混凝土耐久性

摘要：文章简述了混凝土使用现状、以及对混凝土的简单认识，提出了混凝土耐久性研究的重要性，及其发展前景。

关键词：混凝土 耐久性 碳化 钢筋锈蚀

中图分类号：TV331文献标识码： A

一、混凝土使用现状

随着经济的高速发展，中国已成为世界上工程建设最活跃、最繁荣的地区，建筑行业拥有了广阔的市场环境。其中，混凝土因其施工方便、性价比高、保护资源、能源等方面的突出作用在建设中扮演者重要角色。而混凝土是当代最耐久的建筑结构材料，迄今出现的过早破坏为1.50年，最严重的是因为混凝土材质劣化而造成的建筑物崩溃，这些都是由于人的无知、无能或明知故犯所致。从已掌握的资料看，优质均匀混凝土亦即HPC可保证下列的安全使用期限（以混凝土材质变化为主因）：

1)重要建筑物在不利环境中100年（如英国海港、油田平台；日本明石大桥）；

2)正常环境中200年；

3)特殊用途300年（如法国核废料贮罐设计）；

钢筋混凝土预期可能500年(日本正研究中，预期完全可能达到)，现行标准中一级建筑只50年，完全与HPC的能力不符。

据统计，我国现有建筑物的老化现象也是很严重的。据统计,我国现有建筑面积50亿m2, 其中约23 亿m2 需分期分批进行鉴定加固,近10 亿m2 急需维修加固才能使用。1989年, 建设部科技发展公司混凝土结构耐久性综合调查组对北京、西宁、贵阳和杭州的一些建筑物进行了调查,其结果表明, 建国初期的建筑均已达到必须大修的状态；现有大多数工业建筑不能满足安全、经济使用50 年的要求,一般使用25～30 年就需大修加固，钢筋混凝土结构的耐久性问题已越来越引起人们关注。美国学者用“五倍定律”形象地说明了耐久性的重要性,特别是设计对耐久性问题的重要性。设计时,对新建项目在钢筋防护方面每节省一美元,就意味着, 发现钢筋锈蚀时采取措施多追加维修费5 美元, 顺筋开裂时多追加维修费25 美元,严重破坏时则多追加维修费125 美元。这一可怕的放大效应, 使得各国政府投入大量资金用于钢筋混凝土结构的耐久性问题的研究。

世界发达国家在经过了大规模的新建之后, 重点已转向对旧建筑的维修改造上。英国1978年用于投资改造的费用为1965 年的3. 76倍。瑞典建筑业的首要任务是对已有建筑物进行更新改造。

二、对耐久性的认识

混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内，在各种环境条件作用下，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。

混凝土结构产生耐久性失效，是指由于在环境作用下，混凝土或钢筋的材料物理、化学性质即几何尺寸的变化，继而引起混凝土构件外观变化，不能满足正常使用的要求，导致承载能力退化，最终影响整个结构的安全。因此混凝土结构的耐久性失效应考虑以下几个方面：

1)结构外观或表面破损已不能满足正常使用或美学要求；

2)钢筋锈蚀或结构破损已导致结构承载力下降到不能允许的程度；

3)对结构进一步维修在技术上或经济上已经不可行；

混凝土结构耐久性的失效过程包含在混凝土结构的建造、使用和老化的结构全生命过程，即耐久性决定着混凝土结构的使用寿命。这是因为混凝土结构在自然环境和使用条件下，随着时间的推移，材料逐渐老化、结构性能逐渐劣化，出现损伤甚至损坏，是一个不可逆的过程，它不是直接由力学因素引起的。

现行研究中认为影响耐久性的因素主要有环境因素、材料因素和结构因素等几个层次方面的影响。

1.环境因素影响

环境因素主要为大气环境中的二氧化碳、汽车尾气等影响；海洋环境中的氯离子；工业环境中的废水等。

2.材料因素影响

材料因素主要为混凝土碳化、氯离子渗透腐蚀、冻融破坏、碱集料反应、钢筋腐蚀等。第二届国际混凝土耐久性会议上指出：“当今世界混凝土破坏原因，按递减顺序是：钢筋腐蚀、冻害、物理化学作用”。明确地将“钢筋腐蚀”排在影响混凝土耐久性因素的首位。而来自海洋环境的氯盐和用于化冰雪的除冰盐，又是造成钢筋腐蚀的主要原因。

3.结构因素影响

受弯拉构件由于设计或施工原因出现结构裂缝，这些裂缝可能成为离子在混凝土与钢筋表面之间迁移的必要通道。

4.其他因素

混凝土的收缩徐变、混凝土的养护不到位等都会影响到混凝土的耐久性。

三、耐久性研究遐想

材料破坏细观机理与宏观力学性能相关的研究众所周知，不论是何种非力学破坏因素（如冻融作用、钢筋锈蚀等），混凝土耐久性破坏内在机理都可归结为非力学作用引起的混凝土内部微裂缝的产生和扩展导致混凝土基体破坏，直至发展到混凝土结构破坏。不难想象，混凝土耐久性劣化必然是由相应的破坏应力引起，所以可用力学方法对非力学因素引起的耐久性劣化进行研究。而力学方法的最大特点就在于可以实现量化地处理问题。基于混凝土微裂缝的产生、扩展是一个典型的损伤发育和演化过程，现代损伤力学是研究这个过程的强有力的手段。因此，以现代材料测试手段为基础，通过实验测量及理论分析，获得在非力学破坏因素作用下混凝土细观结构的状态改变量及相对应的宏观性能指标变化量，结合损伤力学的理论，建立混凝土耐久性衰减过程的损伤力学模型，以此来研究混凝土的耐久性破坏过程，进而可以此模型对混凝土结构的耐久性进行评估。

由于目前国内外对混凝土结构耐久性的研究主要是在试验室中针对某一具体影响因素展开的研究，而实际环境中混凝土结构遭受着冻融、碳化、钢筋锈蚀等多种破坏因素的影响，其影响因素涉及材料、环境、受力状况等诸多方面。但是国内目前多是基于大量试验统计的模糊综合评判法、系统论方法、网络法、动态分析法等研究结构或构件的耐久性问题。如何在单因素作用下钢筋混凝土强度衰减模型的基础上，建立多因素作用钢筋混凝土的强度衰减模型，进而建立构件抗力衰减模型，是今后混凝土耐久性研究的一个非常重要的方向。

参考文献：

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