淺析影響混凝土結構耐久性的因素及應對措施

【摘 要】混凝土結構的耐久性直接影響建筑物的使用壽命，控制水灰比、外加劑滲量和施工操作可達到一定的效果。

【關鍵詞】材料 外部環境

混凝土作為土建工程中用途最廣，用量最大的建筑材料之一，其強度不斷提高， 且混凝土結構的耐久性問題也愈來愈被人們所關注。所謂混凝土結構的耐久性， 是指混凝土結構在自然環境、使用環境及材料內部因素的作用下， 在設計要求的目標使用期內， 不需要花費大量資金加固處理而能保持其安全、使用功能和外觀要求的能力。

混凝土的主要技術性能分為：和易性、強度和耐久性。混凝土結構耐久性是指混凝土結構對破壞過程的抵抗能力。由于混凝土的缺陷（例如裂隙、氣泡、孔洞等），環境中的水及侵蝕性介質可能滲入混凝土內部，產生碳化、凍融、銹蝕作用而影響結構的受力性能。混凝土結構的耐久性問題表現為：混凝土損傷（裂縫、破碎、酥裂、磨損、溶蝕等）；鋼筋的銹蝕、脆化、疲勞；以及鋼筋與混凝土之間粘結錨固作用削弱等三個方面。從短期而言，這些問題影響結構的外觀和使用功能，從長遠看，則會降低結構安全度，成為發生事故的隱患，影響結構的使用壽命。

1影響混凝土結構耐久性的主要因素

1.1 內在因素

混凝土材料的自身特性、混凝土結構的設計與施工質量是決定其耐久性的內因。混凝土的材料組成，如水灰比、水泥品種和數量、骨料的種類與級配都直接影響混凝土結構的耐久性，混凝土的外表缺陷會造成水分和侵蝕性物質滲入混凝土內部，與混凝土發生物理化學作用，同樣影響混凝土結構的耐久性。

1.2 外界因素

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。外界環境因素對混凝土結構的破壞是環境因素對混凝土結構物理化學作用的結果。環境因素引起的混凝土結構損傷或破壞主要有：

1.2.1 混凝土的碳化

混凝土的碳化是指混凝土中氫氧化鈣與滲透進混凝土中的二氧化碳和其它酸性氣體發生化學反應的過程，一般情況下混凝土呈堿性，在鋼筋表面形成堿性薄膜，保護鋼筋免遭酸性氣體的侵蝕，起到了“鈍化”保護作用。碳化的實質是混凝土的中性化，使混凝土的堿性降低，鈍化膜被破壞，在水分和其它有害介質侵入的情況下，鋼筋就會發生銹蝕。

1.2.2 氯離子的侵蝕

氯離子對混凝土的侵蝕是氯離子從外界環境侵入已硬化的混凝土造成的。海水是氯離子的主要來源（沿海地區有部分混凝土采用海砂做細骨料，海砂必須經過除氯處理），氯離子對混凝土的侵蝕屬于化學侵蝕，對結構的危害是多方面的，但最終表現為對鋼筋的銹蝕。

1.2.3 堿—骨料反應

堿—骨料反應一般是指水泥的堿和骨料中的活性硅發生反應，生成堿—硅酸鹽凝膠，并吸水產生膨脹力，造成混凝土開裂。其引起的混凝土結構破壞程度，比其他耐久性破壞發展更快，后果更嚴重，一旦發生，很難加以控制，一般不到兩年就會使結構出現開裂。

1.2.4 凍融循環破壞

滲入混凝土中的水在低溫下結冰膨脹，從內部破壞混凝土的微觀結構，經多次凍融循環后，損傷積累將使混凝土剝落酥裂，混凝土強度降低。在反復凍融循環后，混凝土中的裂縫會互相貫通，其強度也會逐漸減低，最后甚至完全喪失，使混凝土由表及里遭受破壞。

1.2.5 鋼筋銹蝕

鋼筋腐蝕是影響鋼筋混凝土結構耐久性和使用壽命的重要因素。混凝土中鋼筋腐蝕的首要條件是混凝土的碳化和開裂，只有將覆蓋鋼筋表面的堿性鈍化膜破壞，加之有水分和氧的侵入，才有可能引起鋼筋的腐蝕，鋼筋腐蝕伴有體積膨脹，使混凝土出現沿鋼筋的縱向裂縫，造成鋼筋與混凝土之間的粘結力破壞，鋼筋的有效截面面積減少，材料的各項性能也會發生衰退，使結構構件的承載力降低，變形和裂縫增大等一系列不良后果，并隨著時間的推移，腐蝕會慢慢惡化，最終可能導致結構的完全破壞。鋼筋銹蝕也是引起混凝土結構耐久性下降的最主要和最直接的因素。

值得注意的是，幾乎所有侵蝕混凝土和鋼筋的作用都需要有水作介質。混凝土開裂 ，腐蝕速度將大大加快，耐久性能將進一步惡化。在影響混凝土結構耐久性的諸多因素中，鋼筋銹蝕危害最大，混凝土保護層碳化和開裂是鋼筋銹蝕的前提，水分、氧氣的存在是引起鋼筋銹蝕的必要條件。所以，提高混凝土的抗滲性對于混凝土的耐久性具有重大的意義。

2混凝土結構耐久性設計與施工原則

2.1混凝土結構耐久性取決于混凝土材料的自身特性和結構的使用環境，與結構設計、施工及養護管理密切相關。一般從三個方面解決混凝土結構的耐久性：

（1）采用高性能的混凝土，增強混凝土的密實度，提高混凝土的抗滲性，提高混凝土自身的抗破損能力。

（2）加強建筑物的排水和防水層設計，改善建筑物的環境作用條件。

（3）設計時可加大鋼筋保護層厚度，施工中嚴格控制鋼筋保護層厚度，加強構造鋼筋，防止控制裂縫發展，采用具有防腐保護的鋼筋。

2.2混凝土結構耐久性的基本要求：

提高混凝土自身的耐久性能有效阻止腐蝕性介質的滲入，是解決混凝土結構耐久性的前提和基礎，水灰比和水泥不僅影響混凝土的強度，而且是影響混凝土耐久性的主要因素，影響混凝土抗滲性的根本因素是孔隙率和孔隙特征。混凝土的孔隙率越低，連通孔越少，抗滲性越好。混凝土中的滲水通道主要是來自水泥漿中多余的水分蒸發而留下的氣孔和水泥漿泌水所產生的毛細管孔道、內部的微裂以及施工振搗不密實產生的蜂窩、孔洞，這些都會導致混凝土滲水。為了防止鋼筋腐蝕，在混凝土中摻入各類活性礦物摻合料以及采用較低的水灰比，可以極大地改善混凝土的顆粒級配，使混凝土盡可能地密實，使其具有良好的抗滲透性能，控制最低水泥用量也很重要，單位水泥用量較高的混凝土拌合物比較均勻，可減少混凝土搗實中出現的局部缺陷。

2.2.1加大鋼筋的混凝土保護層厚度

混凝土碳化是鋼筋銹蝕的前提。只有混凝土保護層碳化，鋼筋表層鈍化膜破壞，鋼筋才有可能銹蝕，因此加大混凝土保護層厚度，并在施工中嚴格加以控制，是保護鋼筋免于銹蝕，提高混凝土結構耐久性的最重要措施之一。

2.2.2加強構造配筋，防止和控制混凝土裂縫

混凝土結構的任何損傷與破壞，一般都是首先在混凝土中出現裂縫，裂縫的存在會增加混凝土滲透性，使侵蝕破壞作用升級，混凝土耐久性不斷下降。因此，防止和控制混凝土的裂縫，對提高混凝土耐久性十分重要。控制混凝土的裂縫，除按規范要求控制正常使用極限狀態的工作裂縫以外，重要的是要采取構造措施，控制混凝土施工及使用過程中大量出現的非工作裂縫。

2.2.3減水劑和摻合料的影響

使用減水劑可以大幅度降低混凝土的水灰比（水膠比），提高混凝土的強度和致密性，使混凝土抵抗凍融破壞的能力提高.從而提高混凝土的抗凍耐久性。摻加部分粉煤灰或細磨礦渣或硅灰等骨料，其有助于改善混凝土內孔結構、填充內部空隙、提高密實度、改善混凝土性能。

2.2.4增大保護層厚度與控制混凝土裂縫的矛盾

增加鋼筋保護層厚度對于提高混凝土結構耐久性最為有效，也是最簡易最經濟的措施，但過厚的鋼筋保護層對控制混凝土產生表面裂縫不利，這是因為鋼筋的抗裂作用存在有效范圍，在一般環境下抗裂范圍為10d，在潮濕環境下僅為8d，如果保護層過厚即使增加配筋量，對控制裂縫仍然效果有限。結構裂縫的控制在很大程度上取決于結構設計，而合理的結構設計和配筋，可以有效地防止結構裂縫的產生，因此，合理的結構設計可以有效地保證結構的耐久性，在配筋設計中，應在增加保護層厚度與控制構件裂縫之間尋求一個最佳平衡點，使混凝土保護層在不開裂的條件下最大限度地發揮其保護鋼筋的作用。 3結束語

混凝土結構的破壞并非是某一孤立原因造成的，多是與環境條件、混凝土自身特性及結構設計與施工等因素有關。因此，提高混凝土結構耐久性的主要途徑，一方面是提高混凝土的性能，增強混凝土的密實度，提高混凝土的抗滲性，有效防止或控制混凝土開裂，阻止侵蝕介質的滲入，另一方面加大混凝土保護層厚度，防止由于混凝土保護層碳化引起的鋼筋鈍化膜破壞和銹蝕。