浅谈混凝土结构的耐久性

韩德英

摘要：影响混凝土结构耐久性的因素是多方面的，涉及到设计、施工等多环节和材料、工艺、设备、条件等许多方面，因此提高混凝土结构耐久性是个复杂的问题。我们在实际工作中应不断研究和探索，采取综合解决方案并控制关键环节和技术指标，以满足工程建设需要。

关键词：混凝土结构；耐久性设计

1 混凝土结构耐久性定义

这个混凝土结构耐久性的定义实际上包含了三个基本要素：（1）环境：结构处于某一特定环境（包括自然环境、使用环境）中，并受其侵蚀作用；（2）功能：结构的耐久性是一个结构多种功能（安全功能、适用性等）与使用时间相关联的多维函数；（3）经济：结构在正常使用过程（即设计要求的自然物理剩余寿命）中不需要大修。定义中的工作环境及材料内部因素的作用指的是物理或化学作用，根据结构工作环境情况、破损机理、形态以及国内各行业传统经验，可将混凝土结构的工作环境分成6大类：①大气环境；②土壤环境；③海洋环境；④受环境水影响的环境；⑤化学物质侵蚀环境；⑥特殊工作环境。同时，结构耐久性是结构的综合性能，既涉及结构的承载能力、又涉及结构的正常使用以及维修等，反映了结构性能随时间的变化。

2 影响混凝土结构耐久性的因素

2.1 钢筋的锈蚀

水和氧的存在是钢筋被腐蚀的必要条件，氯离子容易破坏钢筋表面钝化膜，一旦混凝土开裂，形成水和氧的通道，就会加速钢筋锈蚀，造成混凝土裂缝进一步开展和贯通，最终使混凝土构件丧失承载力。钢筋在外部介质作用下也会发生电化反应，逐步生成铁锈，成倍增大自身体积，造成混凝土顺筋裂缝，形成腐蚀介质渗入钢筋的通道，加快了结构破损。

2.2 混凝土的碳化

混凝土中由于含有氢氧化钙而呈碱性，在高碱环境下钢筋表面形成薄膜，保护钢筋不受酸性介质的侵蚀。但空气中的酸性介质会通过各种孔道、裂隙而渗入凝土，溶于孔中液体，与水泥的水化作用产物发生反应，形成碳酸钙等，中和了混凝土中的碱，这就是混凝土的碳化。碳化本身对混凝土没有危害，甚至会提高混凝土的强度和密实性，但其会使钢筋表面形成的起钝化保护作用的致密氧化膜遭到破坏。同时碳化的混凝土还会加剧收缩变形，从而产生裂缝，使钢筋保护层脱落。

2.3 混凝土的冻融破坏

外界水通过毛细孔道渗入混凝土中，在低温环境作用下结冰，体积发生膨胀，在孔隙中产生应力，从内部损伤混凝土的微观结构，产生微裂缝。在冻融循环作用下，损伤积累将使微裂缝逐步发展，同时混凝土剥落而降低强度和抗冻性。

3 混凝土耐久性的设计要点

3.1 确定结构所处的环境类别

现行规范中对对影响混凝土结构耐久性的环境类别进行了较详细的分类，按所处的环境按钢筋和混凝土材料的不同腐蚀作用机理分为5类。

环境分类。不同环境类别在不同的环境条件（如湿度、温度、侵蚀介质的浓度等）下对配筋（钢筋和预应力筋）混凝土结构侵蚀的严重程度分为6级。

环境作用等级。如果对每种环境类别中环境作用等级细分的话，环境作用等级可分为24项。但是由于环境作用等级的确定主要依靠对不同环境条件的定性描述，当实际的环境条件处于两个相邻作用等级的界限附近时，就有可能出现难以判定的情况，这就需要设计人员根据当地环境条件和既有工程劣化状况的调查，并综合考虑工程重要性等因素后确定。

3.2 合理选择结构混凝土材料

现行规范中对设计使用年限50年及100年的混凝土结构，应根据环境等级，控制混凝土材料的最大水胶比、最低强度等级、最大氯离子含量及最大碱含量，以满足耐久性的基本要求。在满足混凝土材料的耐久性基本要求的同时，尚应采取其它耐久性技术措施。

4 增强混凝土耐久性的措施

4.1 防止混凝土内的钢筋锈蚀

钢筋在混凝土中起到主要的支柱作用，如果钢筋发生锈蚀，那么整个混凝土的质量就会发生根本的改变，当前工程中处理钢筋锈蚀的基本方式是在钢筋表面上涂上一层保护膜，通过保护膜的方式从而减少钢筋受到混凝土所吸收水分的锈蚀，不但达到保护钢筋的目的，而且也保证了混凝土的使用。

4.2 使用矿物掺和料

主要措施包括：使用硅灰以提高混凝土的强度；使用粉煤灰和磨细矿渣降低水泥用量，提高混凝土的后期强度；减少水化热，并使二次水化产物堵塞混凝土中的孔隙以提高抗渗性，同时可减缓混凝土中的碱—骨料反应。此外，石粉、锻烧高岭土、磨细珍珠岩尾砂粉等其他矿物掺和料也具有提高混凝土耐久性的作用。

4.3 掺加外加剂，掺入高效减水剂

在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减少水胶比，使混凝土的总孔隙，特別是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水搅拌后，会产生一种絮凝状结构。在这些絮凝状结构中，包裹着许多拌和水，从而降低了新拌混凝土的工作性。施工中为了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必须在拌和时相应地增加用水量，这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂的定向排列，使水泥质点表面均带有相同电荷。在电性斥力的作用下，不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态，还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，同时使水泥絮凝体内的游离水释放出来，因而达到减水的目的。许多研究表明，当水胶比降低到0.38以下时，消除毛细管孔隙的目标便可以实现，而掺入高效减水剂，完全可以将水胶比降低到0.38以下。

4.4 使用方面

①构件的使用环境条件对构件的使用寿命有很大的影响，因此，不能任意改变原构件的适用条件，结构的安全度不考虑使用不合理所造成的不利影响。②应及时封闭初始裂缝，细微裂缝可以涂料，也可用环氧树脂封闭，阻止和延缓钢筋锈蚀的发展，减缓因钢筋锈蚀导致的混凝土构件的破坏。③在混凝土表面增设覆盖材料，如喷涂聚合物乳液改性砂浆，延缓混凝土的碳化速度。

5结语

混凝土耐久性研究是一个复杂的问题，耐久性是混凝土结构寿命增长的关键性能，混凝土中的任何一种材料的不健康都会影响混凝土的耐久性，不仅会对外观造成影响，而且影响结构的使用能力，目前我国尚留存有大量未考虑耐久性设计的既有建筑，大规模基建高潮过去以后，耐久性问题也将提上日程，并可能形成新的产业。

参考文献：

[1]武海荣. 混凝土结构耐久性环境区划与耐久性设计方法[D].浙江大学，2012.

[2]金伟良，邸小坛，徐有邻. 《混凝土结构设计规范》修订简介（三）——混凝土结构的耐久性设计[J]. 建筑结构，2011，04：122-125.

（作者单位：大连华洋建筑设计有限公司）