混凝土結(jié)構(gòu)耐久性探析

摘要：本文從工程角度分析了混凝土耐久性問題，并總結(jié)了提高混凝土耐久性的幾點(diǎn)措施

關(guān)鍵詞：耐久性堿-集料反應(yīng)腐蝕高性能砼

1混凝土工程中的耐久性問題

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，混凝土耐久性問題已引起了各主管部門和廣大設(shè)計(jì)，施工部門的重視。

曾有調(diào)查表明，國(guó)內(nèi)大多數(shù)工業(yè)建筑在使用25-30年后即需大修，處于嚴(yán)酷環(huán)境下的建筑物的使用壽命僅15-20年，橋梁，港口等基礎(chǔ)設(shè)施工程尤其嚴(yán)重。許多工程建成后幾年就出現(xiàn)鋼筋銹蝕，混凝土開裂。有專家指出，我國(guó)大干基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)的高潮還需延續(xù)，而由于忽視耐久性問題，迎接我們的還會(huì)有大修的高潮，其耗費(fèi)將倍增于工程建設(shè)時(shí)的投資。而其原因卻往往是由于混凝土耐久性不足引起的。

2混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題的分析

混凝土耐久性問題，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。即所為的耐久性失效，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。

2.1混凝土的凍融破壞

當(dāng)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。

混凝土的抗凍性能與混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)和氣泡含量多少密切相關(guān)?？自缴僭叫?，破壞作用越小，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。

2.2混凝土的堿-集料反應(yīng)

混凝土的堿-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，水份。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：一，盡量避免采用活性集料；二，限制混凝土的堿含量；三，摻用混合材。

2.3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SO42-離子深入混凝土內(nèi)與水泥組分反應(yīng)，生成物體積膨脹開裂造成損壞；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。

2.4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即鐵銹，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)一步開展，混凝土保護(hù)層剝落，最終使構(gòu)件失去承載力；其三，鋼筋在拉應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)共同作用下形成的脆性斷裂，這種破壞可在較低拉應(yīng)力和微弱介質(zhì)作用下產(chǎn)生破壞；其四，鋼筋的氫脆現(xiàn)象，即預(yù)應(yīng)力筋在酸性與微堿性的介質(zhì)中發(fā)生脆性斷裂，鋼筋在腐蝕過程中會(huì)產(chǎn)生少量氫氣，當(dāng)鋼筋內(nèi)部存在缺陷，氫以原子形式滲入鋼筋內(nèi)部并生成氫分子時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大壓力，出現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象，使鋼筋脆化。

提高混凝土耐久性的措施

從上述分析可知，混凝土的外部環(huán)境，內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，原料，密實(shí)度和抗?jié)B性是混凝土耐久性能的重要因素．因此，工程中應(yīng)根據(jù)具體情況，有針對(duì)性地采取相應(yīng)措施，提高混凝土的耐久性。

3.1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。即近年來發(fā)展的高性能混凝土。

3.2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裂寬度。

3.3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^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。

3.4結(jié)構(gòu)的日常維護(hù)

結(jié)構(gòu)在使用階段，應(yīng)注意檢測(cè)，維護(hù)和修理，對(duì)處于露天和惡劣環(huán)境下的基礎(chǔ)設(shè)施工程更應(yīng)如此，建立檢測(cè)和評(píng)估體系，及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)修理，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的正常使用。

參考文獻(xiàn)

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3,《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性》---金偉良趙羽習(xí)著科學(xué)出版社北京2002年9月第一版ISBN7-03-010748-9

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6,《建筑混凝土》----張承志主編化學(xué)工業(yè)出版社材料科學(xué)與工程出版中心2003年5月第一版ISBN7-5025-3157-2/TU.5