孫文東

1混凝土耐久性的概念

混凝土耐久性是指混凝土在設(shè)計(jì)壽命周期內(nèi)，在正常維護(hù)下，必須保持適合于使用，而不需要進(jìn)行維修加固，即指混凝土在抵抗周?chē)h(huán)境中各種物理和化學(xué)作用下，仍能保持原有性能的能力?；炷凉こ痰哪途眯耘c工程的使用壽命相聯(lián)系，是使用期內(nèi)結(jié)構(gòu)保持正常功能的能力，這一正常功能不僅僅包括結(jié)構(gòu)的安全性，而且更多地體現(xiàn)在適用性上?；炷聊途眯灾饕ㄒ韵聨追矫妫阂皇强?jié)B性。即指混凝土抵抗水、油等液體在壓力作用下滲透的性能。二是抗凍性?；炷恋目箖鲂允侵富炷吭陲査疇顟B(tài)下，經(jīng)受多次抵抗凍融循環(huán)作用，能保持強(qiáng)度和外觀性的能力。三是抗侵蝕性?；炷帘┞对谟谢瘜W(xué)物質(zhì)的環(huán)境和介質(zhì)中，有可能遭受化學(xué)侵蝕而破壞。

2影響混凝土耐久性的主要因素

一般混凝土工程的使用年限約為50年至100年，但實(shí)際中有不少工程在使用10年至20年，有的甚至在使用幾年后即需要維修，這就是由于混凝土耐久性低造成的。影響混凝土耐久性的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，除去社會(huì)因素、人為因素外，技術(shù)方面的主要因素有以下兩點(diǎn)。

(1)混凝土的碳化√L乎所有混凝土表面都處在碳化過(guò)程中。它是空氣中CO，與水泥石中的堿性物質(zhì)相互作用，使其成分、組織和性能發(fā)生變化，使用機(jī)能下降的一種很復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。混凝土碳化本身對(duì)混凝土并無(wú)破壞使用，其主要危害是使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，使混凝土中鋼筋銹蝕，混凝土的碳化還會(huì)加劇混凝土的收縮，這些都可能導(dǎo)致混凝土的裂縫和結(jié)構(gòu)的破壞。

(2)混凝土的凍融破壞?；炷撩?xì)孔的自由水就是導(dǎo)致混凝土遭受凍害的主要因素，因?yàn)樗隼鋬鼋Y(jié)成冰后會(huì)發(fā)生體積膨脹，引起混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞。當(dāng)混凝土處于飽水狀態(tài)時(shí)，毛細(xì)孔中的水結(jié)冰，膠凝孔中的水處于過(guò)冷狀態(tài)，這樣使得膠凝孔中的水向毛細(xì)孔中冰的界面處滲透，于是在毛細(xì)孔中又產(chǎn)生一種滲透壓力。此外，膠凝孔向毛細(xì)孔滲透的結(jié)果必然使毛細(xì)孔中冰的體積進(jìn)一步膨脹。

3預(yù)防的措施

針對(duì)影響混凝土耐久性的因素，采取的措施多種多樣，歸納起來(lái)主要有以下幾點(diǎn)。

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提高混凝土抗碳化能力。碳化對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性影響主要是使混凝土堿度降低，進(jìn)而鋼筋脫鈍、銹蝕。為此必須減小、延緩混凝土的碳化。鋼筋外留下足夠的混凝土保護(hù)層厚度是簡(jiǎn)單有效的方法?；炷僚浜媳葘⒂绊懱蓟俣龋銐虻乃嘤昧?、降低水灰比、采用減水劑都可減緩碳化速度。此外，提高混凝土密實(shí)性、增強(qiáng)抗?jié)B性、對(duì)混凝土采用覆蓋面層等措施可減緩或隔離CO_{2向混凝土內(nèi)部滲透，大大提高混凝土抗碳化能力。}

防止混凝土的凍融破壞。凍融破壞在我國(guó)北方寒冷地區(qū)大量出現(xiàn)。防止凍融破壞主要措施是降低水灰比、使用引氣技術(shù)。但是，由于引入空氣微泡會(huì)降低混凝土強(qiáng)度，加之市場(chǎng)上引氣劑品種繁多，質(zhì)量參差不齊，故在工程使用時(shí)應(yīng)慎重選用。

預(yù)防侵蝕性介質(zhì)的腐蝕。在我國(guó)侵蝕性介質(zhì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)危害最嚴(yán)重的應(yīng)是氯鹽的影響。提高混凝土抗氯離子滲透能力的措施是限制水灰比，保證最低水泥用量以確保堿度，摻入適量?jī)?yōu)質(zhì)摻和料(粉煤灰、磨細(xì)礦渣、硅灰)等。

減輕混凝土堿集料反應(yīng)?；炷翂A集料反應(yīng)危害很大，而且一旦發(fā)生很難修復(fù)。但在我國(guó)由于堿集料反應(yīng)引起開(kāi)裂的實(shí)例很少見(jiàn)。這是因?yàn)槲覈?guó)混凝土強(qiáng)度等級(jí)較國(guó)外低，水泥用最少，總堿量低。另外，我國(guó)水泥中普遍摻有15％以上碎礦渣、粉煤灰、沸石粉等混合料，有效抑制了可能發(fā)生的堿集料反應(yīng)。但隨著混凝土強(qiáng)度提高，水泥用量增加，同時(shí)水泥生產(chǎn)工藝的改變，混凝土含堿量已在明顯提高。由于大量基建項(xiàng)目的興建，骨料來(lái)源減少，劣質(zhì)骨料可能被采用，施工隊(duì)伍素質(zhì)等問(wèn)題也將提高堿集料反應(yīng)幾率，故應(yīng)采取有效預(yù)防措施。當(dāng)混凝土使用有堿活性反應(yīng)的骨料時(shí)，配合比必須控制混凝土中的總堿含量以保證混凝土的耐久性。粉煤灰能抑制堿集料反應(yīng)，但是如摻量小于10％，有時(shí)反而會(huì)增加膨脹。外加劑特別是早強(qiáng)劑帶來(lái)高含量的堿。我國(guó)目前僅外加劑提供的堿量有時(shí)竟高于國(guó)外限制混凝土總堿量，如復(fù)合早強(qiáng)劑(硫酸鈉、氧化鈉，氧化鈣、亞硝酸鈉為主要成分)帶入混凝土的堿為3.13kg／m³～6.80kg／m³，早強(qiáng)減水劑帶人堿為1.31kg／m³～3.93kg／m³。目前，混凝土施工常因工期要求摻人早強(qiáng)劑等外加劑，為預(yù)防堿集料反應(yīng)，在設(shè)計(jì)上應(yīng)對(duì)外摻劑的使用提出要求。

鋼筋銹蝕的預(yù)防。對(duì)鋼筋銹蝕問(wèn)題，可以采用的表面保護(hù)措施有：環(huán)氧涂層鋼筋，采用靜電噴涂環(huán)氧樹(shù)脂粉末工藝在鋼筋表面形成一定厚度的環(huán)氧樹(shù)脂防腐涂層，這種鋼筋保護(hù)層即使氯離子、氧等大量侵入混凝土?xí)r也能長(zhǎng)期保護(hù)鋼筋使其免遭腐蝕。另外，在混凝土表面涂層也是簡(jiǎn)便有效的方法，涂料應(yīng)是耐堿、耐老化和與鋼筋表面有良好附著性的材料。此外，自20世紀(jì)60年代至70年代起，國(guó)內(nèi)外都開(kāi)始在混凝土拌和物中摻人亞硝酸鈉作為預(yù)防惡劣條件下鋼筋腐蝕的補(bǔ)充措施。

另外，還可摻加高效減水劑。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，減小水灰比，使混凝土的總孔隙率，特別是毛細(xì)孔隙率大幅度降低。摻入高效活性礦物摻料，如硅灰、粉煤灰等，改善混凝土中水泥石的膠凝物質(zhì)的組成，使水泥石結(jié)構(gòu)更為致密，有效地阻斷可能形成的滲透通道，提高混凝土強(qiáng)度，增強(qiáng)混凝土自身抵抗環(huán)境侵蝕破壞的能力等。

要提高混凝土的耐久性，必須從抵抗力和作用力兩個(gè)方面人手。增加抵抗力就能抑制或延緩作用力的破壞。因此提高混凝土的強(qiáng)度和密實(shí)性常常有利于耐久性的改善，其中密實(shí)性尤為重要，因?yàn)榭卓p常是破壞因素進(jìn)入混凝土內(nèi)部的途徑，所以混凝土的抗?jié)B性和抗凍性密切相關(guān)。另一方面通過(guò)改善環(huán)境以削弱作用力，也能提高混凝土的耐久性。此外，還可采用外加劑，謹(jǐn)慎選擇水泥和集料，摻加聚合物，使用涂層材料等，來(lái)有效地改善混凝土的耐久性，延長(zhǎng)混凝土工程的安全使用期。

耐久性是一項(xiàng)長(zhǎng)期性能，而破壞過(guò)程又十分復(fù)雜。因此，要較準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)試及評(píng)價(jià)，還存在著不少困難?，F(xiàn)在只是采用快速模擬試驗(yàn)，對(duì)在一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)破壞因素作用下的一種或幾種性能變化。進(jìn)行對(duì)比并加以測(cè)試的方法還不夠理想，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一，對(duì)于破壞機(jī)理及相似規(guī)律更缺少深入的研究，因此到目前為止，混凝土的耐久性還難于預(yù)測(cè)。除了試驗(yàn)室快速試驗(yàn)以外，進(jìn)行長(zhǎng)期暴露試驗(yàn)和工程實(shí)物的觀測(cè)。從而積累長(zhǎng)期數(shù)據(jù)，將有助于耐久性的正確評(píng)定。