混凝土耐久性浅析

【摘 要】分析了高性能混凝土的耐久性影响因素，给出了提高混凝土耐久性的措施，展望了混凝土耐久性设计的发展动向。

【关键词】混凝土；耐久性；影响因素；措施

Concrete Durability Analysis

Lai Zhao-hui

（Shaanxi Provincial Academy of Building Research Xi'an Shanxi 710082）

【Abstract】Analysis of the factors affecting the durability of high performance concrete， given the durability of concrete measures to improve the outlook of the durability of concrete design developments.

【Key words】Concrete；Durability；Influencing factors；Measures

1. 混凝土耐久性概述

（1）所谓混凝土结构的耐久性，是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下，在设计要求的目标使用期内，不需要花费大量资金加固处理而能保持其安全、使用功能和外观要求的能力。主要表现在抗渗性、抗冻性、耐水性、耐火性、耐磨性、抗化学旖蚀性、碳化与钢筋腐蚀性等性能。

（2）近年来，混凝土在建筑工程中成为用量最大、用途最广的建筑材料之一，由于混凝土耐久性不足，在建筑物或构筑物的计基准期内，容易出现质量问题，导致结构可靠度降低。为维持结构必要的安全性和适用性，需要大笔维修费用。如果不能继续使用，则往往予以拆除，成为不可再利用的大宗垃圾，占用大片土地，造成巨大的经济损失，这是各国普遍存在的现象。我国是一个发展中国家，能源短缺、财力有限，资源也并不丰富，因此，在对混凝土结构进行设计施工中，不只要考虑承载力、变形和裂缝的验算设计，还要重视耐久性设计，并根据施工中的具体情况，采取切实有效的措施来不断提高混凝土的耐久性。

（3）混凝土结构在所使用的环境下， 由于各种原因引起结构的长期演变，最终使混凝土丧失使用能力，即所谓的耐久性失效。影响混凝土结构耐久性的因素很多，可分为内在因素和外在因素。内在因素指混凝土的强度、质量、渗透性、保护层厚度，以及水泥的品种、标号和用量等；外在因素则指环境的湿度、温度、二氧化碳含量以及荷载等。混凝土的碳化、混凝土的碱集料反应、混凝土的冻融破坏、侵蚀性介质的腐蚀、钢筋的锈蚀多是影响混凝土耐久性的因素。

2. 影响混凝土耐久性的主要因素

（1）混凝土的冻融破坏。结构处于冰点以下环境时，部分混凝土内孔隙中的水将结冰，产生体积膨胀，过冷的水发生迁移，形成各种压力，当压力达到一定程度时，导致混凝土的破坏。混凝土发生冻融破坏的最显著的特征是表面剥落，严重时可以露出石子。混凝土的抗冻性能与混凝土内部的孔结构和气泡含量多少密切相关。孔越少越小，破坏作用越小，封闭气泡越多，抗冻性越好。影响混凝土抗冻性的因素，除了孔结构和含气量外，还包括：混凝土的饱和度，水灰比，混凝土的龄期，集料的孔隙率及其间的含水率等。

（2）化学侵蚀。当混凝土结构处在有侵蚀性介质作用的环境时，会引起水泥石发生一系列化学，物理与物化变化，而逐步受到侵蚀，严重的使水泥石强度降低，以至破坏。常见的化学侵蚀可分为淡水腐蚀，一般酸性水腐蚀，碳酸腐蚀，硫酸盐腐蚀，镁盐腐蚀五类。淡水的冲刷，会溶解水泥石中的组分，使水泥石孔隙增加，密实度降低，从而进一步造成对水泥石的破坏；研究表明，当水泥石中的氧化钙溶出5%时，强度下降7%，当溶出24%时，强度下降29%，因此，淡水冲刷会对水工建筑有一定影响；而当水中溶有一些酸类时，水泥石就受到溶淅和化学溶解双重作用，腐蚀明显加速，这类侵蚀常发生在化工厂；碳酸对混凝土的影响主要为：在溶淅水泥石的同时，破坏混凝土内的碱环境，降低水泥水化产物的稳定性，影响水泥石的致密度，造成对混凝土的侵蚀；硫酸盐的腐蚀则表现为SO42- 离子深入混凝土内与水泥组分反应，生成物体积膨胀开裂造成损坏；海水中由于存在多种离子，侵蚀形式较为复杂，但主要是由于镁盐使硬化水泥石的结构组分分解，同时硫酸盐作用会造成对水泥石的损坏，而氧化镁沉淀会堵塞混凝土孔隙，会使海水侵蚀有所缓和。

（3）混凝土的碱-集料反应。混凝土的碱-集料反应，是指混凝土中的碱与集料中活性组分发生的化学反应，引起混凝土的膨胀，开裂，甚至破坏。因反应的因素在混凝土内部，其危害作用往往是不能根冶的，是混凝土工程中的一大隐患。许多国家因碱- 集料反应不得不拆除大坝，桥梁，海堤和学校，造成巨大损失，国内工程中也有碱- 集料反应损害的类似报道，一些立交桥，铁道轨枕等发生不同程度的膨胀破坏。混凝土碱- 集料反应需具备三个条件，即有相当数量的碱，相应的活性集料，水份。反应通常有三种类型：碱-硅酸反应，碱-碳酸盐反应，慢膨胀型碱-硅酸盐反应。

3. 提高混凝土耐久性的措施

3.1 掺入高效减水剂。

（1）在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减少水灰比，使混凝土的总孔隙，特别是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水搅拌后，会产生一种絮凝状结构。在这些絮凝状结构中，包裹着许多拌和水，从而降低了新拌混凝土的工作性。施工中为了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必须在拌和时相应地增加用水量，这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。

（2）当加入减水剂的定向排列，使水泥质点表面均带有相同电荷。在电性斥力的作用下，不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态，还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，同时使水泥絮凝体内的游离水释放出来，因而达到减水的目的。许多研究表明，当水灰比降低到0.38以下时，消除毛细管孔隙的目标便可以实现，而掺入高效减水剂，完全可以将水灰比降低到0.38以下。