对引起混凝土工程灾害的耐久性分析

王馨伟 叶巧玲

(重庆交通大学 重庆 400074)



对引起混凝土工程灾害的耐久性分析

王馨伟 叶巧玲

(重庆交通大学 重庆 400074)

混凝土结构是应用非常广泛的一种结构形式，但是由于其材料自身和使用环境的特点，使得混凝土结构存在严重的耐久性问题。这已经给各国带来了巨大的经济损失和财政负担。本文通过对引起混凝土常见灾害的耐久性因素进行了系统的分析，其中对于混凝土常见病害中的，碳化、冻融破坏、混凝土裂缝、等进行有效的分析总结如反应机理、影响因素、处治措施等进行详细的总结分析。以便于通过扎实的理论基础对混凝土病害进行深入研究。

碳化;碱-集料反应;冻融破坏;钢筋锈蚀;混凝土裂缝

一、混凝土碳化

混凝土结构物大都使用环境都含有一定量的二氧化碳，据研究表明随着气候环境的变化，二氧化碳的含量逐年增加。所以混凝土碳化的研究意义极为重要。

(一)混凝土碳化机理。混凝土碳化又称混凝土中性化。主要表现是空气中或其他媒介中的二氧化碳与水泥混凝土中的氢氧化钙反应，次要是与水泥中未水化的硅酸三钙和硅酸二钙，以及混凝土中的胶凝物CHS反应。混凝土碳化本质不会对混凝土耐久性造成直接影响，主要是因为碳化降低了混凝土的碱性。致使需要PH为11.5的碱性环境下保护钢筋锈蚀的钢筋钝化膜失效。导致钢筋锈蚀，进而降低了混凝土的耐久性。而对于素混凝土，碳化还有提高混凝土耐久性的作用。

(二)混凝土碳化影响因素。混凝土碳化的影响因素：1.所选择的水泥，研究表明，高炉矿渣水泥的抗碳化能力较普通硅酸盐水泥较强。早强水泥的抗碳化性能较弱与硅酸盐水泥。

2.水泥用量，水泥掺量越多，混凝土强度和密实度越高。进而水灰比越高，混凝土密实度越差，强度越低，抗渗性越差，碳化速度越快。

3.施工质量与养护：施工时振捣不够密实，养护不善，孔隙率高，加速碳化。

(三)混凝土碳化预防措施。据其影响因素，采取措施为：1.选择合适的混凝土。2.降低水灰比，减少用水量。3.施工“充分水化，加速硬化。浇筑完成后12h内养护，初凝1h后覆盖养护。4.混凝土产生裂缝原因很多。建筑物中常见的裂缝有:干缩裂缝、塑性收缩裂缝、沉降裂缝、温度裂缝等。

二、混凝土冻融破坏

(一)混凝土冻融破坏机理。混凝土冻融破坏主要是对钢筋混凝土的握裹力产生影响。影响主要在于钢筋混凝土的握裹力降低，导致钢筋与混凝土的衔接不密实，加上空水、水、温度等的影响，进一步加剧钢筋混凝土的破坏。二是使混凝土碳化加剧，改变了钢筋周围混凝土的酸碱性，是钢筋钝化膜破裂消失。三是加速氯离子扩散，从使钢筋锈蚀加快。

钢筋混凝土冻融：是指钢筋混凝土内的毛细孔的水(胶凝孔隙虽然大但冰点枣-78)在-1到-1.9开始逐渐结冰，-12时全部结冰。水结冰体积要增加原来的9%。孔隙水产生的净水压力降低混凝土的强度。主要有表面侵蚀和冻胀开裂两只破坏形式。

(二)混凝土冻融理论依据。混凝土冻融破环公认度较高的两大理论，一是静水压力理论，二是渗透压力理论。

静水压力理论：混凝土在潮湿环境下，毛细孔中的水低温冻胀，由于毛细孔的约束力毛细孔中的水产生了温度应力，当含水量超过临界值时，产生的温度应力超过混凝土的约束力，从而产生开裂。

渗透压力理论：混凝土中毛细孔的水随着毛细孔孔径的减小水的冰点也会降低，粗毛细孔中未结冰的水与细毛细孔中已结冰的水，由于蒸汽压差和盐分浓度的不同而产生渗透压，其压力超过抗拉强度后，混凝土表面就会产生裂缝。

(三)冻融破坏影响因素。就我个人认为，混凝土冻融破坏的主要影响因素一是水饱和程度二是反复冻胀次数从水饱和程度而言，主要是对混凝土配合比中水灰比的高低进行分析。一般情况下，配合比的水灰比越大随之孔隙率越高从而可填充的水分也越多，反之水灰比越小，孔隙率也小，从而形成的混凝土就越密实，抗冻性就越强。

从反复冻融而言，一方面主要是分析反复冻融与盐溶液的相互影响，混凝土孔隙中的盐中的过冷水处于不稳定状态，使其在冻融破坏中有更大的破坏力，而反复冻融的过程中会形成盐分浓度梯度，这样分层次产生的冰冻胀力的大小不同，而产生新的应力，增大了冻融的破坏力。另一方面是分析反复冻融破环和干湿循环的相互影响，产生双重腐蚀。

(四)混凝土冻胀破坏的处治措施。一是使用外加剂，如引气剂、高效减水剂等，引气剂可以使混凝土中产生封闭的均匀的气泡，从而分散了和承担了冻胀破环产生的部分应力。而高效减水剂的意思显而易见，混凝土中水含量降低，自然产生的冻胀破坏就小，因此可以预防混凝土的冻融破坏。二是合理的控制水灰比，来提高混凝土的密实度。从而降低了外界水分渗入混凝土的含量。三是控制混凝土的外界环境，尽量降低混凝土中孔隙的水饱和度。

三、混凝土开裂

(一)混凝土开裂类型及处治措施。温度裂缝，温度裂缝主要发生在大体积混凝土浇筑过程中，因为大体积混凝土浇筑水化热产生热总量大，并且不容易排热，所以混凝土内部温度高产生膨胀应力，而外表面温度相对较低，产生温差，同样产生拉应力。当超过抗拉强度时，导致开裂。

温度裂缝解决方法：1水泥选择，降低熟料中C3A和C3S的含量，降低放热和放热速率，选择适当的低细度混凝土。2掺和料：加入适量的粉煤灰，粉煤灰作用有低放热，低水泥用量，减水用量。3外加剂：适量的混凝剂，降低放热率。4骨料：在相应的水灰比和稠度下，选用适当的骨料，如大尺寸粗骨料，级配中粗砂和合理砂率下，可以降低用水量，相应减少水泥用量。进而减少放热。

(二)混凝土自身开裂及处治措施。干燥收缩：是指混凝土中内部毛细孔和胶凝孔中的吸附水，在混凝土内部和外部的失水量产出梯度差，内低外高，致使外部失水收缩大于内部失水收缩，导致混凝土外部产生拉应力，最终导致开裂。这种现象在混凝土养护刚拆模后尤为明显。低水灰比，厚度低，少风吹。

混凝土自收缩：是指在混凝土与外界无水分交换为条件，混凝土由于水化反应，混凝土内部水含量降低，水分未饱和，而产生负水压力，进而产生内部裂缝。高性能混凝土水灰比较低，水泥粉较细，所产生的负水压力较大。所以自缩对混凝土的强度和耐久影响显著。

混凝土塑性收缩：是指混凝土在卫凝结硬化前，混凝土的外部失水率大于内部水向外部水分迁移速率，毛细管产生负水压力。一般会产生不可见裂缝。终凝前保持混凝土表面湿润，如喷水，塑料膜。的方法极为有效。

[1]吉林，缪昌文，孙伟.结构混凝土耐久性及其提升技术[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2]李金玉,曹建国.高强度混凝土抗冻耐久性的研究[J].中国水利水电科学研究院结构材料所,2008(8):5657.

[3]赵娟,邹超英,王文博,等.冻融作用后钢筋与混凝土之间粘结性能研究[J].沈阳建筑大学学报:自然科学版,2007(9):719-722.

[4]张誉,蒋利学.基于碳化机理的混凝土碳化深度实用数 第 4期 金伟良,等:混凝土结构耐久性研究的回顾与展望 379 学模型[J].工业建筑,1998,28(1):16- 19

[5]汪廷秀，高建明，丁平华，等.干湿交替作用下混凝土抗硫酸盐 侵蚀性能研究[J].混凝土与水泥制品，2011(2)：17-21.

[6]王海龙，董宜森，等.干湿交替环境下混凝土受硫酸盐侵蚀劣化 机理[J].浙江大学学报：工学版，2012，46(7)：1255-1261.

王馨伟(1990-)，男，汉族，内蒙古人，重庆交通大学，研究生在读，研究方向：道路路面材料。