談混凝土結構的耐久性

吳瑩

(陜西省輕工業研究設計院710054西安)

    鋼筋混凝土結構結合了鋼筋與混凝土的優點，造價較低，是基本建設工程結構設計中的首選形式，其應用范圍非常廣泛。但是，從混凝土應用于基本建設工程至今的150年間，大量的鋼筋混凝土結構由于各種各樣的原因而提前失效，達不到預期的設計年限，其中有的是由于結構設計的抗力不足造成的，有的是由于使用荷載的不利變化引起的，但更多的是由于結構的耐久性不足導致的。國內外統計資料表明，由于混凝土結構的耐久性而導致的經濟損失是巨大的，并且耐久性問題會越來越嚴重。因此，混凝土結構耐久性問題是一個十分重要而迫切需要加以解決的問題。所謂混凝土結構耐久性，是指混凝土結構在自然環境、使用環境和材料內部因素的作用下，在設計要求的目標使用期內，不需要花費大量資金加固處理而保持其安全、使用功能和外觀要求的能力。混凝土結構耐久性主要有抗滲、抗凍、抗侵蝕、抗碳化、抗鋼筋銹蝕及防止堿骨料反應等幾項指標，影響混凝土結構耐久性的主要因素及預防措施。

1、混凝土的碳化

    混凝土的碳化是空氣中的二氧化碳與水泥石中的堿性物質相互作用，使其成分、組織和性能發生變化，使用機能下降的一種很復雜的物理化學過程。碳化會降低混凝土的堿度，破壞鋼筋表面的鈍化膜，使混凝土失去對鋼筋的保護作用，給混凝土中的鋼筋銹蝕帶來不利的影響。同時，混凝土碳化還會加劇混凝土的收縮，這些都可能導致混凝土的裂縫和結構的破壞。因此，碳化與混凝土結構的耐久性密切相關，是衡量鋼筋混凝土結構物可靠度的重要指標。為了降低混凝土的碳化作用，可采用摻入粉煤灰等措施。

2、混凝土的抗滲性與抗凍性

    由于混凝土固有的多孔性，在存在內外壓力差的情況下，必然存在液體或氣體從高壓處向低壓處遷移滲透的現象，這種現象被稱為混凝土的滲透性。混凝土的抗滲性和混凝土的抗碳化能力，與抵抗外界有害物質的耐腐蝕性及抗凍性都有著密切的關系。一般說來，抗滲性好的混凝土，耐久性也就好。改善混凝土的抗滲性對于提高混凝土的耐久性是非常重要的，一般通過提高混凝土自身的抗滲能力、采用表面涂層或覆蓋層、浸漬混凝土等方法來改善混凝土的抗滲性。寒冷地區的混凝土建筑，由于混凝土中的毛細孔存在自由水，當水遇冷凍結冰會發生體積膨脹，引起混凝土內部結構的破壞，出現裂縫。在反復凍融循環后，混凝土中的裂縫會相互貫通，其強度也會逐漸降低，最后甚至完全喪失，使混凝土由表及里遭受破壞。提高混凝土抗凍性可從建筑構造設計與混凝土材料施工兩方面采取措施，在混凝土中通過摻加引氣劑引入大量均勻、穩定而封閉的微小氣泡，是目前國內外混凝土結構普遍采用的改善和保證混凝土抗凍融作用的最有效的技術手段。另外還可以通過控制水灰比、提高混凝土密實度、加強早期養護或摻人防凍劑等方法來減小凍融作用的危害。

3、混凝土的堿一集料反應

    堿一集料反應是指混凝土中的堿與集料中的活性組分之間發生的破壞性膨脹反應，是影響混凝土耐久性最主要的因素之一。該反應不同于其他混凝土病害，其開裂破壞是整體性的，且目前尚未有有效的修補方法，而其中的堿一碳酸鹽反應的預防尚無有效措施。由于堿一集料造成的混凝土開裂破壞難以阻止，因而被稱為混凝土的“癌癥”。堿一集料反應必須同時具備如下三種條件才能發生堿一集料反應對混凝土結構造成損壞：一是配置混凝土時由水泥、集料(海砂)、外加劑和拌合水中帶進混凝土中一定數量的堿，或者混凝土處于有利于堿滲入的環境；二是有一定數量的堿活性集料；三是潮濕環境，能夠提供反應物吸水膨脹所需要的水分。通過采用低堿水泥、使用非活性集料、使用摻合料降低混凝土的堿性、改善混凝土結構的施工和使用條件等措施來防止堿一集料反應。

4、鋼筋的銹蝕

    新鮮的混凝土是呈堿性的，在堿性環境中的鋼筋容易發生鈍化作用，使鋼筋表面產生一層鈍化膜，能夠阻止混凝土中鋼筋的銹蝕。但當有二氧化碳、水汽和氯離子等有害物質從混凝土表面通過孔隙進入混凝土內部時和混凝土材料中的堿性物質中和，在這種環境下，混凝土中埋置鋼筋表面的鈍化膜被逐漸破壞，在其他條件具備的情況下，鋼筋就會發生銹蝕，并且隨著銹蝕的加劇，會導致混凝土保護層開裂，鋼筋與混凝土之間的黏結力破壞，鋼筋受力截面減少，結構強度降低等，從而導致結構耐久性的降低。降低混凝土中鋼筋銹蝕的措施包括：通過適當降低水灰比、選用礦渣硅酸鹽水泥、采用不是海砂的細骨料、摻用不含氯鹽的外加劑、提高混凝土保護層的厚度、適當增加混凝土的攪拌時間和振搗力度等方法以保證混凝土的密實性，使混凝土中的鋼筋處于堿性環境中。施工時應重視鋼筋的除銹，還可使用還氧涂層鋼筋。

    由于影響混凝土結構耐久性的各因素之間存在相輔相成的關系，因而針對各影響因素的改進方法也是交錯的。我國從20世紀60年代開始對混凝土結構的耐久性進行研究。當時研究的主要內容是混凝土的碳化和鋼筋的銹蝕。80年代初，我國在混凝土結構耐久性的研究方面取得了不少成果。中國土木工程學會于1982、1983年連續兩次召開了全國耐久性學術會議，為隨后混凝土結構規范的科學修訂奠定了基礎，推動了耐久性研究工作的進一步開展。1991年12月在天津全國混凝土耐久性學會成立，它的成立使我國混凝土結構耐久性的研究向系統化、規范化的方向邁進了一步。2000年5月在杭州舉行的土木工程學會第九屆年會學術討論會，混凝土結構的耐久性是大會的主題之一，會議認為必須要重視工程結構耐久性的研究。2001年11月國內眾多相關專家學者在北京舉行的工程科技論壇上，就土建工程的安全性與耐久性問題進行討論，混凝土結構耐久性問題得到了前所未有的重視。在規范編制及設計中根據實際情況適當的提高了建筑結構的安全度設置水平，設置了不同的安全度，采用高強材料改善結構延性，同時加強了耐久性設計。在施工過程中進行監督檢查，加強工程質量驗收制度、確保工程質量，從而使混凝土結構的耐久性在施工階段得到保證。在混凝土使用階段，應重視對服役混凝土結構的檢測和評估，必要時進行修理和加固，以保證結構在使用期內的安全。對于混凝土結構易主而改變用途和作結構改造的行為，必須嚴格管理，并進行設計和加固計算，以確保在荷載或結構條件變化時結構的安全。總之，混凝土結構的耐久性應由正確的結構設計、材料選擇、配合比選用、澆搗養護及施工過程中的嚴格監督和管理。只有這樣，才能保證和提高混凝土結構的質量，滿足結構耐久性的要求。

參考文獻：

[1]金偉良趙羽習《混凝土結構耐久性》中國建筑工業出版社

[2]李國勝《實用建筑結構工程師手冊》中國建筑工業出版社

[3]徐有鄰《混凝土結構設計規范理解與應用》中國建筑工業出版社

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)