浅谈钢筋混凝土结构的耐久性

闫 旭 吕达林

(郑州大学土木工程学院 450001)

浅谈钢筋混凝土结构的耐久性

闫 旭 吕达林

(郑州大学土木工程学院 450001)

作为一种应用广泛的结构形式，钢筋混凝土结构主要由钢筋混凝土[1]作为主要承重构件建造。但由于其所处使用环境特点及其结构自身缺陷，在耐久性方面钢筋混凝土结构仍存在着极严重的问题，本文将从钢筋混凝土结构耐久性方面着手，从结构腐蚀基本机理、影响其耐久性的主要因素如材质、密实性、环境条件以及钢筋锈蚀等方面进行研究，并对此提出针对性技术措施，以期对提高钢筋混凝土结构耐久性、实现可持续发展。

钢筋混凝土、结构、耐久性、影响因素

经过 160年的历史发展[2]的钢筋混凝土结构，其强度不断提高，应用范围不断增大，如今已发展成为应用最广的建筑结构形式。而钢筋混凝土结构在具有取材容易、合理用材、耐久性、耐火性、整体性及可模性等优点的同时，还存在自重大、易裂、费工、补强修复困难及易受季节温度影响等自身缺陷。而在实际工程中，由于各种各样的原因大量的混凝土提前失效，无法达到预期的使用年限，大多数情况是由结构的耐久性不足引起的。而混凝土结构耐久性一直是工程界关注的重大科技问题，是研究混凝土材料科学的重大课题。

一、混凝土结构耐久性概念及腐蚀基本机理

（1）混凝土结构耐久性概念

所谓混凝土结构的耐久性[3]，是指在正常维护下的设计寿命周期内，在气候作用、物理作用、化学侵蚀以及其他任何破坏过程中能够正常使用而不需进行加固维修，即在周围环境各种因素作用下混凝土仍能保持原有性能的能力。混凝土耐久性主要包括如抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性以及抗碳化性等几个方面，而根据重要性递降顺序排列，当今世界混凝土结构破坏的原因主要是钢筋锈蚀、寒冷气候下冻害以及物理化学的侵蚀作用。

（2）钢筋腐蚀的基本机理

在潮湿环境下或电解质溶液中时常发生钢筋锈蚀，在以上两种情况下，混凝土结构易被环境中有害介质及离子侵蚀，容易造成钢筋表面污染、截面损失。在坚实的混凝土内部，钢筋的锈蚀是一种电化学的过程：含有易溶性的氢氧化钠和氢氧化钾以及大量的微溶氢氧化钙的混凝土内部孔隙液体，使内部形成 PH值为13或更高的碱性环境，并在钢筋表面形成钝化膜阻止钢筋锈蚀[4]。但环境中存在的各种原因将会使这层钝化膜破坏，最终导致钢筋的腐蚀。

二、影响混凝土结构耐久性的主要因素

（1）材质

由碎石、水泥、砂和水拌合后凝硬而成的混凝土，其硬化后的质量极易被这些材料的优劣直接影响，其中包括强度和密实度等。但混凝土骨料中不宜含有过多的碱活性矿物质，水泥含碱量也不宜过大，以防止发生碱骨料反应。作为影响混凝土结构耐久性最主要的因素之一，碱骨料反应是由混凝土中活性骨料与碱之间在混凝土结构内部发生的反应，引起混凝土开裂最终使结构遭到破坏，且危害极大。对混凝土而言，其内部碱来源主要是配置的原材料中骨料、掺和物、水泥、掺和水以及外加剂中所含的可溶性碱，混凝土耐久性能否打下良好的基础在一定程度上取决于材料质量的好坏，但近年来在施工中，由于基本建设的迅猛发展，往往对材质的要求有所忽视。

（2）密实性

在使用过程中混凝土的内部缺陷，即不密实使混凝土易受各种不利因素的侵袭，其中主要包括渗透、碳化以及冻融破坏等形式：（一）渗透：对不密实的混凝土而言，空气和水极易渗入其中，而混凝土也就容易受到水中有害物质的化学侵蚀；（二）碳化：在温度相宜时，空气中的二氧化碳易与水泥石中的氢氧化钙发生化学反应，使氢氧化钙减少、碱度降低，由此钢筋处于中性环境，最终钢筋表面钝化膜被破坏并被锈蚀；（三）冻融破坏：在温度较低时，混凝土内部毛细孔道和孔隙中的水结冰，产生冷水迁移和体积膨胀，经过多次冻融循环后混凝土将因损伤积累而剥落酥裂。强度降低。

（3）环境条件

在工程结构使用过程中，混凝土结构所处的外部环境条件是影响其耐久性的外部因素，如大气腐蚀、风、地震灾害的袭击等。对密实性不强的混凝土，其所处环境中的侵蚀介质尤其是酸盐介质（Cl 、SO2-等）极易渗入其中，而水泥的水化产物氢氧化钙很快与之发生反应，使碱度降低[5]，导致混凝土降低并最终破坏。与此同时，酸性介质的侵入，使钢筋钝化膜表面被大量酸根离子吸附，导致钢筋锈蚀。

（4）钢筋锈蚀

对钢筋而言，混凝土的碱性对其具有良好的保护作用，但混凝土的碱性在各种不利因素的作用下，钢筋表面钝化膜也会遭到破坏，使钢筋锈蚀。在混凝土内部，由于锈蚀产物体积膨胀产生拉应力，混凝土保护层因此发生开裂，严重时将导致其剥落。

三、提高混凝土结构耐久性的主要技术措施

（1）改进结构

在减轻环境因素对结构的作用方面，结构的布置、选型和构造应起到有利的影响。采用如无粘结预应力筋、环氧涂层钢筋以及体外预应力筋等具有防腐保护功能的钢筋。在钢筋混凝土结构建筑物中尤其是建造在有腐蚀介质中的建筑物中，应适当提高混凝土保护层厚度，使其在防止钢筋锈蚀方面起到真正的保护作用。其中，保护层厚度应满足以下两个方面的要求：一是为抵抗引起钢筋锈蚀的有害物质对混凝土的侵入，要保证混凝土保护层具有良好的抗渗性；二是要满足在设计基本周期内构件的碳化深度。控制裂缝发展，加强构造批配筋，对基于耐久性能的概念设计加以注重。而对重要构件而言，为减少侵蚀离子的侵蚀，应采用合理的裂缝控制措施。

（2）改进施工

改进结构施工主要有合理选择混凝土结构的组成材料以及提高混凝土密实性两方面。其一，在选用钢筋及混凝土各组成材料时，应对进场原材料根据规范规定进行严格的质量检验，满足材料的耐久性质量要求。同时，应合理改善混凝土颗粒级配，使混凝土的密实性得到提高，从而提高耐久性。其二，在保证混凝土密实性和保证其耐久性方面，严格控制混凝土的最小水泥用量和最大水灰比是一项重要措施，在满足坍塌度的情况下，改善混凝土的施工工艺，充分振捣、搅拌均匀，并加强养护，减少硬化后多余水形成的孔隙，并尽可能的降低水灰比，严格控制施工质量，对提高抗渗性、密实性从而提高混凝土的耐久性有重要的作用。

（3）加强维护与检测

以往的设计标准较低且过去建造的大量工程已经过时，因此房屋的维修问题十分突出，在建筑工程中，维修费用不到位常常会造成安全隐患，导致支付更多的维修费用，就短期利益而言，检测和维护将会增加一定的费用，但从长远利益发展来看，却是十分有益的。尤其对于如桥梁、隧道等结构损坏可能导致公众安全的建筑物，制定定期评估与检测的法规非常有必要，以确保在正常使用期内这些工程能正常的使用。

四、结语

在国内外工程建设中，因充分利用了混凝土的抗压性能和钢筋的抗拉性能而具有耐久性好、强度高等一系列优点的钢筋混凝土结构得到了极为广泛的应用，21世纪世界各国发展的重要任务便是实现可持续发展，而对于实现可持续发展战略以及更好的节约资源、利用资源和保护环境，提高混凝土耐久性哦度起到了十分重要的作用。本文通过分析研究混凝土结构耐久性主要因素，为提高混凝土耐久性而提出综合提高混凝土结构的各种性能的主要措施。今后，为满足工程建设的需要，我们仍需做大量的工作和研究，这样才能更好地解决混凝土耐久性问题。1

[1] 陈佳琪, 马克俭, 申波. 超高层钢筋混凝土空间网格盒式成束筒结构性能分析[J]. 建筑结构, 2015(7).

[2] 杜丛会, 刘方方, 王傲运,等. 半纤维素吸水树脂的合成及在水泥砂浆中的应用初探[J]. 硅酸盐通报, 2015(6):1626-1631.

[3] 朱洪亮. 混凝土结构耐久性试验研究进展[J]. 建筑技术开发, 2015, 31(8):1-4.

[4] 贺鸿珠, 崔玉理, 谢海峰. 一种混凝土钢筋腐蚀状态判定方法: , CN104849326A[P]. 2015.

[5] 黎鹏平. 胶凝材料组成与钢筋混凝土氯离子腐蚀研究[D]. 华南理工大学, 2010.

第一作者：闫旭（1995—），男，汉族，辽宁省凌源市人，郑州大学土木工程学院土木工程专业2013级本科学生。

第二作者：吕达林（1995-），男，汉族，黑龙江省双鸭山市人，郑州大学土木工程学院建筑环境与能源应用工程专业，本科生。

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1007-6344（2016）03-0323-01

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