淺談普通混凝土的耐久性

徐澄

摘? 要：普通混凝土在使用中往往需要長(zhǎng)時(shí)間保持性能，需要面對(duì)各種復(fù)雜的使用環(huán)境，如何能在這些不利的條件下保證其性能不下降，持久受力、穩(wěn)定工作就顯得尤為重要。這其中起決定性作用的就是耐久性。該文從混凝土的耐久性入手，對(duì)常見(jiàn)的耐久性問(wèn)題進(jìn)行分析，并簡(jiǎn)要分析了解決措施和改善方法;同時(shí)對(duì)未來(lái)混凝土耐久性改善的方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：混凝土? 耐久性? 抗?jié)B性? 耐腐蝕性

中圖分類號(hào)：TU528.1 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）07（b）-0077-03

On the Durability of Ordinary Concrete

XU Cheng

（Jiangyin Polytechnic College， Wuxi， Jiangsu Province， 214400 China）

Abstract： Ordinary concrete often needs to maintain performance for a long time in use，it needs to face a variety of complex use environments.How to guarantee its performance under these unfavorable conditionsand also keep sustained loading is important.Andthe decisive factor is its durability.This paper starts with the durability of concrete，and have an analysis of some common problems about durability，and the solution and improvement methods are analyzed briefly. At the same time， the paper make a prospect of some improvement of concrete durability.

Key Words： Concrete; Durability; Impermeability; Corrosion resistance

1? 混凝土的耐久性及所面臨的常見(jiàn)問(wèn)題

混凝土是我國(guó)建筑行業(yè)的主要材料，其特點(diǎn)鮮明，功用明確，主要在結(jié)構(gòu)中作為受壓材料，其穩(wěn)定的性能和持久的服役能力使得它經(jīng)久不衰，然而近年來(lái)混凝土的使用正面臨著巨大的考驗(yàn)，由于建筑物不得不面對(duì)非常復(fù)雜、多變的環(huán)境，需要在各種惡劣的情況下使用，這使得它的壽命往往很難達(dá)到設(shè)計(jì)年限，給使用者帶來(lái)了損失以及安全隱患。所以，如何改善混凝土的使用壽命現(xiàn)在成為了材料學(xué)家研究的一個(gè)熱點(diǎn)。在土木工程中，提高其使用壽命最好的方式無(wú)疑就是提高混凝土的耐久性。

1.1 混凝土的耐久性

耐久性對(duì)于材料來(lái)說(shuō)是一個(gè)復(fù)雜且豐富的概念，一方面它需要考慮材料所處的環(huán)境，另一方面它需要檢測(cè)其持續(xù)使用的性能。工業(yè)上一般把材料能在工作環(huán)境中保持工作性能不出現(xiàn)性能損失稱為“耐久性”，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期使用不損傷，家電正常使用多年不用維修等，通俗一點(diǎn)講可以叫“耐用”。當(dāng)然，混凝土的“耐久性”也可以理解為混凝土在其服役環(huán)境下的不出現(xiàn)大的損傷，從而影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。現(xiàn)如今混凝土所面對(duì)的外部因素越加的復(fù)雜，如水、空氣、腐蝕物質(zhì)、受力、溫度等，這些因素的存在需要混凝土在自身各方面體現(xiàn)出良好的素質(zhì)，總結(jié)起來(lái)有以下一些特性：抗?jié)B性、抗凍性、抗腐蝕、抗堿集料、抗碳化、抗振動(dòng)。

耐久性的研究一直是混凝土工程學(xué)者探索的熱點(diǎn)，其重要性不言而喻。對(duì)于工程人員而言，混凝土結(jié)構(gòu)在施工和使用的過(guò)程中主要要解決兩個(gè)問(wèn)題：第一，結(jié)構(gòu)的承載能滿足設(shè)計(jì)要求，這個(gè)就要求設(shè)計(jì)人員從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)始，對(duì)結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)的組成進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)和計(jì)算，同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)完成后承受的各做作用;第二，就是混凝土的耐久性，在滿足承載條件的基礎(chǔ)上，混凝土能否為長(zhǎng)期承受荷載提供穩(wěn)定性。即結(jié)構(gòu)滿足了承載要求，但是需要保證在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間能繼續(xù)保持這種承載能力而維持結(jié)構(gòu)的安全使用，這個(gè)就由混凝土的耐久性來(lái)決定了。大量結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，其使用年限都在50年以上，這就需要耐久性有著非常優(yōu)異的“表現(xiàn)了”。然而，實(shí)際中卻有越來(lái)越多的“問(wèn)題”來(lái)影響它。

1.2 令人無(wú)可奈何的“酸雨”

你的混凝土還好么？每當(dāng)下雨過(guò)后，材料專家和學(xué)者不禁要有所擔(dān)憂。下雨帶來(lái)了兩方面的危害——水的滲透和腐蝕物質(zhì)的侵入。在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)，如今的雨水不再像舊時(shí)那么“純潔”，原因是現(xiàn)在的雨水中存在混凝土的“死對(duì)頭”——酸，如硫酸、硝酸等，這些“不速之客”給混凝土帶來(lái)了不小的危害，因?yàn)榛炷帘旧硎菈A性物質(zhì)，尤其混凝土中最關(guān)鍵的配料水泥，酸雨直接危害堿性的水泥。而其破壞的形式主要有兩種，酸雨會(huì)混凝土其發(fā)生碳化，而對(duì)于鋼筋而言酸雨則直接腐蝕。其中混凝土的碳化實(shí)際上是指原來(lái)堿性的混凝土變成“中性”，這種情況對(duì)混凝土而言并不會(huì)造成太大的性能問(wèn)題，甚至在不設(shè)置鋼筋的素混凝土中，這種碳化可以增加表面密度，提高耐久性。然而，現(xiàn)階段素混凝土一般不作為主要受力構(gòu)件，所以碳化真正危害的是現(xiàn)在作為主要受力結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土，碳化會(huì)使得鋼筋的保護(hù)層遭到破壞，中性化的混凝土不能再為鋼筋抵擋酸性及其他腐蝕性物質(zhì)，鋼筋的受腐蝕速度會(huì)大大提高。而酸性物質(zhì)則直接滲透混凝土內(nèi)部腐蝕鋼筋，使其體積膨脹，受拉的能力失去，最終鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞。而今，硫化物及其他化學(xué)氣體的排放隨處可見(jiàn)，這些氣體很快形成酸雨，持續(xù)危害混凝土建筑物。對(duì)于酸雨的防治并沒(méi)有非常有效的方法，除了提升施工工藝水平、提高材料的密實(shí)程度以外，還有就是設(shè)置保護(hù)層，但是這些都是治標(biāo)不治本的方法，這讓人覺(jué)得無(wú)可奈何，卻又迫在眉睫。

1.3 冰凍天讓工程師怒火起

如果說(shuō)“酸雨”讓人無(wú)可奈何，那么溫度則使人心中抓狂，不管是低溫還是高溫對(duì)混凝土都不有利。眾所周知，低溫環(huán)境下混凝土的破壞仍然來(lái)源于混凝土中的水分，尤其偏北地區(qū)，低溫的混凝土中的水分出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，而結(jié)冰之后的水體積增大從而使得混凝土中孔隙增大，使得混凝土的密實(shí)度降低，而溫度回升后水分融化，再一次低溫的時(shí)候再次結(jié)冰，這就被稱之為“凍融破壞”，隨著凍融破壞的循環(huán)的次數(shù)增加，混凝土受到的破壞步步加深，最終混凝土孔隙不斷增大，混凝土的性能破壞損失，與此同時(shí)對(duì)鋼筋的保護(hù)也逐漸消失，引起更大的損傷。高溫同樣也不“友善”，如內(nèi)部溫度高而外部溫度低的情況則更是如此，這會(huì)使得混凝土產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象，引起結(jié)構(gòu)的變形，導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂，最終破壞表層混凝土。施工過(guò)程中，工程師往往通過(guò)設(shè)置施工縫來(lái)控制溫度引起的混凝土破壞問(wèn)題，然而破壞由小到大不斷積累，最終導(dǎo)致混凝土耐久性下降。

1.4 堿集料反應(yīng)很難治理

盡管混凝土是堿性物質(zhì)，然而如果堿性過(guò)大對(duì)混凝土來(lái)說(shuō)也是“滅頂之災(zāi)”，它會(huì)帶來(lái)堿集料反應(yīng)。所謂的堿集料反應(yīng)是指水泥中的堿性氧化物含量較高時(shí)，會(huì)與骨料中所含的二氧化硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并在骨料表面生成堿-硅酸凝膠，吸水后會(huì)產(chǎn)生較大的體積膨脹，導(dǎo)致混凝土脹裂現(xiàn)象。這種現(xiàn)象極難治理，因?yàn)閴A性物質(zhì)在施工中往往不會(huì)特別注意，所以一旦出現(xiàn)堿集料反應(yīng)，發(fā)生破壞往往已是混凝土破壞比較嚴(yán)重時(shí)段，加固為時(shí)已晚。所以很多專家把堿集料反應(yīng)稱之為混凝土的“絕癥”，相關(guān)的研究很多，效果不理想，由此帶來(lái)的混凝土耐久性的下降卻顯而易見(jiàn)。最簡(jiǎn)單的方法就是直接控制原料里面堿性物質(zhì)的含量，但是隨著堿性物質(zhì)的積累，堿集料反應(yīng)仍然不可避免。

2? 提升耐久性任重道遠(yuǎn)，卻也刻不容緩

以上種種顯示，混凝土耐久性的提升絕非易事，而混凝土也正面臨越來(lái)越嚴(yán)重的服役環(huán)境，很多領(lǐng)域會(huì)出現(xiàn)新的混凝土耐久性問(wèn)題，如道路上的超載問(wèn)題、干燥地區(qū)的水分不足等，這些因素也在極大地影響著耐久性，如何改善將是一個(gè)需要長(zhǎng)期努力研究的問(wèn)題。

2.1 如何提高混凝土的耐久性

提升施工技術(shù)水平是核心，從本質(zhì)上說(shuō)混凝土的密實(shí)程度和孔隙情況決定著混凝土耐久性的好壞，良好的耐久性需要混凝土從施工開(kāi)始就嚴(yán)密控制。在施工過(guò)程中，施工員對(duì)施工過(guò)程的控制起著關(guān)鍵作用，現(xiàn)如今很多施工員施工技術(shù)并不是十分出色，整個(gè)施工過(guò)程就會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，有時(shí)甚至需要大量的返工，這個(gè)時(shí)候?qū)τ诨炷恋哪途眯跃头浅２焕Ｆ浯危菍?duì)材料的選擇，這是關(guān)鍵。混凝土在配制過(guò)程中從原料入手，如控制好骨料的集配、水灰比、加水量等等，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)前有針對(duì)性對(duì)混凝土提出要求，這樣可以使得混凝土從材料源頭上對(duì)耐久性進(jìn)行把控。另外，對(duì)混凝土成品進(jìn)行科學(xué)管理顯得尤為重要，很多混凝土結(jié)構(gòu)在施工結(jié)束以后，對(duì)其進(jìn)行的維護(hù)并不是十分理想，原因是很多工程需要進(jìn)行趕工，往往施工中將已經(jīng)完成的成品直接置放，維護(hù)的措施并不多，如已經(jīng)澆筑好的梁柱等重要結(jié)構(gòu)，這些都會(huì)使得最終的結(jié)構(gòu)耐久性大打折扣。因此，在施工過(guò)程中，優(yōu)秀的施工企業(yè)對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)工作會(huì)格外重視。最后，是對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的及時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)投入使用的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行按期監(jiān)測(cè)顯得尤為必要，對(duì)損傷比較嚴(yán)重混凝土結(jié)構(gòu)，評(píng)估其耐久性，做出合理的布置，如加固、加強(qiáng)，或者直接拆除。

2.2 展望

耐久性作為混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期正常工作的基本保證對(duì)混凝土重要性而言無(wú)需贅述，然而隨著環(huán)境的多變和使用場(chǎng)景多樣，其需要改善因素也越來(lái)越多。筆者認(rèn)為未來(lái)的混凝土應(yīng)該從這幾個(gè)方面入手。

（1）進(jìn)一步提高混凝土的密實(shí)程度，改善孔隙的特征，通過(guò)改善密實(shí)度提高表面混凝土的耐磨性，從而保護(hù)里側(cè)的材料，最終提高耐久性。

（2）研發(fā)耐腐性混凝土，從源頭上來(lái)控制材料的耐腐蝕能力，這將是一個(gè)筮待解決的難題。混凝土的耐腐蝕性不但是為了自身的耐腐蝕，更重要的是為了護(hù)好鋼筋，使其能不輕易被酸及酸性物質(zhì)銹蝕、氧化等。

（3）制造更精準(zhǔn)的檢測(cè)機(jī)器，從而以最快的速度對(duì)混凝土耐久性進(jìn)行診斷，提出整改措施，減少不必要的損失。

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