淺談混凝土耐久性

陳天黎

西安科技大學建筑與土木工程學院；陜西 西安 710600

淺談混凝土耐久性

陳天黎

西安科技大學建筑與土木工程學院；陜西 西安 710600

混凝土結構因耐久性不足所造成的直接和間接損失都很巨大。引起混凝土耐久性失效的是多種因素共同作用的結果，耐久性問題是一個十分重要也迫切需要解決的問題。因此，我們更需要從環境層次、材料層次、構件層次和結構層次對混凝土耐久性進行研究，進行正確的設計和嚴格的施工，這樣，才能保證我國建筑事業蓬勃的發展。

耐久性；影響因素；提高措施

混凝土結構是國家基本建設中最廣泛應用的結構形式。混凝土結構因耐久性不足所造成的直接和間接損失都很巨大，這在歐美經濟發達的國家中已構成嚴重的財產負擔；當前我國處于基本建設高峰期，如果忽視了混凝土耐久性問題，那么若干年后將會產生較多不良影響，勢必制約我國經濟整體健康快速發展。

1 混凝土耐久性的定義

混凝土的耐久性是其抵抗大氣作用、化學侵蝕、磨損或其他劣化過程而維持其原有形狀、質量和使用性能的能力。混凝土結構性能的劣化過程可以是物理作用或化學作用，但在實際工程中更多的是多種因素共同作用的結果。

2 影響混凝土耐久性的主要因素

2.1 凍融循環對混凝土耐久性的影響

凍融破壞是目前混凝土破壞的最主要原因之一，混凝土中的孔隙水或裂隙水受凍后膨脹，反復凍融會使混凝土崩裂并發展到表層剝落，鋼筋外露甚至整體崩壞。凍融破壞屬于物理作用，影響混凝土抗凍融能力的因素有混凝土引氣量，滲透性，強度，水的飽和度。此外，集料約占混凝土體積的75%，集料引起的凍融破壞形式分兩類：一是本身抗凍性差的集料，在凍結過程中，若處于飽水狀態，且顆粒尺寸超過臨界尺寸，則集料本身破裂；二是集料凍結時遷移的水，進入集料和水泥漿的界面，加劇混凝土的破壞，因此集料的抗凍性絕對不可忽略。

2.2 堿-集料反應對混凝土耐久性的影響

一般認為混凝土中的集料是惰性的。然而，在一定條件下，集料中的某些活性成分，尤其是硅質礦物，可能與混凝土空隙中的堿性溶液發生反應，反應生成的硅酸鹽凝膠吸水膨脹，遇到周圍已經硬化的混凝土會產生很大的膨脹壓力，如果超過混凝土的抗拉強度，則使混凝土表面產生大量明顯的裂縫。這種現象稱為堿-集料反應。堿-集料反應引起的膨脹值與水泥中的氧化鈉的含量密切相關，對于每一種反應性集料都可以找出單位混凝土含堿量與其反應膨脹量的關系。此外，混凝土的堿-集料反應膨脹量與反應性集料本身的特性有關，包括活性集料的含量，粒度和孔隙率等，在低和高含量的活性集料情況下，膨脹量都比較小，只有在一定含量的活性集料時，膨脹量才會比較大。由堿-集料反應產生的裂縫，使混凝土構件開裂區的配筋更容易受到腐蝕，是混凝土工程中的又一大問題。

2.3 硫酸鹽對混凝土耐久性的影響

混凝土硫酸鹽侵蝕破壞的實質是，環境中的硫酸鹽離子進入其內部或內部本身的硫酸根離子和混凝土中的組分發生化學反應，生成一些難溶的鹽類礦物而引起一系列物理化學破壞。這些難溶的鹽類礦物一方面可形成鈣礬石，石膏等膨脹性產物而引起混凝土膨脹，開裂，剝落和解體；另一方面也可以使硬化的混凝土中的CH和C-S-H等組分溶出或分解，導致混凝土材料強度和黏結性損失。混凝土本身的性能是影響混凝土抗硫酸鹽侵蝕的內因，主要包括水泥的化學成分和礦物組成，混合材料的摻量、混凝土空隙含量及分布情況、水灰比、密實度以及外加劑等。影響硫酸鹽侵蝕的外因主要有以下幾個方面，一是侵蝕溶液中硫酸根離子的濃度，而是侵蝕溶液的溫度，溫度過高或過高都會影響侵蝕速率，三是侵蝕溶液的pH值，四是二價鎂離子的影響，當硫酸根離子與鎂離子共存時，比其他硫酸鹽有更大的侵蝕作用，五是氯離子的影響，當侵蝕溶液中硫酸根離子與氯離子共存時，氯離子的存在顯著緩解硫酸鹽侵蝕破壞的程度和速率。六是環境條件，如干濕循環，凍融循環和連續浸泡等。混凝土受到硫酸鹽侵蝕破壞，往往是多種因素綜合作用的結果，因此在分析問題時，要采取系統分析的方法。

2.4 鋼筋的銹蝕對混凝土耐久性的影響

開始時混凝土的堿性很高，其PH一般大于12.5，其中埋置的鋼筋容易發生鈍化作用，鋼筋表面產生一層鈍化膜，能夠阻止鋼筋的銹蝕。但當有二氧化碳，水汽，氯離子等介質通過孔隙從混凝土表面進入混凝土內部時，與混凝土材料中的堿性物質中和，就會導致混凝土的PH降低。當PH降低到一定程度時，混凝土中埋置鋼筋表面的鈍化膜被逐漸破壞，鋼筋就會發生銹蝕。這樣就匯導致混凝土保護層開裂、鋼筋與混凝土之間黏結力破壞、鋼筋受力截面減少、結構耐久性能降低等一系列不良后果。

3 提高混凝土耐久性的措施

3.1 提高混凝土抗凍能力

水灰比直接影響混凝土的孔隙率及孔隙結構，隨著水灰比的

▲▲增大，混凝土的抗凍性降低，因此，要提高混凝土的抗凍性，首先要嚴格把握水灰比和水泥用量，各國對有抗凍要求的混凝土都有最大水灰比和最低水泥用量的限制。此外，通過引氣劑引入氣泡也可以提高混凝土抗凍性，引入氣泡在提高混凝土抗凍性的同時，還會帶來強度的降低，因此，必須要在耐久性和強度之間尋找最佳點。

3.2 防止堿-集料反應

水泥的堿含量，集料的活性及礦物成分等是影響堿-集料反應的重要因素，因此我們可以采取以下措施防止堿-集料反應，一是采用低堿水泥，當發現集料中含有能引起堿-集料反應的成分時，就應對反應使用的水泥堿度嚴格檢查，并加以控制；二是使用非活性集料，如果對集料無選擇余地時，可以在混凝土中摻用部分多孔輕集料以減少堿-集料反應的膨脹能量；三是使用摻和料降低混凝土的堿性，使用摻和料的混凝土不僅能夠延緩或抑制堿-集料反應，對節約資源和保護環境也有重要意義，比較適合我國的國情；四是改善混凝土結構的施工和使用條件，保證混凝土結構的施工質量。

3.3 混凝土的保護層厚度

在我國的混凝土結構設計規范中，鋼筋的混凝土保護層最小厚度一般均對縱向受力鋼筋（主筋）而言，從耐久性的角度看，最外層的箍筋或分布鋼筋應該最早受到侵蝕，箍筋的銹蝕可引起沿箍筋的混凝土開裂，而墻、板中分布筋的銹蝕除引起開裂外，還會發生保護層的成片剝落，既然耐久性設計主要以適用性作為使用壽命終結的極限狀態，所以對保護層最小厚度的要求應同時適用于分布筋和箍筋。

3.4 采用防腐措施

工程中常用的防腐措施有傳統的對混凝土施加保護的方法，如使用混凝土耐蝕劑、涂裝防腐涂料來防止腐蝕介質侵蝕到鋼筋表面，從而提高混凝土的耐久性，或者使用CPF澆筑混凝土，使表層混凝土水灰比減少，混凝土更加密實，氯離子擴散系數和表面氯離子濃度都得到降低，可將氯離子活化鋼筋開始銹蝕的時間大大延長。此外，也有新型防腐措施，如鋼筋的陰極保護、使用環氧涂層鋼筋等措施都能夠提高混凝土的耐久性。

4 結論

引起混凝土耐久性失效的原因存在于結構的設計、施工及維護的各個環節，耐久性問題是一個十分重要也迫切需要解決的問題。因此，我們更需要從環境層次、材料層次、構件層次和結構層次對混凝土耐久性進行研究，進行正確的設計和嚴格的施工，這樣，才能保證我國建筑事業蓬勃的發展。

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