混凝土结构耐久性及其控制措施的探讨

张兴亮 张 静

(1 淮南职业技术学院工程管理系 安徽淮南 232001；2 九江学院理学院 江西九江 332005)

在混凝土结构的设计中，耐久性是一项重要的设计指标。在结构所处的外界条件下，混凝土能承受各种不利影响而长期保持其良好的力学性能，并确保混凝土结构不需要加固处理而保持结构安全正常使用[1]。在不同复杂因素的长期作用下，混凝土和钢筋材料出现劣化而引起其各种性能逐渐衰减，导致混凝土结构及其构件逐渐丧失承载力而失效的过程。混凝土结构的耐久性在其整个服役过程中起着关键性的作用，结构耐久性不足可造成非常严重的后果。美国混凝土工程中每年用于维修和重建的费用非常昂贵[2-4]。因混凝土结构的耐久性问题而造成出现大量的工程事故和花费巨额的维修费用，由此可见，混凝土结构的耐久性研究是关系到国计民生重大课题[5-6]。

1 影响混凝土耐久性因素

由于影响混凝土结构材料性能劣化的因素比较复杂，其规律不确定性很大，混凝土结构在耐久性问题可分为外因和内因两个方面的问题，即结构所处环境和混凝土材料方面的问题。

1.1结构所处环境方面的问题

1.1.1 干湿交替的环境 在室内潮湿、室外露天、地下水浸润、水位变动的干湿交替的环境下，由于水和氧的反复作用，容易引起钢筋锈蚀和混凝土材料劣化，尤其长期受到水作用的混凝土结构，可能引发不良的化学反应——碱硅反应。

混凝土中的高含碱量、粗细骨料中相当数量的活性成分和潮湿环境都是发生碱硅反应的条件，缺一不可。破坏形式主要有两种：碱—碳酸盐反应和碱—硅酸反应。因碱硅反应反应时间较为缓慢，短则几年，长则几十年才能被发现。

1.1.2 严寒和寒冷的环境 在严寒和寒冷的环境下，由于冰冻和冻融循环作用，钢筋出现低温冷脆性，混凝土出现冻融损伤。在环境温度不断地升降的交替作用下，混凝土因孔隙中的溶液冻融而产生破坏，这种破坏虽然属于混凝土微观结构损伤，但它积累到一定的程度会造成混凝土出现宏观破坏。破坏的前期是混凝土强度降低，弹性降低，接着是混凝土由表及里的剥落。

1.1.3 近海海风、盐渍土及使用除冰盐及海水的环境 游离的氯离子使钢筋表面的钝化膜破坏，使钢筋具备了锈蚀的条件。在近海海风、盐渍土及使用除冰盐的环境下，地下结构、北方城市冬季依靠喷洒盐水消除冰雪而对立交桥、周边结构及停车楼，都可能造成钢筋腐蚀的影响。

1.1.4 受人为或自然侵蚀性物质影响的环境 硫酸盐侵蚀在混凝土建筑中，是一种最广泛的化学侵蚀形式。混凝土中的成分能与很多物质发生化学反应，可导致混凝土性能发生退化。其中硫酸盐对混凝土的侵蚀是最广泛、最普遍的一种。硫酸盐如硫酸钾、硫酸钠、硫酸钙、硫酸镁等可溶性硫酸盐，广泛存在于某些地下水中，如粘土含量较高的土壤中、海水中、工业废料(如矿渣、尾矿)所处地区的地下水中。化学工业如纤业、制盐、肥皂工业等排出的污水也含有硫酸盐。混凝土冷却塔用水由于蒸发而产生的硫酸盐逐渐积累，硫酸盐对混凝土有侵蚀作用。其侵蚀作用的结果会产生两种不利影响：①破坏水泥在水化作用中的粘聚性，从而严重影响混凝土的力学性能；②导致混凝土产生膨胀裂缝，增加了混凝土的渗透作用，加速了混凝土力学性能地下降。众所周知，混凝土具有强碱性，因此会经常遭受酸性物质的作用，例如，潮湿的空气与工业废气中含有的酸性气体相互作用的产物对混凝土侵蚀，从而使混凝土丧失强度。

1.2混凝土材料方面的问题

影响混凝土耐久性的主要因素有混凝土的水胶比、强度等级、氯离子含量和碱含量。近年来，水泥中多加入不同的掺合料，例如，粉煤灰、矿粉、硅灰、沸石粉之类有水硬性或潜在水硬性、火山灰性或潜在火山灰性材料，但不包括石粉，有效胶凝材料含量不确定性较大。实践表明，合理的水胶比对混凝土的耐久性有重要意义。过高的水胶比会降低混凝土密实度，抗侵蚀能力差，降低了混凝土的耐久性；而过少的胶凝材料用量对混凝土的强度和工作性能不利。

混凝土强度等级反映了其密实度而影响耐久性。混凝土强度等级愈高，则硬化的混凝土孔隙率小，水泥与级配良好的骨料间的黏结力大，密实性好。

混凝土的原材料中高含氯，例如海水、海砂或氯的外加剂等，氯离子对钢筋容易造成锈蚀；碱含量对钢筋表面生成钝化膜，而对混凝土容易造成碱骨料反应。

2 混凝土耐久性控制措施

2.1 结构表面采用保护层

对混凝土结构及其构件表面采用保护层的防护措施，可以改善混凝土表面的小环境，是一种能提高耐久性的有效措施。例如，对于重要性等级为一级的混凝土结构，其保护层厚度是重要性等级为二级的1.4倍；当混凝土表面采用有效的保护措施时，其保护层的厚度可以按规定适当地减小。当混凝土结构中有施工缝时，不得影响结构的耐久性。

2.2 预防钢筋锈蚀的措施

常用的方法有浇注混凝土时不加有腐蚀作用的原材料，例如海砂、含氯外加剂。混凝土中的钢筋有足够厚度的保护层，并将控制混凝土的裂缝在一定范围内，可以减少氯离子、二氧化碳等有害物质到达钢筋表面。水泥混凝土表面涂层或聚合物浸渍、钢筋表面涂层等，这样主要通过设置致密层切断氯离子或其他侵蚀介质到达钢筋表面的路径从而达到防止钢筋腐蚀的目的。有腐蚀作用的钢筋混凝土构件，钢筋混凝土构件需作防护处理。

2.3改变结构形式及其他措施

对于某些露天环境中的悬臂构件，如不采取有效防护措施，则不宜采用悬臂板的结构形式，而宜采用梁-板结构；室内正常环境以外的预埋件、吊钩等外露金属容易引导锈蚀，宜采用内埋式或采取有效的防锈措施，如采用阻锈剂、不锈钢筋和阴极保护等方法。

3 结束语

综上所述，混凝土结构的耐久性与外界环境和材料等多种影响因素有着密切的联系，要解决混凝土的耐久性问题需要进行多方面的工作。因此，在混凝土结构的设计中，耐久性应从环境、材料等多方面进行综合考虑来保证。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部. GB50010-2010混凝土结构设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社，2010.

[2]Rodríguez P，Ramírez E，González J A. Methods for studying corrosion in reinforced concrete[J]. Magazine of Concrete Research: Natural Science Edition， 1994，46(167):81.

[3]Allyn Jr M，Frantz G C. Corrosion test with concrete containing salt of alkenyl substituted succinic acid[J].ACI Materials Journal: Natural Science Edition，2001，98(3):224.

[4]Vaysbrd A M，Emmons P H. How to make today’s repairs durable for tomorrow-corrosion protection in concrete repair[J]. Construction and Building Materials: Natural Science Edition，2000，14(4):24.

[5]Basheer L，Basheer P M，Long A E. Influence of coarse aggregate on the permeation durability and the microstructure characteristics of ordinary Portland cement concrete[J]. Construction and Building Materials: Natural Science Edition， 2005，19(9):628.

[6]金伟良，吕清芳，赵羽习，等. 混凝土结构耐久性设计方法与寿命预测研究进展[J]. 建筑结构学报，2007，28(1)：7.