淺析混凝土耐久性問題及其改善方法與措施

張　杰

中圖分類號：TU528文獻標識碼：A文章編號：1673—0992(2009)03—075—02

摘要：當前，許多鋼筋混凝土結構，特別是處于惡劣環境條件下的基礎設施建筑工程項目，由于混凝土耐久性不足，導致結構性能劣化，安全性能降低，造成大量的項目遠遠達不到預期的使用壽命或預期的使用功能。有的項目在使用過程中不得不投入大量資金經常進行維修，有的甚至發生結構坍塌事故，帶來了嚴重的經濟損失和不良的社會影響。因此，建筑工程項目必須充分重視混凝土的耐久性問題，并從全壽命的角度，對項目進行安全評估和經濟分析。

關鍵詞：混凝土；耐久性；技術

一、混凝土耐久性提高的制約因素

1目前，阻礙高性能混凝土廣泛應用的主要原因是短期經濟利益問題。由于原材料中的超塑化劑和超細磨的細摻料價格較高，加上混凝土生產、施工和養護過程中的質量控制要求較嚴格也會增加一些費用，使得高性能混凝土比常規混凝土的單價稍高，因此往往不易被用戶接受。采用耐蝕合金鋼或不銹鋼筋是解決鋼筋銹蝕的最徹底方法。

2由于混凝土中摻加較多的粉煤灰、細磨礦渣或硅灰后，混凝土的凝結硬化速度減緩，早期強度低，這阻礙了國內大量建筑工程所要求的“速度”。其實，大量建筑工程事故和質量隱患許多都是不合理地追求施工工期而“趕”出來的。這需要我們對建筑工程管理體制和急功近利的做法進行反思。

3其實混凝土材料費用在工程總造價中所占的比例并不大，混凝土材料和施工所增加的費用很容易被其他方面的效益所補償。提高混凝土耐久性所帶來的安全使用期的延長，尤其是在不利環境下，其社會效益、經濟效益以及環境等效益，更會大大超過建造初期所增加的費用。

二、混凝土耐久性問題的影響因素

1碳化對混凝土結構性能的影響

碳化使混凝土的堿性降低。當碳化達到鋼筋表面，并使鋼筋表面的pH值降低到10以下時，混凝土將失去對鋼筋的保護作用，鋼筋表面的鈍化保護膜開始破壞。當有水和氧存在時鋼筋開始銹蝕，因此混凝土碳化是大氣環境中鋼筋銹蝕的前提條件。鋼筋一旦生銹，因鋼筋生成物與混凝土的粘結力很低，同時因為鐵銹的膨脹壓力會使混凝土保護層產生龜裂，通過這些裂縫又迅速加快混凝土碳化和鋼筋銹蝕的速度。鋼筋銹蝕引起鋼筋截面減小、力學性能降低，構件剛度、承載力逐步下降，導致鋼筋混凝土結構的耐久性降低。另外，碳化作用會增加混凝土的收縮，引起混凝土表面產生拉應力而出現微細裂縫，從而降低混凝土的抗拉、抗折強度及抗滲能力，從而影響混凝土結構的適用性和安全性。

2鋼筋銹蝕對混凝土結構性能的影響

鋼筋銹蝕到一定程度后，銹蝕產物產生的膨脹壓力將會使混凝土保護層發生順筋開裂，從而使鋼筋的銹蝕速度進一步加快，鋼筋銹蝕引起混凝土順筋開裂時的臨界銹蝕量是一個關鍵量，一般認為，它與混凝土的抗拉強度、混凝土保護層厚度及鋼筋的直徑有關。銹蝕對鋼筋強度的影響：對于低碳鋼筋，均勻銹蝕對混凝土中低碳鋼筋性能的影響相對不大，坑銹會使鋼筋的強度降低，鋼筋強度隨銹坑深度的增加而降低(按實際面積計算)，對于中度銹蝕的鋼筋，其強度將降低6％左右：對于嚴重銹蝕的鋼筋，其強度將降低12％左右。此外，坑銹還會降低鋼筋的伸長率。對于高強度鋼筋(或鋼絲)。特別是預應力混凝土中的高強度鋼筋或鋼絲，銹蝕會使鋼筋彈性變形能力急劇下降，并出現“裂紋銹蝕”(又稱為應力腐蝕)，它相當危險，因為鋼筋會在沒有任何預兆的情況下突然斷裂。這對結構安全是非常大的威脅。

3混凝土的凍觸破壞機理

混凝土是由水泥砂漿及粗骨料組成的毛細孔多孔體。在拌制混凝土時為了得到必要的和易性，一般加入的拌和水總要多于水泥的水化水。這部分多余的水便以游離水的形式滯留于混凝土中形成連通的毛細孔，并占有一定的體積。這種毛細孔中的自由水就是導致混凝土遭受凍害的主要內在因素。應該指出，在正常情況下，毛細孔中的水結冰并不至于使混凝土內部結構遭到嚴重破壞。因為混凝土中除了毛細孔之外還有一部分水泥水化后形成的膠凝孔和其他原因形成的非毛細孔，這些空隙中常混有空氣，因此，當毛細孔中的水結冰膨脹時，能將一部分未結冰的水擠入膠凝孔，起到緩沖調和作用，從而減少膨脹壓力。避免混凝土內部結構破壞。但當處于飽和水狀態時，情況就完全兩樣了，此時毛細孔中水結冰時，膠凝孔中的水處于過冷狀態。混凝土孔隙中水的冰點隨孔徑的減小而降低，膠凝孔中形成冰核的溫度在一780c以下。膠凝孔中處于過冷狀態的水分因為其蒸汽壓高于同溫度下冰的蒸汽壓而向毛細孔中冰的界面處滲透，于是毛細孔中又產生一種滲透壓力。此外，膠凝水向毛細孔滲透的結果必然使毛細孔中的冰體積進一步膨脹。由此可見，處于飽和狀態的混凝土受凍時，其毛細孔壁同時承受膨脹壓及滲透壓兩種壓力。當這兩種壓力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土就會開裂。在反復凍融循環后，混凝土中的裂縫會互相貫通，其強度也會逐漸降低，甚至完全喪失。這會導致混凝土結構由表及里遭受破壞。混凝土的飽和度隨著凍融循環次數或時間的增長而不斷增加，但增加速率越來越低，所以在混凝土的使用年限與抗凍等級或抗凍耐久性指數之間不會呈正比關系。

三、混凝土耐久性問題的改善方法

1選擇性能良好的外加劑

提高混凝土的密實性，減少混凝土的滲透性可以提高混凝土的抗侵蝕能力。混凝土的滲透性控制著水及侵蝕性液體或氣體滲入的速率，同時，也能抑制水泥漿體中的毛細傳遞作用，因此，滲透性與混凝土的耐久性有著最為密切的關系，大幅度提高混凝土的抗滲性是改善其耐久性的關鍵。使用高效減水劑和引氣劑，可以較大地提高混凝土的抗滲透性，恰當地使用一些養護劑、阻銹劑等，也可以改善和提高混凝土的耐久性。

2合理選擇混凝土材料和配合比

(1)合理選擇水泥品種，在一般環境條件下，宜選擇低水化熱和低含堿量的水泥，不宜選擇早強水泥。

(2)合理選擇混凝土的骨料。混凝土的骨料除要求質地堅硬和有足夠的強度外，還必須具有穩定的物理和化學性質。

(3)控制水膠比和水泥用量。控制水膠比是為了減少混凝土拌和物凝結后多余的水溢出所產生的毛細孔道和孔隙、減小混凝土的滲透性、防止凍融破壞。控制水泥用量也是為了保證混凝土的密實性，從耐久性的角度，應優化混凝土配合比，確定最佳水泥用量和水膠比。

(4)選用優質摻和料，配置高耐久性混凝土，摻加部分粉煤灰或細磨礦渣或硅灰是配置高耐久性混凝土必不可少的組分。這可以減少水泥用量，改善混凝土中細微顆粒的級配，提高漿體和界面的致密性：改善混凝土拌和物的施工性能：降低混凝土內部由于水泥水化熱而產生的溫升；調整混凝土內部實際強度的發展。這些對提高混凝土的密實度和抗滲性有極好的作用。

3合理的結構設計和構造設計

(1)保證有足夠的混凝土保護層厚度。混凝土的高堿性可使鋼筋表面形成致密的鈍化膜，對鋼筋有良好的保護作用。混凝土保護層可以阻止外界侵蝕介質、氧氣和水分的滲入，保護作用的效果與混凝土的密實度和保護層的厚度密切相關。適當加大混凝土保護層的厚度是提高混凝土耐久性、延長混凝土結構使用壽命的重要措施。為此，各國規范都有針對不同使用環境的最小混凝土保護層厚度的規定。

(2)合理地設計結構及構造。對易于發生耐久性問題的結構或構件部位，在設計中應通過合理的結構設計和合理的構造措施予以克服。例如，使建筑物利于排水，以保證混凝土的干燥：合理進行結構布置以及地基處理，減少建筑物不均勻沉降造成的裂縫等。

四、結語

總之，混凝土在使用期間，會由于環境中的侵蝕性介質的侵入，產生物理和化學反應，導致混凝土性能劣化。混凝土的耐久性實質上是抵抗這種劣化作用的能力。劣化產生的內部潛在因素是混凝土中的化學成分和孔結構，外部條件是環境中侵蝕性介質和水的存在。外部條件是客觀存在的，提高混凝土耐久性的關鍵是減少混凝土中對腐蝕性介質易感的組分，同時提高混凝土本身的密實性。盡可能減少原生裂縫，使混凝土硬化后體積穩定而不產生收縮裂縫。