淺談混凝土耐久性

孫建智，李增高，賈曉燕

（1. 山東華森建材集團有限公司，山東 濟南 250000；2. 濟南安順達新型建筑材料有限公司，山東 濟南250014；3. 青州弘巖工程服務(wù)有限公司，山東 濰坊 262500）

1 混凝土耐久性的定義及意義

混凝土耐久性是指在規(guī)定的或正常的使用期限內(nèi)，混凝土結(jié)構(gòu)能夠保持要求的強度和服役性能，而且在可能遇到的侵蝕環(huán)境中能滿足預定使用功能的要求能力。

長期以來，人們認為混凝土是一種耐久性良好的材料。突出例子如法國的地鐵建筑（圖 1），部分已有200 年歷史，仍然完好。古羅馬斗獸場（圖 2）更是有幾千年歷史。混凝土是種非常好耐久的材料，但是需要和使用一定考慮它的耐久性。

圖1 法國的地鐵建筑

圖 2 古羅馬斗獸場

意義：近些年出現(xiàn)的問題和形勢的發(fā)展，使人們認識到混凝土材料的耐久性應(yīng)受到高度重視。一方面國內(nèi)外大量的混凝土結(jié)構(gòu)物沒有達到預期的使用年限，受環(huán)境作用而過早破壞。另一方面，隨著經(jīng)濟的發(fā)展、社會的進步，各類投資巨大、施工期長的大型工程日益增多。例如大跨度橋梁、超高層建筑、大型水工結(jié)構(gòu)物等，所以人們對結(jié)構(gòu)耐久性的期待日益提高，希望混凝土構(gòu)筑物能夠有數(shù)百年的使用壽命，做到歷史彌堅。

耐久性對現(xiàn)代混凝土工程來說意義也非常重大。若是耐久性不足，將會產(chǎn)生很嚴重的后果，甚至對未來社會造成極為沉重的負擔。我國 20 世紀五六十年代所建設(shè)的混凝土工程已有五六十年。這些工程由于種種原因很多已經(jīng)被提前拆除重建了，此類工程的調(diào)查顯示，該時期混凝土工程一般在 20 年后腐蝕嚴重，對混凝土腐蝕的修復費用之大往往超過重建所需費用。研究混凝土耐久性，大幅提高混凝土耐久性，降低混凝土在各種嚴酷條件下，諸如暴露于有害氣體或受到各種有害離子的侵蝕而帶來的破壞性，從而使結(jié)構(gòu)的使用壽命延長，具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。我國現(xiàn)階段的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程規(guī)模遠超過以往，在此過程中施工的混凝土工程的結(jié)構(gòu)壽命對不遠的將來可以說意義重大。

2 混凝土劣化機理

2.1 混凝土劣化過程

混凝土劣化過程大致分三個階段，首先混凝土表面開裂出現(xiàn)裂紋裂縫，然后有害介質(zhì)、空氣水分等進入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，最后致使混凝土內(nèi)部鋼筋開始銹蝕，體積膨脹，造成混凝土的劣化。劣化過程見圖 3。

圖3 混凝土劣化過程

2.2 混凝土劣化機理

混凝土劣化機理見圖 4。

3 混凝土耐久性的影響因素

影響混凝土耐久性的原因錯綜復雜，除去社會因素、環(huán)境因素、人為因素等，技術(shù)因素主要有：

3.1 混凝土的抗?jié)B性

混凝土的抗?jié)B性是混凝土的基本性能，也是混凝土耐久性的重要指標?；炷潦强讖礁鳟悾?0～500μm）的多孔體，當其周圍介質(zhì)有壓力差時（或是濃度差、溫度差、電位差），就會有服從流體力學的介質(zhì)遷移，即滲透。而混凝土的抗?jié)B性是指其抵抗水、油等壓力液體滲透作用的能力。對混凝土耐久性起重要的作用。

圖4 混凝土劣化機理

混凝土抗?jié)B透性的主要影響因素：（1）水膠比，水膠比高抗?jié)B性相對較低；（2）骨料最大粒徑，粒徑大則界面應(yīng)力就大，界面缺陷就會較多，抗?jié)B性就低；（3）骨料滲透性，骨料品種也會對抗?jié)B性存在影響；（4）養(yǎng)護方法，加強養(yǎng)護可以提高混凝土的密實性，提高抗?jié)B性。

3.2 混凝土碳化

大氣中的二氧化碳滲入混凝土內(nèi)，同時在氣相、液相和固相中有一個復雜的化學反應(yīng)過程。碳化本身不會導致混凝土劣化，但對其性能會產(chǎn)生很大影響。其一是碳化收縮，會產(chǎn)生體積變化導致混凝土的開裂和結(jié)構(gòu)破壞；其二碳化會使硬化水泥漿中孔隙溶液的 pH 值從 12.6～13.5 降至 9 左右。如果鋼筋表面附近區(qū)域的附近 pH 值降到一定程度，減弱了混凝土對鋼筋的保護作用，會使鋼筋表面的氧化膜消失，在水和氧氣的共同作用下發(fā)生鋼筋銹蝕。

3.3 混凝土的凍融破壞

凍融破壞盡管僅在嚴寒地區(qū)才會出現(xiàn)，倘若不采取適當防范措施，將成為混凝土耐久性失效的主要因素?；炷恋拿毧字袝嬖谝欢ǖ淖杂伤?，而這些自由水就是遭受凍害的主要因素。因為水遇冷會結(jié)冰，產(chǎn)生體積膨脹，從而造成混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞。

影響混凝土抗凍性的因素有混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)、水的飽和程度、受凍齡期以及混凝土的強度。混凝土的孔結(jié)構(gòu)及強度又主要取決于混凝土的水灰比、有無外加劑和養(yǎng)護方法等。

3.4 堿—集料反應(yīng)

由無定形的或結(jié)晶程度低的二氧化硅組成的骨料或含有這種二氧化硅的骨料在混凝土中會被水泥漿液相中的堿和石灰侵蝕，并發(fā)生反應(yīng)生成一種固體的、粘滯狀的或液體的二氧化硅凝膠，粘附于活性骨料的周圍。此種凝膠吸水后，可能是無限腫脹型的，也可能是有限腫脹型的，無論是何種類型的凝膠，干燥后都會結(jié)晶出來，產(chǎn)生腫脹，破壞混凝土的物理結(jié)構(gòu)，直接影響硬化混凝土的力學強度。由于產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，往往會使混凝土表面出現(xiàn)地圖狀開裂，直至毀壞。

堿—集料反應(yīng)大致分兩類，一類是堿硅酸反應(yīng)，一類是堿碳酸鹽反應(yīng)。發(fā)生堿—集料反應(yīng)需要滿足三個條件：活性氧化硅、堿性氧化物、充足的水。

4 改善混凝土耐久性措施

要提高混凝土耐久性必須從混凝土的劣化機理和混凝土耐久性影響因素兩方面著手，抑制或減弱影響耐久性的不利因素。與此同時還可以從抵抗力和作用力兩方面著手，增加抵抗力就能抑制或延緩作用力的破壞。提高混凝土的強度和密實性會有利于耐久性的改善。做好以下幾點可以有效地提高混凝土耐久性：

（1）嚴把原材料質(zhì)量關(guān)，謹慎地選擇水泥和集料，確?；炷临|(zhì)量，保證其強度，增強混凝土的抵抗力。

（2）加強混凝土生產(chǎn)和施工過程中的控制，控制好水膠比保證混凝土強度。

（3）合理選擇外加劑、摻加聚合物或使用涂層材料等，在改善混凝土工作性的同時，增強混凝土的均勻性和密實性，減少質(zhì)量缺陷，從改善混凝土耐久性。

（4）通過添加特殊性能的外加劑（比如引氣劑、防凍劑、膨脹劑等）來改善混凝土的耐久性。

5 結(jié)語

耐久性是一項涉及環(huán)境、材料、設(shè)計、施工等多種因素的長期性能，破壞過程又十分的復雜。較準確地進行測試存在著不少困難。試驗室采用的快速模擬實驗，對一個或幾個少數(shù)破壞因素作用下的一種或幾種性能變化，進行比對加以測試的方法還不夠理想。可以長期進行暴露試驗和工程實物進行觀測，從而積累數(shù)據(jù)，將有助于對混凝土耐久性的研究評定。