淺談鋼筋混凝土結構耐久性及其改善措施

摘要：本文對鋼筋混凝土結構的耐久性進行了介紹，并提出了幾種提高鋼筋混凝土結構耐久性的方法。

關鍵詞：鋼筋；混凝土結構；耐久性；鋼筋混凝土耐久性改善措施

1前言

任何結構的興建都是為了使用，也就是使已建結構完成其預定的功能。而結構預定的功能能否實現，則主要取決于它在整個設計服役期內的表現。大量混凝土工程實例表明，很多結構在服役期內總的維修費用遠大于它的初始造價。因此減少結構在服役期內的總維修費用在目前是更現實、更迫切的任務。混凝土結構一直被認為是一種節能、經濟、用途極為廣泛的人工耐久性材料，是目前應用較為廣泛的結構形式之一。隨著結構物的老化和環境污染的加劇，混凝土結構的耐久性問題越來越引起國內外廣大研究者的關注。當今世界，混凝土結構破壞的原因，按重要性遞降順序排列是：鋼筋銹蝕、寒冷氣候下的凍害、侵蝕環境的物理化學作用。而我國混凝土結構破壞的原因主要是\"南銹北凍\"。然而長期以來，人們對混凝土結構的耐久性問題一直未能給予足夠的重視。由于勘探、設計、施工及使用過程中的多種因素，使結構不可避免的出現各種不同程度的隱患、缺陷或損傷，進而導致結構的失效，造成資金的巨大浪費。

2 混凝土結構耐久性概念

所謂混凝土結構的耐久性是指結構對氣候作用、化學侵蝕、物理作用或任何其他破壞過程的抵抗能力。

影響混凝土結構耐久性的因素十分復雜，主要有內外兩方面的因素作用，其中混凝土材料的物理和化學作用，如混凝土的碳化、鋼筋的銹蝕等是決定其耐久性的內因；混凝土結構所處的環境條件和防護措施，是影響混凝土結構耐久性的外因。

3 鋼筋混凝土結構腐蝕基本機理

在腐蝕環境下，環境中有害介質、離子將會對混凝土結構進行侵蝕，造成鋼筋截面損失、表面污染、混凝土開裂或脫落等，結構的安全性和可靠性將會大幅度降低，并導致結構在達到其預期的設計使用壽命之前就已經破壞，影響結構的正常使用。

3.1 鋼筋腐蝕的基本機理

鋼筋的腐蝕是一種電化學的過程，在堅實的混凝土內部，由于其孔隙液體中含有易溶性的氫氧化鉀和氫氧化鈉以及大量的微溶氫氧化鈣，因此形成PH值為13或更高的堿性環境。在這種環境中，在鋼筋表面形成的鈍化膜，將阻止鋼筋銹蝕的發生。

在此，陽極反應產生的多余電子通過鋼筋輸送往陰極，陰極產生的氫氧化根離子通過混凝土的孔隙以及鋼筋表面與混凝土空隙的電解質被送往陽極，從而形成一個腐蝕電流的閉合回路，使電化學過程得以實現。

3.2 混凝土腐蝕的基本機理

混凝土腐蝕是一個很復雜的物理化學過程。混凝土的腐蝕按腐蝕過程分為三類：

第一類屬溶蝕性的混凝土腐蝕，即當水滲透到混凝土內部，或是軟水與水泥石作用時，將一部分水泥的水花產物溶解并流失，引起混凝土破壞。

第二類屬某些鹽酸溶液和鎂鹽對混凝土的腐蝕。這類腐蝕的主要生成物為不具有膠凝性的、易于被水溶蝕的松軟物質。這類腐蝕不會使混凝土遭到徹底破壞。但若轉化為第一類腐蝕，即其生成被滲透到混凝土內部的水所溶蝕，則將使混凝土中的水泥石完全遭到破壞。

第三類屬結晶膨脹型腐蝕。它是混凝土受硫酸鹽的作用，在其孔隙和毛細管中形成低溶解度的新產物，逐步積累，產生巨大的膨脹應力，而使混凝土遭受破壞。

因此，應著重從防止鋼筋銹蝕和改善混凝土本身性能這兩方面出發來提高鋼筋混凝土結構的耐久性。

4防止鋼筋銹蝕的主要方法

4.1鋼筋的混凝土保護層厚度

在我國的混凝土結構設計規范中，鋼筋的混凝土保護層最小厚度一般均對縱向受力鋼筋而言。從耐久性的角度看，最外層的箍筋或分布筋該最早受到侵蝕，普通鋼筋（主筋、箍筋、分布筋）的混凝土保護層Cmin與保護層厚度施工負允差△之和，即：

4.2控制混凝土拌合物中氯離子的含量

當由于某種原因，氯離子含量在鋼筋周圍達到某一臨界值時，鋼筋的鈍化膜開始破壞，喪失對鋼筋的保護作用，從而引起鋼筋的銹蝕。

JTJ275-2000 針對預應力混凝土和鋼筋混凝土，分別規定了混凝土拌合物中氯離子含量的最高限值（以水泥質量百分率計）為0.06%和0.1%。

4.3 采用鋼筋防護材料

采用涂層鋼筋、噴塑（樹脂）鋼筋、混凝土中加入鋼筋阻銹劑、混凝土中摻加緩蝕劑、混凝土表面涂層（涂薄層、復合型涂層、滲透性涂層）等。

5 提高混凝土耐久性的幾種方法

影響混凝土耐久性的一個重要因素是混凝土本身的質量。提高密實度而減少混凝土的滲透性可以減緩侵蝕性物質侵入混凝土內部的速度，而這又與混凝土的強度等級、水灰比等因素有關。當混凝土中含有堿活性骨料時，在露天和潮濕的環境中，堿和骨料內的活性顆粒產生堿-骨料反應造成混凝土表面產生裂縫，加速侵蝕性物質的破壞作用。

5.1采用高性能混凝土

高性能混凝土具有高耐久性、良好的工作性能和高抗氯離子滲透性。通過礦物細摻合料和高效減水劑等的使用，水泥顆粒之間及水泥與骨料的空隙得到了一定程度的填充，不僅使結構混凝土的強度得到提高，節約水泥材料用量，從而一定程度上提高了混凝土的抗滲性能，減弱了氯離子對混凝土的滲透作用，從而延長了結構腐蝕所需的初始時間t0。與傳統的混凝土相比，高性能混凝土在原材料上有兩點不同：低水膠比和多組分。其目的是為了增強混凝土的密實程度，改善骨料和水泥漿體之間的界面性能，從而達到良好的耐久性。混凝土的耐久性明顯取決于微觀結構，尤其是漿體的孔隙率。正由于高性能混凝土的空隙率很低，因此與漿體中水或侵蝕介質輸送過程有關的物理和化學侵蝕作用便會削弱。

5.2 提高混凝土的抗滲性

混凝土由水泥、粗細骨料和水拌制而成。為了獲得必要的流動性，滿足施工要求，常用較多的水。當混凝土硬化后，多余的水就被蒸發掉，形成毛細孔，用水量越大，水泥水化后留下的毛細孔越多，滲透系數也越大。所以在拌制混凝土時，在滿足技術和施工要求的情況下，應盡量降低水灰比，減少用水量，增加密實度，以提高混凝土的抗滲性。

5.3預防堿-骨料反應

發生堿-骨料反應需要水、活性骨料、堿三個條件，缺一不可。所以只要去掉三個條件中的任何一個，即可預防堿-骨料反應的發生。

一般認為，若混凝土的構件四周平均濕度小于60%，則發生AAR的概率很小。從材料方面，采取的主要方法有：使用非活性骨料、使用低堿水泥、使用鋰鹽抑制劑、摻入礦物摻合料等。

結束語

目前我國正處于大規模的基礎建設時期，鋼筋混凝土結構仍是主體。為增強我國鋼筋混凝土結構安全性、耐久性，懇請參與此工作的同事和同行多多指正，以使我國有關鋼筋混凝土結構耐久性的研究工作取得更大的進展。

參考文獻

[1]《鋼筋混凝土結構設計規范大全》GB50010-2002 中國建筑工業出版社2002.9

[2]《混凝土結構耐久性設計與施工指南》中國建筑工業出版社2004.5

[3]《受腐蝕混凝土結構耐久性檢測診斷》黃河水利出版社2006.9