淺談鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性及其改善措施

摘要：本文對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性進行了介紹，并提出了幾種提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的方法。

關(guān)鍵詞：鋼筋；混凝土結(jié)構(gòu)；耐久性；鋼筋混凝土耐久性改善措施

1前言

任何結(jié)構(gòu)的興建都是為了使用，也就是使已建結(jié)構(gòu)完成其預(yù)定的功能。而結(jié)構(gòu)預(yù)定的功能能否實現(xiàn)，則主要取決于它在整個設(shè)計服役期內(nèi)的表現(xiàn)。大量混凝土工程實例表明，很多結(jié)構(gòu)在服役期內(nèi)總的維修費用遠大于它的初始造價。因此減少結(jié)構(gòu)在服役期內(nèi)的總維修費用在目前是更現(xiàn)實、更迫切的任務(wù)?；炷两Y(jié)構(gòu)一直被認為是一種節(jié)能、經(jīng)濟、用途極為廣泛的人工耐久性材料，是目前應(yīng)用較為廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一。隨著結(jié)構(gòu)物的老化和環(huán)境污染的加劇，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題越來越引起國內(nèi)外廣大研究者的關(guān)注。當(dāng)今世界，混凝土結(jié)構(gòu)破壞的原因，按重要性遞降順序排列是：鋼筋銹蝕、寒冷氣候下的凍害、侵蝕環(huán)境的物理化學(xué)作用。而我國混凝土結(jié)構(gòu)破壞的原因主要是\"南銹北凍\"。然而長期以來，人們對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題一直未能給予足夠的重視。由于勘探、設(shè)計、施工及使用過程中的多種因素，使結(jié)構(gòu)不可避免的出現(xiàn)各種不同程度的隱患、缺陷或損傷，進而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的失效，造成資金的巨大浪費。

2 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概念

所謂混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是指結(jié)構(gòu)對氣候作用、化學(xué)侵蝕、物理作用或任何其他破壞過程的抵抗能力。

影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素十分復(fù)雜，主要有內(nèi)外兩方面的因素作用，其中混凝土材料的物理和化學(xué)作用，如混凝土的碳化、鋼筋的銹蝕等是決定其耐久性的內(nèi)因；混凝土結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境條件和防護措施，是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的外因。

3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕基本機理

在腐蝕環(huán)境下，環(huán)境中有害介質(zhì)、離子將會對混凝土結(jié)構(gòu)進行侵蝕，造成鋼筋截面損失、表面污染、混凝土開裂或脫落等，結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性將會大幅度降低，并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在達到其預(yù)期的設(shè)計使用壽命之前就已經(jīng)破壞，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。

3.1 鋼筋腐蝕的基本機理

鋼筋的腐蝕是一種電化學(xué)的過程，在堅實的混凝土內(nèi)部，由于其孔隙液體中含有易溶性的氫氧化鉀和氫氧化鈉以及大量的微溶氫氧化鈣，因此形成PH值為13或更高的堿性環(huán)境。在這種環(huán)境中，在鋼筋表面形成的鈍化膜，將阻止鋼筋銹蝕的發(fā)生。

在此，陽極反應(yīng)產(chǎn)生的多余電子通過鋼筋輸送往陰極，陰極產(chǎn)生的氫氧化根離子通過混凝土的孔隙以及鋼筋表面與混凝土空隙的電解質(zhì)被送往陽極，從而形成一個腐蝕電流的閉合回路，使電化學(xué)過程得以實現(xiàn)。

3.2 混凝土腐蝕的基本機理

混凝土腐蝕是一個很復(fù)雜的物理化學(xué)過程?；炷恋母g按腐蝕過程分為三類：

第一類屬溶蝕性的混凝土腐蝕，即當(dāng)水滲透到混凝土內(nèi)部，或是軟水與水泥石作用時，將一部分水泥的水花產(chǎn)物溶解并流失，引起混凝土破壞。

第二類屬某些鹽酸溶液和鎂鹽對混凝土的腐蝕。這類腐蝕的主要生成物為不具有膠凝性的、易于被水溶蝕的松軟物質(zhì)。這類腐蝕不會使混凝土遭到徹底破壞。但若轉(zhuǎn)化為第一類腐蝕，即其生成被滲透到混凝土內(nèi)部的水所溶蝕，則將使混凝土中的水泥石完全遭到破壞。

第三類屬結(jié)晶膨脹型腐蝕。它是混凝土受硫酸鹽的作用，在其孔隙和毛細管中形成低溶解度的新產(chǎn)物，逐步積累，產(chǎn)生巨大的膨脹應(yīng)力，而使混凝土遭受破壞。

因此，應(yīng)著重從防止鋼筋銹蝕和改善混凝土本身性能這兩方面出發(fā)來提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

4防止鋼筋銹蝕的主要方法

4.1鋼筋的混凝土保護層厚度

在我國的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中，鋼筋的混凝土保護層最小厚度一般均對縱向受力鋼筋而言。從耐久性的角度看，最外層的箍筋或分布筋該最早受到侵蝕，普通鋼筋（主筋、箍筋、分布筋）的混凝土保護層Cmin與保護層厚度施工負允差△之和，即：

4.2控制混凝土拌合物中氯離子的含量

當(dāng)由于某種原因，氯離子含量在鋼筋周圍達到某一臨界值時，鋼筋的鈍化膜開始破壞，喪失對鋼筋的保護作用，從而引起鋼筋的銹蝕。

JTJ275-2000 針對預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼筋混凝土，分別規(guī)定了混凝土拌合物中氯離子含量的最高限值（以水泥質(zhì)量百分率計）為0.06%和0.1%。

4.3 采用鋼筋防護材料

采用涂層鋼筋、噴塑（樹脂）鋼筋、混凝土中加入鋼筋阻銹劑、混凝土中摻加緩蝕劑、混凝土表面涂層（涂薄層、復(fù)合型涂層、滲透性涂層）等。

5 提高混凝土耐久性的幾種方法

影響混凝土耐久性的一個重要因素是混凝土本身的質(zhì)量。提高密實度而減少混凝土的滲透性可以減緩侵蝕性物質(zhì)侵入混凝土內(nèi)部的速度，而這又與混凝土的強度等級、水灰比等因素有關(guān)。當(dāng)混凝土中含有堿活性骨料時，在露天和潮濕的環(huán)境中，堿和骨料內(nèi)的活性顆粒產(chǎn)生堿-骨料反應(yīng)造成混凝土表面產(chǎn)生裂縫，加速侵蝕性物質(zhì)的破壞作用。

5.1采用高性能混凝土

高性能混凝土具有高耐久性、良好的工作性能和高抗氯離子滲透性。通過礦物細摻合料和高效減水劑等的使用，水泥顆粒之間及水泥與骨料的空隙得到了一定程度的填充，不僅使結(jié)構(gòu)混凝土的強度得到提高，節(jié)約水泥材料用量，從而一定程度上提高了混凝土的抗?jié)B性能，減弱了氯離子對混凝土的滲透作用，從而延長了結(jié)構(gòu)腐蝕所需的初始時間t0。與傳統(tǒng)的混凝土相比，高性能混凝土在原材料上有兩點不同：低水膠比和多組分。其目的是為了增強混凝土的密實程度，改善骨料和水泥漿體之間的界面性能，從而達到良好的耐久性。混凝土的耐久性明顯取決于微觀結(jié)構(gòu)，尤其是漿體的孔隙率。正由于高性能混凝土的空隙率很低，因此與漿體中水或侵蝕介質(zhì)輸送過程有關(guān)的物理和化學(xué)侵蝕作用便會削弱。

5.2 提高混凝土的抗?jié)B性

混凝土由水泥、粗細骨料和水拌制而成。為了獲得必要的流動性，滿足施工要求，常用較多的水。當(dāng)混凝土硬化后，多余的水就被蒸發(fā)掉，形成毛細孔，用水量越大，水泥水化后留下的毛細孔越多，滲透系數(shù)也越大。所以在拌制混凝土?xí)r，在滿足技術(shù)和施工要求的情況下，應(yīng)盡量降低水灰比，減少用水量，增加密實度，以提高混凝土的抗?jié)B性。

5.3預(yù)防堿-骨料反應(yīng)

發(fā)生堿-骨料反應(yīng)需要水、活性骨料、堿三個條件，缺一不可。所以只要去掉三個條件中的任何一個，即可預(yù)防堿-骨料反應(yīng)的發(fā)生。

一般認為，若混凝土的構(gòu)件四周平均濕度小于60%，則發(fā)生AAR的概率很小。從材料方面，采取的主要方法有：使用非活性骨料、使用低堿水泥、使用鋰鹽抑制劑、摻入礦物摻合料等。

結(jié)束語

目前我國正處于大規(guī)模的基礎(chǔ)建設(shè)時期，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)仍是主體。為增強我國鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)安全性、耐久性，懇請參與此工作的同事和同行多多指正，以使我國有關(guān)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究工作取得更大的進展。

參考文獻

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[3]《受腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)耐久性檢測診斷》黃河水利出版社2006.9