淺談混凝土結構的耐久性

韓德英

摘要：影響混凝土結構耐久性的因素是多方面的，涉及到設計、施工等多環(huán)節(jié)和材料、工藝、設備、條件等許多方面，因此提高混凝土結構耐久性是個復雜的問題。我們在實際工作中應不斷研究和探索，采取綜合解決方案并控制關鍵環(huán)節(jié)和技術指標，以滿足工程建設需要。

關鍵詞：混凝土結構；耐久性設計

1 混凝土結構耐久性定義

這個混凝土結構耐久性的定義實際上包含了三個基本要素：（1）環(huán)境：結構處于某一特定環(huán)境（包括自然環(huán)境、使用環(huán)境）中，并受其侵蝕作用；（2）功能：結構的耐久性是一個結構多種功能（安全功能、適用性等）與使用時間相關聯的多維函數；（3）經濟：結構在正常使用過程（即設計要求的自然物理剩余壽命）中不需要大修。定義中的工作環(huán)境及材料內部因素的作用指的是物理或化學作用，根據結構工作環(huán)境情況、破損機理、形態(tài)以及國內各行業(yè)傳統經驗，可將混凝土結構的工作環(huán)境分成6大類：①大氣環(huán)境；②土壤環(huán)境；③海洋環(huán)境；④受環(huán)境水影響的環(huán)境；⑤化學物質侵蝕環(huán)境；⑥特殊工作環(huán)境。同時，結構耐久性是結構的綜合性能，既涉及結構的承載能力、又涉及結構的正常使用以及維修等，反映了結構性能隨時間的變化。

2 影響混凝土結構耐久性的因素

2.1 鋼筋的銹蝕

水和氧的存在是鋼筋被腐蝕的必要條件，氯離子容易破壞鋼筋表面鈍化膜，一旦混凝土開裂，形成水和氧的通道，就會加速鋼筋銹蝕，造成混凝土裂縫進一步開展和貫通，最終使混凝土構件喪失承載力。鋼筋在外部介質作用下也會發(fā)生電化反應，逐步生成鐵銹，成倍增大自身體積，造成混凝土順筋裂縫，形成腐蝕介質滲入鋼筋的通道，加快了結構破損。

2.2 混凝土的碳化

混凝土中由于含有氫氧化鈣而呈堿性，在高堿環(huán)境下鋼筋表面形成薄膜，保護鋼筋不受酸性介質的侵蝕。但空氣中的酸性介質會通過各種孔道、裂隙而滲入凝土，溶于孔中液體，與水泥的水化作用產物發(fā)生反應，形成碳酸鈣等，中和了混凝土中的堿，這就是混凝土的碳化。碳化本身對混凝土沒有危害，甚至會提高混凝土的強度和密實性，但其會使鋼筋表面形成的起鈍化保護作用的致密氧化膜遭到破壞。同時碳化的混凝土還會加劇收縮變形，從而產生裂縫，使鋼筋保護層脫落。

2.3 混凝土的凍融破壞

外界水通過毛細孔道滲入混凝土中，在低溫環(huán)境作用下結冰，體積發(fā)生膨脹，在孔隙中產生應力，從內部損傷混凝土的微觀結構，產生微裂縫。在凍融循環(huán)作用下，損傷積累將使微裂縫逐步發(fā)展，同時混凝土剝落而降低強度和抗凍性。

3 混凝土耐久性的設計要點

3.1 確定結構所處的環(huán)境類別

現行規(guī)范中對對影響混凝土結構耐久性的環(huán)境類別進行了較詳細的分類，按所處的環(huán)境按鋼筋和混凝土材料的不同腐蝕作用機理分為5類。

環(huán)境分類。不同環(huán)境類別在不同的環(huán)境條件（如濕度、溫度、侵蝕介質的濃度等）下對配筋（鋼筋和預應力筋）混凝土結構侵蝕的嚴重程度分為6級。

環(huán)境作用等級。如果對每種環(huán)境類別中環(huán)境作用等級細分的話，環(huán)境作用等級可分為24項。但是由于環(huán)境作用等級的確定主要依靠對不同環(huán)境條件的定性描述，當實際的環(huán)境條件處于兩個相鄰作用等級的界限附近時，就有可能出現難以判定的情況，這就需要設計人員根據當地環(huán)境條件和既有工程劣化狀況的調查，并綜合考慮工程重要性等因素后確定。

3.2 合理選擇結構混凝土材料

現行規(guī)范中對設計使用年限50年及100年的混凝土結構，應根據環(huán)境等級，控制混凝土材料的最大水膠比、最低強度等級、最大氯離子含量及最大堿含量，以滿足耐久性的基本要求。在滿足混凝土材料的耐久性基本要求的同時，尚應采取其它耐久性技術措施。

4 增強混凝土耐久性的措施

4.1 防止混凝土內的鋼筋銹蝕

鋼筋在混凝土中起到主要的支柱作用，如果鋼筋發(fā)生銹蝕，那么整個混凝土的質量就會發(fā)生根本的改變，當前工程中處理鋼筋銹蝕的基本方式是在鋼筋表面上涂上一層保護膜，通過保護膜的方式從而減少鋼筋受到混凝土所吸收水分的銹蝕，不但達到保護鋼筋的目的，而且也保證了混凝土的使用。

4.2 使用礦物摻和料

主要措施包括：使用硅灰以提高混凝土的強度；使用粉煤灰和磨細礦渣降低水泥用量，提高混凝土的后期強度；減少水化熱，并使二次水化產物堵塞混凝土中的孔隙以提高抗?jié)B性，同時可減緩混凝土中的堿—骨料反應。此外，石粉、鍛燒高嶺土、磨細珍珠巖尾砂粉等其他礦物摻和料也具有提高混凝土耐久性的作用。

4.3 摻加外加劑，摻入高效減水劑

在保證混凝土拌和物所需流動性的同時，盡可能降低用水量，減少水膠比，使混凝土的總孔隙，特別是毛細管孔隙率大幅度降低。水泥在加水攪拌后，會產生一種絮凝狀結構。在這些絮凝狀結構中，包裹著許多拌和水，從而降低了新拌混凝土的工作性。施工中為了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必須在拌和時相應地增加用水量，這樣就會促使水泥石結構中形成過多的孔隙。當加入減水劑的定向排列，使水泥質點表面均帶有相同電荷。在電性斥力的作用下，不但使水泥體系處于相對穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，還在水泥顆粒表面形成一層溶劑化水膜，同時使水泥絮凝體內的游離水釋放出來，因而達到減水的目的。許多研究表明，當水膠比降低到0.38以下時，消除毛細管孔隙的目標便可以實現，而摻入高效減水劑，完全可以將水膠比降低到0.38以下。

4.4 使用方面

①構件的使用環(huán)境條件對構件的使用壽命有很大的影響，因此，不能任意改變原構件的適用條件，結構的安全度不考慮使用不合理所造成的不利影響。②應及時封閉初始裂縫，細微裂縫可以涂料，也可用環(huán)氧樹脂封閉，阻止和延緩鋼筋銹蝕的發(fā)展，減緩因鋼筋銹蝕導致的混凝土構件的破壞。③在混凝土表面增設覆蓋材料，如噴涂聚合物乳液改性砂漿，延緩混凝土的碳化速度。

5結語

混凝土耐久性研究是一個復雜的問題，耐久性是混凝土結構壽命增長的關鍵性能，混凝土中的任何一種材料的不健康都會影響混凝土的耐久性，不僅會對外觀造成影響，而且影響結構的使用能力，目前我國尚留存有大量未考慮耐久性設計的既有建筑，大規(guī)?；ǜ叱边^去以后，耐久性問題也將提上日程，并可能形成新的產業(yè)。

參考文獻：

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[2]金偉良，邸小壇，徐有鄰. 《混凝土結構設計規(guī)范》修訂簡介（三）——混凝土結構的耐久性設計[J]. 建筑結構，2011，04：122-125.

（作者單位：大連華洋建筑設計有限公司）