浅谈混凝土耐久性

2016-02-12陈天黎

质量探索 2016年6期

关键词：抗冻硫酸盐水灰比

陈天黎

西安科技大学建筑与土木工程学院；陕西西安 710600

浅谈混凝土耐久性

陈天黎

西安科技大学建筑与土木工程学院；陕西西安 710600

混凝土结构因耐久性不足所造成的直接和间接损失都很巨大。引起混凝土耐久性失效的是多种因素共同作用的结果，耐久性问题是一个十分重要也迫切需要解决的问题。因此，我们更需要从环境层次、材料层次、构件层次和结构层次对混凝土耐久性进行研究，进行正确的设计和严格的施工，这样，才能保证我国建筑事业蓬勃的发展。

耐久性；影响因素；提高措施

混凝土结构是国家基本建设中最广泛应用的结构形式。混凝土结构因耐久性不足所造成的直接和间接损失都很巨大，这在欧美经济发达的国家中已构成严重的财产负担；当前我国处于基本建设高峰期，如果忽视了混凝土耐久性问题，那么若干年后将会产生较多不良影响，势必制约我国经济整体健康快速发展。

1 混凝土耐久性的定义

混凝土的耐久性是其抵抗大气作用、化学侵蚀、磨损或其他劣化过程而维持其原有形状、质量和使用性能的能力。混凝土结构性能的劣化过程可以是物理作用或化学作用，但在实际工程中更多的是多种因素共同作用的结果。

2 影响混凝土耐久性的主要因素

2.1 冻融循环对混凝土耐久性的影响

冻融破坏是目前混凝土破坏的最主要原因之一，混凝土中的孔隙水或裂隙水受冻后膨胀，反复冻融会使混凝土崩裂并发展到表层剥落，钢筋外露甚至整体崩坏。冻融破坏属于物理作用，影响混凝土抗冻融能力的因素有混凝土引气量，渗透性，强度，水的饱和度。此外，集料约占混凝土体积的75%，集料引起的冻融破坏形式分两类：一是本身抗冻性差的集料，在冻结过程中，若处于饱水状态，且颗粒尺寸超过临界尺寸，则集料本身破裂；二是集料冻结时迁移的水，进入集料和水泥浆的界面，加剧混凝土的破坏，因此集料的抗冻性绝对不可忽略。

2.2 碱-集料反应对混凝土耐久性的影响

一般认为混凝土中的集料是惰性的。然而，在一定条件下，集料中的某些活性成分，尤其是硅质矿物，可能与混凝土空隙中的碱性溶液发生反应，反应生成的硅酸盐凝胶吸水膨胀，遇到周围已经硬化的混凝土会产生很大的膨胀压力，如果超过混凝土的抗拉强度，则使混凝土表面产生大量明显的裂缝。这种现象称为碱-集料反应。碱-集料反应引起的膨胀值与水泥中的氧化钠的含量密切相关，对于每一种反应性集料都可以找出单位混凝土含碱量与其反应膨胀量的关系。此外，混凝土的碱-集料反应膨胀量与反应性集料本身的特性有关，包括活性集料的含量，粒度和孔隙率等，在低和高含量的活性集料情况下，膨胀量都比较小，只有在一定含量的活性集料时，膨胀量才会比较大。由碱-集料反应产生的裂缝，使混凝土构件开裂区的配筋更容易受到腐蚀，是混凝土工程中的又一大问题。

2.3 硫酸盐对混凝土耐久性的影响

混凝土硫酸盐侵蚀破坏的实质是，环境中的硫酸盐离子进入其内部或内部本身的硫酸根离子和混凝土中的组分发生化学反应，生成一些难溶的盐类矿物而引起一系列物理化学破坏。这些难溶的盐类矿物一方面可形成钙矾石，石膏等膨胀性产物而引起混凝土膨胀，开裂，剥落和解体；另一方面也可以使硬化的混凝土中的CH和C-S-H等组分溶出或分解，导致混凝土材料强度和黏结性损失。混凝土本身的性能是影响混凝土抗硫酸盐侵蚀的内因，主要包括水泥的化学成分和矿物组成，混合材料的掺量、混凝土空隙含量及分布情况、水灰比、密实度以及外加剂等。影响硫酸盐侵蚀的外因主要有以下几个方面，一是侵蚀溶液中硫酸根离子的浓度，而是侵蚀溶液的温度，温度过高或过高都会影响侵蚀速率，三是侵蚀溶液的pH值，四是二价镁离子的影响，当硫酸根离子与镁离子共存时，比其他硫酸盐有更大的侵蚀作用，五是氯离子的影响，当侵蚀溶液中硫酸根离子与氯离子共存时，氯离子的存在显著缓解硫酸盐侵蚀破坏的程度和速率。六是环境条件，如干湿循环，冻融循环和连续浸泡等。混凝土受到硫酸盐侵蚀破坏，往往是多种因素综合作用的结果，因此在分析问题时，要采取系统分析的方法。

2.4 钢筋的锈蚀对混凝土耐久性的影响

开始时混凝土的碱性很高，其PH一般大于12.5，其中埋置的钢筋容易发生钝化作用，钢筋表面产生一层钝化膜，能够阻止钢筋的锈蚀。但当有二氧化碳，水汽，氯离子等介质通过孔隙从混凝土表面进入混凝土内部时，与混凝土材料中的碱性物质中和，就会导致混凝土的PH降低。当PH降低到一定程度时，混凝土中埋置钢筋表面的钝化膜被逐渐破坏，钢筋就会发生锈蚀。这样就汇导致混凝土保护层开裂、钢筋与混凝土之间黏结力破坏、钢筋受力截面减少、结构耐久性能降低等一系列不良后果。

3 提高混凝土耐久性的措施

3.1 提高混凝土抗冻能力

水灰比直接影响混凝土的孔隙率及孔隙结构，随着水灰比的

▲▲增大，混凝土的抗冻性降低，因此，要提高混凝土的抗冻性，首先要严格把握水灰比和水泥用量，各国对有抗冻要求的混凝土都有最大水灰比和最低水泥用量的限制。此外，通过引气剂引入气泡也可以提高混凝土抗冻性，引入气泡在提高混凝土抗冻性的同时，还会带来强度的降低，因此，必须要在耐久性和强度之间寻找最佳点。

3.2 防止碱-集料反应

水泥的碱含量，集料的活性及矿物成分等是影响碱-集料反应的重要因素，因此我们可以采取以下措施防止碱-集料反应，一是采用低碱水泥，当发现集料中含有能引起碱-集料反应的成分时，就应对反应使用的水泥碱度严格检查，并加以控制；二是使用非活性集料，如果对集料无选择余地时，可以在混凝土中掺用部分多孔轻集料以减少碱-集料反应的膨胀能量；三是使用掺和料降低混凝土的碱性，使用掺和料的混凝土不仅能够延缓或抑制碱-集料反应，对节约资源和保护环境也有重要意义，比较适合我国的国情；四是改善混凝土结构的施工和使用条件，保证混凝土结构的施工质量。

3.3 混凝土的保护层厚度

在我国的混凝土结构设计规范中，钢筋的混凝土保护层最小厚度一般均对纵向受力钢筋（主筋）而言，从耐久性的角度看，最外层的箍筋或分布钢筋应该最早受到侵蚀，箍筋的锈蚀可引起沿箍筋的混凝土开裂，而墙、板中分布筋的锈蚀除引起开裂外，还会发生保护层的成片剥落，既然耐久性设计主要以适用性作为使用寿命终结的极限状态，所以对保护层最小厚度的要求应同时适用于分布筋和箍筋。

3.4 采用防腐措施

工程中常用的防腐措施有传统的对混凝土施加保护的方法，如使用混凝土耐蚀剂、涂装防腐涂料来防止腐蚀介质侵蚀到钢筋表面，从而提高混凝土的耐久性，或者使用CPF浇筑混凝土，使表层混凝土水灰比减少，混凝土更加密实，氯离子扩散系数和表面氯离子浓度都得到降低，可将氯离子活化钢筋开始锈蚀的时间大大延长。此外，也有新型防腐措施，如钢筋的阴极保护、使用环氧涂层钢筋等措施都能够提高混凝土的耐久性。