提高混凝土結構的耐久性措施探討

王江清

（廈門市湖里區建設工程質量安全監督站，福建 廈門 361000）

1 混凝土發生耐久性失效的原因

影響結構耐久性的因素很多，可分為內在因素和外在因素兩大類。內在因素主要為結構的設計形狀和構造型式、鋼筋保護層厚度和直徑的大小、選用的水泥和骨料種類、混凝土的水灰比和密實度、外加劑類型、澆筑和養護的施工工藝等，外在因素主要指環境因素，包括冷熱、干濕、凍融循環、化學介質侵蝕、磨損破壞、疲勞等諸多方面。而混凝土的耐久性破壞因素表現形式主要有混凝土的混凝土滲透破壞、凍融破壞、侵蝕性介質的腐蝕、混凝土的碳化、混凝土中的堿骨料反應及鋼筋的銹蝕等。

1.1 混凝土滲透破壞

混凝土耐久性的決定因素主要是混凝土的滲透性。混凝土是一種具有一定滲透性的材料，環境中的有害介質很容易通過表層混凝土的孔洞、裂縫進入混凝土內部與混凝土中的成分發生化學反應，破壞混凝土的結構，從而導致混凝土建筑整體出現耐久性問題。其中有三種與耐久性有關的流體可能進入到混凝土基體內部：純水、帶有侵蝕性離子的水和氣體（如二氧化碳、氧氣、二氧化硫等）。這些流體可以以不同的方式在混凝土基體中移動，移動的方式主要取決于混凝土的滲透性，混凝土的耐久性在很大程度上取決于這些液體或氣體進入其內部的難易程度。

1.2 混凝土凍融破壞

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。當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，導致混凝土結構由表及里遭受破壞。

1.3 堿骨料反應

堿骨料反應一般是指混凝土微孔中的堿溶液和骨料中的活性礦物發生反應，生成堿硅膠或粘土質集料。這種生成物會吸收微孔中的水分，發生體積膨脹，在周圍水泥漿已硬化的情況下形成一定的膨脹壓力。但該壓力超過水泥漿抗拉強度時，就會引起混凝土開裂，使混凝土結構發生破壞，發展嚴重的只能拆除，無法補救，被稱為混凝土的癌癥。引起堿骨料反應主要因素是混凝土凝膠中有堿性物質，其次是骨料中含有活性骨料，活性骨料是堿骨料反應的必需反應物之一，第三是水或潮濕環境，水是堿骨料反應發生的必要條件之一。

1.4 混凝土的碳化

混凝土碳化是指混凝土內部水泥石中氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳，在溫度相宜時發生化學反應而產生碳酸鈣和水，也稱混凝土的中性化。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。

1.5 鋼筋銹蝕

鋼筋銹蝕是造成鋼筋混凝土耐久性損傷的重要因素,也是混凝土結構耐久性破壞的主要形式。鋼筋的銹蝕，其一表現為鋼筋在外部介質作用下發生電化反應，逐步生成氫氧化鐵等即鐵銹，其體積比原金屬增大2～4倍，造成混凝土順筋裂縫，從而成為腐蝕介質滲入鋼筋的通道，加快結構的損壞。其二，氯離子對鋼筋表面鈍化膜有特殊的破壞作用。當混凝土中氯含量超過標準時，鋼筋會銹蝕，而水和氧的存在是鋼筋被腐蝕的必要條件。其三，鋼筋在拉應力和腐蝕性介質共同作用下形成的脆性斷裂，這種破壞可在較低拉應力和微弱介質作用下產生破壞。

1.6 侵蝕性介質的腐蝕

當混凝土結構處在有侵蝕性介質作用的環境時，會引起水泥石發生一系列化學、物理與物化變化，而逐步受到侵蝕，嚴重的使水泥石強度降低，以至破壞。常見的化學侵蝕可分為淡水腐蝕，一般酸性水腐蝕，碳酸腐蝕，硫酸鹽腐蝕,鎂鹽腐蝕等五類。

2 提高混凝土耐久性的措施

通過前文對影響混凝土結構耐久性幾方面因素的分析。結合現有的施工經驗，現從材料、設計、施工、日常維護等幾個方面探討提高混凝土結構耐久性的措施。

2.1 合理選擇混凝土材料和配合比

合理選擇混凝土配合比可從以下幾方面入手：

2.1.1 合理選擇水泥品種和混凝土的骨料，在一般環境條件下，宜選擇低水化熱和低含堿量低于0.6%的水泥，不宜選擇早強水泥。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。

2.1.2 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。

2.1.3 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。另外，摻某些混合材料可緩解、抑制混凝土的堿骨料反應，如摻5%～10%的硅粉，摻粉煤灰等也能有效抑制堿骨料反應。

2.1.4 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。混凝土的滲透性決定水及侵蝕性液體或氣體滲入的速率。同時，減少混凝土的滲透性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。

2.2 合理的結構設計和構造設計

結構設計應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。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。在侵蝕性介質（包括酸、堿、硫酸鹽、壓力流動水等）中的混凝土，采用高性能混凝土，也可以增設混凝土防水層、防腐涂料外涂層等保護措施，提高混凝土結構耐久性。

2.3 加強混凝土結構施工質量控制和管理

在施工過程中，質量控制與評估將是重中之重。主要涉及到鋼筋制作安裝、混凝土成型質量、養護、保護層厚度等方面。

2.3.1 鋼筋工程質量的控制

首先從鋼筋工程加強質量控制，我們在普通房建中，往往重視鋼筋數量、鋼筋型號、鋼筋構造等結構安全質量控制的關鍵點，而忽視了鋼筋保護層檢查。工程上，常常將墊塊等輔料承包給勞務施工隊伍，而這樣的輔料質量經常被忽視，最常見的就是塑料墊塊，勞務隊伍為節約成本，加上我們輕視這樣的小東西，會選擇一些質量較差的墊塊，但在實際使用過程中，即使是質量較好的塑料墊塊，經過鋼筋與模板的擠合，變形嚴重，完全不能達到設計保護層厚度要求，這就是我們常常在成型混凝土表面可以看見明顯的鋼筋紋路。因此，推薦選用強度高，易于操作的墊塊材料，如砂漿墊塊等，強度高，施工方便，按照方案要求間距進行安裝，做好把好模板預檢關，可以確實保證鋼筋保護層厚度。

2.3.2 混凝土成型質量的控制

混凝土應拌和充分，現場施工時需要保證工作性能良好，振搗密實，同時要十分重視結構的外觀質量，避免出現露筋、空洞、裂隙、夾渣，蜂窩、麻面、砂斑、砂線等各種內外缺陷。這些缺陷可使有害介質進入混凝土內部，降低結構耐久性。因此，嚴格控制混凝土的成型質量，是確保混凝土良好的密實性和外觀質量的重要環節。

2.3.3 加強混凝土養護工作

混凝土養護必須足夠重視，養護方法上必須可以保水，夏季氣溫高表面水很快就蒸發掉，建議專門成立養護小組負責進行構件養護，建立養護臺帳，確保養護時間，即使上部結構繼續施工，下部也可創造條件進行養護，建議采取覆蓋補水養護的方法，確保養護效果。頂板一般采用木模板，木模板澆筑完成后會吸收一定水分，然后在養護過程中慢慢釋放一部分，可以收到良好的養護效果，而且模板對構件表面進行部分脫水處理，還能降低構件表面水灰比，控制裂縫產生。經驗表明，梁底、板底采用木模板體系，拆模后，成型效果良好，影響梁板觀感質量的關鍵因素在于模板安裝的質量。

2.4 結構的日常維護

結構在使用階段，應注意檢測，維護和修理，對處于露天和惡劣環境下的基礎設施工程更應如此，建立檢測和評估體系，及時發現，及時修理，確保混凝土結構的正常使用。

結束語

混凝土結構的耐久性是一個十分復雜的結構工程問題，由于環境、材料等方面的多樣性和復雜性，隨著結構耐久性研究的不斷深入，勢必會給鋼筋混凝土結構的設計和施工帶來一些新的理念。在結構耐久性研究成果的指導下，結構的設計將更為合理，使用將更為安全，便用壽命將會得到一定程度的延長。

[1]汪瀾.水泥混凝土-組成性能應用[M].北京：中國建材工業出版社，2004.

[2]趙羽習.混凝土構件銹蝕脹裂時的鋼筋銹蝕率[J].水利學報，2006，11.