混凝土结构的耐久性和安全性探讨

中图分类号：TV331文献标识码： A

混凝土是目前全国用量最大、使用领域最广的建筑材料。随着应用的日益广泛，对于混凝土安全性和耐久性的要求也日益提高。不少建筑对混凝土耐久性要求考虑不足，且由于忽视维修保养，出现建筑物老化现象。我国是一个发展中大国，正在从事着大规模基本建设，随着现代建筑不断向高层化、大跨化和地下化方向发展，提高混凝土耐久性和安全性已经成为工程界关注的热点问题。

一、混凝土结构的耐久性和安全性

1、安全性。混凝土结构设计必须有足够的安全保证。这是由于结构需要承受的负荷以及机构的材料性能，设计计算方法，施工质量等均存在着许多不确定性。所以规范规定了结构必须承受的负荷设计值应该是上述标准值乘以大于1的荷载安全系数加以放大；同时在确定结构构件所具有的承载能力时，应该将材料强度的标准值除以大于1的材料强度分项系数加以缩小。显然，荷载的标准值和荷载与材料强度的安全系数规定的越高，就表示结构的安全水准设置越高，设计的结构就越安全。

2、耐久性。混凝土结构的耐久性是当前困扰土建基础设施的世界性问题，应当引起我国有关主管部门和设计、施工单位的足够重视。混凝土结构工程的耐久性与工程使用寿命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能力，这一正常功能包括结构的安全性和结构的适用性，而且更多地体现在适用性上。长期以来，人们一直以为混凝土应该是非常耐久的材料，直到上个世纪70年代末期，发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境因素影响下出现过早损坏，发达国家为混凝土结构耐久性投入了大量科研经费并积极采取应对措施。

二、混凝土结构的耐久性研究

1、抗腐蚀性。当混凝土结构处在有侵入介质作用的环境时，会引起水泥石发生一系列化学、物理及物化变化，而逐步受到侵蚀，防止硫酸盐腐蚀的最基本做法是控制水灰比，并适当增加水泥用量，因为水灰比是决定混凝土渗透性的重要因素，如果硫酸盐腐蚀非常严重，降低水灰比，采用V水泥也不能起良好的保护作用，可采用掺混合料的水泥。如掺入含有活性硅较多的天然火山灰水泥；掺入粉煤灰的水泥；掺入高炉不淬矿渣的水泥以及掺入硅粉的水泥。如果有现成的石膏矿渣水泥，也可以考虑作为代用品。

如果混凝土是预制品，提高该制品抗硫酸盐的另一途径是采用高压蒸汽养护，在高压蒸汽养护条件下，尤其是掺有磨细二氧化硅的混凝土，可消除水化浆体中的氢氧化硅，并且使高硫型和硫型水化硫酸盐几乎不再存在，其中氧化结合C-S-H变成耐腐蚀性良好的硅酸盐（水石硫石）或单独形成稳定的C3AH6，从而能更好的抵抗硫酸盐腐蚀。

2、抗碳性。一般来说，采用早强硅酸盐水泥时，碳化最慢，硅酸盐水泥稍快；而采用混合水泥时，由于Ca（OH）2的量相对较少，因此碳化速度最快。碳化速度与混凝土强度密切相关，如果混凝土的抗压强度大于62.5N/mm2时，可不考虑混凝土的碳化。高性能混凝土的强度等级为C50级以上，其极限抗压强度大于62.5N/mm2，故采用高性能混凝土是提高碳化性能的有效途径之一。

高压蒸汽养护的混凝土碳化作用非常小，这是因为混凝土中的砂子在高温条件下被活化，与混凝土发生化学反应，形成了强度大、结晶高、抗碳化性能好的水化硅酸钙。

3、抗磨损。一般而言，混凝土抗压强度越高，抗磨性能越好。低水灰比的高强混凝土是提高耐磨性的高密实混凝土，表面混凝土致密是提高耐磨性的必要条件，施工时，应多次压抹搓平混凝土表面。在有泌水的情况下，必须推持表面修整的时间，让水分充分蒸发，并在混凝土终凝前充分压抹搓平混凝土表面。此外，还可以通过在表面参加高硬度集料增强耐磨性。

4、抗碱―集料反应。发生混凝土碱―集料反应的条件有三个：水泥中的碱含量超过水泥总量的0.6%；集料中活性集料含量超过1%；混凝土处于潮湿环境。上述三个条件全部满足时，才会发生碱―集料反应。所以对这种反应，可以针对性地加以控制。

4.1控制集料中的活性二氧化硅含量。将活性二氧化硅颗料存在的地方设想为一个局部膨胀中心，用以描述碱―集料反应，如果活性颗粒的数量很少，则可溶金属离子迁移到这些分散中心所形成的碱硅酸凝胶也很少，吸水后可引起高度的局部膨胀，从而实际崩溃裂的危害增大。

4.2控制外界水分，降低水灰比。当外界没有可供吸取的水分时，将不会出现明显的有害膨胀，低水灰比的混凝土有很好的不透水性，故有助于延缓碱―集料反应物吸水膨胀的速度。

5、结构的耐久性及其度量。虽然混凝土结构耐久性的概念应用已久，但国际标准和我国统一标准中并未将结构耐久性作为术语使用。文献对所谓“足够的耐久性能”做了如下解释：“结构在规定的工作环境中，在预定时间内，其材料性能的恶化不至于导致结构出现不可接受的失效概率”在正常维护条件下，结构能够正常使用到规定的设计使用年限。对“结构耐久性”的定义为：“结构及其部件在可能引起材料性能劣化的各种作用下能够长期维持其应有性能的能力。”“预定作用和预期的维护与使用条件下，结构及其部件能在预定的期限内维持，其所需的最低性能要求的能力。”这两者基本代表了目前对结构耐久性这一概念的理解。这里需要强调的是两者所指出的“材料性能的恶化”和“材料性能劣化”是界定耐久性问题的关键。安全性和适用性是对可靠性的基本分类；耐久性是可靠性中涉及材料性能退化的特殊问题，它指结构在规定的时间内，在规定的条件下，在可能引起材料性能退化的环境影响下，完成预定功能的能力，或者属于适用性，或者属于安全性，耐久性既可以从时间角度，也可从结构状态的角度用概率来度量，而且两者所对应的可靠概率相等。这一点对于当前耐久性的研究具有重要的意义。

三、结语

混凝土结构的耐久性研究已经成为现在建筑科学发展研究的前沿，而我国不论在耐久性的研究或者耐久性要求的设计水准方面，与发达国家相比还存在很大差距。我国现在正在进行空前的社会基础设施工程建设，改善混凝土结构的耐久性，设计出高标准的耐久水准已迫在眉睫。

参考文献：

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【2】王军，杜荣忠，刘艳萍，海工混凝土工程耐久性设计探讨[J].2006，2

【3】赵国藩，《钢筋混凝土结构》，中国电力出版社，2005