改善混凝土耐久性的技术措施

李子川

摘要：由于材料耐久性不足引起的结构维护费用，占建筑总投资的 40%，有些国家甚至每年要耗资数亿乃至数百亿美元。这使工程界很多设计者开始意识到耐久性的重要，开始重视并自觉地考虑材料的耐久性。

关键词：混凝土；耐久性；措施

Abstract: Due to the durability of the structure caused by insufficient maintenance costs accounted for40% of the total investment, construction, some countries have even to cost hundreds of millions or even billions of dollars every year. This makes engineering many designers began to improve the durability, began to pay attention to and consciously considering material durability.

Key words: concrete; durability; measures

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）05-0020-02

一、前言

混凝土是当今工程界使用最广泛的建筑材料。虽然随着硅酸盐水泥成分的变化以及混凝土技术的快速进步，混凝土的强度已有显著提高，但其耐久性即抵抗温度收缩、干缩、冻融循环、钢筋锈蚀、碱—骨料反应和硫酸盐侵蚀等的能力还存在不少欠缺。除了技术因素外，结构设计者只重视材料的强度，承包商不对工程的耐久性承担责任，业主对无明显短期利益的工程的耐久性不重视，工程界对耐久性指标无统一完善的测试标准等原因直接影响着混凝土结构的耐久性不易保证。事实上，很多钢筋混凝土结构物发生过早破坏，不是由于强度不够，而是由于耐久性不足。近年来值得引人注意的是，在工业发达的国家，由于材料耐久性不足引起的结构维护费用，占建筑总投资的 40%，有些国家甚至每年要耗资数亿乃至数百亿美元。这使工程界很多设计者开始意识到耐久性的重要，开始重视并自觉地考虑材料的耐久性。

二、与耐久性有关的混凝土性能

混凝土的耐久性不足，有外在原因，也有内部因素。外部环境是客观存在的，因此要提高混凝土的耐久性必须从其内部因素入手，控制混凝土最大可能的均匀密实度和最小的收缩内应力，科学合理设计其强度、抗渗性、抗冻性、抗化学侵蚀性等要素，减少混凝土的内部缺陷和改善其组成材料，优化混凝土的性能。

2.1强度。混凝土（抗压）强度是混凝土力学性能的考核指标和工程验收标准。一般来说，混凝土的强度越高，硬化水泥浆体分布越均匀，其结构越致密，虽然自干燥也会导致微裂缝的出现，还会增大在水化热产生的温度梯度作用下的开裂危险，但从整体上来看，强度越高的混凝土其抗化学腐蚀性和耐久性越好。

2.2抗渗性。混凝土的渗透性是衡量其耐久性的最重要的综合指标。它既控制着水及侵蚀性液体或气体渗入的速率，又会导致这些有害物质的渗入，对混凝土产生冻融循环、钢筋锈蚀以及碱—骨料反应等破坏作用，影响混凝土的耐久性。混凝土的渗透性越低，抗渗性越好，则其耐久性也越好。

2.3抗冻性。混凝土的抗冻性是指其抵抗冻融循环，容纳水并使冰冻产生的压力得以释放和缓解的能力。抗冻性越好，混凝土的耐久性就越好。

2.4抑制碱—骨料反应。碱—骨料反应是指水泥中的碱和骨料中的活性氧化硅发生化学反应，吸水后生成的碱—硅酸凝胶发生体积膨胀，干燥后体积又收缩，致使混凝土开裂的现象。碱—骨料反应只有在水泥含碱量大于 0.4%，骨料中又含有活性氧化硅，同时有水分存在的时候，才可能发生。碱—硅酸凝胶在干燥状态下不产生体积膨胀，对混凝土无破坏作用。因此，预防碱—骨料膨胀反应必须要消除其发生反应的必要条件。

2.5防止钢筋锈蚀。钢筋锈蚀被认为是混凝土结构破坏和耐久性不足的主要原因。据国内外大量研究表明，引起混凝土中钢筋锈蚀的因素是“盐害”和混凝土保护层的碳化（中性化）。其中，“盐害”是指北方地区传统的撒盐除冰对桥梁、道路的破坏。无论是氯盐“盐害”还是混凝土保护层的“碳化”均会降低混凝土的碱度，改变其高碱性环境，破坏钢筋表面水泥水化产生的致密氧化物钝化膜，使钢筋易于锈蚀。除此之外，氯盐对钢筋的腐蚀作用还表现在：由于对钢筋表面局部钝化膜的破坏露出的铁基体，与尚未破坏的钝化膜区域之间构成电位差。大面积的钝化膜区作阴极，使铁基体作为阳极而受腐蚀，加剧钢筋表面的点蚀(坑蚀)。钢筋锈蚀会导致其体积增大数倍，使混凝土产生顺筋裂缝，造成混凝土保护层的开裂与剥落，使钢筋完全失去保护，导致构件极限承载力大打折扣，降低混凝土的耐久性。

三、改进结构的设计

3.1正确选择混凝土材料和配合比。1）水灰比的影响。水泥浆的稠度取决于水灰比，在固定用水量的条件下，水灰比小时，会使水泥浆变稠，拌和物流动性小；若加大水灰比，可使水泥浆变稀，流动性增大，但会使拌和物流浆、离析，严重影响混凝土的强度。2）水泥用量的影响。水泥用量由强度、耐久性、和易性、成本几方面因素确定，选择时需兼顾。水泥用量不够时，将会导致下列缺陷：混凝土粘结性差，施工时易出现离析，硬化后混凝土强度低，耐久性差，耐磨性差，易起粉、翻砂；集料间的水泥浆润滑不够，施工流动性差，混凝土难于成型密实。但水泥用量也不可过多，过多的水泥用量不仅提高造价，同时还会导致下列问题的出现：混凝土硬化后收缩增大，由此引起干缩裂缝增多；一般来说，水泥石的强度小于集料的强度，水泥用量过多，由于水泥石结构疏松、耐侵蚀性差，是混凝土中的薄弱环节。3）集浆比的影响。由于配合比不好，混凝土将可能产生下列缺陷：①混凝土的工作性差。从配合比设计而言，引起工作性差的原因可能与直接将初步配合比用于施工配合比；或现场砂石含水率变化时，未能及时调整；或者砂石材料级配变化，集料比例未能调整等。若拌和物中砂率偏小，而出现“多石”现象，将使混凝土产生离析和蜂窝。②混凝土强度不够。混凝土是一种不均匀质材料，其质量波动大，因此在进行配合比设计时，应将配置强度提高一些，但设计时直接用设计强度或施工时随意改变水灰比、或设计引起配合比变化等等，均可使强度不符合要求。

耐久性达不到要求。配合比设计中应包含“最大水灰比”和“最小水泥用量”要求。

3.2强调通风设计。二氧化碳对钢筋混凝土构件的耐久性能有不良影响，因此,工业厂房设计除满足使用功能外，要强调通风设计，特别是常常产生或容易产生二氧化碳气体的厂房。在侧向通风或天窗通风受到限制不能满足要求时，必须采取机械通风,将二氧化碳气体迅速疏散到室外,降低室内二氧化碳浓度，减轻二氧化碳对厂房构件的碳化作用。

3.3优先选用预应力结构。结构设计必须认真考虑二氧化碳对结构的影响。大跨度厂房宜优选采用预应力结构，这是因为跨度大,也就是屋盖面积大，众多构件位于高空,难于维修保养，对钢筋混凝土构件裂缝控制要从严掌握。虽然受弯混凝土构件通常都是带裂缝工作的，但这种裂缝的存在总是增加气体的渗入通道，易使二氧化碳渗入混凝土破坏钢筋保护膜，使得氧气和水分向钢筋表面扩散，导致钢筋锈蚀以及混凝土构件受损而破坏。

3.4强调混凝土强度等级和混凝土保护层厚度。对非预应力构件一要强调混凝土强度等级宜选择较高强度等级混凝土。任何情况下应≥C20，以保证混凝土的密实性，阻止二氧化碳渗入混凝土内。二要强调保护层厚度，提高混凝土抗碳化能力。

参考文献：

牛荻涛，混凝土结构耐久性与寿命预测，科学出版社，2002.

金伟良，赵羽习，混凝土结构耐久性研究的回顾与展望，浙江大学学报，2001

张誉，蒋利学，张伟平，屈文俊，混凝土结构耐久性概论，上海科学技术出版社

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