提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性措施探討

王江清

（廈門市湖里區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，福建 廈門 361000）

1 混凝土發(fā)生耐久性失效的原因

影響結(jié)構(gòu)耐久性的因素很多，可分為內(nèi)在因素和外在因素兩大類。內(nèi)在因素主要為結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)形狀和構(gòu)造型式、鋼筋保護(hù)層厚度和直徑的大小、選用的水泥和骨料種類、混凝土的水灰比和密實(shí)度、外加劑類型、澆筑和養(yǎng)護(hù)的施工工藝等，外在因素主要指環(huán)境因素，包括冷熱、干濕、凍融循環(huán)、化學(xué)介質(zhì)侵蝕、磨損破壞、疲勞等諸多方面。而混凝土的耐久性破壞因素表現(xiàn)形式主要有混凝土的混凝土滲透破壞、凍融破壞、侵蝕性介質(zhì)的腐蝕、混凝土的碳化、混凝土中的堿骨料反應(yīng)及鋼筋的銹蝕等。

1.1 混凝土滲透破壞

混凝土耐久性的決定因素主要是混凝土的滲透性?；炷潦且环N具有一定滲透性的材料，環(huán)境中的有害介質(zhì)很容易通過表層混凝土的孔洞、裂縫進(jìn)入混凝土內(nèi)部與混凝土中的成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，破壞混凝土的結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致混凝土建筑整體出現(xiàn)耐久性問題。其中有三種與耐久性有關(guān)的流體可能進(jìn)入到混凝土基體內(nèi)部：純水、帶有侵蝕性離子的水和氣體（如二氧化碳、氧氣、二氧化硫等）。這些流體可以以不同的方式在混凝土基體中移動，移動的方式主要取決于混凝土的滲透性，混凝土的耐久性在很大程度上取決于這些液體或氣體進(jìn)入其內(nèi)部的難易程度。

1.2 混凝土凍融破壞

混凝土是由水泥砂漿及粗骨料組成的毛細(xì)孔多孔體。在拌制混凝土?xí)r為了得到必要的和易性，一般加入的拌和水總要多于水泥的水化水。這部分多余的水便以游離水的形式滯留于混凝土中形成連通的毛細(xì)孔，并占有一定的體積。這種毛細(xì)孔中的自由水就是導(dǎo)致混凝土遭受凍害的主要內(nèi)在因素。當(dāng)處于飽和狀態(tài)的混凝土受凍時，其毛細(xì)孔壁同時承受膨脹壓及滲透壓兩種壓力。當(dāng)這兩種壓力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，混凝土就會開裂。在反復(fù)凍融循環(huán)后，混凝土中的裂縫會互相貫通，其強(qiáng)度也會逐漸降低，甚至完全喪失，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)由表及里遭受破壞。

1.3 堿骨料反應(yīng)

堿骨料反應(yīng)一般是指混凝土微孔中的堿溶液和骨料中的活性礦物發(fā)生反應(yīng)，生成堿硅膠或粘土質(zhì)集料。這種生成物會吸收微孔中的水分，發(fā)生體積膨脹，在周圍水泥漿已硬化的情況下形成一定的膨脹壓力。但該壓力超過水泥漿抗拉強(qiáng)度時，就會引起混凝土開裂，使混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，發(fā)展嚴(yán)重的只能拆除，無法補(bǔ)救，被稱為混凝土的癌癥。引起堿骨料反應(yīng)主要因素是混凝土凝膠中有堿性物質(zhì)，其次是骨料中含有活性骨料，活性骨料是堿骨料反應(yīng)的必需反應(yīng)物之一，第三是水或潮濕環(huán)境，水是堿骨料反應(yīng)發(fā)生的必要條件之一。

1.4 混凝土的碳化

混凝土碳化是指混凝土內(nèi)部水泥石中氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳，在溫度相宜時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生碳酸鈣和水，也稱混凝土的中性化。碳化使混凝土的堿性降低。當(dāng)碳化達(dá)到鋼筋表面，并使鋼筋表面的pH值降低到10以下時，混凝土將失去對鋼筋的保護(hù)作用，鋼筋表面的鈍化保護(hù)膜開始破壞。當(dāng)有水和氧存在時鋼筋開始銹蝕，因此混凝土碳化是大氣環(huán)境中鋼筋銹蝕的前提條件。

1.5 鋼筋銹蝕

鋼筋銹蝕是造成鋼筋混凝土耐久性損傷的重要因素,也是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性破壞的主要形式。鋼筋的銹蝕，其一表現(xiàn)為鋼筋在外部介質(zhì)作用下發(fā)生電化反應(yīng)，逐步生成氫氧化鐵等即鐵銹，其體積比原金屬增大2～4倍，造成混凝土順筋裂縫，從而成為腐蝕介質(zhì)滲入鋼筋的通道，加快結(jié)構(gòu)的損壞。其二，氯離子對鋼筋表面鈍化膜有特殊的破壞作用。當(dāng)混凝土中氯含量超過標(biāo)準(zhǔn)時，鋼筋會銹蝕，而水和氧的存在是鋼筋被腐蝕的必要條件。其三，鋼筋在拉應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)共同作用下形成的脆性斷裂，這種破壞可在較低拉應(yīng)力和微弱介質(zhì)作用下產(chǎn)生破壞。

1.6 侵蝕性介質(zhì)的腐蝕

當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)處在有侵蝕性介質(zhì)作用的環(huán)境時，會引起水泥石發(fā)生一系列化學(xué)、物理與物化變化，而逐步受到侵蝕，嚴(yán)重的使水泥石強(qiáng)度降低，以至破壞。常見的化學(xué)侵蝕可分為淡水腐蝕，一般酸性水腐蝕，碳酸腐蝕，硫酸鹽腐蝕,鎂鹽腐蝕等五類。

2 提高混凝土耐久性的措施

通過前文對影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性幾方面因素的分析。結(jié)合現(xiàn)有的施工經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)從材料、設(shè)計(jì)、施工、日常維護(hù)等幾個方面探討提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的措施。

2.1 合理選擇混凝土材料和配合比

合理選擇混凝土配合比可從以下幾方面入手：

2.1.1 合理選擇水泥品種和混凝土的骨料，在一般環(huán)境條件下，宜選擇低水化熱和低含堿量低于0.6%的水泥，不宜選擇早強(qiáng)水泥?；炷恋墓橇铣筚|(zhì)地堅(jiān)硬和有足夠的強(qiáng)度外，還必須具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)。

2.1.2 控制水膠比和水泥用量。控制水膠比是為了減少混凝土拌和物凝結(jié)后多余的水溢出所產(chǎn)生的毛細(xì)孔道和孔隙、減小混凝土的滲透性、防止凍融破壞。控制水泥用量也是為了保證混凝土的密實(shí)性，從耐久性的角度，應(yīng)優(yōu)化混凝土配合比，確定最佳水泥用量和水膠比。

2.1.3 選用優(yōu)質(zhì)摻和料，配置高耐久性混凝土，摻加部分粉煤灰或細(xì)磨礦渣或硅灰是配置高耐久性混凝土必不可少的組分。這可以減少水泥用量，改善混凝土中細(xì)微顆粒的級配，提高漿體和界面的致密性；改善混凝土拌和物的施工性能；降低混凝土內(nèi)部由于水泥水化熱而產(chǎn)生的溫升；調(diào)整混凝土內(nèi)部實(shí)際強(qiáng)度的發(fā)展。這些對提高混凝土的密實(shí)度和抗?jié)B性有極好的作用。另外，摻某些混合材料可緩解、抑制混凝土的堿骨料反應(yīng)，如摻5%～10%的硅粉，摻粉煤灰等也能有效抑制堿骨料反應(yīng)。

2.1.4 選擇性能良好的外加劑，提高混凝土的密實(shí)性，減少混凝土的滲透性可以提高混凝土的抗侵蝕能力?；炷恋臐B透性決定水及侵蝕性液體或氣體滲入的速率。同時，減少混凝土的滲透性也能抑制水泥漿體中的毛細(xì)傳遞作用。因此，滲透性與混凝土的耐久性有著最為密切的關(guān)系，大幅度提高混凝土的抗?jié)B性是改善其耐久性的關(guān)鍵。

2.2 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和構(gòu)造設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)保證有足夠的混凝土保護(hù)層厚度?；炷恋母邏A性可使鋼筋表面形成致密的鈍化膜，對鋼筋有良好的保護(hù)作用?；炷帘Ｗo(hù)層可以阻止外界侵蝕介質(zhì)、氧氣和水分的滲入，保護(hù)作用的效果與混凝土的密實(shí)度和保護(hù)層的厚度密切相關(guān)。合理地設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及構(gòu)造。對易于發(fā)生耐久性問題的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件部位，在設(shè)計(jì)中應(yīng)通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和合理的構(gòu)造措施予以克服。例如，使建筑物利于排水，以保證混凝土的干燥，合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置以及地基處理，減少建筑物不均勻沉降造成的裂縫等。在侵蝕性介質(zhì)（包括酸、堿、硫酸鹽、壓力流動水等）中的混凝土，采用高性能混凝土，也可以增設(shè)混凝土防水層、防腐涂料外涂層等保護(hù)措施，提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。

2.3 加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制和管理

在施工過程中，質(zhì)量控制與評估將是重中之重。主要涉及到鋼筋制作安裝、混凝土成型質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)、保護(hù)層厚度等方面。

2.3.1 鋼筋工程質(zhì)量的控制

首先從鋼筋工程加強(qiáng)質(zhì)量控制，我們在普通房建中，往往重視鋼筋數(shù)量、鋼筋型號、鋼筋構(gòu)造等結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)，而忽視了鋼筋保護(hù)層檢查。工程上，常常將墊塊等輔料承包給勞務(wù)施工隊(duì)伍，而這樣的輔料質(zhì)量經(jīng)常被忽視，最常見的就是塑料墊塊，勞務(wù)隊(duì)伍為節(jié)約成本，加上我們輕視這樣的小東西，會選擇一些質(zhì)量較差的墊塊，但在實(shí)際使用過程中，即使是質(zhì)量較好的塑料墊塊，經(jīng)過鋼筋與模板的擠合，變形嚴(yán)重，完全不能達(dá)到設(shè)計(jì)保護(hù)層厚度要求，這就是我們常常在成型混凝土表面可以看見明顯的鋼筋紋路。因此，推薦選用強(qiáng)度高，易于操作的墊塊材料，如砂漿墊塊等，強(qiáng)度高，施工方便，按照方案要求間距進(jìn)行安裝，做好把好模板預(yù)檢關(guān)，可以確實(shí)保證鋼筋保護(hù)層厚度。

2.3.2 混凝土成型質(zhì)量的控制

混凝土應(yīng)拌和充分，現(xiàn)場施工時需要保證工作性能良好，振搗密實(shí)，同時要十分重視結(jié)構(gòu)的外觀質(zhì)量，避免出現(xiàn)露筋、空洞、裂隙、夾渣，蜂窩、麻面、砂斑、砂線等各種內(nèi)外缺陷。這些缺陷可使有害介質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部，降低結(jié)構(gòu)耐久性。因此，嚴(yán)格控制混凝土的成型質(zhì)量，是確?；炷亮己玫拿軐?shí)性和外觀質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

2.3.3 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)工作

混凝土養(yǎng)護(hù)必須足夠重視，養(yǎng)護(hù)方法上必須可以保水，夏季氣溫高表面水很快就蒸發(fā)掉，建議專門成立養(yǎng)護(hù)小組負(fù)責(zé)進(jìn)行構(gòu)件養(yǎng)護(hù)，建立養(yǎng)護(hù)臺帳，確保養(yǎng)護(hù)時間，即使上部結(jié)構(gòu)繼續(xù)施工，下部也可創(chuàng)造條件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，建議采取覆蓋補(bǔ)水養(yǎng)護(hù)的方法，確保養(yǎng)護(hù)效果。頂板一般采用木模板，木模板澆筑完成后會吸收一定水分，然后在養(yǎng)護(hù)過程中慢慢釋放一部分，可以收到良好的養(yǎng)護(hù)效果，而且模板對構(gòu)件表面進(jìn)行部分脫水處理，還能降低構(gòu)件表面水灰比，控制裂縫產(chǎn)生。經(jīng)驗(yàn)表明，梁底、板底采用木模板體系，拆模后，成型效果良好，影響梁板觀感質(zhì)量的關(guān)鍵因素在于模板安裝的質(zhì)量。

2.4 結(jié)構(gòu)的日常維護(hù)

結(jié)構(gòu)在使用階段，應(yīng)注意檢測，維護(hù)和修理，對處于露天和惡劣環(huán)境下的基礎(chǔ)設(shè)施工程更應(yīng)如此，建立檢測和評估體系，及時發(fā)現(xiàn)，及時修理，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的正常使用。

結(jié)束語

混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是一個十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)工程問題，由于環(huán)境、材料等方面的多樣性和復(fù)雜性，隨著結(jié)構(gòu)耐久性研究的不斷深入，勢必會給鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工帶來一些新的理念。在結(jié)構(gòu)耐久性研究成果的指導(dǎo)下，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)將更為合理，使用將更為安全，便用壽命將會得到一定程度的延長。

[1]汪瀾.水泥混凝土-組成性能應(yīng)用[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2004.

[2]趙羽習(xí).混凝土構(gòu)件銹蝕脹裂時的鋼筋銹蝕率[J].水利學(xué)報(bào)，2006，11.