提高混凝土耐久性的措施

□陳國忠（河南省水利第二工程局）

混凝土的耐久性是混凝土建筑物所處的自然環(huán)境及使用條件下經(jīng)久耐用的性能，耐久的混凝土當暴露在它工作的環(huán)境中時，能長期保持混凝土原來的形狀和性能，使結構物正常使用，影響混凝土耐久性的因素一般包括混凝土鋼筋腐蝕、碳化、侵蝕性介質(zhì)腐蝕、凍融破壞、堿-骨料反應等。

一、影響混凝土耐久性的原因

（一）鋼筋銹蝕

通?；炷羶?nèi)部呈現(xiàn)的是強堿性環(huán)境（pH≥13），在鋼筋表面會形成一層厚度約為（30～60）×10-10m的致密金屬氧化物和金屬氫氧化物晶體薄膜，即為鋼筋鈍化膜，保護鋼筋免遭銹蝕，但當混凝土因碳化而使pH值降低或氮離子濃度相當高時，這種鈍化膜就會被破壞。鈍化膜被破壞后，鋼筋就容易在有水的環(huán)境中與氧和氮離子產(chǎn)生化學反應，鋼筋表面的鐵不斷失去電子而銹蝕，產(chǎn)生Fe（OH）3銹蝕物，使鋼筋表面產(chǎn)生銹蝕?；炷撂蓟螽a(chǎn)生收縮，導致混凝土表面產(chǎn)生微裂縫，使鋼筋和空氣、水接觸，導致鋼筋加快銹蝕。

（二）碳化

所謂碳化，就是大氣中的CO2滲入混凝土內(nèi)，與具有堿性的物質(zhì)Ca（OH）2產(chǎn)生化學反應，具體如下:

由上可知，混凝土的碳化是同時在氣相、液相和固相中進行的一個復雜的化學反應過程。這些反應對混凝土耐久性是有害的，首先會降低混凝土的堿度，當降低至pH＜1時，鋼筋表面鈍化膜將受到破壞，產(chǎn)生“去鈍”，造成鋼筋的銹蝕;此外，混凝土的碳化會加劇混凝土的收縮，也會導致混凝土的開裂和結構的破壞，對鋼筋混凝土結構的耐久性產(chǎn)生較大破壞。

（三）混凝土的抗凍融性

幾十年來，國內(nèi)外在混凝士抗凍性研究及如何保證、提高建筑物混凝上的抗凍性方面，積累了大量的經(jīng)驗，并提出了各種學說：冰的分離層理論；充水系數(shù)理論；滲透壓力理論；水壓力理論；冰融臨界飽水值理論；孔結構理論。以上各種理論，總的都認為混凝土凍融破壞是由于表面先飽水，由表及里，因混凝土不密實先從大的孔隙中造成靜水壓力，使過冷的水遷移，冰水蒸汽壓差造成滲透壓力，當壓力超過混凝土能承受的強度時，也就是破壞力大于抵杭力時，混凝土內(nèi)部孔隙及微細裂縫不斷擴展，由小變大，相互貫通。由于滲透壓及水壓力的作用，造成最后破壞?；炷羶鋈谑且环N物理與力學作用的綜合反應。它降低混凝土強度，影響建筑物安全使用，因此混凝土的抗凍性是混凝土耐久性的重要指標。

（四）侵蝕性介質(zhì)腐性

在酸、堿性溶液作用下的環(huán)境，侵蝕性介質(zhì)將對混凝土產(chǎn)生腐蝕，主要是由氯鹽產(chǎn)生的“鹽害”。氯離子是一種高效的活化劑，在較低的濃度下（混凝土重量的0.014%～0.022%），可以有效地破壞鋼筋表面的鈍化膜，引起混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕。

（五）混凝土堿集料反應（AAR）

混凝土堿-骨料反應是指混凝土骨料中某些活性礦物與混凝土微孔中的堿溶液產(chǎn)生的化學反應，生成堿-硅酸凝膠并吸水產(chǎn)生膨脹壓力，致使混凝土開裂。堿主要來源于水泥熟料、外加劑，骨料中活性材料主要是SiO2,硅酸鹽、碳酸鹽等。

堿集料反應可分為堿硅酸反應、堿碳酸鹽反應、堿硅酸鹽反應3類，堿硅酸反應是發(fā)生最早、發(fā)生最多的一種堿集料反應?；炷凉こ贪l(fā)生堿集料反應破壞必須其備3個條件，一是配制混凝土時由水泥、集料、外加劑和拌和水帶進混凝土中一定數(shù)量的堿，或者混凝土處于有堿滲入的環(huán)境中；二是有一定數(shù)量的堿活性集料存在；三是潮濕環(huán)境，可以供應反應物吸水膨脹時所需的水分。三者缺一不可，前兩者為混凝土發(fā)生堿集料反應的內(nèi)因，后者為外因。

二、提高混凝土耐久性的措施

（一）預防鋼筋的銹蝕

常用的方法有環(huán)氧涂層鋼筋，采用靜電噴涂環(huán)氧樹脂粉末工藝在鋼筋表面形成一定厚度的環(huán)氧樹脂防腐涂層，這種鋼筋保護層能長期保護鋼筋使其免遭腐蝕。此外，在混凝土表面涂層也是簡便有效的方法，但涂料應是耐堿、耐老化和與鋼筋表面有良好附著性的材料。還可摻加高效減水劑，在保證混凝土拌和物所需流動性的同時，盡可能降低用水量，減小水灰比，使混凝土的總孔隙率，特別是毛細孔隙率大幅度降低。還可研究新技術，開發(fā)新產(chǎn)品，如耐銹鋼筋、阻銹鋼筋等。

（二）避免或減輕堿集料反應

混凝土堿集料反應危害很大，一旦發(fā)生很難修復。當混凝土使用有堿活性反應的骨料時，必須從配合比出發(fā)，嚴格控制混凝土中的總堿含量以保證混凝土的耐久性。此外，外加劑特別是早強劑帶來高含量的堿，為預防堿集料反應，在設計上應對外摻劑的使用提出要求。

（三）加強施工管理

嚴格控制施工配合比，攪拌必須均勻，振搗必須到位，要嚴格遵守養(yǎng)護制度，可以用表面養(yǎng)護劑來改善養(yǎng)護條件，提高保水性，加速表面硬化?；炷翗嫾那治g病害都是從表面開始的，在混凝土終凝前做好原漿抹面壓光，增強表面密實度，也可采用表面浸漬和表面涂覆的手段來降低混凝土表面滲透性。

（四）防止混凝土的凍融破壞

混凝土的組成、配合比、養(yǎng)護條件和密實度決定了其在飽水狀態(tài)下抵抗凍融破壞的能力，目前只有加氣混凝土才能有效提高混凝土的抗凍性。引氣是提高混凝土抗凍性的主要參數(shù)。一般引氣量4%～8%，同時，應避免采用吸水率較高的集料，加強排水以免混凝土結構被水飽和。

（五）拌合及養(yǎng)護用水

混凝土拌合及養(yǎng)護用水，應考慮其對混凝土強度的影響。水灰比的大小很大程度影響混凝土強度值的大小。拌合水應檢查其雜質(zhì)情況，防止砂漿及混凝土生成時雜質(zhì)影響其耐久性。海水中含有硫酸鹽、鎂鹽和氯化物，除了對水泥石有腐蝕作用外，對鋼筋的腐蝕也有影響，因此在腐蝕環(huán)境中的混凝土不宜采用海水拌制和養(yǎng)護。

（六）針對不同的腐蝕環(huán)境應設計不同的保護層厚度

如一類環(huán)境（室內(nèi)正常環(huán)境），設計使用年限為100年的結構混凝土應符合下列規(guī)定：混凝土保護層厚度應按規(guī)范的規(guī)定增加40%；當采取有效的表面防護措施時，混凝土保護層厚度可適當減少?；炷两Y構及構件宜整體澆筑，不宜留施工縫；當必須有施工縫時，其位置及構造不得有損于結構的耐久性。

三、結語

混凝土耐久性問題是一個復雜的系統(tǒng)工程。它涉及結構設計、配合比設計、材料、施工以及使用維護等多方面、多學科,很少是由于某一孤立的原因造成的，只有各方面共同努力，才能解決這一工程領域中的重大課題。但合理的構造、合理的混凝土配合比、優(yōu)質(zhì)的原材料、嚴格的施工質(zhì)量控制以及定期養(yǎng)護、檢測與維修是確保混凝土結構耐久性的有效措施。