混凝土結(jié)構(gòu)耐久性及其控制措施的探討

張興亮 張 靜

(1 淮南職業(yè)技術(shù)學院工程管理系 安徽淮南 232001；2 九江學院理學院 江西九江 332005)

在混凝土結(jié)構(gòu)的設計中，耐久性是一項重要的設計指標。在結(jié)構(gòu)所處的外界條件下，混凝土能承受各種不利影響而長期保持其良好的力學性能，并確?；炷两Y(jié)構(gòu)不需要加固處理而保持結(jié)構(gòu)安全正常使用[1]。在不同復雜因素的長期作用下，混凝土和鋼筋材料出現(xiàn)劣化而引起其各種性能逐漸衰減，導致混凝土結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件逐漸喪失承載力而失效的過程?；炷两Y(jié)構(gòu)的耐久性在其整個服役過程中起著關(guān)鍵性的作用，結(jié)構(gòu)耐久性不足可造成非常嚴重的后果。美國混凝土工程中每年用于維修和重建的費用非常昂貴[2-4]。因混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題而造成出現(xiàn)大量的工程事故和花費巨額的維修費用，由此可見，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究是關(guān)系到國計民生重大課題[5-6]。

1 影響混凝土耐久性因素

由于影響混凝土結(jié)構(gòu)材料性能劣化的因素比較復雜，其規(guī)律不確定性很大，混凝土結(jié)構(gòu)在耐久性問題可分為外因和內(nèi)因兩個方面的問題，即結(jié)構(gòu)所處環(huán)境和混凝土材料方面的問題。

1.1結(jié)構(gòu)所處環(huán)境方面的問題

1.1.1 干濕交替的環(huán)境 在室內(nèi)潮濕、室外露天、地下水浸潤、水位變動的干濕交替的環(huán)境下，由于水和氧的反復作用，容易引起鋼筋銹蝕和混凝土材料劣化，尤其長期受到水作用的混凝土結(jié)構(gòu)，可能引發(fā)不良的化學反應——堿硅反應。

混凝土中的高含堿量、粗細骨料中相當數(shù)量的活性成分和潮濕環(huán)境都是發(fā)生堿硅反應的條件，缺一不可。破壞形式主要有兩種：堿—碳酸鹽反應和堿—硅酸反應。因堿硅反應反應時間較為緩慢，短則幾年，長則幾十年才能被發(fā)現(xiàn)。

1.1.2 嚴寒和寒冷的環(huán)境 在嚴寒和寒冷的環(huán)境下，由于冰凍和凍融循環(huán)作用，鋼筋出現(xiàn)低溫冷脆性，混凝土出現(xiàn)凍融損傷。在環(huán)境溫度不斷地升降的交替作用下，混凝土因孔隙中的溶液凍融而產(chǎn)生破壞，這種破壞雖然屬于混凝土微觀結(jié)構(gòu)損傷，但它積累到一定的程度會造成混凝土出現(xiàn)宏觀破壞。破壞的前期是混凝土強度降低，彈性降低，接著是混凝土由表及里的剝落。

1.1.3 近海海風、鹽漬土及使用除冰鹽及海水的環(huán)境 游離的氯離子使鋼筋表面的鈍化膜破壞，使鋼筋具備了銹蝕的條件。在近海海風、鹽漬土及使用除冰鹽的環(huán)境下，地下結(jié)構(gòu)、北方城市冬季依靠噴灑鹽水消除冰雪而對立交橋、周邊結(jié)構(gòu)及停車樓，都可能造成鋼筋腐蝕的影響。

1.1.4 受人為或自然侵蝕性物質(zhì)影響的環(huán)境 硫酸鹽侵蝕在混凝土建筑中，是一種最廣泛的化學侵蝕形式?；炷林械某煞帜芘c很多物質(zhì)發(fā)生化學反應，可導致混凝土性能發(fā)生退化。其中硫酸鹽對混凝土的侵蝕是最廣泛、最普遍的一種。硫酸鹽如硫酸鉀、硫酸鈉、硫酸鈣、硫酸鎂等可溶性硫酸鹽，廣泛存在于某些地下水中，如粘土含量較高的土壤中、海水中、工業(yè)廢料(如礦渣、尾礦)所處地區(qū)的地下水中。化學工業(yè)如纖業(yè)、制鹽、肥皂工業(yè)等排出的污水也含有硫酸鹽?；炷晾鋮s塔用水由于蒸發(fā)而產(chǎn)生的硫酸鹽逐漸積累，硫酸鹽對混凝土有侵蝕作用。其侵蝕作用的結(jié)果會產(chǎn)生兩種不利影響：①破壞水泥在水化作用中的粘聚性，從而嚴重影響混凝土的力學性能；②導致混凝土產(chǎn)生膨脹裂縫，增加了混凝土的滲透作用，加速了混凝土力學性能地下降。眾所周知，混凝土具有強堿性，因此會經(jīng)常遭受酸性物質(zhì)的作用，例如，潮濕的空氣與工業(yè)廢氣中含有的酸性氣體相互作用的產(chǎn)物對混凝土侵蝕，從而使混凝土喪失強度。

1.2混凝土材料方面的問題

影響混凝土耐久性的主要因素有混凝土的水膠比、強度等級、氯離子含量和堿含量。近年來，水泥中多加入不同的摻合料，例如，粉煤灰、礦粉、硅灰、沸石粉之類有水硬性或潛在水硬性、火山灰性或潛在火山灰性材料，但不包括石粉，有效膠凝材料含量不確定性較大。實踐表明，合理的水膠比對混凝土的耐久性有重要意義。過高的水膠比會降低混凝土密實度，抗侵蝕能力差，降低了混凝土的耐久性；而過少的膠凝材料用量對混凝土的強度和工作性能不利。

混凝土強度等級反映了其密實度而影響耐久性?；炷翉姸鹊燃売?，則硬化的混凝土孔隙率小，水泥與級配良好的骨料間的黏結(jié)力大，密實性好。

混凝土的原材料中高含氯，例如海水、海砂或氯的外加劑等，氯離子對鋼筋容易造成銹蝕；堿含量對鋼筋表面生成鈍化膜，而對混凝土容易造成堿骨料反應。

2 混凝土耐久性控制措施

2.1 結(jié)構(gòu)表面采用保護層

對混凝土結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件表面采用保護層的防護措施，可以改善混凝土表面的小環(huán)境，是一種能提高耐久性的有效措施。例如，對于重要性等級為一級的混凝土結(jié)構(gòu)，其保護層厚度是重要性等級為二級的1.4倍；當混凝土表面采用有效的保護措施時，其保護層的厚度可以按規(guī)定適當?shù)販p小。當混凝土結(jié)構(gòu)中有施工縫時，不得影響結(jié)構(gòu)的耐久性。

2.2 預防鋼筋銹蝕的措施

常用的方法有澆注混凝土時不加有腐蝕作用的原材料，例如海砂、含氯外加劑?；炷林械匿摻钣凶銐蚝穸鹊谋Ｗo層，并將控制混凝土的裂縫在一定范圍內(nèi)，可以減少氯離子、二氧化碳等有害物質(zhì)到達鋼筋表面。水泥混凝土表面涂層或聚合物浸漬、鋼筋表面涂層等，這樣主要通過設置致密層切斷氯離子或其他侵蝕介質(zhì)到達鋼筋表面的路徑從而達到防止鋼筋腐蝕的目的。有腐蝕作用的鋼筋混凝土構(gòu)件，鋼筋混凝土構(gòu)件需作防護處理。

2.3改變結(jié)構(gòu)形式及其他措施

對于某些露天環(huán)境中的懸臂構(gòu)件，如不采取有效防護措施，則不宜采用懸臂板的結(jié)構(gòu)形式，而宜采用梁-板結(jié)構(gòu)；室內(nèi)正常環(huán)境以外的預埋件、吊鉤等外露金屬容易引導銹蝕，宜采用內(nèi)埋式或采取有效的防銹措施，如采用阻銹劑、不銹鋼筋和陰極保護等方法。

3 結(jié)束語

綜上所述，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性與外界環(huán)境和材料等多種影響因素有著密切的聯(lián)系，要解決混凝土的耐久性問題需要進行多方面的工作。因此，在混凝土結(jié)構(gòu)的設計中，耐久性應從環(huán)境、材料等多方面進行綜合考慮來保證。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部. GB50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010.

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