殷燦彬，等：混凝土結構的耐久性研究混凝土結構的耐久性研究

[摘要]本文較詳細地分析了影響混凝土耐久性的原因，總結了提高混凝土耐久性的幾點措施，并對結構耐久性的設計問題進行了探討。

[關鍵詞]耐久性；主要因素；措施；耐久性設計

[中圖分類號]Tu375[文獻標識碼]A[文章編號]1005-6432（2013）46-0043-02

混凝土是當今世界用量最大的建筑材料。我國混凝土使用量居全球之冠，年用量達20 億噸，為適應經濟快速發展發揮了極其重要的作用。混凝土的應用過程中暴露出許多問題，其中尤為突出的是耐久性問題。如不少工程在使用10～20 年后，有的甚至在使用幾年之后即需維修。混凝土工程大多是永久性的，工程量大、耗資多，若耐久性不良將會給未來社會造成極為沉重的負擔。因此，從資金節約、資源的有效利用及環境保護等方面綜合考慮，必須深入研究混凝土的耐久性問題。

1重新認識混凝土材料

11歷史的啟示

首先來關注兩個事實：①20世紀50—60 年代，受當時國內生產技術條件的限制，生產的水泥活性小、標號低，為滿足較低的強度和施工要求并最大限度地節約水泥，配制混凝土的水泥用量和用水量少，拌和物流動性小，穩定性較好、早期強度發展緩慢，硬化后裂縫少，后期強度發展幅度較大，耐久性普遍較好，有的幾十年后仍在使用。②古羅馬的建筑工匠用火山灰和石灰做膠凝材料建造的“混凝土”建筑，如著名的萬神殿、競技場、海港、引水渡槽及浴室等，經歷2000 多年的流水、雨雪、海水等自然因素的作用，至今仍在使用，令人驚嘆； 研究發現，古代“混凝土”的膠凝材料用量很少，水灰比很小（靠夯實），強度增長極為緩慢，幾乎不會因干燥和溫度變化產生應力和裂縫。

12混凝土技術發展現狀

科學技術高度發達的今天，人們對混凝土結構從施工到性能方面提出的要求越來越苛刻，力求施工速度快、強度高，水泥生產工藝的改進和混凝土施工技術的進步為此提供了可能。結果是所用水泥標號高、活性大、用量多、水化速度快，混凝土早強、高強，彈性模量大，變形能力差；為了便于運輸、澆搗，坍落度由過去的0～20mm 增加到180mm，甚至更大。但是，從另一面看，水泥生產工藝和混凝土施工技術發展帶來的混凝土性能的變化又直接影響著混凝土的耐久性。因此，從提高混凝土耐久性的角度出發，必須重新認識混凝土這一人造材料。

2影響耐久性能的主要因素

影響混凝土結構耐久性能的因素很多，主要有內部和外部兩個方面。

21內部因素

主要有混凝土的強度、密實性、水泥用量、水灰比、氯離子及堿含量、外加劑用量、保護層厚度等。

22外部因素

主要有環境條件，包括溫度、濕度、CO2含量、侵蝕性介質等。

23最主要因素

231混凝土的碳化

碳化是混凝土中性化的常見形式，碳化可使混凝土的pH值降至10以下。碳化對混凝土本身是無害的，其主要的問題是當碳化至鋼筋表面時，將會破壞氧化膜，鋼筋有銹蝕的危險，此外會加劇混凝土的收縮，可導致混凝土開裂。這些均給混凝土的耐久性帶來不利影響。

232鋼筋的銹蝕

混凝土碳化至鋼筋表面使氧化膜破壞是鋼筋銹蝕的必要條件，含氧水分侵入是鋼筋銹蝕的充分條件。鋼筋銹蝕有相當長的過程，先是在裂縫較寬處的個別點上“坑蝕”，繼而逐漸形成“環蝕”，同時向兩邊擴展，形成銹蝕面，使鋼筋截面削弱。

3確保和提高混凝土耐久性的若干措施

針對影響混凝土耐久性的因素，為確保和提高混凝土耐久性，采取的措施多種多樣，歸納起來主要有：

31提高混凝土的密實性

混凝土劣化和破壞是由于混凝土內有充足的水分和有害物質的侵入。因此要提高混凝土耐久性，須降低混凝土的孔隙率，提高密實性避免出現裂縫，從而能夠抵抗水分和侵蝕性介質的滲入。可采取的措施有以下方面。

311合理設計混凝土配合比

混凝土配合比設計是確保其耐久性的關鍵環節之一，在條件許可的情況下，應盡量選用較低的水灰比，減少單方用水量和膠凝材料用量。實踐表明，降低水灰比能提高混凝土密實度，其抵抗水分、氣體及氯離子等擴散的能力要比傳統的高1～2個數量級，極大地延緩了碳化和氯離子的侵蝕過程，而且氧氣、水分供應受阻，鋼筋銹蝕的速度亦得以阻滯，有利提高混凝土的耐久性。此外，降低水灰比也是發揮礦物摻和料對混凝土強度貢獻的重要條件。但過少的膠凝材料用量對混凝土的強度、耐久性和工作性能不利，因此膠凝材料用量應有最小限值。

312使用礦物摻和料

主要措施包括：使用硅灰以提高混凝土的強度；使用粉煤灰和磨細礦渣降低水泥用量，提高混凝土的后期強度；減少水化熱，并使二次水化產物堵塞混凝土中的孔隙以提高抗滲性，同時可減緩混凝土中的堿—骨料反應。此外，石粉、煅燒高嶺土、磨細珍珠巖尾砂粉等其他礦物摻和料也具有提高混凝土耐久性的作用。但是礦物摻和料在提高混凝土性能的同時，也會帶來某些負作用，如降低早期強度、需水量增大、收縮增大等。因此應根據具體的工程實際，科學摻用。

313摻用外加劑

外加劑主要通過提高混凝土密實度和改善毛細孔結構提高混凝土的抗滲性。減水劑、緩凝劑可以有效地改善混凝土的工作性能，有利于混凝土的均勻性和密實性，減少質量缺陷，提高混凝土抗滲性。引氣劑可在混凝土中產生適量的細微封閉球形孔，從而切斷毛細孔滲水的通路，達到提高抗滲性的效果。另外，球形孔可以成為冰、水遷移的“蓄水池”，緩沖結冰引起的靜水壓和滲透壓，大大提高抗凍融能力。大量實踐表明，適量引氣劑能抑制堿—骨料反應，減少膨脹破壞。外加劑的摻用應注意外加劑的成分、摻用量、匹配及與水泥的相容性等。如在鋼筋混凝土中應嚴格控制氯離子的引入，以免對鋼筋防銹蝕不利。

32優質的粗、細骨料

為保證混凝土的耐久性能，應合理選用性能優良、質量穩定的粗、細骨料。細骨料應選用級配合理、質地均勻堅固、吸水率低、空隙率小的潔凈的天然河砂，不宜使用山砂，不得使用海砂。粗骨料應選用級配合理、粒形良好、質地均勻堅固、線脹系數小的潔凈碎石，不宜采用砂石，耐久性混凝土應采用二級或三級級配粗骨料；粗骨料應分級采購、分級運輸、分級堆放、分級計量。

33施工方面

混凝土的拌制盡量采用二次攪拌法、裹砂法、裹砂石法等工藝，提高混凝土拌和料的和易性、保水性，提高混凝土的強度，減少用水量。大體積的混凝土的澆筑振搗應控制混凝土的溫度裂縫、收縮裂縫、施工裂縫，建立混凝土的澆筑振搗制度提高混凝土密實度和抗滲性，重視混凝土振搗后的表面工序并加強養護，以減少混凝土裂縫。混凝土的施工過程對控制構件外觀裂縫、施工裂縫至關重要，應加強施工質量管理，特殊季節施工的混凝土結構應采取特殊措施。

34使用方面

①構件的使用環境條件對構件的使用壽命有很大的影響，因此，不能任意改變原構件的適用條件，結構的安全度不考慮使用不合理所造成的不b75f0813258a83ce514f9cf9e220a454利影響。②應及時封閉初始裂縫，細微裂縫可以涂料，也可用環氧樹脂封閉，阻止和延緩鋼筋銹蝕的發展，減緩因鋼筋銹蝕導致的混凝土構件的破壞。③在混凝土表面增設覆蓋材料，如噴涂聚合物乳液改性砂漿，延緩混凝土的碳化速度。

4耐久性設計

耐久性設計概念的目的是指在規定的設計使用年限內，在正常維護下，必須保持適合于使用，滿足既定功能的要求。

在此，要求在規定的設計使用年限內，混凝土結構應能在自然和人為環境的化學和物理作用下，不出現無法接受的承載力減小、使用功能降低和不能接受的外觀破損等耐久性問題。所出現的問題通過正常的維護即可解決，而不會付出很高的代價。

對臨時性混凝土結構和大體積混凝土的內部可以不考慮耐久性設計。

耐久性概念設計的基本原則是根據結構的環境類別和設計使用年限進行設計。

5結論

混凝土耐久性研究是一個復雜的問題，它是與結構設計、材料性能、施工、使用、維護密切相關的系統工程，有待不斷地研究和創新。

參考文獻：

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[基金項目]湖南省教育廳課題“高墩大跨連續剛構橋非荷載作用及其效應研究”（12C0581）。