孔繼飛

摘要：耐久性是混凝土結(jié)構(gòu)功能之一。隨著生活水平的逐漸提高，人們對建筑的安全性、耐久性要求也越來越高。不久前，北京市開展的開展的保障性住房百年住宅標準的課題研究也表明耐久性問題引起了業(yè)內(nèi)的普遍重視。在建設項目的設計過程中，必須重視耐久性問題，只有明確耐久性的相關要求和存在的問題，找出設計過程中的關鍵點和難點。才可以制定科學合理的設計方案。

關鍵詞：高性能;混凝土;耐久性

1 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性

混凝土結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用年限內(nèi)，除應具有足夠的強度和能安全地承受設計荷載外，還應具有在所處的自然環(huán)境和使用條件下，長期保持正常使用性能和外觀完整性的能力。混凝土結(jié)構(gòu)耐久性分為材料的耐久性和結(jié)構(gòu)的耐久性兩個方面。

混凝土材料的耐久性包括抗?jié)B性、抗凍性、抗堿骨料反應、抗腐蝕等幾個方面。影響混凝土耐久性的因素可分為內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素包括混凝土的水膠比，雜質(zhì)含量，鋼筋保護層厚度，外加劑不當或錯誤，振搗不密實或外觀疵病缺陷等;外部因素即外部環(huán)境影響包括：（1）鋼筋被有害氣體、液體腐蝕;（2）混凝土碳化;（3）凍融循環(huán)、溫濕變化;（4）堿-骨料反應;5.物理性損害（磨損、風蝕）等。其中，混凝土的碳化，堿-骨料反應和鋼筋的腐蝕對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性影響最大，必須采取相應的預防措施。

2 當前我國建筑工程結(jié)構(gòu)耐久性存在的問題

相關調(diào)查表明，國內(nèi)大多數(shù)工業(yè)建筑物在使用25～30年后即需大修，處于惡劣環(huán)境下的建筑物使用壽命僅15～20年。民用建筑和公共建筑的使用環(huán)境相對較好，一般可維持50年以上，但陽臺、雨蓬等露天構(gòu)件的使用壽命通常僅在30年左右。

筆者于2010左右參加了中小學校舍安全工程，曾對大量的既有校舍進行了抗震鑒定和加固工作，在現(xiàn)狀現(xiàn)場踏勘中發(fā)現(xiàn)，建于上世紀八十年代的校舍，處于室內(nèi)環(huán)境的混凝土構(gòu)件外觀基本良好，但處于室外環(huán)境的外走廊梁柱、雨蓬、欄板等混凝土構(gòu)件多數(shù)存在下列情況的一項或多項：混凝土龜裂或酥松，漏筋或鋼筋腐蝕嚴重，存在過大裂縫等。另外，施工管理和施工水平也是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素。筆者在一個加固工程中發(fā)現(xiàn)，揭開樓面裝修層發(fā)現(xiàn)，板面沿梁邊存在明顯的通長裂縫，經(jīng)向原施工單位了解后判斷，此裂縫是施工時搶工期而過早拆除模板造成的。

3 混凝土耐久性設計影響因素

3.1 環(huán)境影響作用

環(huán)境是影響混凝土使用性能的關鍵因素。所以，在進行混凝土結(jié)構(gòu)設計的過程中，應完全考慮建筑物周圍環(huán)境的具體情況，避免給混凝土結(jié)構(gòu)帶來影響?；炷敛牧陷^其他材料不同的是：其若長期處于特殊的環(huán)境下，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)就會伴隨著時間的增加而出現(xiàn)改變，以此會給整個混凝土結(jié)構(gòu)帶來影響。因此，為了進一步提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，延長建筑工程的使用壽命，需結(jié)合環(huán)境條件，對混凝土結(jié)構(gòu)做出科學設計，確保充分地發(fā)揮出混凝土結(jié)構(gòu)的應用優(yōu)勢。

3.2 混凝土的碳化反應

在一般的硅酸鹽水泥混凝土中，水泥熟料的主要礦物成分包括以下幾種，分別是硅酸鹽三鈣、硅酸鹽二鈣、鋁酸三鈣以及石膏等等，而水化產(chǎn)物則主要為水化硅酸鈣和氫氧化鈣兩種，充分水化之后混凝土空隙水溶液為氫氧化鈣飽和溶液，PH值為12-13，呈現(xiàn)出堿性‘而外部環(huán)境當中酸性氣體二氧化碳或者液體隨時會侵入到混凝土當中，和水泥熟料中的堿性物質(zhì)發(fā)生碳化反應，混凝土中的PH值就會出現(xiàn)下降的趨勢。關于如何有效阻止混凝土碳化反應的出現(xiàn)或者有效減緩混凝土碳化的反應程度，筆者提出以下兩個方面的建議：

首先，加強環(huán)保意識，減少工業(yè)殘渣和廢料的排放。外界環(huán)境中二氧化碳的含量是非常高的，混凝土的碳化反應幾乎是沒有辦法完全阻止的。但是，我們可以盡全力去控制好人為因素影響下產(chǎn)生的二氧化碳排放量，其中，最主要的便是控制好工業(yè)化廢料和殘渣的排放量，控制好二氧化碳的濃度的增加，強化環(huán)保意識，進而有效控制混凝土碳化現(xiàn)象的產(chǎn)生。

其次，提高混凝土的強度和密度。在水泥水化的過程當中，混凝土內(nèi)部會產(chǎn)生非常多的孔隙、氣泡以及毛細管等等，外部環(huán)境中的二氧化碳便會通過這些孔隙、氣泡以及毛細管等深入到混凝土的內(nèi)部，并且在混凝土的內(nèi)部擴散開來，與混凝土孔隙、氣泡以及毛細管當中的液體發(fā)生化學反應，最終生成碳酸鈣鹽，這就很有可能造成原反應物體積發(fā)生膨脹，其中PH值也會隨之降低，而混凝土的膠凝孔隙和一部分孔隙被碳化的產(chǎn)物發(fā)生堵塞，混凝土的強度和密度會隨之提高很多，這就在很大程度上減輕了二氧化碳的擴散情況，在一定程度上阻止了碳化反應的發(fā)生。

3.3 鋼筋銹蝕

混凝土具有較強的堿性，而導致這一性能出現(xiàn)的主要原因為：混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)含有大量的氫氧化鈣飽和溶液，導致鋼筋表面產(chǎn)生致密的鈍化膜，以此就可以實現(xiàn)對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有效保護。但是，一旦混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)和空氣中的水分或者二氧化碳結(jié)合時，其就會發(fā)生相應的中和反應，降低了混凝土結(jié)構(gòu)的堿性，因此也就缺乏了對鋼筋結(jié)構(gòu)的保護，導致鋼筋隨著時間的增長，逐漸出現(xiàn)銹蝕的情況[2]。

3.4 壽命設計

建筑混凝土材料的使用不是一勞永逸的，而是具有一定的壽命。所以，通常在設計混凝土結(jié)構(gòu)的過程中，一般都會進行壽命設計，并將其主要分為：使用壽命、預期使用壽命以及設計使用年限等許多的種類。

4 提高高性能混凝土耐久性的方法

4.1 明確混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計目標

要想增強混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，就應首先明確混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的設計目標，采用合理有效的耐久性設計方法，以便科學的提高建筑混凝土的結(jié)構(gòu)強度，確保能夠延長混凝土的使用壽命。因此，在具體設計時，應選擇合適的混凝土材料，并結(jié)合建筑工程周圍的施工環(huán)境和使用年限等因素，科學地分配原材料的比例，這樣才能有效地增強混凝土使用的耐久性。倘若混凝土結(jié)構(gòu)具體應用環(huán)境的溫度較低，就應根據(jù)每年凍融次數(shù)來科學地應用引氣劑，這樣才能有效地滿足建筑工程的實際居住需求。隨著使用時間的不斷增加，混凝土結(jié)構(gòu)會受外界環(huán)境的影響，而發(fā)生相應的化學侵蝕反應，此時就可采用環(huán)氧涂層確保提高整個建筑工程的抗腐蝕性能。此外，對于不同的環(huán)境，應建立不同的混凝土結(jié)構(gòu)設計方案，合理地選擇混凝土結(jié)構(gòu)的保護層，并設置合理的排水結(jié)構(gòu)，以此來有效地實現(xiàn)對混凝土結(jié)構(gòu)的合理保護。

4.2 混凝土保護層厚度

化學離子的攝入和擴散，需要一定的時間，而且與本身的濃度有關，在一定程度上來說，還與混凝土保護層本身的厚度有關。因此，要想有效維護混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，可以結(jié)合國內(nèi)外相關的研究結(jié)果，根據(jù)國家相關標準和要求來提高混凝土的保護層厚度，這樣能夠避免那些化學離子在短時間內(nèi)就能夠到達混凝土結(jié)構(gòu)。

4.3 水泥品種和骨料

施工團隊在選擇水泥品種和骨料的時候，必須要對品種和材料做深入的評估，而且要針對不同的影響因素去選擇適合的品種。目前經(jīng)過多次試驗所得，國內(nèi)施工團隊大多會選擇那些低堿度，低需水量的水泥材料。而且還需要選擇那些雜質(zhì)含量較少的，頂配的骨料，這樣能夠有效減小水泥結(jié)構(gòu)之間的空隙。

4.4 配合比

施工團隊必須要選擇合適的配合比，將水泥用量，以及水分之間形成科學合理的配比，這樣能夠有助于形成一定的骨料來填補結(jié)構(gòu)之間的空隙，如果配合比過大或者過小，可能會導致這些材料降低使用性能。

4.5 外加劑

在施工的過程當中，還可以采用一些有效的外加劑。比如常見的防銹劑，就是針對鋼筋結(jié)構(gòu)，容易產(chǎn)生生銹和腐蝕現(xiàn)象所研發(fā)而出的一種試劑，施工人員采用這種外加劑可以有效加強鋼筋混凝土本身的預應力穩(wěn)定性能。除此之外，還需要加強對施工過程的控制和管理，根據(jù)實際情況，合理運用一些外加試劑和設備。而且需要加強操作人員的規(guī)范意識和自覺意識，讓他們能夠從設計階段到施工階段，以及管理環(huán)節(jié)都能夠落實，增強預應力穩(wěn)定性能的措施。

4.6 嚴格控制施工環(huán)節(jié)

（1）高性能混凝土通常具有高敏感性，對材料溫度的變化極為敏感，所以需要分別進行夏季和冬季配合比設計，根據(jù)季節(jié)及氣溫變化情況確定配合比參數(shù);在施工中，應根據(jù)外界氣溫變化情況適時增減外加劑摻量，既要避免高溫時出現(xiàn)混凝土坍落度損失過大，又要避免氣溫出現(xiàn)突降并維持一段時間后出現(xiàn)混凝土離析現(xiàn)象。（2）嚴格控制水泥中的C3A含量，降低混凝土早期水化熱，減少混凝土微觀裂紋及受力裂縫，確?；炷聊途眯詽M足要求。（3）嚴格控制骨料的含泥量及石粉含量，以達到降低混凝土骨料比表面積的目的。（4）針對前文提到的微觀裂紋產(chǎn)生的機理，應該從減緩膠凝材料的初期水化速率、降低芯部與周邊及外界環(huán)境的溫度差、降低芯部與周邊的硬化速率差及收縮速率差等環(huán)節(jié)著手予以解決。（5）粉煤灰的需水量比對混凝土的工作性、耐久性具有重大影響，所以“需水量比”指標應盡量控制在下限。（6）對砂、石堆場及拌合用水進行遮蓋保溫處理，避免溫度出現(xiàn)驟變;夏季進行混凝土拌合施工時，可將冰塊破碎后加入拌和用水中，以降低拌合用水溫度;新進場水泥的溫度通常較高，可將水泥靜置幾晝夜后再使用。（7）嚴格控制混凝土拌和時間，一般以180s為宜。（8）夏季施工時，盡量在氣溫較低時進行混凝土澆筑施工，混凝土入模溫度應滿足設計及相關規(guī)范要求，針對大體積混凝土，應采取有效的降溫措施。（9）施工中盡量保持混凝土坍落度穩(wěn)定，保證混凝土拌合物的均質(zhì)性。（10）混凝土表面龜裂通常是收縮應力引起，解決措施是加強混凝土覆蓋養(yǎng)護;連續(xù)貫穿的裂紋通常是由溫度應力引起的，解決方法針對大體積混凝土采取有效降溫措施，同時加強養(yǎng)護，減少構(gòu)件芯部與構(gòu)件表面及外界的溫差。（11）在進行混凝土澆注作業(yè)時，應采用多點澆筑，在墩柱和現(xiàn)澆梁腹板施工時，應增加串筒等混凝土減速裝置，避免將混凝土直接噴射在鋼筋上，造成骨料和漿液離析情況，從而影響混凝土構(gòu)件的均質(zhì)性。

4.7 強化施工質(zhì)量的標準體系

企業(yè)在經(jīng)營和發(fā)展中制訂的相應規(guī)章制度是企業(yè)不斷深化發(fā)展的重要基礎和方針，在企業(yè)進行建設的過程中能有章可循，在既定范圍內(nèi)有效提升工程建筑的質(zhì)量。那么企業(yè)在進行房屋建筑工程建設的施工過程中能建立健全的監(jiān)督管理機制，保證工程運行下能得到制度上的指導。進而在工程推進中能保障各個工作環(huán)節(jié)的有效銜接。工作人員應將責任感貫徹落實在自身的工作內(nèi)容中，不斷踐行和完善自身的工作方式方法，保證工作能順利完成[3]。

4.8 全面實施人才培養(yǎng)機制

混凝土工程建設過程中出現(xiàn)的大量問題，基本都是混凝土工程中人才技術缺失造成的，進行有效的工程設計和質(zhì)量優(yōu)良的工程建設，需要強大的人才基礎支撐。因此，工程建設單位應保證在進行建設的過程中具備完善的人才基礎。在工程建設中發(fā)揮老員工的工作經(jīng)驗，進而對新員工進行相應的幫助和指導，逐漸建立完善的工作團隊，保障在工作環(huán)節(jié)技術的穩(wěn)定實施。企業(yè)也應積極吸引具有專業(yè)能力和專業(yè)素養(yǎng)的新員工參與工作，給予企業(yè)發(fā)展一定的新鮮血液，增強企業(yè)建設的活力和能動性。

5 結(jié)語

綜上所述，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性能的強弱在很大程度上影響著整體建筑的質(zhì)量，相關部門和人員必須要高度重視起混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能，要加大對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究力度，全面提升混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能。

（作者單位：中國建筑土木建設有限公司? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?中土木（北京）技術檢測有限公司）