論混凝土結構耐久性研究

袁夏煒+謝林君

【摘 要】闡述了混凝土耐久性研究的影響因素，闡述了混凝土耐久性的研究現狀。從嚴格控制水灰比、保證水泥用量、摻外加劑、礦渣或粉煤灰等方面，提出了提高混凝土結構耐久性的措施。指出了混凝土結構耐久性研究的發展趨勢。

【關鍵詞】混凝土結構；耐久性；現狀；措施

On the durability of concrete structures

Yuan Xia-wei1,Xie Lin-jun2

(1.Shaoxing University School of Civil Engineering Shaoxing Zhejiang 312000；

2.Shaoxing Sheng Yuan Environmental Construction Co., Ltd. Shaoxing Zhejiang 312000)

【Abstract】Factors elaborated concrete durability research study describes the status of the durability of concrete. From the strict control of water-cement ratio, to ensure the amount of cement mixed with additives, slag or fly ash, etc., proposed measures to improve the durability of concrete structures. Pointed out the research trends durability of concrete structures.

【Key words】Concrete structures;Durability;Status;Measures

1. 引言

（1）混凝土結構耐久性是指鋼筋混凝土或預應力鋼筋混凝土結構在規定的服務壽命期里，抵抗環境中各種因素作用并能繼續維持正常使用的強度與服務性。

（2）在工程建設中，人們更多的追求的是混凝土的強度，耐久性的保證常常得不到足夠的重視。因為，人們普遍認為只要保證了混凝土結構體的強度也就保證了混凝土的質量，而事實上，強度并不代表混凝土的質量。混凝土是一種用簡單技術制作的非均質的復雜多相復合材料，而混凝土結構體所處的環境條件又相當復雜，所以強度的安全性并不能保證混凝土結構體的承載安全，而一旦喪失耐久性，就會危及整個結構的安全。因此，我們認為研究混凝土結構耐久性，對如何提高建筑的耐久性、準確預測結構的使用壽命有著十分重要的實際意義。

2. 混凝土結構耐久性的影響因素

2.1 內部因素。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。如混凝土的強度等級；滲透性；保護層厚度；水泥品種、強度等級；外加劑用量等等。混凝土的材料組成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，與混凝土發生物理化學作用，從而影響其耐久性。

2.2 外部因素。

2.2.1 混凝土的碳化。混凝土的碳化是指混凝土中的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。碳化的實質是混凝土的中性化，堿性降低，鋼筋的鈍化膜破壞，在水分和其它有害介質侵入的情況下，鋼筋就會發生銹蝕。

2.2.2 氯離子的侵蝕。這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，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，但最終表現為鋼筋的銹蝕。

2.2.3 堿——骨料反應。堿——骨料反應一般指水泥中的堿和骨料中的活性硅發生反應，生成堿-硅酸鹽凝膠，并吸水產生膨脹壓力，造成混凝土開裂，且很難加以控制。堿-骨料反應一旦開始，一般不到兩年就會使結構出現開裂。

2.2.4 凍融循環破壞。凍融循環破壞是指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，強度降低。

2.2.5 鋼筋腐蝕。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。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，鋼筋的有效截面積減少，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，并隨時間的推移，腐蝕會逐漸惡化，最終可能導致結構的完全破壞。混凝土結構開裂后，腐蝕速度將大大加快，耐久性將進一步惡化［2］。

3. 混凝土結構耐久性的研究現狀

3.1 鋼筋銹蝕研究。混凝土中鋼筋的銹蝕是一個電化學過程。國外這方面研究得比較早，且許多成果已被國內所引用。國內主要是在國外成果的基礎上，進行修正和補充研究。因此，國內的成果基本反映了當今世界的研究現狀［2］。

3.2 凍融破壞研究。對于混凝土凍融破壞的研究，現已形成較為完整的基礎理論。Powers等人從混凝土的亞微觀入手，分析孔隙水對孔壁的作用，提出了靜水壓假說和滲透壓假說，前蘇聯學者從力學概念出發，提出了現象學觀點。清華大學土木系基于靜水壓假說，利用損傷力學的方法，給出了預測混凝土抗凍耐久性的疲勞損傷模型。這一模型考慮了亞微觀層次上凍融的破壞機理，并將這種破壞作用反映在混凝土的宏觀力學行為上，較好地聯系了亞微觀和宏觀兩個層次，并得到了滿意的計算結果［1］。

3.3 結構耐久性研究。對于鋼筋混凝土結構的耐久性，國外研究得較少，國內也剛剛開始。研究結構耐久性的主要目的在于解決新建結構的耐久性設計和已建結構的耐久性評估問題；同時，對于不同耐久性等級的混凝土結構，給出不同的構造措施，在保證結構可靠、耐久的前提下，使工程造價最低。

3.4 結構構件壽命預測。目前對結構構件的壽命預測研究較多，常見的理論有碳化壽命理論、開裂壽命理論、承載力壽命理論和經濟壽命理論。日本工學博士林永繁研究了由氯離子引起的鋼筋銹蝕，并以鋼筋表面混凝土出現裂縫作為失效準則。通過試驗，得到混凝土縱向開裂的鋼筋銹蝕量為Q和鋼筋銹蝕速度q，并以兩者的比值作為構件的壽命。清華大學趙宏延、王嫻明采用抗力下降達到承載力極限和鋼筋銹蝕混凝土脹裂兩個準則預測混凝土結構構件的壽命，并以兩者的較小值作為構件的壽命。清華大學肖從真、劉西拉以混凝土構件縱向開裂(截面損失率達5%)作為壽命的終點，引入數論模擬方法，結合方差縮減技術對構件進行了壽命預測［1］。

4. 提高混凝土結構耐久性的措施

4.1 適當加大混凝土保護層厚度。混凝土保護層為鋼筋提供了一道堅實的屏障，其厚度對構件的耐久性影響極大。因此設計合理的混凝土保護層厚度對保證耐久性至關重要。混凝土保護層厚度的設計應考慮結構的類型、所處環境及有無飾面等。理論上保護層越厚，混凝土結構耐久性越好。但是，保護層取值太厚，一來不經濟，二來過厚的保護層因在硬化過程中的收縮應力和溫度應力得不到鋼筋的足夠控制而易產生裂縫。且其一旦開裂，則裂縫寬度更大，使其內部鋼筋暴露表面更大，從而降低混凝土結構的耐久性。保護層太薄，不能對其內部鋼筋形成足夠的保護作用，從而使得構件耐久性不足，所以要根據實際情況來合理的選擇混凝土保護層厚度［3］。

4.2 嚴格控制水灰比，保證水泥用量。嚴格控制水灰比，在滿足坍落度的情況下，盡可能地降低水灰比，減少硬化后多余水形成的孔隙，從而有效地提高密實性、抗滲性進而提高混凝土的耐久性。從理論上講，可通過降低水灰比，從而提高混凝土的耐久性，同時也提高了混凝土的強度，但這樣做帶來的問題是：一方面，不經濟；另一方面，引起高水化熱而導致溫度裂縫，從而影響提高耐久性的效果［3］。實際上，配制高強混凝土時，采用低水灰比、高早強水泥時，溫度收縮裂縫上升為主要問題，從而大大降低了混凝土的耐久性，阻礙了高強混凝土的發展。因此，片面地采用降低水灰比的辦法來提高密實性及耐久性的方法是不可取的。

4.3 摻礦渣或粉煤灰。摻合料具有良好的細度和活性，其細微的顆粒可以填充混凝土中有害的大孔，其二次水化產物也可進一步填充這些有害的缺陷，可降低混凝土的孔隙率，改善孔結構。摻入礦渣水泥而生產的混凝土，還具有良好的抗碳化性能、抗有機溶液滲透、抗凍融循環和抗鹽剝蝕的能力。摻粉煤灰水泥生產的混凝土，干縮性小、抗裂性好，所以混凝土拌合物具有良好的和易性，硬化后具有良好的耐久性。在工程中，還可以采用雙摻，摻外加劑和粉煤灰的措施。在雙摻的混凝土中，摻入減水劑可以改善混凝土的和易性，改善孔結構，提高抗滲性，摻粉煤灰后，改善了混凝土拌合物的和易性，起到減水作用，使水膠比更小，改善孔結構，減小孔隙率，使結構得到細化。

4.4 選用質量優良、粗細程度和級配良好的砂石材料。選用質量優良的砂石材料，粗細適宜、級配良好的細集料和粗集料，可以盡可能提高混凝土的密實性，減少集料總表面積和集料間孔隙率，減小水泥漿的用量，從而節約成本，提高混凝土結構的耐久性。

4.5 加強施工質量管理，提高施工技術水平。工程質量的優劣直接影響了混凝土結構的耐久性。應該加強施工質量管理水平，努力提高施工技術水平。嚴把材料質量關，選擇使用符合質量要求的砂、石、水泥、鋼筋等材料，及時調整工程中混凝土的配合比，經常檢測集料的含水量，使用試驗合格的外加劑。

5. 混凝土結構耐久性研究的發展趨勢

針對現今混凝土耐久性的研究狀況，認為以后的研究方向應從以下三方面深入研究：

5.1 繼續深入材料層次上的耐久性研究。目前對混凝土碳化后其力學性能的研究和Cl-離子侵蝕后混凝土材料力學性能變化的研究還不多，這一層次的研究應該進一步深入。

5.2 結合工程建立耐久性衰減或預測的多因素模型。到目前為止，國內外對混凝土結構耐久性的研究主要還停留在試驗室中針對某一具體影響因素展開的研究，而實際環境中混凝土結構卻遭受著多種如凍融、碳化、鋼筋銹蝕等破壞因素的影響［4］。因此，我認為應該發展結構全生命周期內的耐久性研究技術，結合實際存在的多因素影響模式，建立耐久性衰減或預測多因素模型，這應該是將來混凝土結構耐久性研究的主要方向之一。

5.3 混凝土結構耐久性檢測和評估方法的研究。目前有關混凝土結構耐久性的評估都存在著效率較低、成本較高、準確率較差等不足之處，主要原因之一就是混凝土結構耐久性檢測技術尚不發達，同時評估方法也不夠科學。所以，在混凝土結構耐久性研究領域，研究開發新的結構耐久性檢測技術尤其高效準確的無損檢測技術，應作為將來的研究方向［4］。

6. 結束語

混凝土結構的破壞并非是某一孤立原因造成的，往往是與環境條件、混凝土自身特性、結構設計與施工等因素有關。通過合理的結構設計和配筋，選擇最佳的保護層厚度，既可以有效地控制鋼筋混凝土結構的開裂，又能最經濟有效地提高混凝土結構的耐久性。

參考文獻

［1］ 盧木.混凝土耐久性研究現狀和研究方向［J］.工業建筑，1997,27(5):1~6.

［2］ 廖文.影響混凝土結構耐久性的因素及對策［J］.土工基礎，2006,20(5):52~54.

［3］ 陳曉玲，劉鳳翰.談提高混凝土結構的耐久性［J］.山西建筑，2004,30(21):50~51.

［4］ 衛軍，張曉玲，趙霄龍.混凝土結構耐久性的研究現狀和發展方向［J］.低溫建筑技術，2003,(2):1~4.

［作者簡介］ 袁夏煒（1961.5-），男，籍貫：浙江嵊州，職稱：副教授，研究方向：工程施工管理和教學。