淺談混凝土耐久性影響因素及提高措施

張俊強(qiáng) 劉志超

摘 要：隨著我國人口不斷增長，城鎮(zhèn)化規(guī)模不斷增加，各類混凝土建筑物的數(shù)量急劇增長，但其使用壽命卻只有三十年左右。因此，可持續(xù)發(fā)展背景下對(duì)混凝土耐久性的要求將越來越高。本文在對(duì)國內(nèi)外混凝土耐久性研究相關(guān)成果進(jìn)行分析歸納的基礎(chǔ)上，介紹了影響混凝土耐久性的主要因素及提高措施。

關(guān)鍵詞：混凝土；耐久性；影響因素；措施

混凝土是一種優(yōu)質(zhì)的建筑材料，但混凝土并不一定耐久，混凝土構(gòu)造物過早劣化，正常使用 壽命低于設(shè)計(jì)年限或花費(fèi)在加固維修的費(fèi)用遠(yuǎn) 遠(yuǎn)超出正常的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。近年來，這些情況在我國各地屢屢出現(xiàn)，每年給國家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失。究其原因，是因?yàn)槲覀儗?duì)耐久性的關(guān)注不夠，雖然近十幾年來我國混凝土研究領(lǐng)域的技術(shù)人員不斷對(duì)混凝土耐久性進(jìn)行研究，但因?yàn)榛炷翗?gòu)造物的耐久性在設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)、養(yǎng)護(hù)中每一個(gè)環(huán)節(jié)都不能忽略，而長期以來，設(shè)計(jì)人員、施工人員都是著重于構(gòu)造物的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，對(duì)耐久性僅有兼顧甚至于忽略。

1 影響混凝土耐久性的幾個(gè)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(qū)，混凝土建筑物的破壞是以凍融破壞為主要因素?；炷恋膬龊?，是由于混凝土毛細(xì)孔中的水份受到低溫凍結(jié)時(shí)，水由液相變?yōu)楣滔啵ūr(shí)體積增大9% ，從而產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，此種膨脹應(yīng)力如超過了混凝土的抗拉強(qiáng)度，即可導(dǎo) 致混凝土產(chǎn)生破壞?；炷猎诋a(chǎn)生凍脹后，即產(chǎn)生凍結(jié)變形，但一經(jīng)解凍后仍有殘余膨脹變形存在，隨著凍融循環(huán)的繼續(xù)，形成累積殘余變形，對(duì)混凝土產(chǎn)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(zhì)相互作用，使其成分、組織和性能發(fā)生變化，使用機(jī)能下降的一種很復(fù)雜的物理化學(xué)過程。 碳化會(huì)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?；炷撂蓟€會(huì)加劇混凝土的收縮，從而導(dǎo)致裂縫和結(jié)構(gòu)的破壞?；炷恋奶蓟潭仁呛饬夸摻罨炷两Y(jié)構(gòu)可靠度的重要指標(biāo)。

1.3 堿- 骨料反應(yīng)破壞

堿- 骨料反應(yīng)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的混凝土破壞。破壞形成主要有兩種： 堿- 硅酸反應(yīng)和堿- 碳酸鹽反應(yīng)。

1.4 化學(xué)物質(zhì)的侵蝕

學(xué)物質(zhì)的侵蝕是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性因素中最為復(fù)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(dāng)硫酸鹽溶 液與水泥中氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)則生成石膏和硫鋁酸鈣產(chǎn)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(xué)作用后可生成 Mg（OH） 2可降低水泥。石堿度構(gòu)成分解性腐蝕。 b.酸性物質(zhì)對(duì)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(qiáng)度喪失而崩解。 c. 堿的侵蝕破壞固體堿對(duì)混凝土的侵蝕作用較小，但熔融的堿或堿 的濃溶液對(duì)水泥的水化物有侵蝕作用，其侵蝕作用分化學(xué)侵蝕和結(jié)晶侵 蝕兩種類型。化學(xué)侵蝕是堿溶液與水泥水化物之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成 膠結(jié)力不強(qiáng)且易為堿液侵析的產(chǎn)物。結(jié)晶侵蝕是進(jìn)入混凝土空隙的堿溶 液形成具有膨脹力的結(jié)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(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕而產(chǎn)生的破壞，是耐久性不足最大量的表現(xiàn)形式。鋼筋銹蝕物的體積可膨脹 3～4倍，混凝土就會(huì)沿鋼筋方向開裂，導(dǎo)致保護(hù)層剝落，從而進(jìn)一步加快鋼筋銹蝕速度，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 降低，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)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(xì)多孔復(fù)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(nèi)部結(jié)構(gòu)。為滿足混凝土施工要求，用水量大，水灰比高，導(dǎo)致混凝土空隙率很高，其中毛細(xì)孔占相當(dāng)大部分，毛細(xì)孔是水分、各種侵蝕介質(zhì)、氧氣、二氧化碳及其有害物質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部的通道，是導(dǎo)致混凝土耐久性不足的根本原因。另外，混凝土在運(yùn)輸、澆筑和振搗過程以及剛澆筑完畢未凝固的階段、產(chǎn)生離析、泌水現(xiàn)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(qū)，混凝土硬化后，尤其在這區(qū)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?；炷猎谕饨缢趾颓治g介質(zhì)沿著連通的裂隙和孔隙進(jìn)入，導(dǎo)致高度飽水，對(duì)膨脹和開裂起著主導(dǎo)作用，而不管產(chǎn)生劣化的原因是凍融循環(huán)、鋼筋銹蝕、堿- 骨料反應(yīng)還是氯離子侵蝕。但是這些 損傷過程會(huì)使微裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展，加劇損傷，最終導(dǎo)致破壞。由此看來混凝土抗?jié)B性是耐久性的第一道防線，改善混凝土的均質(zhì)性，減少或避免混 凝土早期開裂，是提高混凝土抗?jié)B性與耐久性的首要措施，也才能獲得延長結(jié)構(gòu)服務(wù)壽命的整體效果。

3 提高混凝土耐久性的基本措施

根據(jù)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(shù)措施的基本原則首先是必須提高混凝土的密實(shí)性和防裂性，諸如： 采用優(yōu)質(zhì)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(jìn)行科學(xué)的配合設(shè)計(jì)和精心施工。

3.1 提高抗碳化能力

必要時(shí)可在混凝土表面設(shè)置有效的覆蓋層等措施，以減緩或隔離CO2向混凝土內(nèi)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(yōu)良的引氣劑或引氣減水劑，使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有適宜的空氣含量和優(yōu)良的氣泡參數(shù)是非常必要的。此外，采用優(yōu)質(zhì)抗凍性骨料和合理的配合設(shè)計(jì)也很重要。

3.3 預(yù)防鋼筋銹蝕方面

在保證混凝土密實(shí)性和防裂性的前提下，應(yīng)采用適量的優(yōu)質(zhì)混合材料（如粉煤灰、硅粉及礦粉等） ，并采用較大的鋼 筋保護(hù)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?；炷恋拿軐?shí)性與抗裂性對(duì)提高混凝土抗侵蝕性起著至關(guān)重要的作用，同時(shí)對(duì)水泥品種的選擇也具有重要意義，一般要求水泥應(yīng)具有較低的C3A含量。并摻入適量的混合材和優(yōu)質(zhì)外加劑。

3.5 預(yù)防堿- 骨料反應(yīng)方面

混凝土中堿- 骨料反應(yīng)的危害很大，一旦發(fā)生則很難修復(fù)。因此，對(duì)其預(yù)防措施可列出以下幾點(diǎn)：

（1） 在混凝土中不得采用具有堿活性反應(yīng)的骨料；

（2） 應(yīng)采用低堿水泥和低堿外加劑；

（3）應(yīng)嚴(yán)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(yīng)的膨脹；

（6）摻入適量的粉煤灰能 較大幅度地降低堿

4 結(jié)語

混凝土的耐久性是混凝土的主要技術(shù)性質(zhì)之一，實(shí)際混凝土工程中必須要達(dá)到混凝土強(qiáng)度、耐久性與經(jīng)濟(jì)性的平衡，才能保障人民的安全與利益。為此，在實(shí)際工程中必須合理選擇水泥的強(qiáng)度和種類、選擇良好的骨料、確定合理的水膠比并摻加適當(dāng)?shù)耐饧觿?/p>

參考文獻(xiàn)

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

[2]張譽(yù)等編著.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概論.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2003.12

[3]中國工程院土木水利與建筑學(xué)部工程結(jié)構(gòu)安全性與耐久性研究咨詢項(xiàng)目組.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004

[4]陳肇元.混凝土結(jié)構(gòu)安全性耐久性及裂縫控制.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.4