浅谈混凝土耐久性影响因素及提高措施

2016-08-02张俊强刘志超

卷宗 2016年5期

张俊强刘志超

摘要：随着我国人口不断增长，城镇化规模不断增加，各类混凝土建筑物的数量急剧增长，但其使用寿命却只有三十年左右。因此，可持续发展背景下对混凝土耐久性的要求将越来越高。本文在对国内外混凝土耐久性研究相关成果进行分析归纳的基础上，介绍了影响混凝土耐久性的主要因素及提高措施。

关键词：混凝土；耐久性；影响因素；措施

混凝土是一种优质的建筑材料，但混凝土并不一定耐久，混凝土构造物过早劣化，正常使用寿命低于设计年限或花费在加固维修的费用远远超出正常的养护费用。近年来，这些情况在我国各地屡屡出现，每年给国家带来巨大的经济损失。究其原因，是因为我们对耐久性的关注不够，虽然近十几年来我国混凝土研究领域的技术人员不断对混凝土耐久性进行研究，但因为混凝土构造物的耐久性在设计、施工、检测、养护中每一个环节都不能忽略，而长期以来，设计人员、施工人员都是着重于构造物的结构强度，对耐久性仅有兼顾甚至于忽略。

1 影响混凝土耐久性的几个因素

1.1 混凝土的冻融破坏

处于水和寒冷共同作用下的地区，混凝土建筑物的破坏是以冻融破坏为主要因素。混凝土的冻害，是由于混凝土毛细孔中的水份受到低温冻结时，水由液相变为固相（冰）时体积增大9% ，从而产生膨胀应力，此种膨胀应力如超过了混凝土的抗拉强度，即可导致混凝土产生破坏。混凝土在产生冻胀后，即产生冻结变形，但一经解冻后仍有残余膨胀变形存在，随着冻融循环的继续，形成累积残余变形，对混凝土产生破坏。

1.2 混凝土的碳化破坏

混凝土在空气中碳化是中性化最常见的一种形式，它是空气中二氧化碳与水泥石中的碱性物质相互作用，使其成分、组织和性能发生变化，使用机能下降的一种很复杂的物理化学过程。碳化会降低混凝土的碱性，破坏钢筋表面的钝化膜，使钢筋容易受到腐蚀。混凝土碳化还会加剧混凝土的收缩，从而导致裂缝和结构的破坏。混凝土的碳化程度是衡量钢筋混凝土结构可靠度的重要指标。

1.3 碱- 骨料反应破坏

碱- 骨料反应是指水泥水化过程中释放出来的碱与骨料中的碱活性成份发生化学反应产生的混凝土破坏。破坏形成主要有两种：碱- 硅酸反应和碱- 碳酸盐反应。

1.4 化学物质的侵蚀

学物质的侵蚀是影响混凝土结构耐久性因素中最为复杂的问题，其侵蚀类型概括起来可分以下几种： a.硫酸盐侵蚀破坏。硫酸盐一般是指硫酸钠及硫酸镁等，当硫酸盐溶液与水泥中氢氧化钙发生化学反应则生成石膏和硫铝酸钙产生体积膨胀，使混凝土遭受胀裂并逐渐剥蚀毁坏，又如硫酸镁的存在与水泥起化学作用后可生成 Mg（OH） 2可降低水泥。石碱度构成分解性腐蚀。 b.酸性物质对混凝土中水泥化合物有侵蚀作用使其中的氢氧化钙变成可溶性钙盐使混凝土强度丧失而崩解。 c. 碱的侵蚀破坏固体碱对混凝土的侵蚀作用较小，但熔融的碱或碱的浓溶液对水泥的水化物有侵蚀作用，其侵蚀作用分化学侵蚀和结晶侵蚀两种类型。化学侵蚀是碱溶液与水泥水化物之间产生化学反应，生成胶结力不强且易为碱液侵析的产物。结晶侵蚀是进入混凝土空隙的碱溶液形成具有膨胀力的结晶，使混凝土胀裂而逐渐剥落毁坏。

1.5 钢筋锈蚀

因混凝土结构钢筋锈蚀而产生的破坏，是耐久性不足最大量的表现形式。钢筋锈蚀物的体积可膨胀 3～4倍，混凝土就会沿钢筋方向开裂，导致保护层剥落，从而进一步加快钢筋锈蚀速度，结构强度降低，从而导致结构耐久性的降低。

2 混凝土耐久性不足的根本原因

混凝土是由水泥砂浆和粗骨料组成的毛细多孔复合材料。普通混凝土不能满足耐久性的根本原因在于混凝土本身的内部结构。为满足混凝土施工要求，用水量大，水灰比高，导致混凝土空隙率很高，其中毛细孔占相当大部分，毛细孔是水分、各种侵蚀介质、氧气、二氧化碳及其有害物质进入混凝土内部的通道，是导致混凝土耐久性不足的根本原因。另外，混凝土在运输、浇筑和振捣过程以及刚浇筑完毕未凝固的阶段、产生离析、泌水现象，从而在骨料与水泥浆的界面，或者钢筋与混凝土的界面形成薄弱的过渡区，混凝土硬化后，尤其在这区域，形成大量孔隙与微裂缝。

因此，耐久性不足的根源在于混凝土的渗透性，而微裂隙和孔隙是引起混凝土劣化的初因。混凝土在外界水分和侵蚀介质沿着连通的裂隙和孔隙进入，导致高度饱水，对膨胀和开裂起着主导作用，而不管产生劣化的原因是冻融循环、钢筋锈蚀、碱- 骨料反应还是氯离子侵蚀。但是这些损伤过程会使微裂隙进一步扩展，加剧损伤，最终导致破坏。由此看来混凝土抗渗性是耐久性的第一道防线，改善混凝土的均质性，减少或避免混凝土早期开裂，是提高混凝土抗渗性与耐久性的首要措施，也才能获得延长结构服务寿命的整体效果。

3 提高混凝土耐久性的基本措施

根据前述影响混凝土耐久性的一些主要因素，提高混凝土耐久性的技术措施的基本原则首先是必须提高混凝土的密实性和防裂性，诸如：采用优质有效的外加剂，大幅度降低水灰比（或水胶比）保证具有足够的水泥用量。并进行科学的配合设计和精心施工。

3.1 提高抗碳化能力

必要时可在混凝土表面设置有效的覆盖层等措施，以减缓或隔离CO2向混凝土内部渗透，从而有效地提高混凝土的抗碳化能力。

3.2 提高混凝土抗冻能力

优良的引气剂或引气减水剂，使混凝土内部结构具有适宜的空气含量和优良的气泡参数是非常必要的。此外，采用优质抗冻性骨料和合理的配合设计也很重要。

3.3 预防钢筋锈蚀方面

在保证混凝土密实性和防裂性的前提下，应采用适量的优质混合材料（如粉煤灰、硅粉及矿粉等），并采用较大的钢筋保护层，以限制氯离子在混凝土中的渗透速度和深度。

3.4 提高混凝土抗侵蚀方面

提高混凝土抗侵蚀性方面可包括海水、酸、碱等侵蚀类型。混凝土的密实性与抗裂性对提高混凝土抗侵蚀性起着至关重要的作用，同时对水泥品种的选择也具有重要意义，一般要求水泥应具有较低的C3A含量。并掺入适量的混合材和优质外加剂。

3.5 预防碱- 骨料反应方面

混凝土中碱- 骨料反应的危害很大，一旦发生则很难修复。因此，对其预防措施可列出以下几点：