淺談混凝土耐久性影響因素及提高措施

張俊強 劉志超

摘 要：隨著我國人口不斷增長，城鎮化規模不斷增加，各類混凝土建筑物的數量急劇增長，但其使用壽命卻只有三十年左右。因此，可持續發展背景下對混凝土耐久性的要求將越來越高。本文在對國內外混凝土耐久性研究相關成果進行分析歸納的基礎上，介紹了影響混凝土耐久性的主要因素及提高措施。

關鍵詞：混凝土；耐久性；影響因素；措施

混凝土是一種優質的建筑材料，但混凝土并不一定耐久，混凝土構造物過早劣化，正常使用 壽命低于設計年限或花費在加固維修的費用遠 遠超出正常的養護費用。近年來，這些情況在我國各地屢屢出現，每年給國家帶來巨大的經濟損失。究其原因，是因為我們對耐久性的關注不夠，雖然近十幾年來我國混凝土研究領域的技術人員不斷對混凝土耐久性進行研究，但因為混凝土構造物的耐久性在設計、施工、檢測、養護中每一個環節都不能忽略，而長期以來，設計人員、施工人員都是著重于構造物的結構強度，對耐久性僅有兼顧甚至于忽略。

1 影響混凝土耐久性的幾個因素

1.1 混凝土的凍融破壞

處于水和寒冷共同作用下的地區，混凝土建筑物的破壞是以凍融破壞為主要因素。混凝土的凍害，是由于混凝土毛細孔中的水份受到低溫凍結時，水由液相變為固相（冰）時體積增大9% ，從而產生膨脹應力，此種膨脹應力如超過了混凝土的抗拉強度，即可導 致混凝土產生破壞。混凝土在產生凍脹后，即產生凍結變形，但一經解凍后仍有殘余膨脹變形存在，隨著凍融循環的繼續，形成累積殘余變形，對混凝土產生破壞。

1.2 混凝土的碳化破壞

混凝土在空氣中碳化是中性化最常見的一種形式，它是空氣中二氧化碳與水泥石中的堿性物質相互作用，使其成分、組織和性能發生變化，使用機能下降的一種很復雜的物理化學過程。 碳化會降低混凝土的堿性，破壞鋼筋表面的鈍化膜，使鋼筋容易受到腐蝕。混凝土碳化還會加劇混凝土的收縮，從而導致裂縫和結構的破壞。混凝土的碳化程度是衡量鋼筋混凝土結構可靠度的重要指標。

1.3 堿- 骨料反應破壞

堿- 骨料反應是指水泥水化過程中釋放出 來的堿與骨料中的堿活性成份發生化學反應產生的混凝土破壞。破壞形成主要有兩種： 堿- 硅酸反應和堿- 碳酸鹽反應。

1.4 化學物質的侵蝕

學物質的侵蝕是影響混凝土結構耐久性因素中最為復雜的問題，其侵蝕類型概括起來可分以下幾種： a.硫酸鹽侵蝕破壞。硫酸鹽一般是指硫酸鈉及硫酸鎂等，當硫酸鹽溶 液與水泥中氫氧化鈣發生化學反應則生成石膏和硫鋁酸鈣產生體積膨 脹，使混凝土遭受脹裂并逐漸剝蝕毀壞，又如硫酸鎂的存在與水泥起化 學作用后可生成 Mg（OH） 2可降低水泥。石堿度構成分解性腐蝕。 b.酸性物質對混凝土中水泥化合物有侵蝕作用使其中的氫氧化鈣變 成可溶性鈣鹽使混凝土強度喪失而崩解。 c. 堿的侵蝕破壞固體堿對混凝土的侵蝕作用較小，但熔融的堿或堿 的濃溶液對水泥的水化物有侵蝕作用，其侵蝕作用分化學侵蝕和結晶侵 蝕兩種類型。化學侵蝕是堿溶液與水泥水化物之間產生化學反應，生成 膠結力不強且易為堿液侵析的產物。結晶侵蝕是進入混凝土空隙的堿溶 液形成具有膨脹力的結晶，使混凝土脹裂而逐漸剝落毀壞。

1.5 鋼筋銹蝕

因混凝土結構鋼筋銹蝕而產生的破壞，是耐久性不足最大量的表現形式。鋼筋銹蝕物的體積可膨脹 3～4倍，混凝土就會沿鋼筋方向開裂，導致保護層剝落，從而進一步加快鋼筋銹蝕速度，結構強度 降低，從而導致結構耐久性的降低。

2 混凝土耐久性不足的根本原因

混凝土是由水泥砂漿和粗骨料組成的毛細多孔復合材料。普通混凝土不能滿足耐久性的根本原因在于混凝土本身的內部結構。為滿足混凝土施工要求，用水量大，水灰比高，導致混凝土空隙率很高，其中毛細孔占相當大部分，毛細孔是水分、各種侵蝕介質、氧氣、二氧化碳及其有害物質進入混凝土內部的通道，是導致混凝土耐久性不足的根本原因。另外，混凝土在運輸、澆筑和振搗過程以及剛澆筑完畢未凝固的階段、產生離析、泌水現象，從而在骨料與水泥漿的界面，或者鋼筋與混凝土的界面形成薄弱的過渡區，混凝土硬化后，尤其在這區域，形成大量孔隙與微裂縫。

因此，耐久性不足的根源在于混凝土的滲透性，而微裂隙和孔隙是引 起混凝土劣化的初因。混凝土在外界水分和侵蝕介質沿著連通的裂隙和孔隙進入，導致高度飽水，對膨脹和開裂起著主導作用，而不管產生劣化的原因是凍融循環、鋼筋銹蝕、堿- 骨料反應還是氯離子侵蝕。但是這些 損傷過程會使微裂隙進一步擴展，加劇損傷，最終導致破壞。由此看來混凝土抗滲性是耐久性的第一道防線，改善混凝土的均質性，減少或避免混 凝土早期開裂，是提高混凝土抗滲性與耐久性的首要措施，也才能獲得延長結構服務壽命的整體效果。

3 提高混凝土耐久性的基本措施

根據前述影響混凝土耐久性的一些主要因素，提高混凝土耐久性的技術措施的基本原則首先是必須提高混凝土的密實性和防裂性，諸如： 采用優質有效的外加劑，大幅度降低水灰比（或水膠比） 保證具有足夠的水泥用量。并進行科學的配合設計和精心施工。

3.1 提高抗碳化能力

必要時可在混凝土表面設置有效的覆蓋層等措施，以減緩或隔離CO2向混凝土內部滲透，從而有效地提高混凝土的抗碳化能力。

3.2 提高混凝土抗凍能力

優良的引氣劑或引氣減水劑，使混凝土內部結構具有適宜的空氣含量和優良的氣泡參數是非常必要的。此外，采用優質抗凍性骨料和合理的配合設計也很重要。

3.3 預防鋼筋銹蝕方面

在保證混凝土密實性和防裂性的前提下，應采用適量的優質混合材料（如粉煤灰、硅粉及礦粉等） ，并采用較大的鋼 筋保護層，以限制氯離子在混凝土中的滲透速度和深度。

3.4 提高混凝土抗侵蝕方面

提高混凝土抗侵蝕性方面可包括海水、 酸、堿等侵蝕類型。混凝土的密實性與抗裂性對提高混凝土抗侵蝕性起著至關重要的作用，同時對水泥品種的選擇也具有重要意義，一般要求水泥應具有較低的C3A含量。并摻入適量的混合材和優質外加劑。

3.5 預防堿- 骨料反應方面

混凝土中堿- 骨料反應的危害很大，一旦發生則很難修復。因此，對其預防措施可列出以下幾點：

（1） 在混凝土中不得采用具有堿活性反應的骨料；

（2） 應采用低堿水泥和低堿外加劑；

（3）應嚴格控制混凝土中的總含堿量；

（4）禁止使用鈉鹽外加劑；

（5）摻入引氣劑有助于減輕堿 - 骨料反應的膨脹；

（6）摻入適量的粉煤灰能 較大幅度地降低堿

4 結語

混凝土的耐久性是混凝土的主要技術性質之一，實際混凝土工程中必須要達到混凝土強度、耐久性與經濟性的平衡，才能保障人民的安全與利益。為此，在實際工程中必須合理選擇水泥的強度和種類、選擇良好的骨料、確定合理的水膠比并摻加適當的外加劑。

參考文獻

[1] 遲培云，葛宏翔，王大成.土木工程材料.哈爾濱工業大學出版社，2013.8

[2]張譽等編著.混凝土結構耐久性概論.上海：上海科學技術出版社，2003.12

[3]中國工程院土木水利與建筑學部工程結構安全性與耐久性研究咨詢項目組.混凝土結構耐久性設計與施工指南.北京：中國建筑工業出版社，2004

[4]陳肇元.混凝土結構安全性耐久性及裂縫控制.北京：中國建筑工業出版社，2013.4