殷灿彬,等:混凝土结构的耐久性研究混凝土结构的耐久性研究

[摘要]本文较详细地分析了影响混凝土耐久性的原因，总结了提高混凝土耐久性的几点措施，并对结构耐久性的设计问题进行了探讨。

[关键词]耐久性；主要因素；措施；耐久性设计

[中图分类号]Tu375[文献标识码]A[文章编号]1005-6432（2013）46-0043-02

混凝土是当今世界用量最大的建筑材料。我国混凝土使用量居全球之冠，年用量达20 亿吨，为适应经济快速发展发挥了极其重要的作用。混凝土的应用过程中暴露出许多问题，其中尤为突出的是耐久性问题。如不少工程在使用10～20 年后，有的甚至在使用几年之后即需维修。混凝土工程大多是永久性的，工程量大、耗资多，若耐久性不良将会给未来社会造成极为沉重的负担。因此，从资金节约、资源的有效利用及环境保护等方面综合考虑，必须深入研究混凝土的耐久性问题。

1重新认识混凝土材料

11历史的启示

首先来关注两个事实：①20世纪50—60 年代，受当时国内生产技术条件的限制，生产的水泥活性小、标号低，为满足较低的强度和施工要求并最大限度地节约水泥，配制混凝土的水泥用量和用水量少，拌和物流动性小，稳定性较好、早期强度发展缓慢，硬化后裂缝少，后期强度发展幅度较大，耐久性普遍较好，有的几十年后仍在使用。②古罗马的建筑工匠用火山灰和石灰做胶凝材料建造的“混凝土”建筑，如著名的万神殿、竞技场、海港、引水渡槽及浴室等，经历2000 多年的流水、雨雪、海水等自然因素的作用，至今仍在使用，令人惊叹； 研究发现，古代“混凝土”的胶凝材料用量很少，水灰比很小（靠夯实），强度增长极为缓慢，几乎不会因干燥和温度变化产生应力和裂缝。

12混凝土技术发展现状

科学技术高度发达的今天，人们对混凝土结构从施工到性能方面提出的要求越来越苛刻，力求施工速度快、强度高，水泥生产工艺的改进和混凝土施工技术的进步为此提供了可能。结果是所用水泥标号高、活性大、用量多、水化速度快，混凝土早强、高强，弹性模量大，变形能力差；为了便于运输、浇捣，坍落度由过去的0～20mm 增加到180mm，甚至更大。但是，从另一面看，水泥生产工艺和混凝土施工技术发展带来的混凝土性能的变化又直接影响着混凝土的耐久性。因此，从提高混凝土耐久性的角度出发，必须重新认识混凝土这一人造材料。

2影响耐久性能的主要因素

影响混凝土结构耐久性能的因素很多，主要有内部和外部两个方面。

21内部因素

主要有混凝土的强度、密实性、水泥用量、水灰比、氯离子及碱含量、外加剂用量、保护层厚度等。

22外部因素

主要有环境条件，包括温度、湿度、CO2含量、侵蚀性介质等。

23最主要因素

231混凝土的碳化

碳化是混凝土中性化的常见形式，碳化可使混凝土的pH值降至10以下。碳化对混凝土本身是无害的，其主要的问题是当碳化至钢筋表面时，将会破坏氧化膜，钢筋有锈蚀的危险，此外会加剧混凝土的收缩，可导致混凝土开裂。这些均给混凝土的耐久性带来不利影响。

232钢筋的锈蚀

混凝土碳化至钢筋表面使氧化膜破坏是钢筋锈蚀的必要条件，含氧水分侵入是钢筋锈蚀的充分条件。钢筋锈蚀有相当长的过程，先是在裂缝较宽处的个别点上“坑蚀”，继而逐渐形成“环蚀”，同时向两边扩展，形成锈蚀面，使钢筋截面削弱。

3确保和提高混凝土耐久性的若干措施

针对影响混凝土耐久性的因素，为确保和提高混凝土耐久性，采取的措施多种多样，归纳起来主要有：

31提高混凝土的密实性

混凝土劣化和破坏是由于混凝土内有充足的水分和有害物质的侵入。因此要提高混凝土耐久性，须降低混凝土的孔隙率，提高密实性避免出现裂缝，从而能够抵抗水分和侵蚀性介质的渗入。可采取的措施有以下方面。

311合理设计混凝土配合比

混凝土配合比设计是确保其耐久性的关键环节之一，在条件许可的情况下，应尽量选用较低的水灰比，减少单方用水量和胶凝材料用量。实践表明，降低水灰比能提高混凝土密实度，其抵抗水分、气体及氯离子等扩散的能力要比传统的高1～2个数量级，极大地延缓了碳化和氯离子的侵蚀过程，而且氧气、水分供应受阻，钢筋锈蚀的速度亦得以阻滞，有利提高混凝土的耐久性。此外，降低水灰比也是发挥矿物掺和料对混凝土强度贡献的重要条件。但过少的胶凝材料用量对混凝土的强度、耐久性和工作性能不利，因此胶凝材料用量应有最小限值。

312使用矿物掺和料

主要措施包括：使用硅灰以提高混凝土的强度；使用粉煤灰和磨细矿渣降低水泥用量，提高混凝土的后期强度；减少水化热，并使二次水化产物堵塞混凝土中的孔隙以提高抗渗性，同时可减缓混凝土中的碱—骨料反应。此外，石粉、煅烧高岭土、磨细珍珠岩尾砂粉等其他矿物掺和料也具有提高混凝土耐久性的作用。但是矿物掺和料在提高混凝土性能的同时，也会带来某些负作用，如降低早期强度、需水量增大、收缩增大等。因此应根据具体的工程实际，科学掺用。

313掺用外加剂

外加剂主要通过提高混凝土密实度和改善毛细孔结构提高混凝土的抗渗性。减水剂、缓凝剂可以有效地改善混凝土的工作性能，有利于混凝土的均匀性和密实性，减少质量缺陷，提高混凝土抗渗性。引气剂可在混凝土中产生适量的细微封闭球形孔，从而切断毛细孔渗水的通路，达到提高抗渗性的效果。另外，球形孔可以成为冰、水迁移的“蓄水池”，缓冲结冰引起的静水压和渗透压，大大提高抗冻融能力。大量实践表明，适量引气剂能抑制碱—骨料反应，减少膨胀破坏。外加剂的掺用应注意外加剂的成分、掺用量、匹配及与水泥的相容性等。如在钢筋混凝土中应严格控制氯离子的引入，以免对钢筋防锈蚀不利。

32优质的粗、细骨料

为保证混凝土的耐久性能，应合理选用性能优良、质量稳定的粗、细骨料。细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的洁净的天然河砂，不宜使用山砂，不得使用海砂。粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小的洁净碎石，不宜采用砂石，耐久性混凝土应采用二级或三级级配粗骨料；粗骨料应分级采购、分级运输、分级堆放、分级计量。

33施工方面

混凝土的拌制尽量采用二次搅拌法、裹砂法、裹砂石法等工艺，提高混凝土拌和料的和易性、保水性，提高混凝土的强度，减少用水量。大体积的混凝土的浇筑振捣应控制混凝土的温度裂缝、收缩裂缝、施工裂缝，建立混凝土的浇筑振捣制度提高混凝土密实度和抗渗性，重视混凝土振捣后的表面工序并加强养护，以减少混凝土裂缝。混凝土的施工过程对控制构件外观裂缝、施工裂缝至关重要，应加强施工质量管理，特殊季节施工的混凝土结构应采取特殊措施。

34使用方面

①构件的使用环境条件对构件的使用寿命有很大的影响，因此，不能任意改变原构件的适用条件，结构的安全度不考虑使用不合理所造成的不利影响。②应及时封闭初始裂缝，细微裂缝可以涂料，也可用环氧树脂封闭，阻止和延缓钢筋锈蚀的发展，减缓因钢筋锈蚀导致的混凝土构件的破坏。③在混凝土表面增设覆盖材料，如喷涂聚合物乳液改性砂浆，延缓混凝土的碳化速度。

4耐久性设计

耐久性设计概念的目的是指在规定的设计使用年限内，在正常维护下，必须保持适合于使用，满足既定功能的要求。

在此，要求在规定的设计使用年限内，混凝土结构应能在自然和人为环境的化学和物理作用下，不出现无法接受的承载力减小、使用功能降低和不能接受的外观破损等耐久性问题。所出现的问题通过正常的维护即可解决，而不会付出很高的代价。

对临时性混凝土结构和大体积混凝土的内部可以不考虑耐久性设计。

耐久性概念设计的基本原则是根据结构的环境类别和设计使用年限进行设计。

5结论

混凝土耐久性研究是一个复杂的问题，它是与结构设计、材料性能、施工、使用、维护密切相关的系统工程，有待不断地研究和创新。

参考文献：

[1]徐兴卫我国耐热混凝土应用分析[J].中国市场，2012（28）.

[2]钱秀霞，卞轶男混凝土工程施工质量控制分析[J].中国市场，2011（41）.

[基金项目]湖南省教育厅课题“高墩大跨连续刚构桥非荷载作用及其效应研究”（12C0581）。