浅谈钢筋混凝土结构耐久性及其改善措施

[摘 要]文章对钢筋混凝土结构的耐久性进行了介绍，并提出了几种提高钢筋混凝土结构耐久性的方法。

[关键词]钢筋；混凝土结构；耐久性；钢筋混凝土耐久性改善措施

中图分类号：TU375 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2014）08-0063-01

1.前言

任何结构的兴建都是为了使用，也就是使已建结构完成其预定的功能。而结构预定的功能能否实现，则主要取决于它在整个设计服役期内的表现。大量混凝土工程实例表明，很多结构在服役期内总的维修费用远大于它的初始造价。因此减少结构在服役期内的总维修费用在目前是更现实、更迫切的任务。混凝土结构一直被认为是一种节能、经济、用途极为广泛的人工耐久性材料，是目前应用较为广泛的结构形式之一。随着结构物的老化和环境污染的加剧，混凝土结构的耐久性问题越来越引起国内外广大研究者的关注。当今世界，混凝土结构破坏的原因，按重要性递降顺序排列是：钢筋锈蚀、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境的物理化学作用。而我国混凝土结构破坏的原因主要是“南锈北冻“。然而长期以来，人们对混凝土结构的耐久性问题一直未能给予足够的重视。由于勘探、设计、施工及使用过程中的多种因素，使结构不可避免的出现各种不同程度的隐患、缺陷或损伤，进而导致结构的失效，造成资金的巨大浪费。

2.混凝土结构耐久性概念

所谓混凝土结构的耐久性是指结构对气候作用、化学侵蚀、物理作用或任何其他破坏过程的抵抗能力。

影响混凝土结构耐久性的因素十分复杂，主要有内外两方面的因素作用，其中混凝土材料的物理和化学作用，如混凝土的碳化、钢筋的锈蚀等是决定其耐久性的内因；混凝土结构所处的环境条件和防护措施，是影响混凝土结构耐久性的外因。

3.钢筋混凝土结构腐蚀基本机理

在腐蚀环境下，环境中有害介质、离子将会对混凝土结构进行侵蚀，造成钢筋截面损失、表面污染、混凝土开裂或脱落等，结构的安全性和可靠性将会大幅度降低，并导致结构在达到其预期的设计使用寿命之前就已经破坏，影响结构的正常使用。

3.1钢筋腐蚀的基本机理

钢筋的腐蚀是一种电化学的过程，在坚实的混凝土内部，由于其孔隙液体中含有易溶性的氢氧化钾和氢氧化钠以及大量的微溶氢氧化钙，因此形成PH值为13或更高的碱性环境。在这种环境中，在钢筋表面形成的钝化膜，将阻止钢筋锈蚀的发生。

在此，阳极反应产生的多余电子通过钢筋输送往阴极，阴极产生的氢氧化根离子通过混凝土的孔隙以及钢筋表面与混凝土空隙的电解质被送往阳极，从而形成一个腐蚀电流的闭合回路，使电化学过程得以实现。

3.2混凝土腐蚀的基本机理

混凝土腐蚀是一个很复杂的物理化学过程。混凝土的腐蚀按腐蚀过程分为三类：

第一类属溶蚀性的混凝土腐蚀，即当水渗透到混凝土内部，或是软水与水泥石作用时，将一部分水泥的水花产物溶解并流失，引起混凝土破坏。

第二类属某些盐酸溶液和镁盐对混凝土的腐蚀。这类腐蚀的主要生成物为不具有胶凝性的、易于被水溶蚀的松软物质。这类腐蚀不会使混凝土遭到彻底破坏。但若转化为第一类腐蚀，即其生成被渗透到混凝土内部的水所溶蚀，则将使混凝土中的水泥石完全遭到破坏。

第三类属结晶膨胀型腐蚀。它是混凝土受硫酸盐的作用，在其孔隙和毛细管中形成低溶解度的新产物，逐步积累，产生巨大的膨胀应力，而使混凝土遭受破坏。

因此，应着重从防止钢筋锈蚀和改善混凝土本身性能这两方面出发来提高钢筋混凝土结构的耐久性。

4.防止钢筋锈蚀的主要方法

4.1钢筋的混凝土保护层厚度

在我国的混凝土结构设计规范中，钢筋的混凝土保护层最小厚度一般均对纵向受力钢筋而言。从耐久性的角度看，最外层的箍筋或分布筋该最早受到侵蚀，普通钢筋（主筋、箍筋、分布筋）的混凝土保护层Cmin与保护层厚度施工负允差之和，即：

4.2控制混凝土拌合物中氯离子的含量

当由于某种原因，氯离子含量在钢筋周围达到某一临界值时，钢筋的钝化膜开始破坏，丧失对钢筋的保护作用，从而引起钢筋的锈蚀。

JTJ275-2000 针对预应力混凝土和钢筋混凝土，分别规定了混凝土拌合物中氯离子含量的最高限值（以水泥质量百分率计）为0.06%和0.1%。

4.3采用钢筋防护材料

采用涂层钢筋、喷塑（树脂）钢筋、混凝土中加入钢筋阻锈剂、混凝土中掺加缓蚀剂、混凝土表面涂层（涂薄层、复合型涂层、渗透性涂层）等。

5.提高混凝土耐久性的几种方法

影响混凝土耐久性的一个重要因素是混凝土本身的质量。提高密实度而减少混凝土的渗透性可以减缓侵蚀性物质侵入混凝土内部的速度，而这又与混凝土的强度等级、水灰比等因素有关。当混凝土中含有碱活性骨料时，在露天和潮湿的环境中，碱和骨料内的活性颗粒产生碱-骨料反应造成混凝土表面产生裂缝，加速侵蚀性物质的破坏作用。

5.1采用高性能混凝土

高性能混凝土具有高耐久性、良好的工作性能和高抗氯离子渗透性。通过矿物细掺合料和高效减水剂等的使用，水泥颗粒之间及水泥与骨料的空隙得到了一定程度的填充，不仅使结构混凝土的强度得到提高，节约水泥材料用量，从而一定程度上提高了混凝土的抗渗性能，减弱了氯离子对混凝土的渗透作用，从而延长了结构腐蚀所需的初始时间t0。与传统的混凝土相比，高性能混凝土在原材料上有两点不同：低水胶比和多组分。其目的是为了增强混凝土的密实程度，改善骨料和水泥浆体之间的界面性能，从而达到良好的耐久性。混凝土的耐久性明显取决于微观结构，尤其是浆体的孔隙率。正由于高性能混凝土的空隙率很低，因此与浆体中水或侵蚀介质输送过程有关的物理和化学侵蚀作用便会削弱。

5.2提高混凝土的抗渗性

混凝土由水泥、粗细骨料和水拌制而成。为了获得必要的流动性，满足施工要求，常用较多的水。当混凝土硬化后，多余的水就被蒸发掉，形成毛细孔，用水量越大，水泥水化后留下的毛细孔越多，渗透系数也越大。所以在拌制混凝土时，在满足技术和施工要求的情况下，应尽量降低水灰比，减少用水量，增加密实度，以提高混凝土的抗渗性。

5.3预防碱-骨料反应

发生碱-骨料反应需要水、活性骨料、碱三个条件，缺一不可。所以只要去掉三个条件中的任何一个，即可预防碱-骨料反应的发生。

一般认为，若混凝土的构件四周平均湿度小于60%，则发生AAR的概率很小。从材料方面，采取的主要方法有：使用非活性骨料、使用低碱水泥、使用锂盐抑制剂、掺入矿物掺合料等。

6.结语

目前我国正处于大规模的基础建设时期，钢筋混凝土结构仍是主体。为增强我国钢筋混凝土结构安全性、耐久性，恳请参与此工作的同事和同行多多指正，以使我国有关钢筋混凝土结构耐久性的研究工作取得更大的进展。

参考文献

[1]建设部.钢筋混凝土结构设计规范大全[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[2]中国工程院土木水利与建筑学部.混凝土结构耐久性设计与施工指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[3]赵卓，蒋晓东.受腐蚀混凝土结构耐久性检测诊断[M].郑州：黄河水利出版社，2006.