钢筋混凝土耐久性影响因素与改善措施分析

□孔德谦 □靳永涛 □苏浩极 □朱安康

（1河南科源水利建设工程检测有限公司；2江苏方建工程质量鉴定检测有限公司；3河南科源水利建设工程检测有限公司）

0 前言

钢筋混凝土作为实际工程中最主要以及应用最多的结构材料，是世界上最常用的结构形式，广泛应用于工农业建筑、道路桥梁工程以及水利和港口工程等领域。随着使用年限的增加，国内许多钢筋混凝土建筑物逐渐开始发生老化，至20世纪末，约有24.30亿m2的钢筋混凝土结构进入老龄期，再加上对钢筋混凝土结构疏于维修和保养，早期钢筋混凝土建筑物老化现象十分突出。因此，针对如何提高钢筋混凝土结构耐久性的研究，逐渐引起了世界各国政府以及工程界学者的高度关注。

1 钢筋混凝土结构耐久性影响因素

1.1 混凝土的碳化

混凝土的碳化是指空气中的CO2气体渗透到混凝土内部，与水泥石中的碱性物质发生化学反应，导致混凝土碱度降低、机能下降的物理化学过程，又称为混凝土的中性化。混凝土的碳化对混凝土本身没有破坏作用，甚至会在一定程度上提高混凝土的耐久性，其对钢筋混凝土的危害主要是破坏了钢筋表面对钢筋具有保护作用的致密钝化膜，减小了钝化膜对钢筋的保护作用，加速了钢筋锈蚀过程，最终导致钢筋混凝土结构的开裂或破坏。另外，混凝土的碳化会加剧混凝土的收缩变形，引起钢筋混凝土结构的损伤或破坏。

1.2 冻融破坏

混凝土的主要材料是水泥砂浆和粗骨料，决定了混凝土结构的毛细孔多孔体特征。混凝土水泥水化反应结束后，剩余水量游离于混凝土内部毛细孔中；另外，水泥的水化反应也会在混凝土内部形成占据一定体积的胶凝孔。在低温环境下，混凝土内部的游离水易发生冻结，体积增大，对混凝土结构造成冻胀破坏；此外，当混凝土结构处于饱水状态时，胶凝孔中尚未冻结的水分会向毛细孔方向渗透，导致内部毛细孔的进一步膨胀，同时，孔间渗透梯度，还会造成渗透压力的产生。当膨胀和渗透的共同作用达到或者超出钢筋混凝土结构的抗拉强度时，结构就会发生剥落、开裂甚至破坏，反复的冻融循环会加速结构的失效进程。

1.3 侵蚀性介质的腐蚀

钢筋混凝土结构所在的环境中存在的某些离子对结构具有一定的侵蚀作用，特别是硫酸根离子和氯离子。硫酸根离子主要是造成混凝土材料耐久性的衰减；而氯离子对钢筋混凝土结构的侵蚀作用主要是对结构内部钢筋的侵蚀，危害更大。氯离子侵入透过混凝土侵入到钢筋表面，一方面会破坏钢筋表面钝化膜；二是钢筋失去保护后，表面会发生电化学反应；另外，氯离子还会加速腐蚀电池的侵蚀作用。因此，氯离子对混凝土的侵蚀作用应引起足够的重视。

1.4 钢筋锈蚀

钢筋混凝土结构在长期服役过程中，内部的钢筋难免会发生锈蚀现象，钢筋锈蚀造成钢筋混凝土结构发生损伤破坏的主要原因是钢筋锈蚀产物相对于钢筋原始体积膨胀了10倍之多，产生的巨大膨胀力导致混凝土结构胀裂，继而发生开裂、剥落，结构的承载力和刚度降低，直至破坏。通常认为，引起结构内部钢筋锈蚀最为普遍、直接和严重的原因是碳化作用和氯离子侵蚀造成的钢筋失钝。

1.5 碱集料反应

碱集料反应指的是混凝土结构孔隙中的碱溶液与存在于混凝土集料中的某些活性物质发生的化学反应。水泥熟料和外加剂等是形成孔隙碱溶液的主要来源，混凝土集料中的活性矿物主要有碳酸盐、硅酸盐以及氧化硅等。发生碱集料反应还必须具备的条件是潮湿环境，为反应物的吸水膨胀提供所需水分，干燥条件下是不易发生碱集料反应的。

2 钢筋混凝土耐久性改善措施

2.1 增强抗碳化能力

提高钢筋混凝土结构抗碳化能力简单而有效的方法是增加钢筋的混凝土保护层厚度。此外，改善混凝土配合比，如降低水灰比、增加水泥用量、掺加减水剂等能有效减缓混凝土的碳化速度。通过采用减缓或隔离二氧化碳向混凝土内部渗透的措施亦可在一定程度上增加混凝土抵抗碳化的能力。

2.2 防止冻融破坏

钢筋混凝土结构的冻融破坏主要发生在我国北方寒冷地区，可采用降低水灰比、使用引气剂等措施减少结构内部游离水的含量和降低结构孔隙率，从而达到预防和控制冻融破坏的目的。然而，空气微泡的引入会造成混凝土强度的降低，并且市场上销售的引气剂质量差异较大，在工程实际中需谨慎选用。

2.3 降低侵蚀破坏

提高混凝土的抗氯离子侵蚀能力即增强其抗氯离子渗透的能力，主要措施是限制混凝土的水灰比，保证混凝土的碱度，还可适量掺加优质掺合料（矿渣、粉煤灰、硅灰等），降低水泥用量；同时，硫酸盐对混凝土的侵蚀作用也不容忽视，在富含硫酸盐的环境中，宜选用具有硫酸盐抗性的水泥制备混凝土。

2.4 预防钢筋锈蚀

预防钢筋锈蚀一般可采用三种措施，一是涂层钢筋，即在钢筋表面涂镀耐腐蚀性更强的涂层，防护或减缓钢筋的锈蚀；二是结构与环境隔离，即在混凝土外表面涂抹一层隔离物质，改善混凝土多孔性的不足；三是采用钢筋阻锈剂，钢筋阻锈剂能够有效阻止、抑制或延缓钢筋的电化学反应，从而控制钢筋的锈蚀过程，达到延长钢筋混凝土结构使用寿命的目的。

2.5 改善碱骨料反应

混凝土碱骨料反应具有危害大且修复困难等特点。随着混凝土强度要求的不断提高，混凝土的水泥用量也不断增加，同时水泥制造工艺的改变，造成混凝土碱含量的明显升高。因此必须采取必要措施控制混凝土中碱的含量，保证钢筋混凝土结构的耐久性。粉煤灰是减小混凝土碱骨料反应的主要掺合料，但必须合理控制粉煤灰的掺入量，若掺入量不足10%，可能会增加混凝土的膨胀。此外，混凝土外加剂的使用特别是早强剂，会代入高含量的碱，因此在设计上应严格要求外加剂的使用。

2.6 其他措施

改善钢筋混凝土结构耐久性，除以上五个针对性措施外，还可从其他方面入手：①结构设计方面：改善结构形体利于结构防排水，增加结构保护层厚度，特殊环境下混凝土质量的特殊控制等；②提高钢筋混凝土结构的密实度：通过严格控制混凝土原材料的选定和配合比的设计，制备具有足强密实度的混凝土；③严格控制钢筋混凝土结构的施工质量；④改善钢筋混凝土结构的养护条件和工作环境。

3 结语

钢筋混凝土结构耐久性主要受碳化、冻融、盐侵蚀、钢筋锈蚀以及碱骨料反应等因素的影响。为改善钢筋混凝土耐久性，在钢筋混凝土结构设计阶段应充分考虑结构周边的环境因素，严格控制结构材料的选取及施工工艺和质量，同时在结构服役工程中对其正常检修提出要求。钢筋混凝土耐久性问题的普遍性已引起了社会各界的高度重视，并开展了大量相关研究，在改善钢筋混凝土结构耐久性方面也取得了实质性突破，但目前仍有许多问题亟待解决。

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