提高混凝土结构的耐久性措施探讨

2012-12-28王江清

中国新技术新产品 2012年11期

王江清

（厦门市湖里区建设工程质量安全监督站，福建厦门 361000）

1 混凝土发生耐久性失效的原因

影响结构耐久性的因素很多，可分为内在因素和外在因素两大类。内在因素主要为结构的设计形状和构造型式、钢筋保护层厚度和直径的大小、选用的水泥和骨料种类、混凝土的水灰比和密实度、外加剂类型、浇筑和养护的施工工艺等，外在因素主要指环境因素，包括冷热、干湿、冻融循环、化学介质侵蚀、磨损破坏、疲劳等诸多方面。而混凝土的耐久性破坏因素表现形式主要有混凝土的混凝土渗透破坏、冻融破坏、侵蚀性介质的腐蚀、混凝土的碳化、混凝土中的碱骨料反应及钢筋的锈蚀等。

1.1 混凝土渗透破坏

混凝土耐久性的决定因素主要是混凝土的渗透性。混凝土是一种具有一定渗透性的材料，环境中的有害介质很容易通过表层混凝土的孔洞、裂缝进入混凝土内部与混凝土中的成分发生化学反应，破坏混凝土的结构，从而导致混凝土建筑整体出现耐久性问题。其中有三种与耐久性有关的流体可能进入到混凝土基体内部：纯水、带有侵蚀性离子的水和气体（如二氧化碳、氧气、二氧化硫等）。这些流体可以以不同的方式在混凝土基体中移动，移动的方式主要取决于混凝土的渗透性，混凝土的耐久性在很大程度上取决于这些液体或气体进入其内部的难易程度。

1.2 混凝土冻融破坏

混凝土是由水泥砂浆及粗骨料组成的毛细孔多孔体。在拌制混凝土时为了得到必要的和易性，一般加入的拌和水总要多于水泥的水化水。这部分多余的水便以游离水的形式滞留于混凝土中形成连通的毛细孔，并占有一定的体积。这种毛细孔中的自由水就是导致混凝土遭受冻害的主要内在因素。当处于饱和状态的混凝土受冻时，其毛细孔壁同时承受膨胀压及渗透压两种压力。当这两种压力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会开裂。在反复冻融循环后，混凝土中的裂缝会互相贯通，其强度也会逐渐降低，甚至完全丧失，导致混凝土结构由表及里遭受破坏。

1.3 碱骨料反应

碱骨料反应一般是指混凝土微孔中的碱溶液和骨料中的活性矿物发生反应，生成碱硅胶或粘土质集料。这种生成物会吸收微孔中的水分，发生体积膨胀，在周围水泥浆已硬化的情况下形成一定的膨胀压力。但该压力超过水泥浆抗拉强度时，就会引起混凝土开裂，使混凝土结构发生破坏，发展严重的只能拆除，无法补救，被称为混凝土的癌症。引起碱骨料反应主要因素是混凝土凝胶中有碱性物质，其次是骨料中含有活性骨料，活性骨料是碱骨料反应的必需反应物之一，第三是水或潮湿环境，水是碱骨料反应发生的必要条件之一。

1.4 混凝土的碳化

混凝土碳化是指混凝土内部水泥石中氢氧化钙与空气中的二氧化碳，在温度相宜时发生化学反应而产生碳酸钙和水，也称混凝土的中性化。碳化使混凝土的碱性降低。当碳化达到钢筋表面，并使钢筋表面的pH值降低到10以下时，混凝土将失去对钢筋的保护作用，钢筋表面的钝化保护膜开始破坏。当有水和氧存在时钢筋开始锈蚀，因此混凝土碳化是大气环境中钢筋锈蚀的前提条件。

1.5 钢筋锈蚀

钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土耐久性损伤的重要因素,也是混凝土结构耐久性破坏的主要形式。钢筋的锈蚀，其一表现为钢筋在外部介质作用下发生电化反应，逐步生成氢氧化铁等即铁锈，其体积比原金属增大2～4倍，造成混凝土顺筋裂缝，从而成为腐蚀介质渗入钢筋的通道，加快结构的损坏。其二，氯离子对钢筋表面钝化膜有特殊的破坏作用。当混凝土中氯含量超过标准时，钢筋会锈蚀，而水和氧的存在是钢筋被腐蚀的必要条件。其三，钢筋在拉应力和腐蚀性介质共同作用下形成的脆性断裂，这种破坏可在较低拉应力和微弱介质作用下产生破坏。

1.6 侵蚀性介质的腐蚀

当混凝土结构处在有侵蚀性介质作用的环境时，会引起水泥石发生一系列化学、物理与物化变化，而逐步受到侵蚀，严重的使水泥石强度降低，以至破坏。常见的化学侵蚀可分为淡水腐蚀，一般酸性水腐蚀，碳酸腐蚀，硫酸盐腐蚀,镁盐腐蚀等五类。

2 提高混凝土耐久性的措施

通过前文对影响混凝土结构耐久性几方面因素的分析。结合现有的施工经验，现从材料、设计、施工、日常维护等几个方面探讨提高混凝土结构耐久性的措施。

2.1 合理选择混凝土材料和配合比

合理选择混凝土配合比可从以下几方面入手：

2.1.1 合理选择水泥品种和混凝土的骨料，在一般环境条件下，宜选择低水化热和低含碱量低于0.6%的水泥，不宜选择早强水泥。混凝土的骨料除要求质地坚硬和有足够的强度外，还必须具有稳定的物理和化学性质。

2.1.2 控制水胶比和水泥用量。控制水胶比是为了减少混凝土拌和物凝结后多余的水溢出所产生的毛细孔道和孔隙、减小混凝土的渗透性、防止冻融破坏。控制水泥用量也是为了保证混凝土的密实性，从耐久性的角度，应优化混凝土配合比，确定最佳水泥用量和水胶比。

2.1.3 选用优质掺和料，配置高耐久性混凝土，掺加部分粉煤灰或细磨矿渣或硅灰是配置高耐久性混凝土必不可少的组分。这可以减少水泥用量，改善混凝土中细微颗粒的级配，提高浆体和界面的致密性；改善混凝土拌和物的施工性能；降低混凝土内部由于水泥水化热而产生的温升；调整混凝土内部实际强度的发展。这些对提高混凝土的密实度和抗渗性有极好的作用。另外，掺某些混合材料可缓解、抑制混凝土的碱骨料反应，如掺5%～10%的硅粉，掺粉煤灰等也能有效抑制碱骨料反应。

2.1.4 选择性能良好的外加剂，提高混凝土的密实性，减少混凝土的渗透性可以提高混凝土的抗侵蚀能力。混凝土的渗透性决定水及侵蚀性液体或气体渗入的速率。同时，减少混凝土的渗透性也能抑制水泥浆体中的毛细传递作用。因此，渗透性与混凝土的耐久性有着最为密切的关系，大幅度提高混凝土的抗渗性是改善其耐久性的关键。

2.2 合理的结构设计和构造设计

结构设计应保证有足够的混凝土保护层厚度。混凝土的高碱性可使钢筋表面形成致密的钝化膜，对钢筋有良好的保护作用。混凝土保护层可以阻止外界侵蚀介质、氧气和水分的渗入，保护作用的效果与混凝土的密实度和保护层的厚度密切相关。合理地设计结构及构造。对易于发生耐久性问题的结构或构件部位，在设计中应通过合理的结构设计和合理的构造措施予以克服。例如，使建筑物利于排水，以保证混凝土的干燥，合理进行结构布置以及地基处理，减少建筑物不均匀沉降造成的裂缝等。在侵蚀性介质（包括酸、碱、硫酸盐、压力流动水等）中的混凝土，采用高性能混凝土，也可以增设混凝土防水层、防腐涂料外涂层等保护措施，提高混凝土结构耐久性。

2.3 加强混凝土结构施工质量控制和管理

在施工过程中，质量控制与评估将是重中之重。主要涉及到钢筋制作安装、混凝土成型质量、养护、保护层厚度等方面。

2.3.1 钢筋工程质量的控制

首先从钢筋工程加强质量控制，我们在普通房建中，往往重视钢筋数量、钢筋型号、钢筋构造等结构安全质量控制的关键点，而忽视了钢筋保护层检查。工程上，常常将垫块等辅料承包给劳务施工队伍，而这样的辅料质量经常被忽视，最常见的就是塑料垫块，劳务队伍为节约成本，加上我们轻视这样的小东西，会选择一些质量较差的垫块，但在实际使用过程中，即使是质量较好的塑料垫块，经过钢筋与模板的挤合，变形严重，完全不能达到设计保护层厚度要求，这就是我们常常在成型混凝土表面可以看见明显的钢筋纹路。因此，推荐选用强度高，易于操作的垫块材料，如砂浆垫块等，强度高，施工方便，按照方案要求间距进行安装，做好把好模板预检关，可以确实保证钢筋保护层厚度。

2.3.2 混凝土成型质量的控制

混凝土应拌和充分，现场施工时需要保证工作性能良好，振捣密实，同时要十分重视结构的外观质量，避免出现露筋、空洞、裂隙、夹渣，蜂窝、麻面、砂斑、砂线等各种内外缺陷。这些缺陷可使有害介质进入混凝土内部，降低结构耐久性。因此，严格控制混凝土的成型质量，是确保混凝土良好的密实性和外观质量的重要环节。

2.3.3 加强混凝土养护工作

混凝土养护必须足够重视，养护方法上必须可以保水，夏季气温高表面水很快就蒸发掉，建议专门成立养护小组负责进行构件养护，建立养护台帐，确保养护时间，即使上部结构继续施工，下部也可创造条件进行养护，建议采取覆盖补水养护的方法，确保养护效果。顶板一般采用木模板，木模板浇筑完成后会吸收一定水分，然后在养护过程中慢慢释放一部分，可以收到良好的养护效果，而且模板对构件表面进行部分脱水处理，还能降低构件表面水灰比，控制裂缝产生。经验表明，梁底、板底采用木模板体系，拆模后，成型效果良好，影响梁板观感质量的关键因素在于模板安装的质量。