李雙營

（青海民族大學(xué)建筑工程學(xué)院，青海 西寧 810007）

0 引言

我國現(xiàn)有部分建筑已出現(xiàn)嚴(yán)重的老化現(xiàn)象，根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，需加固鑒定的建筑面積達(dá)51%，我國不斷降低投入建筑成本，相應(yīng)增加了維護(hù)加固老舊建筑的資金。加固存在老化現(xiàn)象的建筑，不僅可滿足結(jié)構(gòu)需要，還可獲得大量經(jīng)濟(jì)收益，同時(shí)避免拆除產(chǎn)生的環(huán)境污染問題。因此，研究混凝土結(jié)構(gòu)耐久性對節(jié)能減排工作具有重要意義。

1 環(huán)境條件帶來的影響

1.1 氣候環(huán)境

氣候因素特別是溫度變化產(chǎn)生的影響十分顯著。其可能引起混凝土發(fā)生膨脹與收縮變化，進(jìn)一步出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。我國北方地區(qū)凍融交替破壞混凝土的問題比較多，尤其在嚴(yán)寒區(qū)域，一般出現(xiàn)在水工結(jié)構(gòu)、公路、冷卻塔等位置。比如，松花江上的永興水電站，在寒冷的環(huán)境中建立了壩區(qū)，一年氣溫平均僅有5℃，全年正負(fù)交替氣溫大概有80次達(dá)0℃，這部分氣候因素一定程度影響了混凝土的抗老化性。

大量經(jīng)驗(yàn)說明，混凝土發(fā)生凍融破壞的必要因素是水、負(fù)溫及凍融循環(huán)。其中引發(fā)凍融破壞的關(guān)鍵原因是水，即干濕狀態(tài)形成非常嚴(yán)重的破壞性影響。針對非常干燥、很少受到水的浸潤、不容易與水接觸的位置，很少遭遇受凍；相對那些濕度大、水位頻繁變化區(qū)域、漏水位置，更加容易遭遇凍害。此外，正負(fù)溫的交互改變，會反復(fù)凍結(jié)和融化內(nèi)部孔隙水，形成疲勞應(yīng)力。凍融現(xiàn)象不斷發(fā)生，直接縮短了恢復(fù)再生時(shí)間。

1.2 氯鹽環(huán)境

氯鹽可產(chǎn)生十分廣泛的影響，銹蝕鋼筋，若伴隨著凍融現(xiàn)象，還會導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)脫落，影響混凝土耐久性。

在我國北部地區(qū)，冬季氣溫較低，容易出現(xiàn)大規(guī)模降雪，為確保交通人行安全，普遍采取氯鹽融雪，由于操作便捷、成本較低、收效顯著等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用。但除冰鹽應(yīng)用以后，顯著出現(xiàn)了破壞混凝土問題，一定程度腐蝕了基礎(chǔ)設(shè)施，相應(yīng)需投入的費(fèi)用也十分高昂。特別是在北方地區(qū)，鹽凍剝蝕問題頻繁出現(xiàn)在路面和橋面等。我國不少橋梁滲入了鹽水，造成相關(guān)構(gòu)件發(fā)生開裂、銹蝕等一系列問題，直接縮短其使用時(shí)間。

1.3 海水

海水、海風(fēng)中鹽分含量很大，并且在腐蝕混凝土中其也是非常顯著的介質(zhì)。一般來講海水中存在的無機(jī)鹽達(dá)39%，主要物質(zhì)為氯化物和硫酸鹽。針對氣候環(huán)境不同的工程，處在水位變化的損害更加嚴(yán)峻。

西方發(fā)達(dá)國家將橋梁建造在海洋環(huán)境中，遭遇腐蝕破壞的橋梁達(dá)半數(shù)，一定程度威脅了橋梁安全。我國大部分沿海區(qū)域在開發(fā)海洋及建立跨海橋梁時(shí)，大多數(shù)建立在海洋環(huán)境中的橋梁與建筑會遭遇侵蝕，直接影響使用壽命，并需反復(fù)修復(fù)。

在相對寒冷區(qū)域環(huán)境中，由于不斷與海水接觸，加之凍融交替對環(huán)境帶來的不同程度影響，增加了海水造成的破壞程度。在低溫嚴(yán)寒地區(qū)，水位經(jīng)常改變的混凝土結(jié)構(gòu)，由于時(shí)常會被海水沒過，同時(shí)也在空氣中外露，凍融影響更加嚴(yán)重。

2 損傷耐久性研究

2.1 擴(kuò)散的氯離子

混凝土表面會產(chǎn)生包含各類空間尺度的微觀電池腐蝕，其產(chǎn)生了高阻體系，十分復(fù)雜的閉塞。內(nèi)部孔隙液是移動離子的主要通道，結(jié)合鋼筋形成電子回路。因此混凝土破壞最為嚴(yán)重的因素是銹蝕，其中pH數(shù)值和濃度一定程度左右了銹蝕深度。一般pH數(shù)值越低則腐蝕速度越快；當(dāng)擁有較高的氧氣濃度時(shí)也容易獲得越高的驅(qū)動腐蝕電勢，同時(shí)提高腐蝕速率。存在于鋼筋表面的氯離子也引起了pH數(shù)值的降低，加快銹蝕反應(yīng)速率。

2.2 硫酸鹽

復(fù)雜結(jié)構(gòu)中硫酸鹽侵蝕和環(huán)境共同發(fā)揮作用，截至目前還是熱點(diǎn)研究問題。硫酸鹽可通過物理和化學(xué)2方面產(chǎn)生侵蝕。相較于混凝土基準(zhǔn)土相，經(jīng)過硫酸鹽腐蝕會快速降低性能，遭遇的損失越大相應(yīng)抗腐蝕性更弱?？沽蛩猁}性能來講硅灰發(fā)揮顯著作用，起到關(guān)鍵性功能的是活性和填充的微粉末，可幫助內(nèi)部孔隙形成密實(shí)結(jié)構(gòu)，有利于骨科順利過渡至水泥漿。

2.3 荷載耦合腐蝕離子

荷載及自然界中的腐蝕離子共同影響結(jié)構(gòu)物，即在這一作用下?lián)p害了結(jié)構(gòu)物及快速擴(kuò)散離子。在荷載耦合硫酸鹽的情況下，后者的濃度越高造成的損傷也更加嚴(yán)重，當(dāng)達(dá)到60%荷載時(shí)，具體是由荷載引發(fā)力學(xué)上的損傷，當(dāng)不足40% 的荷載時(shí)，造成損傷的主要因素是干濕循環(huán)。結(jié)合對氯離子滲透性進(jìn)行測定可知，即便是靜態(tài)荷載上升至90%，無法形成十分顯著的滲透量，當(dāng)不斷循環(huán)荷載超過60%時(shí)，最大程度提升了滲透率，當(dāng)獲得50%的荷載時(shí)，即便是形成100萬次的循環(huán)次數(shù)，也無法提升滲透率。此外，氯離子形成的滲透率和參與變量之間產(chǎn)生正比關(guān)系。

2.4 氯鹽耦合硫酸鹽

我國各種復(fù)合因素耦合腐蝕粒子統(tǒng)一影響混凝土結(jié)構(gòu)，這一區(qū)域一般出現(xiàn)了氯離子、硫酸根離子等，加重了損傷程度。

通過分析長時(shí)間浸泡的混凝土，并基于干濕循環(huán)與浸泡環(huán)境中開展有關(guān)試驗(yàn)，在腐蝕發(fā)生最初階段，硫酸鈉可對快速擴(kuò)散的氯離子形成不斷抑制，后期逐步降低腐蝕程度，氯離子減慢了硫酸鹽的腐蝕速度。

經(jīng)過對耦合氯鹽與硫酸鹽作用下腐蝕混凝土分析，水化產(chǎn)物和氯離子即硫酸根離子出現(xiàn)一定反應(yīng)，形成的鈣礬石存在于混凝土中形成了輕微裂縫，嚴(yán)重限制了抗彎能力，但氯鹽可拖延生成鈣礬石的速度，主要是由于氯離子搶先結(jié)合水化產(chǎn)物，氯離子濃度相對較低會形成明顯的延緩效果。在耦合硫酸鹽和氯鹽腐蝕混凝土的過程中分析擴(kuò)散與裂化氯離子和硫酸根離子的特點(diǎn)，在較短的腐蝕時(shí)間內(nèi)氯離子可有效牽制硫酸根離子，抗侵蝕性能也會逐步減少。

3 結(jié)語

目前全國范圍內(nèi)混凝土是擁有廣泛應(yīng)用的建筑材料，也是項(xiàng)目建設(shè)的主要材料。長時(shí)間以來，混凝土耐久性被破壞的問題一直未受到足夠重視，導(dǎo)致出現(xiàn)較大安全問題，直接引發(fā)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。綜合分析，一旦發(fā)生耐久性問題，需要大量的維護(hù)費(fèi)用，必須通過對這一問題進(jìn)行研究，并采取有效措施，以解決相關(guān)問題。