張有科

摘要：耐久性是混凝土結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)之一，混凝土的耐久性是使用期內(nèi)結(jié)構(gòu)保證正常功能的能力，關(guān)系著結(jié)構(gòu)物的使用壽命。文章分析了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題，探討了造成耐久性失效的原因，并針對(duì)耐久性問(wèn)題提出了相關(guān)的防腐建議。

關(guān)鍵詞：混凝土；耐久性；防腐措施；集料反應(yīng)；化學(xué)侵蝕

中圖分類號(hào)：TU528

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-2374(2009)14-0026-02

我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題不容忽視。我國(guó)人口眾多，過(guò)去為及時(shí)解決居住需要和促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)，建造過(guò)不少質(zhì)量不高的民用房屋和工業(yè)廠房。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雖然采用可靠度理論計(jì)算，實(shí)質(zhì)上僅能滿足安全可靠指標(biāo)的要求，而對(duì)耐久性要求考慮不足，且由于忽視維修保養(yǎng)?，F(xiàn)有建筑物老化現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重。截至20世紀(jì)末，有近23.41億平方米的建筑物進(jìn)入老齡期，處于提前退役的局面。20世紀(jì)50年代不少在混凝土中采用摻入抓化鈣快速施工的建筑，損壞更為嚴(yán)重。近幾年房屋開(kāi)發(fā)中反映出的質(zhì)量問(wèn)題也很突出，不少新建好的商品房，未使用幾年就需要修復(fù)，造成極大浪費(fèi)。

我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中的大國(guó)，正在從事著為世界所矚目的大規(guī)模基本建設(shè)，而我國(guó)財(cái)力有限，能源短缺，資源并不豐富，因此科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，優(yōu)質(zhì)的施工質(zhì)量來(lái)提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性及防腐性，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命是擺在我們面前的一個(gè)很重要的課題和任務(wù)。

一、混凝土工程中的耐久性問(wèn)題

強(qiáng)度和耐久性是混凝土結(jié)構(gòu)的兩個(gè)重要指標(biāo)，因以往工程中習(xí)慣上只重視混凝土的強(qiáng)度，或片面追求高強(qiáng)度而忽視混凝土的耐久性?；炷恋哪途眯允鞘褂闷趦?nèi)結(jié)構(gòu)保證正常功能的能力，關(guān)系到結(jié)構(gòu)物的使用壽命，隨著結(jié)構(gòu)物老化和環(huán)境污染的加重，混凝土耐久性問(wèn)題已引起了各主管部門和廣大設(shè)計(jì)、施工部門的重視。

二、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題的分析

混凝土耐久性問(wèn)題，是指結(jié)構(gòu)在所使用的環(huán)境下，由于內(nèi)部原因或外部原因引起結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期演變。最終使混凝土喪失使用能力，即所謂的耐久性失效，耐久性失效的原因很多，有抗凍失效，堿－集料反應(yīng)失效，化學(xué)腐蝕失效，鋼筋銹蝕造成結(jié)構(gòu)破壞等。下面作具體分析：

(一)混凝土的凍融破壞

結(jié)構(gòu)處于冰點(diǎn)以下環(huán)境時(shí)，部分混凝土內(nèi)孔隙中的水將結(jié)冰。產(chǎn)生體積膨脹，過(guò)冷的水發(fā)生遷移，形成各種壓力，當(dāng)壓力達(dá)到一定程度時(shí)，導(dǎo)致混凝土的破壞?；炷涟l(fā)生凍融破壞的最顯著的特征是表面剝落，嚴(yán)重時(shí)可以露出石子?；炷恋目箖鲂阅芘c混疑土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)和氣泡含量多少密切相關(guān)?？自缴僭叫。茐淖饔迷叫?，封閉氣泡越多，抗凍性越好。影響混凝土抗凍性的因素，除了孔結(jié)構(gòu)和含氣量外，還包括：混凝土的飽和度，水灰比，混凝土的齡期，集料的孔隙率及其間的含水率等。

(二)混凝土的堿一集料反應(yīng)

混凝土的堿一集料反應(yīng)，是指混凝土中的堿與集料中活性組分發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，引起混凝土的膨脹。開(kāi)裂，甚至破壞。因反應(yīng)的因素在混凝土內(nèi)部，其危害作用往往是不能根冶的，是混凝土工程中的一大隱患。許多國(guó)家因堿—集料反應(yīng)不得不拆除大壩，橋梁，海堤和學(xué)校，造成巨大損失，國(guó)內(nèi)工程中也有堿—集料反應(yīng)損害的類似報(bào)道，一些立交橋、鐵道軌枕等發(fā)生不同程度的膨脹破壞。混凝土堿—集料反應(yīng)需具備三個(gè)條件，即有相當(dāng)數(shù)量的堿、相應(yīng)的活性集料及水分。反應(yīng)通常有三種類型：堿—硅酸反應(yīng)，堿—碳酸鹽反應(yīng)。慢膨脹型堿—硅酸鹽反應(yīng)，避免堿—集料反應(yīng)的方法可采用：盡量避免采用活性集料；限制混凝土的堿含量；摻用混合材。

(三)化學(xué)侵蝕

當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)處在有侵蝕性介質(zhì)作用的環(huán)境時(shí)，會(huì)引起水泥石發(fā)生一系列化學(xué)、物理與物化變化，而逐步受到侵蝕，嚴(yán)重的使水泥石強(qiáng)度降低，以至破壞。常見(jiàn)的化學(xué)侵蝕可分為淡水腐蝕，一般酸性水腐蝕，碳酸腐蝕，硫酸鹽腐蝕，鎂鹽腐蝕五類。淡水的沖刷，會(huì)溶解水泥石中的組分，使水泥石孔隙增加，密實(shí)度降低，從而進(jìn)一步造成對(duì)水泥石的破壞；研究表明，當(dāng)水泥石中的氧化鈣溶出5％時(shí)，強(qiáng)度下降7％，當(dāng)溶出24％時(shí)，強(qiáng)度下降29％，因此，淡水沖刷會(huì)對(duì)水工建筑有一定影響；而當(dāng)水中溶有一些酸類時(shí)。水泥石就受到溶淅和化學(xué)溶解雙重作用，腐蝕明顯加速，這類侵蝕常發(fā)生在化工廠；碳酸對(duì)混凝土的影響主要為：在溶淅水泥石的同時(shí)，破壞混凝土內(nèi)的堿環(huán)境。降低水泥水化產(chǎn)物的穩(wěn)定性，影響水泥石的致密度，造成對(duì)混凝土的侵蝕：硫酸鹽的腐蝕則表現(xiàn)為SO^2-₄子深入混凝土內(nèi)與水泥組分反應(yīng)，生成物體積膨脹開(kāi)裂造成損壞；海水中由于存在多種離子，侵蝕形式較為復(fù)雜，但主要是由于鎂鹽使硬化水泥石的結(jié)構(gòu)組分分解，同時(shí)硫酸鹽作用會(huì)造成對(duì)水泥石的損壞，而氧化鎂沉淀會(huì)堵塞混凝土孔隙，會(huì)使海水侵蝕有所緩和。

(四)鋼筋的銹蝕

鋼筋的銹蝕，其一表現(xiàn)為鋼筋在外部介質(zhì)作用下發(fā)生電化反應(yīng)，逐步生成氫氧化鐵等鐵銹，其體積比原金屬增大2—4倍，造成混凝土順筋裂縫，從而成為腐蝕介質(zhì)滲入鋼筋的通道，加快結(jié)構(gòu)的損壞。氫氧化鐵在強(qiáng)堿溶液中會(huì)形成穩(wěn)定的保護(hù)層，阻止鋼筋的銹蝕，但堿環(huán)境被破壞或減弱，則會(huì)造成鋼筋的銹蝕，如混凝土的碳化或中性化。造成混凝土碳化和中性化的原因，主要是混凝土的密實(shí)度即抗?jié)B性不足，酸性氣體(如CO₂，SO₂，H₂S，HCL，NO₂)滲入混凝土內(nèi)與氫氧化鈣作用；其二，氯離子對(duì)鋼筋表面鈍化膜有特殊的破壞作用，當(dāng)混凝土中氯含量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，鋼筋會(huì)銹蝕，而水和氧的存在是鋼筋被腐蝕的必要條件，因此，若混凝土開(kāi)裂，造成水和氧的通道，則鋼筋銹蝕加速，促成混凝土裂縫進(jìn)一步開(kāi)展，混凝土保護(hù)層剝落，最終使構(gòu)件失去承載力。

三、提高混凝土耐久性及防腐措施

(一)原材料的選擇

1.水泥水泥類材料的強(qiáng)度和工程性能，是通過(guò)水泥砂漿的凝結(jié)，硬化形成的，水泥石一旦受損，混凝土的耐久性就被破壞，因此水泥的選擇需注意水泥品種的具體性能，選擇堿含量小，水化熱低，干縮性小，耐熱性，抗水性，抗腐蝕性，抗凍性能好的水泥，并結(jié)合具體情況進(jìn)行選擇。水泥強(qiáng)度并非是決定混凝土強(qiáng)度和性能的唯一標(biāo)準(zhǔn)，如用較低標(biāo)號(hào)水泥同樣可以配制高標(biāo)號(hào)混凝土。因此，工程中選擇水泥強(qiáng)度的同時(shí)，需考慮其工程性能，有時(shí)其工程性能比強(qiáng)度更重要。

2.集料與摻合料集料的選擇應(yīng)考慮其堿活性，防止堿集料反應(yīng)造成的危害，集料的耐蝕性和吸水性，同時(shí)選擇合理的級(jí)配，改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土密實(shí)度；大量研究表明了摻粉煤灰，礦渣，硅粉等混合材能有效改善混凝土的性能，改善混凝土內(nèi)孔結(jié)構(gòu)，填充內(nèi)部空隙，提高密實(shí)度，高摻量混凝土還能抑制堿集料反應(yīng)，因而摻混合材混凝土，是提高混凝土耐久性的有效措施，即近年來(lái)發(fā)展的高性能混凝土。

(二)混凝土的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮耐久的要求

混凝土配比的設(shè)計(jì)配合比設(shè)計(jì)在滿足混凝土強(qiáng)度，工作性的同時(shí)應(yīng)考慮盡量減少水泥用量和用水量，降低水化熱，減少收縮裂縫，提高密實(shí)度，采用合理的減水劑和引氣劑，改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，摻入足量的混合料，提高混凝土耐久性能。結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)按其使用環(huán)境設(shè)計(jì)相應(yīng)的混凝土保護(hù)層厚度，預(yù)防外界介質(zhì)滲入內(nèi)部腐蝕鋼筋。結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)也應(yīng)考慮構(gòu)件受局部損壞后的整體耐久能力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尚應(yīng)控制混凝土的裂縫的開(kāi)裂寬度。

(三)混凝土工程施工應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)耐久性

混凝土的拌制盡量采用二次攪拌法，裹砂法裹砂石法等工藝，提高混凝土拌合料的和易性，保水性，提高混凝土強(qiáng)度，減少用水量；大體積混凝土的澆筑振搗應(yīng)控制混凝土的溫度裂縫，收縮裂縫，施工裂縫，建立混凝土的澆筑振搗制度，提高混凝土密實(shí)度和抗?jié)B性，重視混凝土振搗后的表面工序，并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，以減少混凝土裂縫?；炷恋氖┕み^(guò)程對(duì)控制構(gòu)件外觀裂縫，施工裂縫至關(guān)重要，應(yīng)加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，特殊季節(jié)施工的混凝土結(jié)構(gòu)，尚應(yīng)采取特殊措施。

(四)摻入高效減水劑

在保證混凝土拌和物所需流動(dòng)性的同時(shí)，盡可能降低用水量，減少水灰比，使混凝土的總孔隙，特別是毛細(xì)管孔隙率大幅度降低。水泥在加水?dāng)嚢韬?，?huì)產(chǎn)生一種絮凝狀結(jié)構(gòu)。在這些絮凝狀結(jié)構(gòu)中，包裹著許多拌和水，從而降低了新拌混凝土的工作性。施工中為了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必須在拌和時(shí)相應(yīng)地增加用水量，這樣就會(huì)促使水泥石結(jié)構(gòu)中形成過(guò)多的孔隙。當(dāng)加入減水劑的定向排列，使水泥質(zhì)點(diǎn)表面均帶有相同電荷，在電性斥力的作用下，不但使水泥體系處于相對(duì)穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，還在水泥顆粒表面形成一層溶劑化水膜，同時(shí)使水泥絮凝體內(nèi)的游離水釋放出來(lái)，因而達(dá)到減水的目的。許多研究表明，當(dāng)水灰比降低到0.38以下時(shí)，消除毛細(xì)管孔隙的目標(biāo)便可以實(shí)現(xiàn)，而摻入高效減水劑，完全可以將水灰比降低到0.38以下。

(五)摻入高效活性礦物摻料

普通水泥混凝土的水泥石中水化物穩(wěn)定性的不足，是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中摻入活性礦物的目的，在于改善混凝土中水泥石的膠凝物質(zhì)的組成?；钚缘V物摻料中含有大量活性SiO₂活性Al₂O₃，它們能和水泥水化過(guò)程中產(chǎn)生的游離石灰及高鹼性水化矽酸鈣產(chǎn)生二次反映，生成強(qiáng)度更高、穩(wěn)定性更優(yōu)的低鹼性水化矽酸鈣，從而達(dá)到改善水化膠凝物質(zhì)的組成，消除游離石灰的目的，使水泥石結(jié)構(gòu)更為致密，并阻斷可能形成的滲透路。此外，還能改善集料與水泥石的界面結(jié)構(gòu)和界面區(qū)性能。這些重要的作用，對(duì)增進(jìn)混凝土的耐久性及強(qiáng)度都有本質(zhì)性的貢獻(xiàn)。

(六)外表涂裝

暴露在空氣中的混凝土結(jié)構(gòu)以及沿海地區(qū)的橋梁工程，受到空氣中的鹽分等其它元素的侵蝕，縮短了混凝土構(gòu)件的使用年限，可采取外表涂裝的方法進(jìn)行防腐處理措施。