浅谈钢筋混凝土耐久性的影响因素及对策

孙文东

1混凝土耐久性的概念

混凝土耐久性是指混凝土在设计寿命周期内，在正常维护下，必须保持适合于使用，而不需要进行维修加固，即指混凝土在抵抗周围环境中各种物理和化学作用下，仍能保持原有性能的能力。混凝土工程的耐久性与工程的使用寿命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能力，这一正常功能不仅仅包括结构的安全性，而且更多地体现在适用性上。混凝土耐久性主要包括以下几方面：一是抗渗性。即指混凝土抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能。二是抗冻性。混凝土的抗冻性是指混凝士在饱水状态下，经受多次抵抗冻融循环作用，能保持强度和外观性的能力。三是抗侵蚀性。混凝土暴露在有化学物质的环境和介质中，有可能遭受化学侵蚀而破坏。

2影响混凝土耐久性的主要因素

一般混凝土工程的使用年限约为50年至100年，但实际中有不少工程在使用10年至20年，有的甚至在使用几年后即需要维修，这就是由于混凝土耐久性低造成的。影响混凝土耐久性的原因错综复杂，除去社会因素、人为因素外，技术方面的主要因素有以下两点。

(1)混凝土的碳化√L乎所有混凝土表面都处在碳化过程中。它是空气中CO，与水泥石中的碱性物质相互作用，使其成分、组织和性能发生变化，使用机能下降的一种很复杂的物理化学过程。混凝土碳化本身对混凝土并无破坏使用，其主要危害是使混凝土失去对钢筋的保护作用，使混凝土中钢筋锈蚀，混凝土的碳化还会加剧混凝土的收缩，这些都可能导致混凝土的裂缝和结构的破坏。

(2)混凝土的冻融破坏。混凝土毛细孔的自由水就是导致混凝土遭受冻害的主要因素，因为水遇冷冻结成冰后会发生体积膨胀，引起混凝土内部结构的破坏。当混凝土处于饱水状态时，毛细孔中的水结冰，胶凝孔中的水处于过冷状态，这样使得胶凝孔中的水向毛细孔中冰的界面处渗透，于是在毛细孔中又产生一种渗透压力。此外，胶凝孔向毛细孔渗透的结果必然使毛细孔中冰的体积进一步膨胀。

3预防的措施

针对影响混凝土耐久性的因素，采取的措施多种多样，归纳起来主要有以下几点。

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提高混凝土抗碳化能力。碳化對混凝土结构耐久性影响主要是使混凝土碱度降低，进而钢筋脱钝、锈蚀。为此必须减小、延缓混凝土的碳化。钢筋外留下足够的混凝土保护层厚度是简单有效的方法。混凝土配合比将影响碳化速度，足够的水泥用量、降低水灰比、采用减水剂都可减缓碳化速度。此外，提高混凝土密实性、增强抗渗性、对混凝土采用覆盖面层等措施可减缓或隔离CO_{2向混凝土内部渗透，大大提高混凝土抗碳化能力。}

防止混凝土的冻融破坏。冻融破坏在我国北方寒冷地区大量出现。防止冻融破坏主要措施是降低水灰比、使用引气技术。但是，由于引入空气微泡会降低混凝土强度，加之市场上引气剂品种繁多，质量参差不齐，故在工程使用时应慎重选用。

预防侵蚀性介质的腐蚀。在我国侵蚀性介质对混凝土结构危害最严重的应是氯盐的影响。提高混凝土抗氯离子渗透能力的措施是限制水灰比，保证最低水泥用量以确保碱度，掺入适量优质掺和料(粉煤灰、磨细矿渣、硅灰)等。

减轻混凝土碱集料反应。混凝土碱集料反应危害很大，而且一旦发生很难修复。但在我国由于碱集料反应引起开裂的实例很少见。这是因为我国混凝土强度等级较国外低，水泥用最少，总碱量低。另外，我国水泥中普遍掺有15％以上碎矿渣、粉煤灰、沸石粉等混合料，有效抑制了可能发生的碱集料反应。但随着混凝土强度提高，水泥用量增加，同时水泥生产工艺的改变，混凝土含碱量已在明显提高。由于大量基建项目的兴建，骨料来源减少，劣质骨料可能被采用，施工队伍素质等问题也将提高碱集料反应几率，故应采取有效预防措施。当混凝土使用有碱活性反应的骨料时，配合比必须控制混凝土中的总碱含量以保证混凝土的耐久性。粉煤灰能抑制碱集料反应，但是如掺量小于10％，有时反而会增加膨胀。外加剂特别是早强剂带来高含量的碱。我国目前仅外加剂提供的碱量有时竟高于国外限制混凝土总碱量，如复合早强剂(硫酸钠、氧化钠，氧化钙、亚硝酸钠为主要成分)带入混凝土的碱为3.13kg／m³～6.80kg／m³，早强减水剂带人碱为1.31kg／m³～3.93kg／m³。目前，混凝土施工常因工期要求掺人早强剂等外加剂，为预防碱集料反应，在设计上应对外掺剂的使用提出要求。

钢筋锈蚀的预防。对钢筋锈蚀问题，可以采用的表面保护措施有：环氧涂层钢筋，采用静电喷涂环氧树脂粉末工艺在钢筋表面形成一定厚度的环氧树脂防腐涂层，这种钢筋保护层即使氯离子、氧等大量侵入混凝土时也能长期保护钢筋使其免遭腐蚀。另外，在混凝土表面涂层也是简便有效的方法，涂料应是耐碱、耐老化和与钢筋表面有良好附着性的材料。此外，自20世纪60年代至70年代起，国内外都开始在混凝土拌和物中掺人亚硝酸钠作为预防恶劣条件下钢筋腐蚀的补充措施。

另外，还可掺加高效减水剂。在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减小水灰比，使混凝土的总孔隙率，特别是毛细孔隙率大幅度降低。掺入高效活性矿物掺料，如硅灰、粉煤灰等，改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成，使水泥石结构更为致密，有效地阻断可能形成的渗透通道，提高混凝土强度，增强混凝土自身抵抗环境侵蚀破坏的能力等。

要提高混凝土的耐久性，必须从抵抗力和作用力两个方面人手。增加抵抗力就能抑制或延缓作用力的破坏。因此提高混凝土的强度和密实性常常有利于耐久性的改善，其中密实性尤为重要，因为孔缝常是破坏因素进入混凝土内部的途径，所以混凝土的抗渗性和抗冻性密切相关。另一方面通过改善环境以削弱作用力，也能提高混凝土的耐久性。此外，还可采用外加剂，谨慎选择水泥和集料，掺加聚合物，使用涂层材料等，来有效地改善混凝土的耐久性，延长混凝土工程的安全使用期。

耐久性是一项长期性能，而破坏过程又十分复杂。因此，要较准确地进行测试及评价，还存在着不少困难。现在只是采用快速模拟试验，对在一个或少数几个破坏因素作用下的一种或几种性能变化。进行对比并加以测试的方法还不够理想，评价标准也不统一，对于破坏机理及相似规律更缺少深入的研究，因此到目前为止，混凝土的耐久性还难于预测。除了试验室快速试验以外，进行长期暴露试验和工程实物的观测。从而积累长期数据，将有助于耐久性的正确评定。