淺談混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性

韓德英

摘要：影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素是多方面的，涉及到設(shè)計(jì)、施工等多環(huán)節(jié)和材料、工藝、設(shè)備、條件等許多方面，因此提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是個(gè)復(fù)雜的問題。我們在實(shí)際工作中應(yīng)不斷研究和探索，采取綜合解決方案并控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)指標(biāo)，以滿足工程建設(shè)需要。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)；耐久性設(shè)計(jì)

1 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性定義

這個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的定義實(shí)際上包含了三個(gè)基本要素：（1）環(huán)境：結(jié)構(gòu)處于某一特定環(huán)境（包括自然環(huán)境、使用環(huán)境）中，并受其侵蝕作用；（2）功能：結(jié)構(gòu)的耐久性是一個(gè)結(jié)構(gòu)多種功能（安全功能、適用性等）與使用時(shí)間相關(guān)聯(lián)的多維函數(shù)；（3）經(jīng)濟(jì)：結(jié)構(gòu)在正常使用過程（即設(shè)計(jì)要求的自然物理剩余壽命）中不需要大修。定義中的工作環(huán)境及材料內(nèi)部因素的作用指的是物理或化學(xué)作用，根據(jù)結(jié)構(gòu)工作環(huán)境情況、破損機(jī)理、形態(tài)以及國內(nèi)各行業(yè)傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，可將混凝土結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境分成6大類：①大氣環(huán)境；②土壤環(huán)境；③海洋環(huán)境；④受環(huán)境水影響的環(huán)境；⑤化學(xué)物質(zhì)侵蝕環(huán)境；⑥特殊工作環(huán)境。同時(shí)，結(jié)構(gòu)耐久性是結(jié)構(gòu)的綜合性能，既涉及結(jié)構(gòu)的承載能力、又涉及結(jié)構(gòu)的正常使用以及維修等，反映了結(jié)構(gòu)性能隨時(shí)間的變化。

2 影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素

2.1 鋼筋的銹蝕

水和氧的存在是鋼筋被腐蝕的必要條件，氯離子容易破壞鋼筋表面鈍化膜，一旦混凝土開裂，形成水和氧的通道，就會(huì)加速鋼筋銹蝕，造成混凝土裂縫進(jìn)一步開展和貫通，最終使混凝土構(gòu)件喪失承載力。鋼筋在外部介質(zhì)作用下也會(huì)發(fā)生電化反應(yīng)，逐步生成鐵銹，成倍增大自身體積，造成混凝土順筋裂縫，形成腐蝕介質(zhì)滲入鋼筋的通道，加快了結(jié)構(gòu)破損。

2.2 混凝土的碳化

混凝土中由于含有氫氧化鈣而呈堿性，在高堿環(huán)境下鋼筋表面形成薄膜，保護(hù)鋼筋不受酸性介質(zhì)的侵蝕。但空氣中的酸性介質(zhì)會(huì)通過各種孔道、裂隙而滲入凝土，溶于孔中液體，與水泥的水化作用產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，形成碳酸鈣等，中和了混凝土中的堿，這就是混凝土的碳化。碳化本身對混凝土沒有危害，甚至?xí)岣呋炷恋膹?qiáng)度和密實(shí)性，但其會(huì)使鋼筋表面形成的起鈍化保護(hù)作用的致密氧化膜遭到破壞。同時(shí)碳化的混凝土還會(huì)加劇收縮變形，從而產(chǎn)生裂縫，使鋼筋保護(hù)層脫落。

2.3 混凝土的凍融破壞

外界水通過毛細(xì)孔道滲入混凝土中，在低溫環(huán)境作用下結(jié)冰，體積發(fā)生膨脹，在孔隙中產(chǎn)生應(yīng)力，從內(nèi)部損傷混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生微裂縫。在凍融循環(huán)作用下，損傷積累將使微裂縫逐步發(fā)展，同時(shí)混凝土剝落而降低強(qiáng)度和抗凍性。

3 混凝土耐久性的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 確定結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境類別

現(xiàn)行規(guī)范中對對影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的環(huán)境類別進(jìn)行了較詳細(xì)的分類，按所處的環(huán)境按鋼筋和混凝土材料的不同腐蝕作用機(jī)理分為5類。

環(huán)境分類。不同環(huán)境類別在不同的環(huán)境條件（如濕度、溫度、侵蝕介質(zhì)的濃度等）下對配筋（鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋）混凝土結(jié)構(gòu)侵蝕的嚴(yán)重程度分為6級。

環(huán)境作用等級。如果對每種環(huán)境類別中環(huán)境作用等級細(xì)分的話，環(huán)境作用等級可分為24項(xiàng)。但是由于環(huán)境作用等級的確定主要依靠對不同環(huán)境條件的定性描述，當(dāng)實(shí)際的環(huán)境條件處于兩個(gè)相鄰作用等級的界限附近時(shí)，就有可能出現(xiàn)難以判定的情況，這就需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件和既有工程劣化狀況的調(diào)查，并綜合考慮工程重要性等因素后確定。

3.2 合理選擇結(jié)構(gòu)混凝土材料

現(xiàn)行規(guī)范中對設(shè)計(jì)使用年限50年及100年的混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)環(huán)境等級，控制混凝土材料的最大水膠比、最低強(qiáng)度等級、最大氯離子含量及最大堿含量，以滿足耐久性的基本要求。在滿足混凝土材料的耐久性基本要求的同時(shí)，尚應(yīng)采取其它耐久性技術(shù)措施。

4 增強(qiáng)混凝土耐久性的措施

4.1 防止混凝土內(nèi)的鋼筋銹蝕

鋼筋在混凝土中起到主要的支柱作用，如果鋼筋發(fā)生銹蝕，那么整個(gè)混凝土的質(zhì)量就會(huì)發(fā)生根本的改變，當(dāng)前工程中處理鋼筋銹蝕的基本方式是在鋼筋表面上涂上一層保護(hù)膜，通過保護(hù)膜的方式從而減少鋼筋受到混凝土所吸收水分的銹蝕，不但達(dá)到保護(hù)鋼筋的目的，而且也保證了混凝土的使用。

4.2 使用礦物摻和料

主要措施包括：使用硅灰以提高混凝土的強(qiáng)度；使用粉煤灰和磨細(xì)礦渣降低水泥用量，提高混凝土的后期強(qiáng)度；減少水化熱，并使二次水化產(chǎn)物堵塞混凝土中的孔隙以提高抗?jié)B性，同時(shí)可減緩混凝土中的堿—骨料反應(yīng)。此外，石粉、鍛燒高嶺土、磨細(xì)珍珠巖尾砂粉等其他礦物摻和料也具有提高混凝土耐久性的作用。

4.3 摻加外加劑，摻入高效減水劑

在保證混凝土拌和物所需流動(dòng)性的同時(shí)，盡可能降低用水量，減少水膠比，使混凝土的總孔隙，特別是毛細(xì)管孔隙率大幅度降低。水泥在加水?dāng)嚢韬?，?huì)產(chǎn)生一種絮凝狀結(jié)構(gòu)。在這些絮凝狀結(jié)構(gòu)中，包裹著許多拌和水，從而降低了新拌混凝土的工作性。施工中為了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必須在拌和時(shí)相應(yīng)地增加用水量，這樣就會(huì)促使水泥石結(jié)構(gòu)中形成過多的孔隙。當(dāng)加入減水劑的定向排列，使水泥質(zhì)點(diǎn)表面均帶有相同電荷。在電性斥力的作用下，不但使水泥體系處于相對穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，還在水泥顆粒表面形成一層溶劑化水膜，同時(shí)使水泥絮凝體內(nèi)的游離水釋放出來，因而達(dá)到減水的目的。許多研究表明，當(dāng)水膠比降低到0.38以下時(shí)，消除毛細(xì)管孔隙的目標(biāo)便可以實(shí)現(xiàn)，而摻入高效減水劑，完全可以將水膠比降低到0.38以下。

4.4 使用方面

①構(gòu)件的使用環(huán)境條件對構(gòu)件的使用壽命有很大的影響，因此，不能任意改變原構(gòu)件的適用條件，結(jié)構(gòu)的安全度不考慮使用不合理所造成的不利影響。②應(yīng)及時(shí)封閉初始裂縫，細(xì)微裂縫可以涂料，也可用環(huán)氧樹脂封閉，阻止和延緩鋼筋銹蝕的發(fā)展，減緩因鋼筋銹蝕導(dǎo)致的混凝土構(gòu)件的破壞。③在混凝土表面增設(shè)覆蓋材料，如噴涂聚合物乳液改性砂漿，延緩混凝土的碳化速度。

5結(jié)語

混凝土耐久性研究是一個(gè)復(fù)雜的問題，耐久性是混凝土結(jié)構(gòu)壽命增長的關(guān)鍵性能，混凝土中的任何一種材料的不健康都會(huì)影響混凝土的耐久性，不僅會(huì)對外觀造成影響，而且影響結(jié)構(gòu)的使用能力，目前我國尚留存有大量未考慮耐久性設(shè)計(jì)的既有建筑，大規(guī)?；ǜ叱边^去以后，耐久性問題也將提上日程，并可能形成新的產(chǎn)業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]金偉良，邸小壇，徐有鄰. 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》修訂簡介（三）——混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)[J]. 建筑結(jié)構(gòu)，2011，04：122-125.

（作者單位：大連華洋建筑設(shè)計(jì)有限公司）