的侵蝕影響

與很多因素是有關(guān)的，比如氯離子本身的擴(kuò)散系數(shù)值、不同混凝土構(gòu)件中的不同氯離子的含量臨界值、混凝土構(gòu)件表面處含有的氯離子的濃度以及構(gòu)件本身的混凝土保護(hù)層厚度等。

（3）氯離子侵蝕的危害研究。氯離子對混凝土構(gòu)件產(chǎn)生的侵蝕危害是眾所

周知的。氯離子進(jìn)入到混凝土構(gòu)件的內(nèi)部的方式主要是通過“摻入”或“滲入”，

其主要是通過破壞鋼筋表面的鈍化膜，從而達(dá)到使鋼筋發(fā)生銹蝕的效果。

四、混凝土耐久性的檢測方法

國內(nèi)外針對長齡期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所進(jìn)行的耐久性實(shí)驗(yàn)方法的相關(guān)資料主要有兩大類，即模擬實(shí)驗(yàn)法和真實(shí)實(shí)驗(yàn)法，此兩種方法各有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)，當(dāng)前運(yùn)用較多的是模擬實(shí)驗(yàn)法，其是采用電化學(xué)的方法進(jìn)行快速鋼筋銹蝕的一種方法;或者可以采用常壓、低濃度的COz來加快混凝土構(gòu)件的碳化的一種方法。而只有極少數(shù)實(shí)驗(yàn)是從已經(jīng)服役較長時問的結(jié)構(gòu)中拆除卜來的自然銹蝕和碳化的試驗(yàn)構(gòu)件。而對于本文，是對一個在鑒定工程中現(xiàn)場采集到的構(gòu)件耐久性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理，對服役多年以后的構(gòu)件的耐久性的變化規(guī)律進(jìn)行研究，從而評定該構(gòu)件的耐久性，并可以同時提出相應(yīng)的處理措施，因此，本論文對實(shí)際的工程有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。

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