摘要：論述混凝土耐久性問題的重要性，探討了影響混凝土耐久性的因素，分析了混凝土耐久性不足的根本原因，并提出提高混凝土耐久性的幾項(xiàng)措施

　　關(guān)鍵詞：混凝土,耐久性,根本原因,影響因素,措施

　　高性能混凝土具有豐富的技術(shù)內(nèi)容，盡管同業(yè)對高性能混凝土有不同的定義和解釋，但彼此均認(rèn)為高性能混凝土的基本特征是按耐久性進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證拌和物易于澆筑和密實(shí)成型，不發(fā)生或盡量少發(fā)生由溫度和收縮產(chǎn)生的裂縫，硬化后有足夠的強(qiáng)度，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)合理而有低滲透性和高抗化學(xué)侵蝕。

　　基于上述特點(diǎn)，高性能混凝土成為我國近期混凝土技術(shù)的主要發(fā)展方向。

　　高性能混凝土的核心是保證耐久性。耐久性對工程量浩大的混凝土工程來說意義非常重要，若耐久性不足，將會產(chǎn)生極嚴(yán)重的后果，甚至對未來社會造成極為沉重的負(fù)擔(dān)。據(jù)美國一項(xiàng)調(diào)查顯示，美國的混凝土基礎(chǔ)設(shè)施工程總價(jià)值約為6萬億美元，每年所需維修費(fèi)或重建費(fèi)約為3千億美元。美國50萬座公路橋梁中20萬座已有損壞，平均每年有150-200座橋梁部分或完全坍塌，壽命不足20年；美國共建有混凝土水壩3000座，平均壽命30年，其中32%的水壩年久失修；而對二戰(zhàn)前后興建的混凝土工程，在使用30-50年后進(jìn)行加固維修所投入的費(fèi)用，約占建設(shè)總投資的40%-50%以上�；乜粗袊�，我國50年代所建設(shè)的混凝土工程已使用40余年。如果平均壽命按30-50年計(jì)，那么在今后的10-30年間，為了維修這些建國以來所建的基礎(chǔ)設(shè)施，耗資必將是極其巨大的。而我國目前的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程規(guī)模宏大，每年高達(dá)2萬億人民幣以上。照此來看，約30-50-年后，這些工程也將進(jìn)入維修期，所需的維修費(fèi)用和重建費(fèi)用將更為巨大。因此，高性能混凝土更要從提高混凝土耐久性入手，以降低巨額的維修和重建費(fèi)用。

　　所謂混凝土耐久性是指結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，對氣候作用、化學(xué)侵蝕、物理作用或任何其它破壞過程的抵抗能力。一般混凝土工程的使用年限約為50-100年，不少工程在使用10-20年后，有的甚至使用9年以后，即需要維修。用普通水泥混凝土所完成的工程不能滿足耐久性要求的根本原因，在于混凝土本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

　　但長期以來,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常只關(guān)注安全性和適用性,而對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性缺乏全面認(rèn)識,考慮不夠充分,再加上在后續(xù)的施工和運(yùn)行管理方面也未充分重視,使得許多混凝土結(jié)構(gòu)因達(dá)不到預(yù)期的設(shè)計(jì)壽命而出現(xiàn)嚴(yán)重的耐久性破壞現(xiàn)象,導(dǎo)致我國的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性現(xiàn)狀相當(dāng)嚴(yán)峻[1]。

　　一、影響混凝土耐久性的幾個(gè)因素

　　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�土的凍害,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?冰)時(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。對于某些環(huán)境比較特殊的地區(qū)，若水和嚴(yán)寒同時(shí)發(fā)生作用，凍融性破壞是對混凝土建筑物造成破壞的關(guān)鍵性因素�；炷�土受到凍害，其內(nèi)部空隙中的水份會發(fā)生凍結(jié)，使其體積膨脹增大，因此而出現(xiàn)膨脹應(yīng)力,若此時(shí)的膨脹應(yīng)力超出了其自身的抗拉強(qiáng)度范圍，就會致使混凝土發(fā)生破損。同時(shí)，在混凝土出現(xiàn)凍脹、變形后，即便是已經(jīng)解凍其殘余膨脹還會使其變形繼續(xù)存在，久而久之便會出現(xiàn)累積性殘余變形的情況，對混凝土的耐久性造成不利影響。其破壞特征是混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生微裂縫,裂縫數(shù)量增多,寬度逐漸增大,具體表現(xiàn)是導(dǎo)致混凝土動彈性模量下降和表層由外至內(nèi)產(chǎn)生剝落崩散以至毀壞�；炷�土的抗凍性與其內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)、水飽和程度、受凍齡期、混凝土的強(qiáng)度等多種因素有關(guān),其中最主要的因素是它的孔結(jié)構(gòu)。

　　2.混凝土的碳化破壞

　　混凝土長期暴露在空氣中會受到碳化因數(shù)的影響，水泥石中的堿性物質(zhì)會與空氣中的二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，使其組織、成分及性能產(chǎn)生變化，最終破壞使用機(jī)能。碳化后的混凝土其堿性降低，鋼筋表面存在的鈍化膜遭到破壞，更容易發(fā)生腐蝕破壞。同時(shí)，碳化作用還會使混凝土出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，裂縫便會產(chǎn)生�；炷�土在空氣中碳化是中性化最常見的一種形式，混凝土的碳化程度是衡量鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可靠度的重要指標(biāo)。

　　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)。

　　堿-硅酸反應(yīng)是指堿性溶液與骨料中的硅酸類物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),形成凝膠體。這種凝膠體是組分不定的透明的堿2硅混合物,能與混凝土中的氫氧化鈣及其它水泥水化物中的鈣離子反應(yīng)生成一種白色不透明的鈣-硅或堿-鈣-硅混合物,吸水后體積膨脹,使周圍的水泥石受到較大的應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。由多個(gè)這樣的膨脹體產(chǎn)生的應(yīng)力會相互作用,使裂縫連通加寬。膨脹的反應(yīng)生成物圍繞著活性骨料形成一道白色的邊緣。

　　堿-碳酸鹽反應(yīng)是水泥水化物中的堿與骨料中的碳酸鹽發(fā)生反應(yīng),骨料中的陶土礦和結(jié)晶狀巖石的存在會影響反應(yīng)的加速。

　　4.化學(xué)物質(zhì)的侵蝕

　　混凝土在使用過程中會受到許多化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，具體包括以下幾個(gè)方面：一、硫酸鹽的侵蝕及破壞。會對混凝土造成破壞的硫酸鹽通常包括硫酸鎂及硫酸鈉等，當(dāng)水泥中的氫氧化鈣同硫酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生的新物質(zhì)會使混凝土發(fā)生膨脹，導(dǎo)致脹裂。二、酸性物質(zhì)的破壞。酸性物質(zhì)會對水泥中的化合物進(jìn)行侵蝕，導(dǎo)致氫氧化鈣與其他的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而生成可溶性的鈣鹽，導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度降低而發(fā)生崩解。三、堿性物質(zhì)的侵蝕和破壞。堿的濃溶液會對水泥中的水化物進(jìn)行侵蝕，包括結(jié)晶侵蝕及化學(xué)侵蝕。化學(xué)侵蝕是水泥水化物與堿溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，結(jié)晶侵蝕是在其空隙中堿溶液出現(xiàn)結(jié)晶而發(fā)生膨脹，這些多會對混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成影響。

　　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。在混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋容易出現(xiàn)銹蝕的現(xiàn)象，使耐久性受到影響。鋼筋體表的銹蝕物可使其體積膨脹2-3倍，使混凝土出現(xiàn)開裂，最終致使保護(hù)層消失、剝落，從而導(dǎo)致鋼筋的銹蝕速度不斷加快，整體強(qiáng)度不斷下降，從而影響結(jié)構(gòu)的耐久性。

　　鋼筋銹蝕主要有兩個(gè)原因：一是混凝土碳化，當(dāng)二氧化碳和水汽從混凝土表面通過空隙進(jìn)入混凝土內(nèi)部時(shí)，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層的堿度降低，當(dāng)碳化達(dá)到鋼筋表面時(shí)，使鋼筋表面與混凝土粘接生成的氧化鐵薄膜破壞，生成銹蝕。二是混凝土中氯離子的侵蝕作用，當(dāng)氯離子滲入到鋼筋表面吸附于局部鈍化膜處時(shí)，使該處的堿度迅速降低，從而破壞鋼筋表面的鈍化膜，造成鋼筋銹蝕[2,3]。

　　二、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)[4]。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。同時(shí)，由于混凝土自收縮、溫度收縮增大、在外界的荷載和因環(huán)境條件下就容易產(chǎn)生開裂。這些對結(jié)構(gòu)承載力無害的裂隙，從耐久性角度來說，正是外界侵蝕介質(zhì)進(jìn)入混凝土的通道，給結(jié)構(gòu)耐久性帶來隱患。

　　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(zhì)沿著連通的裂隙和孔隙進(jìn)入，導(dǎo)致高度飽水，對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。

　　三、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[5]。

　　(1)提高抗碳化能力

　　在必要時(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。

　　(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。理論與實(shí)踐表明:不引氣的高強(qiáng)混凝土不一定是抗凍的,而中、低強(qiáng)的引氣混凝土,具有適宜的空氣含量和合理的氣泡參數(shù),也能獲得良好的抗凍性。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)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。

　　(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�土的密實(shí)性與抗裂性對提高混凝土抗侵蝕性起著至關(guān)重要的作用,同時(shí)對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。

　　(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;

　�、趹�(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;

　�、芙�止使用鈉鹽外加劑;

　�、輷饺胍龤鈩┯兄�于減輕堿-骨料反應(yīng)的膨脹;

　�、迵饺脒m量的粉煤灰能較大幅度地降低堿2氧化硅反應(yīng)膨脹值。

　�。�6）施工質(zhì)量的保證混凝土施工的基本過程包括從攪拌到運(yùn)送，再到澆筑、振搗，最后到養(yǎng)護(hù)及拆模等相關(guān)環(huán)節(jié)，若操作不恰當(dāng)，就會影響到混凝土的使用性能，當(dāng)混凝土的振搗缺乏密實(shí)、鋼筋保護(hù)層太薄等等現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，就會加快鋼筋的銹蝕度。所以，必須確保工程的施工質(zhì)量，這是保障混凝土耐久性的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。因此必須以高素質(zhì)的施工隊(duì)伍及完善的施工管理對施工質(zhì)量進(jìn)行保證，從而使工程混凝土的耐久性得到提高。（7）確保混凝土的施工強(qiáng)度雖然耐久性與強(qiáng)度的概念有所不同，但兩者之間又有著極為密切的聯(lián)系，雙方的本質(zhì)聯(lián)系是建立在混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)之上，且均與水灰比有著直接的關(guān)系。在確�；炷�土可以得到充分密實(shí)的基礎(chǔ)上，若水灰比有所降低，其孔隙率也會隨著下降，其自身強(qiáng)度就會得到提高。同時(shí)，當(dāng)孔隙率得到降低時(shí)，混凝土的抗?jié)B性也會得到提升，相關(guān)耐久性的指標(biāo)也可以得到保證。在目前的技術(shù)條件下，要提高混凝土的性能，可以在其摻入某些高效的減水劑，或活性化的礦物材料，這不僅可以提高混凝土的致密性能，而且也可以使游離氧化鈣的含量降低，在提高混凝土的耐久性的同時(shí)，使混凝土的強(qiáng)度也有所提高。另外，在內(nèi)部破壞因素得以控制的條件下，由于其自身強(qiáng)度的不斷增加，對外部環(huán)境的抵抗能力也會有所增加。

　�。�8）加強(qiáng)日常的維護(hù)結(jié)構(gòu)在日常的使用過程中，需要進(jìn)行及時(shí)的檢測及維護(hù)。對于那些環(huán)境相對惡劣或處于露天的建設(shè)工程更需要加強(qiáng)。通過對各項(xiàng)檢測及評估的體系進(jìn)行建立和完善，及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)處理，才能確�；炷�土結(jié)構(gòu)的正常投入使用。

　　四、結(jié)束語

　　混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性會受到諸多方面的因數(shù)影響，有的時(shí)候某些因素的疊加會給研究工作造成更大的阻礙。因此，必須對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)和施工加以重視,此外還要進(jìn)行嚴(yán)格的維護(hù)及管理，才能使混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性得以保證。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[2]孫培吉,于會斌,曲建波,衣海明,楊則英.基于靜動力性能分析的剛架拱橋加固措施研究[j].公路與汽運(yùn).2010(03).

　　[3]王紅春,李興貴.改善混凝土耐久性的方法研究[J].南京:建材技術(shù)開發(fā),2003,30

　　(9):107-109

　　[4]徐健,楊洋,陳夢成,王凱.地鐵混凝土耐久性影響因素的研究現(xiàn)狀[j].水利與建筑工程學(xué)報(bào).2010(05).

　　[5]陳本沛.混凝土結(jié)構(gòu)理論和應(yīng)用研究的現(xiàn)狀與發(fā)展[M].大連:大連理工大學(xué)出版社,1994

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