鋼筋混凝土耐久性影響因素與改善措施分析

□孔德謙 □靳永濤 □蘇浩極 □朱安康

（1河南科源水利建設工程檢測有限公司；2江蘇方建工程質量鑒定檢測有限公司；3河南科源水利建設工程檢測有限公司）

0 前言

鋼筋混凝土作為實際工程中最主要以及應用最多的結構材料，是世界上最常用的結構形式，廣泛應用于工農業建筑、道路橋梁工程以及水利和港口工程等領域。隨著使用年限的增加，國內許多鋼筋混凝土建筑物逐漸開始發生老化，至20世紀末，約有24.30億m2的鋼筋混凝土結構進入老齡期，再加上對鋼筋混凝土結構疏于維修和保養，早期鋼筋混凝土建筑物老化現象十分突出。因此，針對如何提高鋼筋混凝土結構耐久性的研究，逐漸引起了世界各國政府以及工程界學者的高度關注。

1 鋼筋混凝土結構耐久性影響因素

1.1 混凝土的碳化

混凝土的碳化是指空氣中的CO2氣體滲透到混凝土內部，與水泥石中的堿性物質發生化學反應，導致混凝土堿度降低、機能下降的物理化學過程，又稱為混凝土的中性化。混凝土的碳化對混凝土本身沒有破壞作用，甚至會在一定程度上提高混凝土的耐久性，其對鋼筋混凝土的危害主要是破壞了鋼筋表面對鋼筋具有保護作用的致密鈍化膜，減小了鈍化膜對鋼筋的保護作用，加速了鋼筋銹蝕過程，最終導致鋼筋混凝土結構的開裂或破壞。另外，混凝土的碳化會加劇混凝土的收縮變形，引起鋼筋混凝土結構的損傷或破壞。

1.2 凍融破壞

混凝土的主要材料是水泥砂漿和粗骨料，決定了混凝土結構的毛細孔多孔體特征。混凝土水泥水化反應結束后，剩余水量游離于混凝土內部毛細孔中；另外，水泥的水化反應也會在混凝土內部形成占據一定體積的膠凝孔。在低溫環境下，混凝土內部的游離水易發生凍結，體積增大，對混凝土結構造成凍脹破壞；此外，當混凝土結構處于飽水狀態時，膠凝孔中尚未凍結的水分會向毛細孔方向滲透，導致內部毛細孔的進一步膨脹，同時，孔間滲透梯度，還會造成滲透壓力的產生。當膨脹和滲透的共同作用達到或者超出鋼筋混凝土結構的抗拉強度時，結構就會發生剝落、開裂甚至破壞，反復的凍融循環會加速結構的失效進程。

1.3 侵蝕性介質的腐蝕

鋼筋混凝土結構所在的環境中存在的某些離子對結構具有一定的侵蝕作用，特別是硫酸根離子和氯離子。硫酸根離子主要是造成混凝土材料耐久性的衰減；而氯離子對鋼筋混凝土結構的侵蝕作用主要是對結構內部鋼筋的侵蝕，危害更大。氯離子侵入透過混凝土侵入到鋼筋表面，一方面會破壞鋼筋表面鈍化膜；二是鋼筋失去保護后，表面會發生電化學反應；另外，氯離子還會加速腐蝕電池的侵蝕作用。因此，氯離子對混凝土的侵蝕作用應引起足夠的重視。

1.4 鋼筋銹蝕

鋼筋混凝土結構在長期服役過程中，內部的鋼筋難免會發生銹蝕現象，鋼筋銹蝕造成鋼筋混凝土結構發生損傷破壞的主要原因是鋼筋銹蝕產物相對于鋼筋原始體積膨脹了10倍之多，產生的巨大膨脹力導致混凝土結構脹裂，繼而發生開裂、剝落，結構的承載力和剛度降低，直至破壞。通常認為，引起結構內部鋼筋銹蝕最為普遍、直接和嚴重的原因是碳化作用和氯離子侵蝕造成的鋼筋失鈍。

1.5 堿集料反應

堿集料反應指的是混凝土結構孔隙中的堿溶液與存在于混凝土集料中的某些活性物質發生的化學反應。水泥熟料和外加劑等是形成孔隙堿溶液的主要來源，混凝土集料中的活性礦物主要有碳酸鹽、硅酸鹽以及氧化硅等。發生堿集料反應還必須具備的條件是潮濕環境，為反應物的吸水膨脹提供所需水分，干燥條件下是不易發生堿集料反應的。

2 鋼筋混凝土耐久性改善措施

2.1 增強抗碳化能力

提高鋼筋混凝土結構抗碳化能力簡單而有效的方法是增加鋼筋的混凝土保護層厚度。此外，改善混凝土配合比，如降低水灰比、增加水泥用量、摻加減水劑等能有效減緩混凝土的碳化速度。通過采用減緩或隔離二氧化碳向混凝土內部滲透的措施亦可在一定程度上增加混凝土抵抗碳化的能力。

2.2 防止凍融破壞

鋼筋混凝土結構的凍融破壞主要發生在我國北方寒冷地區，可采用降低水灰比、使用引氣劑等措施減少結構內部游離水的含量和降低結構孔隙率，從而達到預防和控制凍融破壞的目的。然而，空氣微泡的引入會造成混凝土強度的降低，并且市場上銷售的引氣劑質量差異較大，在工程實際中需謹慎選用。

2.3 降低侵蝕破壞

提高混凝土的抗氯離子侵蝕能力即增強其抗氯離子滲透的能力，主要措施是限制混凝土的水灰比，保證混凝土的堿度，還可適量摻加優質摻合料（礦渣、粉煤灰、硅灰等），降低水泥用量；同時，硫酸鹽對混凝土的侵蝕作用也不容忽視，在富含硫酸鹽的環境中，宜選用具有硫酸鹽抗性的水泥制備混凝土。

2.4 預防鋼筋銹蝕

預防鋼筋銹蝕一般可采用三種措施，一是涂層鋼筋，即在鋼筋表面涂鍍耐腐蝕性更強的涂層，防護或減緩鋼筋的銹蝕；二是結構與環境隔離，即在混凝土外表面涂抹一層隔離物質，改善混凝土多孔性的不足；三是采用鋼筋阻銹劑，鋼筋阻銹劑能夠有效阻止、抑制或延緩鋼筋的電化學反應，從而控制鋼筋的銹蝕過程，達到延長鋼筋混凝土結構使用壽命的目的。

2.5 改善堿骨料反應

混凝土堿骨料反應具有危害大且修復困難等特點。隨著混凝土強度要求的不斷提高，混凝土的水泥用量也不斷增加，同時水泥制造工藝的改變，造成混凝土堿含量的明顯升高。因此必須采取必要措施控制混凝土中堿的含量，保證鋼筋混凝土結構的耐久性。粉煤灰是減小混凝土堿骨料反應的主要摻合料，但必須合理控制粉煤灰的摻入量，若摻入量不足10%，可能會增加混凝土的膨脹。此外，混凝土外加劑的使用特別是早強劑，會代入高含量的堿，因此在設計上應嚴格要求外加劑的使用。

2.6 其他措施

改善鋼筋混凝土結構耐久性，除以上五個針對性措施外，還可從其他方面入手：①結構設計方面：改善結構形體利于結構防排水，增加結構保護層厚度，特殊環境下混凝土質量的特殊控制等；②提高鋼筋混凝土結構的密實度：通過嚴格控制混凝土原材料的選定和配合比的設計，制備具有足強密實度的混凝土；③嚴格控制鋼筋混凝土結構的施工質量；④改善鋼筋混凝土結構的養護條件和工作環境。

3 結語

鋼筋混凝土結構耐久性主要受碳化、凍融、鹽侵蝕、鋼筋銹蝕以及堿骨料反應等因素的影響。為改善鋼筋混凝土耐久性，在鋼筋混凝土結構設計階段應充分考慮結構周邊的環境因素，嚴格控制結構材料的選取及施工工藝和質量，同時在結構服役工程中對其正常檢修提出要求。鋼筋混凝土耐久性問題的普遍性已引起了社會各界的高度重視，并開展了大量相關研究，在改善鋼筋混凝土結構耐久性方面也取得了實質性突破，但目前仍有許多問題亟待解決。

[1]左江波,綦春明.混凝土結構耐久性研究的新進展[J].混凝土,2011,08:51-54.

[2]鄭武治.鋼筋混凝土耐久性的研究[J].公路交通科技,2010,(01):147-148.

[3]吳春輝.影響鋼筋混凝土耐久性的主要因素及提高耐久性的措施[J].露天采礦技術,2007(1):74-77.

[4]李晨陽,楊迅,劉彬.鋼筋混凝土耐久性探究[J].中國西部科技,2009,8(29):42-43+38.

[5]陳世寧.影響鋼筋混凝土耐久性的因素及防治措施[J].武漢船舶職業技術學院學報,2010(4),60-62+65.