关于钢筋混凝土构件耐久性的若干问题研究

【摘要】随着钢筋混凝土在各个不同领域的广泛运用，其耐久性越来越受到人们的关注，如何提高钢筋混凝土耐久性成为众多领域研究的核心问题，本文将对关于钢筋混凝土构件耐久性的若干问题研究分析，希望对该领域的研究提供一定的借鉴。

【关键词】钢筋混凝土，构件，耐久性，研究

中图分类号：TV331文献标识码： A

一、前言

钢筋混凝土构件的耐久性损伤与破坏，是钢筋混凝土面临的一个巨大问题。目前，越来越多的学者和工程技术人员投入到钢筋混凝土耐久性问题的科学研究中。如何提高钢筋混凝土构件耐久性还需进一步探讨及研究。

二、影响钢筋混凝土耐久性的因素

1、钢筋锈蚀与混凝土的冻融循环

钢筋锈蚀与混凝土的冻融循环会对破坏混凝土的结构造成损伤。当钢筋锈蚀时，锈迹扩展，使混凝土开裂并使钢筋与混凝土之间的结合力丧失。当水穿透混凝土表面进入内部时，受冻凝结的水分体积膨胀，经过反复的冻融循环作用，在微观上使混凝土产生裂缝并且不断加深，从而使混凝土压碎并对混凝土造成永久性不可逆的损伤。

2、碳化作用

钢筋混凝又土钢筋砼,被广泛应用于建筑结构中.浇筑混凝土之前,先进行绑筋支模,也就是用铁丝将钢筋固定成想要的结构形状，然后用模板覆盖在钢筋骨架外面。最后将混凝土浇筑进去，经养护达到强度标准后拆模，所得即是钢筋混凝土。混凝土中的孔隙水通常是碱性的，钢筋在pH值大于9.5时是惰性的，不会发生锈蚀。空气中的二氧化碳与水泥中的碱反应使孔隙水变得更加酸性，从而使pH值降低。从构件制成之时起，二氧化碳便会碳化构件表面的混凝土，并且不断加深。如果构件发生开裂，空气中的二氧化碳将会更容易更容易进入混凝土的内部。通常在结构设计的过程中，会根据建筑规范确定最小钢筋保护层厚度，如果混凝土的碳化削弱了这一数值，便可能会导致因钢筋锈蚀造成的结构破坏。

3、氯化腐蚀

氯化物，包括氯化钠，会对混凝土中的钢筋腐蚀。因此，拌合混凝土时只允许使用清水。同样使用盐来为混凝土路面除冰是被禁止的。氯离子是一种高效活化剂，在较低浓度下即可有效的破坏钢筋混凝土表面的钝化剂。

4、碱骨料反应

碱骨料反应或碱硅反应，简称AAR是指当水泥的碱性过强时，骨料中的活性硅成分(SiO2)与碱发生反应生成硅酸盐，引起混凝土的不均匀膨胀，导致开裂破坏。它的发生条件为 (1)骨料中含有相关活性成分(2)环境中有足够的碱性(3)混凝土中有足够的湿度 75%RH。

5、高铝水泥的晶体转变

高铝水泥对弱酸特别是硫酸盐有抗性，同时早期强度增长很快，具有很高强度和耐久性。在第二次世界大战后被广泛使用。但是由于内部水化物晶体的转型，其强度会随时间推移而下降，在湿热环境下更为严重。在英国，随着3起使用高铝预应力混凝土梁的屋顶的倒塌，这种水泥在当地于1976年被禁止使用，虽然后来被证明有制造缺陷，但禁令仍然保留。

6、硫酸盐腐蚀

地下水中的硫酸盐会与硅酸盐水泥反应生成具有膨胀性的副产品例如矾石(ettringite)或碳硫硅钙(thaumasitein)从而导致混凝土的早期失效。

三、钢筋混凝土结构的整体稳定性

除了结构构件要有足够承载能力外，结构还要有整体稳定性。结构的整体稳定性是结构出现某处的局部破坏不至于导致大范围连续破坏倒塌的能力，或者说是结构不应出现与其原因不相称的破坏后果。结构的延性、荷载传力途径的多重性以及结构体系的超静定性，均能加强结构的整体稳定性。设置竖直方向和水平方向的钢筋系杆将整个结构连成一个整体，是提供结构整体稳定性的方法之一。按特定的局部破坏状态的荷载组合进行设计，也是保证整体稳定性的措施之一。

1.结构的耐久性

结构的耐久性是指在使用年限内，结构和结构构件在正常维护条件下能保持其使用功能，而不需要进行大修加固。混凝土结构耐久性可以归结为混凝土材料和钢筋材料的耐久性。材料的耐久性是指；暴露在使用环境下，抵抗各种物理和化学作用的能力。混凝土表面暴露在大气中，特别市在恶劣的环境中时，长期受到有害物质的侵蚀，以及外界温、湿度等不良气候环境往复循环，使混凝土随使用时间的增长而质量劣化，钢筋发生锈蚀等，致使结构物承载力降低[8]。

2.结构耐久性问题的表现形式

混凝土结构的耐久性问题表现为，混凝土损伤（裂缝、破裂、酥裂、磨损、溶蚀等）；钢筋的锈蚀、疲劳等；以及钢筋与混凝土之间的粘结锚固作用的削弱三方面。从短期效应看，结构耐久性问题影响结构的外观及使用功能，从长远看，降低了结构的可靠度。因此，建筑物在承载力设计同时，应根据其所处环境，重要性程度和设计使用年限的不同，进行必要耐久性设计，这是保证结构安全，延长使用年限的重要条件。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，当达到所需退化程度后，即可进行耐久性实验。优点是实验可控性高，认为控制，出去次要因素。实验周期短，成本低，难度降低。同时实验可靠性可以反复进行。但是，适当的模拟方法选择很重要，要是选择不当，会导致构件差异。同时模拟环境和实际环境可能存在差异。目前常用的模拟实验法有内渗法、浸泡法、通电法、人工气候法。

3.影响耐久性的因素

钢筋混凝土结构长期暴露在使用环境中，使材料的耐久性降低，其影响因素较多。内部因素主要有混凝土的强度、密度、水泥用量、氯离子及碱含量、外加剂用量、混凝土保护层厚度；外部因素主要是环境条件，包括温度、CO2的含量、侵蚀性介质等。出现结构耐久性下降的问题，往往是内、外因素综合作用的结果。此外，设计不周、施工质量差或在使用中维修不当等也会影响结构的耐久性能。综合内外因素有以下几个具体方面:混凝土的质量。钢筋混凝土材料的耐久性，主要取决于混凝土材料的耐久性，试验研究表明，混凝土所取用水灰比的大小是影响混凝土质量的主要因素，当混凝土浇筑成型后，由于未参加水化反应的多余水分的蒸发，容易在集料和水泥浆体界面处或水泥浆体内产生微裂缝。水灰比越大，微裂缝增加也越多，在混凝土内所形成的毛细孔率、孔径和畅通程度也大大增加，因此对材料的耐久性影响也就越大。

四、混凝土结构分类

混凝土结构搜索根据所处环境的不同可以划分为大气环境、土壤环境、海洋环境和工业环境等。环境中的侵蚀性介质通过各种途径进入混凝土内部，使钢筋和混凝土的性能劣化、粘结性能降低，使得混凝土结构的承载力，适用性和安全性降低，最终会影响整个结构的工作状态，使结构可能没有达到设计寿命就提前发生破坏。混凝土结构根据引起耐久性损伤的原因，又可以将环境划分为一般环境、特殊环境和灾害环境。

一般环境中的二氧化碳、酸雨、湿度与温度等能使混凝土中性化，并使混凝土中的钢筋产生锈蚀，而环境湿度与温度则是影响钢筋锈蚀的最主要因素；特殊环境中的盐、酸、碱是导致钢筋锈蚀破坏与混凝土腐蚀破坏的主要原因，如寒冷地区的冻害、沿海地区的盐害、腐蚀性土壤及工业环境中的酸碱腐蚀等；灾害环境主要指火灾、地震等对结构造成的偶发损伤，这些损伤与环境损伤造成的因素共同作用，将使结构性能随时间劣化。如果说结构承载能力极限状态的设计解决的是构件或结构承载能力问题，那么结构耐久性研究则解决的是混凝土抵抗环境作用能力问题。

由于混凝土结构的破坏都是从混凝土和钢筋的劣化开始的，因此材料层次的研究是混凝土结构耐久性研究的最基础部分，包括对混凝土和钢筋的研究。目前对混凝土结构耐久性的研究成果大多数是在材料方面取得的，主要包括混凝土的碳化、钢筋锈蚀、碱-骨料反应和冻融破坏等的研究，以及化学、物理、生化过程和环境侵蚀分析。通过对混凝土结构材料的研究我们来建立各种模型，为我们在混凝土结构耐久性设计和评估的研究打下基础。因此，我们把混凝土结构耐久性研究划分为因素研究、机理研究、性能研究、评估研究四个层次，这四个层次由低到高发展，各个层次又相互依存、相互影响。目前对钢筋混凝土结构的耐久性研究一般从环境层次、材料层次、构件层次和结构层次四个方面来进行,而对材料层次和构件层次的研究比较多些。

五、结束语

综上所述，从对钢筋混凝土构件耐久性研究进展来看，我国对于钢筋混凝土耐久性的研究不断增强，虽然目前找到的解决问题的方法很多，但更有待更进一步的研究与发展。相信不久的将来关于钢筋混凝土构件耐久性问题可得到全面完善的解决。

参考文献：

[1] 牛荻涛著.混凝土结构耐久性与寿命预测[M]. 科学出版社, 2013

[2] 金伟良,赵羽习著.混凝土结构耐久性[M]. 科学出版社, 2012

[3] 宋一凡编著.公路桥梁动力学[M]. 人民交通出版社, 2010

[4] 房贞政编著.无粘结与部分预应力结构[M]. 人民交通出版社, 2010

[5] 成思危主编.复杂性科学探索[M]. 民主与建设出版社, 2012