混凝土結構耐久性探析

　　摘要：本文從工程角度分析了混凝土耐久性問題，并總結了提高混凝土耐久性的幾點措施

　　關鍵詞：耐久性 堿-集料反應 腐蝕 高性能砼

　　1 混凝土工程中的耐久性問題

　　強度和耐久性是混凝土結構的兩個重要指標,因以往工程中習慣上只重視混凝土的強度，或片面追求高強度而忽視混凝土的耐久性?；炷恋哪途眯允鞘褂闷趦?nèi)結構保證正常功能的能力，關系結構物的使用壽命，隨著結構物老化和環(huán)境污染的加重，混凝土耐久性問題已引起了各主管部門和廣大設計，施工部門的重視。

　　曾有調(diào)查表明，國內(nèi)大多數(shù)工業(yè)建筑在使用25-30年后即需大修，處于嚴酷環(huán)境下的建筑物的使用壽命僅15-20年，橋梁，港口等基礎設施工程尤其嚴重。許多工程建成后幾年就出現(xiàn)鋼筋銹蝕，混凝土開裂。有專家指出，我國大干基礎設施工程建設的高潮還需延續(xù)，而由于忽視耐久性問題，迎接我們的還會有大修的高潮，其耗費將倍增于工程建設時的投資。而其原因卻往往是由于混凝土耐久性不足引起的。

　　2 混凝土結構耐久性問題的分析

　　混凝土耐久性問題，是指結構在所使用的環(huán)境下，由于內(nèi)部原因或外部原因引起結構的長期演變，最終使混凝土喪失使用能力。即所為的耐久性失效，耐久性失效的原因很多，有抗凍失效，堿-集料反應失效，化學腐蝕失效，鋼筋銹蝕造成結構破壞等。下面作具體分析。

　　2.1 混凝土的凍融破壞

　　當結構處于冰點以下環(huán)境時，部分混凝土內(nèi)孔隙中的水將結冰，產(chǎn)生體積膨脹，過冷的水發(fā)生遷移，形成各種壓力，當壓力達到一定程度時，導致混凝土的破壞。混凝土發(fā)生凍融破壞的最顯著的特征是表面剝落，嚴重時可以露出石子。

　　混凝土的抗凍性能與混凝土內(nèi)部的孔結構和氣泡含量多少密切相關。孔越少越小，破壞作用越小，封閉氣泡越多，抗凍性越好。

　　影響混凝土抗凍性的因素，除了孔結構和含氣量外，還包括：混凝土的飽和度，水灰比，混凝土的齡期，集料的孔隙率及其間的含水率等。

　　2.2 混凝土的堿-集料反應

　　混凝土的堿-集料反應，是指混凝土中的堿與集料中活性組分發(fā)生的化學反應，引起混凝土的膨脹，開裂，甚至破壞。因反應的因素在混凝土內(nèi)部，其危害作用往往是不能根冶的，是混凝土工程中的一大隱患。許多國家因堿-集料反應不得不拆除大壩，橋梁，海堤和學校，造成巨大損失，國內(nèi)工程中也有堿-集料反應損害的類似報道,一些立交橋,鐵道軌枕等發(fā)生不同程度的膨脹破壞.
混凝土堿-集料反應需具備三個條件，即有相當數(shù)量的堿,相應的活性集料，水份。反應通常有三種類型：堿-硅酸反應，堿-碳酸鹽反應，慢膨脹型堿-硅酸鹽反應，避免堿-集料反應的方法可采用：一，盡量避免采用活性集料；二，限制混凝土的堿含量；三，摻用混合材。

　　2.3 化學侵蝕

　　當混凝土結構處在有侵蝕性介質(zhì)作用的環(huán)境時，會引起水泥石發(fā)生一系列化學，物理與物化變化，而逐步受到侵蝕，嚴重的使水泥石強度降低，以至破壞。常見的化學侵蝕可分為淡水腐蝕，一般酸性水腐蝕，碳酸腐蝕，硫酸鹽腐蝕,鎂鹽腐蝕五類。淡水的沖刷，會溶解水泥石中的組分，使水泥石孔隙增加，密實度降低，從而進一步造成對水泥石的破壞；研究表明，當水泥石中的氧化鈣溶出5%時，強度下降7%，當溶出24%時，強度下降29%，因此，淡水沖刷會對水工建筑有一定影響；而當水中溶有一些酸類時，水泥石就受到溶淅和化學溶解雙重作用，腐蝕明顯加速，這類侵蝕常發(fā)生在化工廠；碳酸對混凝土的影響主要為：在溶淅水泥石的同時，破壞混凝土內(nèi)的堿環(huán)境，降低水泥水化產(chǎn)物的穩(wěn)定性，影響水泥石的致密度，造成對混凝土的侵蝕；硫酸鹽的腐蝕則表現(xiàn)為SO42-離子深入混凝土內(nèi)與水泥組分反應，生成物體積膨脹開裂造成損壞；海水中由于存在多種離子，侵蝕形式較為復雜，但主要是由于鎂鹽使硬化水泥石的結構組分分解，同時硫酸鹽作用會造成對水泥石的損壞，而氧化鎂沉淀會堵塞混凝土孔隙，會使海水侵蝕有所緩和。

　　2.4 鋼筋的銹蝕

　　鋼筋的銹蝕，其一表現(xiàn)為鋼筋在外部介質(zhì)作用下發(fā)生電化反應，逐步生成氫氧化鐵等即鐵銹，其體積比原金屬增大2-4倍，造成混凝土順筋裂縫，從而成為腐蝕介質(zhì)滲入鋼筋的通道，加快結構的損壞。氫氧化鐵在強堿溶液中會形成穩(wěn)定的保護層，阻止鋼筋的銹蝕，但堿環(huán)境被破壞或減弱，則會造成鋼筋的銹蝕，如混凝土的碳化或中性化。造成混凝土碳化和中性化的原因，主要是混凝土的密實度即抗?jié)B性不足，酸性氣體(如CO2,SO2,H2S,HCL,NO2)滲入混凝土內(nèi)與氫氧化鈣作用；其二，氯離子對鋼筋表面鈍化膜有特殊的破壞作用，當混凝土中氯含量超過標準時，鋼筋會銹蝕，而水和氧的存在是鋼筋被腐蝕的必要條件，因此，若混凝土開裂，造成水和氧的通道，則鋼筋銹蝕加速，促成混凝土裂縫進一步開展，混凝土保護層剝落，最終使構件失去承載力；其三，鋼筋在拉應力和腐蝕性介質(zhì)共同作用下形成的脆性斷裂，這種破壞可在較低拉應力和微弱介質(zhì)作用下產(chǎn)生破壞；其四，鋼筋的氫脆現(xiàn)象，即預應力筋在酸性與微堿性的介質(zhì)中發(fā)生脆性斷裂，鋼筋在腐蝕過程中會產(chǎn)生少量氫氣，當鋼筋內(nèi)部存在缺陷，氫以原子形式滲入鋼筋內(nèi)部并生成氫分子時，會產(chǎn)生很大壓力，出現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象，使鋼筋脆化。

　　提高混凝土耐久性的措施

　　從上述分析可知，混凝土的外部環(huán)境，內(nèi)部孔結構，原料，密實度和抗?jié)B性是混凝土耐久性能的重要因素．因此，工程中應根據(jù)具體情況，有針對性地采取相應措施，提高混凝土的耐久性。

　　3.1 原材料的選擇

　　(1)水泥 水泥類材料的強度和工程性能，是通過水泥砂漿的凝結，硬化形成的，水泥石一旦受損，混凝土的耐久性就被破壞，因此水泥的選擇需注意水泥品種的具體性能，選擇堿含量小，水化熱低，干縮性小，耐熱性，抗水性，抗腐蝕性，抗凍性能好的水泥，并結合具體情況進行選擇。水泥強度并非是決定混凝土強度和性能的唯一標準，如用較低標號水泥同樣可以配制高標號混凝土。因此，工程中選擇水泥強度的同時，需考慮其工程性能，有時，其工程性能比強度更重要。

　　(2)集料與摻合料 集料的選擇應考慮其堿活性，防止堿集料反應造成的危害，集料的耐蝕性和吸水性，同時選擇合理的級配，改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土密實度；大量研究表明了摻粉煤灰，礦渣，硅粉等混合材能有效改善混凝土的性能，改善混凝土內(nèi)孔結構，填充內(nèi)部空隙，提高密實度，高摻量混凝土還能抑制堿集料反應，因而摻混合材混凝土，是提高混凝土耐久性的有效措施。即近年來發(fā)展的高性能混凝土。

　　3.2 混凝土的設計應考慮耐久的要求

　　混凝土配比的設計 配合比設計在滿足混凝土強度，工作性的同時應考慮盡量減少水泥用量和用水量，降低水化熱，減少收縮裂縫，提高密實度，采用合理的減水劑和引氣劑，改善混凝土內(nèi)部結構，摻入足量的混合料，提高混凝土耐久性能。
　　
　　結構構件應按其使用環(huán)境設計相應的混凝土保護層厚度，預防外界介質(zhì)滲入內(nèi)部腐蝕鋼筋。

　　結構的節(jié)點構造設計也應考慮構件受局部損壞后的整體耐久能力。

　　結構設計尚應控制混凝土的裂縫的開裂寬度。

　　3.3 混凝土工程施工應考慮結構耐久性

　　混凝土的拌制盡量采用二次攪拌法，裹砂法,裹砂石法等工藝，提高混凝土拌合料的和易性，保水性，提高混凝土強度，減少用水量；大體積混凝土的澆筑振搗應控制混凝土的溫度裂縫，收縮裂縫，施工裂縫，建立混凝土的澆筑振搗制度，提高混凝土密實度和抗?jié)B性，重視混凝土振搗后的表面工序，并加強養(yǎng)護，以減少混凝土裂縫。混凝土的施工過程對控制構件外觀裂縫，施工裂縫至關重要，應加強施工質(zhì)量管理，特殊季節(jié)施工的混凝土結構，尚應采取特殊措施。

　　3.4 結構的日常維護

　　結構在使用階段，應注意檢測，維護和修理，對處于露天和惡劣環(huán)境下的基礎設施工程更應如此，建立檢測和評估體系，及時發(fā)現(xiàn)，及時修理，確?；炷两Y構的正常使用。

　　參考文獻

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　　3,《混凝土結構耐久性》---金偉良 趙羽習著 科學出版社 北京 2002年9 月第一版 ISBN7-03-010748-9

　　4,《混凝土結構的耐久性設計方法》----陳肇元 編 《建筑技術》雜志2003年第五期 2003 VOL.34 NO.5

　　5,《大氣環(huán)境條件下混凝土中鋼筋的銹蝕》----徐善華著《建筑技術》雜志2003年第四期 2003 VOL.34 NO.4

　　6,《建筑混凝土》----張承志主編 化學工業(yè)出版社 材料科學與工程出版中心2003年5月第一版 ISBN7-5025-3157-2/TU.5