混凝土结构耐久性影响因素的研究与讨论

李茂

摘要：混凝土耐久性是指混凝土构件在长期使用条件下抵抗各种破坏因素作用而保持其原有性能的性质。近年来，随着混凝土技术的发展，高性能混凝土的研究与应用普遍得到人们的重视，混凝土耐久性的研究则是其核心的研究内容。关键词：混凝土耐久性 主要因素 提高措施

混凝土作为土建工程中用途最广，用量最大的建筑材料之一，其强度不断提高， 且混凝土结构的耐久性问题也愈来愈被人们所关注。所谓混凝土结构的耐久性， 是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下， 在设计要求的目标使用期内， 不需要花费大量资金加固处理而能保持其安全、使用功能和外观要求的能力。

1、影响混凝土结构耐久性的主要因素

1.1 内在因素

混凝土材料的自身特性、混凝土结构的设计与施工质量是决定其耐久性的内因。混凝土的材料组成，如水灰比、水泥品种和数量、骨料的种类与级配都直接影响混凝土结构的耐久性，混凝土的外表缺陷会造成水分和侵蚀性物质渗入混凝土内部，与混凝土发生物理化学作用，同样影响混凝土结构的耐久性。

1.2 外界因素

混凝土结构所处的环境条件和防护措施，是影响混凝土结构耐久性的外因。外界环境因素对混凝土结构的破坏是环境因素对混凝土结构物理化学作用的结果。环境因素引起的混凝土结构损伤或破坏主要有：

1.2.1 混凝土的碳化

混凝土的碳化是指混凝土中氢氧化钙与渗透进混凝土中的二氧化碳和其它酸性气体发生化学反应的过程，一般情况下混凝土呈碱性，在钢筋表面形成碱性薄膜，保护钢筋免遭酸性气体的侵蚀，起到了"钝化"保护作用。碳化的实质是混凝土的中性化，使混凝土的碱性降低，钝化膜被破坏，在水分和其它有害介质侵入的情况下，钢筋就会发生锈蚀。

1.2.2 氯离子的侵蚀

氯离子对混凝土的侵蚀是氯离子从外界环境侵入已硬化的混凝土造成的。海水是氯离子的主要来源（沿海地区有部分混凝土采用海砂做细骨料，海砂必须经过除氯处理），氯离子对混凝土的侵蚀属于化学侵蚀，对结构的危害是多方面的，但最终表现为对钢筋的锈蚀。

1.2.3 碱―骨料反应

碱―骨料反应一般是指水泥的碱和骨料中的活性硅发生反应，生成碱―硅酸盐凝胶，并吸水产生膨胀力，造成混凝土开裂。其引起的混凝土结构破坏程度，比其他耐久性破坏发展更快，后果更严重，一旦发生，很难加以控制，一般不到两年就会使结构出现开裂。

1.2.4 冻融循环破坏

渗入混凝土中的水在低温下结冰膨胀，从内部破坏混凝土的微观结构，经多次冻融循环后，损伤积累将使混凝土剥落酥裂，混凝土强度降低。在反复冻融循环后，混凝土中的裂缝会互相贯通，其强度也会逐渐减低，最后甚至完全丧失，使混凝土由表及里遭受破壞。

1.2.5 钢筋锈蚀

钢筋腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性和使用寿命的重要因素。混凝土中钢筋腐蚀的首要条件是混凝土的碳化和开裂，只有将覆盖钢筋表面的碱性钝化膜破坏，加之有水分和氧的侵入，才有可能引起钢筋的腐蚀，钢筋腐蚀伴有体积膨胀，使混凝土出现沿钢筋的纵向裂缝，造成钢筋与混凝土之间的粘结力破坏，钢筋的有效截面面积减少，材料的各项性能也会发生衰退，使结构构件的承载力降低，变形和裂缝增大等一系列不良后果，并随着时间的推移，腐蚀会慢慢恶化，最终可能导致结构的完全破坏。钢筋锈蚀也是引起混凝土结构耐久性下降的最主要和最直接的因素。

2、混凝土结构耐久性设计与施工原则

2.1混凝土结构耐久性取决于混凝土材料的自身特性和结构的使用环境，与结构设计、施工及养护管理密切相关。一般从三个方面解决混凝土结构的耐久性：

（1）采用高性能的混凝土，增强混凝土的密实度，提高混凝土的抗渗性，提高混凝土自身的抗破损能力。

（2）加强建筑物的排水和防水层设计，改善建筑物的环境作用条件。

（3）设计时可加大钢筋保护层厚度，施工中严格控制钢筋保护层厚度，加强构造钢筋，防止控制裂缝发展，采用具有防腐保护的钢筋。

2.2混凝土结构耐久性的基本要求：

提高混凝土自身的耐久性能有效阻止腐蚀性介质的渗入，是解决混凝土结构耐久性的前提和基础，水灰比和水泥不仅影响混凝土的强度，而且是影响混凝土耐久性的主要因素，影响混凝土抗渗性的根本因素是孔隙率和孔隙特征。混凝土的孔隙率越低，连通孔越少，抗渗性越好。混凝土中的渗水通道主要是来自水泥浆中多余的水分蒸发而留下的气孔和水泥浆泌水所产生的毛细管孔道、内部的微裂以及施工振捣不密实产生的蜂窝、孔洞，这些都会导致混凝土渗水。为了防止钢筋腐蚀，在混凝土中掺入各类活性矿物掺合料以及采用较低的水灰比，可以极大地改善混凝土的颗粒级配，使混凝土尽可能地密实，使其具有良好的抗渗透性能，控制最低水泥用量也很重要，单位水泥用量较高的混凝土拌合物比较均匀，可减少混凝土捣实中出现的局部缺陷。

2.2.1加大钢筋的混凝土保护层厚度

混凝土碳化是钢筋锈蚀的前提。只有混凝土保护层碳化，钢筋表层钝化膜破坏，钢筋才有可能锈蚀，因此加大混凝土保护层厚度，并在施工中严格加以控制，是保护钢筋免于锈蚀，提高混凝土结构耐久性的最重要措施之一。

2.2.2加强构造配筋，防止和控制混凝土裂缝

混凝土结构的任何损伤与破坏，一般都是首先在混凝土中出现裂缝，裂缝的存在会增加混凝土渗透性，使侵蚀破坏作用升级，混凝土耐久性不断下降。因此，防止和控制混凝土的裂缝，对提高混凝土耐久性十分重要。控制混凝土的裂缝，除按规范要求控制正常使用极限状态的工作裂缝以外，重要的是要采取构造措施，控制混凝土施工及使用过程中大量出现的非工作裂缝。

2.2.3增大保护层厚度与控制混凝土裂缝的矛盾

增加钢筋保护层厚度对于提高混凝土结构耐久性最为有效，也是最简易最经济的措施，但过厚的钢筋保护层对控制混凝土产生表面裂缝不利，这是因为钢筋的抗裂作用存在有效范围，在一般环境下抗裂范围为10d，在潮湿环境下仅为8d，如果保护层过厚即使增加配筋量，对控制裂缝仍然效果有限。结构裂缝的控制在很大程度上取决于结构设计，而合理的结构设计和配筋，可以有效地防止结构裂缝的产生，因此，合理的结构设计可以有效地保证结构的耐久性，在配筋设计中，应在增加保护层厚度与控制构件裂缝之间寻求一个最佳平衡点，使混凝土保护层在不开裂的条件下最大限度地发挥其保护钢筋的作用。

3、结束语

混凝土结构的破坏并非是某一孤立原因造成的，多是与环境条件、混凝土自身特性及结构设计与施工等因素有关。因此，提高混凝土结构耐久性的主要途径，一方面是提高混凝土的性能，增强混凝土的密实度，提高混凝土的抗渗性，有效防止或控制混凝土开裂，阻止侵蚀介质的渗入，另一方面加大混凝土保护层厚度，防止由于混凝土保护层碳化引起的钢筋钝化膜破坏和锈蚀。

参考文献

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