浅析混凝土耐久性问题及其改善方法与措施

张　杰

中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：1673—0992(2009)03—075—02

摘要：当前，许多钢筋混凝土结构，特别是处于恶劣环境条件下的基础设施建筑工程项目，由于混凝土耐久性不足，导致结构性能劣化，安全性能降低，造成大量的项目远远达不到预期的使用寿命或预期的使用功能。有的项目在使用过程中不得不投入大量资金经常进行维修，有的甚至发生结构坍塌事故，带来了严重的经济损失和不良的社会影响。因此，建筑工程项目必须充分重视混凝土的耐久性问题，并从全寿命的角度，对项目进行安全评估和经济分析。

关键词：混凝土；耐久性；技术

一、混凝土耐久性提高的制约因素

1目前，阻碍高性能混凝土广泛应用的主要原因是短期经济利益问题。由于原材料中的超塑化剂和超细磨的细掺料价格较高，加上混凝土生产、施工和养护过程中的质量控制要求较严格也会增加一些费用，使得高性能混凝土比常规混凝土的单价稍高，因此往往不易被用户接受。采用耐蚀合金钢或不锈钢筋是解决钢筋锈蚀的最彻底方法。

2由于混凝土中掺加较多的粉煤灰、细磨矿渣或硅灰后，混凝土的凝结硬化速度减缓，早期强度低，这阻碍了国内大量建筑工程所要求的“速度”。其实，大量建筑工程事故和质量隐患许多都是不合理地追求施工工期而“赶”出来的。这需要我们对建筑工程管理体制和急功近利的做法进行反思。

3其实混凝土材料费用在工程总造价中所占的比例并不大，混凝土材料和施工所增加的费用很容易被其他方面的效益所补偿。提高混凝土耐久性所带来的安全使用期的延长，尤其是在不利环境下，其社会效益、经济效益以及环境等效益，更会大大超过建造初期所增加的费用。

二、混凝土耐久性问题的影响因素

1碳化对混凝土结构性能的影响

碳化使混凝土的碱性降低。当碳化达到钢筋表面，并使钢筋表面的pH值降低到10以下时，混凝土将失去对钢筋的保护作用，钢筋表面的钝化保护膜开始破坏。当有水和氧存在时钢筋开始锈蚀，因此混凝土碳化是大气环境中钢筋锈蚀的前提条件。钢筋一旦生锈，因钢筋生成物与混凝土的粘结力很低，同时因为铁锈的膨胀压力会使混凝土保护层产生龟裂，通过这些裂缝又迅速加快混凝土碳化和钢筋锈蚀的速度。钢筋锈蚀引起钢筋截面减小、力学性能降低，构件刚度、承载力逐步下降，导致钢筋混凝土结构的耐久性降低。另外，碳化作用会增加混凝土的收缩，引起混凝土表面产生拉应力而出现微细裂缝，从而降低混凝土的抗拉、抗折强度及抗渗能力，从而影响混凝土结构的适用性和安全性。

2钢筋锈蚀对混凝土结构性能的影响

钢筋锈蚀到一定程度后，锈蚀产物产生的膨胀压力将会使混凝土保护层发生顺筋开裂，从而使钢筋的锈蚀速度进一步加快，钢筋锈蚀引起混凝土顺筋开裂时的临界锈蚀量是一个关键量，一般认为，它与混凝土的抗拉强度、混凝土保护层厚度及钢筋的直径有关。锈蚀对钢筋强度的影响：对于低碳钢筋，均匀锈蚀对混凝土中低碳钢筋性能的影响相对不大，坑锈会使钢筋的强度降低，钢筋强度随锈坑深度的增加而降低(按实际面积计算)，对于中度锈蚀的钢筋，其强度将降低6％左右：对于严重锈蚀的钢筋，其强度将降低12％左右。此外，坑锈还会降低钢筋的伸长率。对于高强度钢筋(或钢丝)。特别是预应力混凝土中的高强度钢筋或钢丝，锈蚀会使钢筋弹性变形能力急剧下降，并出现“裂纹锈蚀”(又称为应力腐蚀)，它相当危险，因为钢筋会在没有任何预兆的情况下突然断裂。这对结构安全是非常大的威胁。

3混凝土的冻触破坏机理

混凝土是由水泥砂浆及粗骨料组成的毛细孔多孔体。在拌制混凝土时为了得到必要的和易性，一般加入的拌和水总要多于水泥的水化水。这部分多余的水便以游离水的形式滞留于混凝土中形成连通的毛细孔，并占有一定的体积。这种毛细孔中的自由水就是导致混凝土遭受冻害的主要内在因素。应该指出，在正常情况下，毛细孔中的水结冰并不至于使混凝土内部结构遭到严重破坏。因为混凝土中除了毛细孔之外还有一部分水泥水化后形成的胶凝孔和其他原因形成的非毛细孔，这些空隙中常混有空气，因此，当毛细孔中的水结冰膨胀时，能将一部分未结冰的水挤入胶凝孔，起到缓冲调和作用，从而减少膨胀压力。避免混凝土内部结构破坏。但当处于饱和水状态时，情况就完全两样了，此时毛细孔中水结冰时，胶凝孔中的水处于过冷状态。混凝土孔隙中水的冰点随孔径的减小而降低，胶凝孔中形成冰核的温度在一780c以下。胶凝孔中处于过冷状态的水分因为其蒸汽压高于同温度下冰的蒸汽压而向毛细孔中冰的界面处渗透，于是毛细孔中又产生一种渗透压力。此外，胶凝水向毛细孔渗透的结果必然使毛细孔中的冰体积进一步膨胀。由此可见，处于饱和状态的混凝土受冻时，其毛细孔壁同时承受膨胀压及渗透压两种压力。当这两种压力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会开裂。在反复冻融循环后，混凝土中的裂缝会互相贯通，其强度也会逐渐降低，甚至完全丧失。这会导致混凝土结构由表及里遭受破坏。混凝土的饱和度随着冻融循环次数或时间的增长而不断增加，但增加速率越来越低，所以在混凝土的使用年限与抗冻等级或抗冻耐久性指数之间不会呈正比关系。

三、混凝土耐久性问题的改善方法

1选择性能良好的外加剂

提高混凝土的密实性，减少混凝土的渗透性可以提高混凝土的抗侵蚀能力。混凝土的渗透性控制着水及侵蚀性液体或气体渗入的速率，同时，也能抑制水泥浆体中的毛细传递作用，因此，渗透性与混凝土的耐久性有着最为密切的关系，大幅度提高混凝土的抗渗性是改善其耐久性的关键。使用高效减水剂和引气剂，可以较大地提高混凝土的抗渗透性，恰当地使用一些养护剂、阻锈剂等，也可以改善和提高混凝土的耐久性。

2合理选择混凝土材料和配合比

(1)合理选择水泥品种，在一般环境条件下，宜选择低水化热和低含碱量的水泥，不宜选择早强水泥。

(2)合理选择混凝土的骨料。混凝土的骨料除要求质地坚硬和有足够的强度外，还必须具有稳定的物理和化学性质。

(3)控制水胶比和水泥用量。控制水胶比是为了减少混凝土拌和物凝结后多余的水溢出所产生的毛细孔道和孔隙、减小混凝土的渗透性、防止冻融破坏。控制水泥用量也是为了保证混凝土的密实性，从耐久性的角度，应优化混凝土配合比，确定最佳水泥用量和水胶比。

(4)选用优质掺和料，配置高耐久性混凝土，掺加部分粉煤灰或细磨矿渣或硅灰是配置高耐久性混凝土必不可少的组分。这可以减少水泥用量，改善混凝土中细微颗粒的级配，提高浆体和界面的致密性：改善混凝土拌和物的施工性能：降低混凝土内部由于水泥水化热而产生的温升；调整混凝土内部实际强度的发展。这些对提高混凝土的密实度和抗渗性有极好的作用。

3合理的结构设计和构造设计

(1)保证有足够的混凝土保护层厚度。混凝土的高碱性可使钢筋表面形成致密的钝化膜，对钢筋有良好的保护作用。混凝土保护层可以阻止外界侵蚀介质、氧气和水分的渗入，保护作用的效果与混凝土的密实度和保护层的厚度密切相关。适当加大混凝土保护层的厚度是提高混凝土耐久性、延长混凝土结构使用寿命的重要措施。为此，各国规范都有针对不同使用环境的最小混凝土保护层厚度的规定。

(2)合理地设计结构及构造。对易于发生耐久性问题的结构或构件部位，在设计中应通过合理的结构设计和合理的构造措施予以克服。例如，使建筑物利于排水，以保证混凝土的干燥：合理进行结构布置以及地基处理，减少建筑物不均匀沉降造成的裂缝等。

四、结语

总之，混凝土在使用期间，会由于环境中的侵蚀性介质的侵入，产生物理和化学反应，导致混凝土性能劣化。混凝土的耐久性实质上是抵抗这种劣化作用的能力。劣化产生的内部潜在因素是混凝土中的化学成分和孔结构，外部条件是环境中侵蚀性介质和水的存在。外部条件是客观存在的，提高混凝土耐久性的关键是减少混凝土中对腐蚀性介质易感的组分，同时提高混凝土本身的密实性。尽可能减少原生裂缝，使混凝土硬化后体积稳定而不产生收缩裂缝。