浅谈钢筋混凝土耐久性及试验方法

摘要：混凝土结构是目前使用最为广泛的结构形式,由于混凝土结构材料自身和使用环境的特点,使混凝土结构不可避免地存在耐久性问题。国内外每年因混凝土耐久性失效、维修与加固等付出了大量人力、物力和财力。因而混凝土的耐久性也成了目前混凝土科学界和工程界最为关注问题之一。钢筋混凝土耐久性实验方法是对其耐久性研究的重要途径和手段, 而选择恰当合理的实验方法是获得正确实验结果的关键。

关键词：耐久性、真实实验法、模拟实验法、可靠指标

中图分类号：G424.31 文献标识码：A 文章编号：

一、混凝土耐久性概述

混凝土结构耐久性是指混凝土结构及其构件在可预见的工作环境及材料内部因素的作用下,在预期的使用年限内抵抗大气影响、化学侵蚀和其他劣化过程,而不需要花费大量资金维修,也能保持其安全性和适用性的功能。几乎所有的混凝土劣化过程都经过两个阶段，初始阶段和扩展阶段。在初始阶段,没有显著的材料弱化或结构功能退化现象出现,但某些保护层被侵蚀介质破坏。而在扩展阶段,将出现主动性的损伤并加速发展,如钢筋腐蚀。

这个混凝土结构耐久性的定义实际上包含了三个基本要素，首先是环境，结构处于某一特定环境包括自然环境、使用环境中,并受其侵蚀作用。其次是功能，结构的耐久性是一个结构多种功能比如安全性、适用性等与使用时间相关联的多维函数。最后是经济，结构在正常使用过程中不需要大修。

二、耐久性常用实验方法

目前国内外针对钢筋混凝土所进行的耐久性实验方法可分为两大类，真实实验法和模拟实验法。

真实实验法又包括自然暴露法和退化构件法等。自然暴露法是将制作的试件放到特定的真实环境中一段较长的时间让其进行自然劣化发展,一般都要在数十年以上,然后检测试件的耐久性性能的退化。本方法的优点是由于试件所处的劣化环境即为真实环境,故其实验结果较为真实、可靠,因而具有较高的参考价值。目前世界各国都很重视此类实验,如我国考虑到一年四季各地区气候条件的不同,在全国不同地区建立了数个大气腐蚀实验站,同时还建立了一批土壤实验站。但自然暴露法的缺点是所需的实验时间相对太长,实验成本较高,可重复性差,难以大量进行。同时由于针对性较强,难以适应广泛的多变的真实使用环境,因此目前主要限于混凝土材料实验。退化构件法是指直接采用真实的退化结构中的构件,来进行钢筋混凝土的耐久性实验。由于退化构件取自真实使用环境下的真实结构,故其实验结果相对也较为真实、可靠，具有较高的参考价值;同时退化构件已完成劣化发展,可直接进行实验,大大缩短实验周期。但本方法的缺点是退化构件的获得相对较为困难,现场拆除构件费用较高,难度较大,构件容易造成损坏。构件的退化影响因素不明,人们无法进行预先控制,离散性大。同时退化构件一经从真实结构中拆除下来其受力状态也发生了改变,对最终实验结果也将产生一定影响。

模拟实验法是采取各种人工的方法对钢筋混凝土构件进行耐久性性能的加速退化,当达到所需的退化程度后,即可进行耐久性实验。本方法的优点是，实验的可控制程度高,可以人为控制主要影响因素,剔除次要影响因素，同时构件的劣化发展程度也可以很方便地得到控制。实验周期可以较大缩短,实验的成本、难度与复杂程度可以不同程度地降低。同时实验的可重复性高,可以反复地进行。本方法的缺点是，恰当合适的模拟方法选择很重要,如果方法选择不当，则会导致钢筋混凝土构件在模拟实验条件中与在真实使用环境中的劣化发展机理可能有很大差异。同时模拟环境与实际环境存在一个相似关系，如何通过模拟环境的实验结果来推理实际环境的使用情况还有待进一步研究。目前常用的加速模拟混凝土内钢筋锈蚀的方法具体有内掺法、浸泡法、通电法等，各种方法的模拟机理都有所不同。

(1)内掺法。“内掺法”是在钢筋混凝土试件制作时即掺入一定比例的腐蚀性介质的方法。一般来讲腐蚀性介质掺入的比例越高，则试件内钢筋的腐蚀速度越快，达到预定的锈蚀量所需的时间越短。

(2)浸泡法。“浸泡法”是将制作好的混凝土试件全部或部分的放入一定浓度的腐蚀性介质溶液中一段时间的方法。一般来讲腐蚀性介质溶液的浓度越高，则混凝土试件的腐蚀速度越快，达到预定腐蚀量所需时间越短。

(3)通电法。“通电法”是利用电化学原理。将待锈蚀构件放入一定浓度的电解质溶液中，待锈蚀钢筋作阳极，另取一根金属作阴极，然后通入恒定的直流电流，使钢筋产生锈蚀的方法。其优点是方法简单，可以根据通入的直流电流和通电时间直接控制钢筋的锈蚀量，同时实验的时间可以大大缩短，一度曾被较多的研究者所采用。

3.混凝土耐久性结构层面研究的关键问题

根据上述混凝土结构耐久性层面研究内容的总结,认为混凝土结构层面尚缺乏以下几方面的基础理论研究，

(1)界定一定环境和使用要求下的混凝土结构耐久性失效极限状态。

(2)确定表征材料与结构耐久特征的指标与参数。

(3)建立耐久性动态检测数据分析理论。

确定耐久性极限状态是混凝土结构耐久性设计和寿命预测的关键问题,目前尚无定论。按照混凝土材料和构件的劣化过程,依次可以选择不同的劣化状态作为耐久性极限状态,如图中所示的特征时间和等。特征时间的确定不仅与结构的耐久性性能指标有关,而且与结构的安全适用可靠指标有关。已有研究成果表明: 各个特征时间的确定并不是绝对的。与此相应的耐久性失效极限状态既可能是正常使用和外观美学的要求, 也有可能是结构安全性的要求。从混凝土结构安全储备的角度出发, 很多学术观点推荐将和 对应的极限状态作为耐久性失效极限状态。也有学者提出结构寿命极限可以取其可靠指标B值下降到某一水平时所需要的时间。对应于时间和，为了建立基于性能的混凝土结构全生命耐久性设计理论和寿命预测体系。必须首先确定不同环境和使用条件下耐久性失效极限状态。

混凝土结构耐久性设计和寿命预测必须要通过混凝土结构耐久性参数的表达来实现。目前通常是将混凝土保护层厚度和氯离子渗透系数作为表征混凝土结构耐久能力的参数。事实上，这两个参数仅能表征0~阶段(钢筋锈蚀诱导阶段)混凝土结构的耐久性。由于钢筋锈蚀而导致结构劣化阶段(钢筋锈蚀发展阶段~)的耐久性参数目前尚未见诸报道。而结构劣化阶段耐久参数的确定与合理表征对混凝土结构耐久性设计和寿命预测至关重要。必须要重点研究和明确表达。

4.结束语：随着混凝土技术的进步、其应用领域的不断延伸及大量老结构面临修补或是重建，对混凝土耐久性的研究必将日益深入。用实验的方法解决混凝土结构耐久性设计、评估和寿命预测中的关键问题。完善混凝土结构耐久性设计、评估和寿命预测方法是迫切任务

参考文献

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[2]谭国强，王新友，《建筑材料的循环再生》，广东建材，1999

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