張　杰

中圖分類號(hào)：TU528文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673—0992(2009)03—075—02

摘要：當(dāng)前，許多鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，特別是處于惡劣環(huán)境條件下的基礎(chǔ)設(shè)施建筑工程項(xiàng)目，由于混凝土耐久性不足，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能劣化，安全性能降低，造成大量的項(xiàng)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期的使用壽命或預(yù)期的使用功能。有的項(xiàng)目在使用過(guò)程中不得不投入大量資金經(jīng)常進(jìn)行維修，有的甚至發(fā)生結(jié)構(gòu)坍塌事故，帶來(lái)了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。因此，建筑工程項(xiàng)目必須充分重視混凝土的耐久性問(wèn)題，并從全壽命的角度，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行安全評(píng)估和經(jīng)濟(jì)分析。

關(guān)鍵詞：混凝土；耐久性；技術(shù)

一、混凝土耐久性提高的制約因素

1目前，阻礙高性能混凝土廣泛應(yīng)用的主要原因是短期經(jīng)濟(jì)利益問(wèn)題。由于原材料中的超塑化劑和超細(xì)磨的細(xì)摻料價(jià)格較高，加上混凝土生產(chǎn)、施工和養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的質(zhì)量控制要求較嚴(yán)格也會(huì)增加一些費(fèi)用，使得高性能混凝土比常規(guī)混凝土的單價(jià)稍高，因此往往不易被用戶接受。采用耐蝕合金鋼或不銹鋼筋是解決鋼筋銹蝕的最徹底方法。

2由于混凝土中摻加較多的粉煤灰、細(xì)磨礦渣或硅灰后，混凝土的凝結(jié)硬化速度減緩，早期強(qiáng)度低，這阻礙了國(guó)內(nèi)大量建筑工程所要求的“速度”。其實(shí)，大量建筑工程事故和質(zhì)量隱患許多都是不合理地追求施工工期而“趕”出來(lái)的。這需要我們對(duì)建筑工程管理體制和急功近利的做法進(jìn)行反思。

3其實(shí)混凝土材料費(fèi)用在工程總造價(jià)中所占的比例并不大，混凝土材料和施工所增加的費(fèi)用很容易被其他方面的效益所補(bǔ)償。提高混凝土耐久性所帶來(lái)的安全使用期的延長(zhǎng)，尤其是在不利環(huán)境下，其社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)境等效益，更會(huì)大大超過(guò)建造初期所增加的費(fèi)用。

二、混凝土耐久性問(wèn)題的影響因素

1碳化對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)性能的影響

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(shí)，混凝土將失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，鋼筋表面的鈍化保護(hù)膜開(kāi)始破壞。當(dāng)有水和氧存在時(shí)鋼筋開(kāi)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。鋼筋一旦生銹，因鋼筋生成物與混凝土的粘結(jié)力很低，同時(shí)因?yàn)殍F銹的膨脹壓力會(huì)使混凝土保護(hù)層產(chǎn)生龜裂，通過(guò)這些裂縫又迅速加快混凝土碳化和鋼筋銹蝕的速度。鋼筋銹蝕引起鋼筋截面減小、力學(xué)性能降低，構(gòu)件剛度、承載力逐步下降，導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性降低。另外，碳化作用會(huì)增加混凝土的收縮，引起混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力而出現(xiàn)微細(xì)裂縫，從而降低混凝土的抗拉、抗折強(qiáng)度及抗?jié)B能力，從而影響混凝土結(jié)構(gòu)的適用性和安全性。

2鋼筋銹蝕對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)性能的影響

鋼筋銹蝕到一定程度后，銹蝕產(chǎn)物產(chǎn)生的膨脹壓力將會(huì)使混凝土保護(hù)層發(fā)生順筋開(kāi)裂，從而使鋼筋的銹蝕速度進(jìn)一步加快，鋼筋銹蝕引起混凝土順筋開(kāi)裂時(shí)的臨界銹蝕量是一個(gè)關(guān)鍵量，一般認(rèn)為，它與混凝土的抗拉強(qiáng)度、混凝土保護(hù)層厚度及鋼筋的直徑有關(guān)。銹蝕對(duì)鋼筋強(qiáng)度的影響：對(duì)于低碳鋼筋，均勻銹蝕對(duì)混凝土中低碳鋼筋性能的影響相對(duì)不大，坑銹會(huì)使鋼筋的強(qiáng)度降低，鋼筋強(qiáng)度隨銹坑深度的增加而降低(按實(shí)際面積計(jì)算)，對(duì)于中度銹蝕的鋼筋，其強(qiáng)度將降低6％左右：對(duì)于嚴(yán)重銹蝕的鋼筋，其強(qiáng)度將降低12％左右。此外，坑銹還會(huì)降低鋼筋的伸長(zhǎng)率。對(duì)于高強(qiáng)度鋼筋(或鋼絲)。特別是預(yù)應(yīng)力混凝土中的高強(qiáng)度鋼筋或鋼絲，銹蝕會(huì)使鋼筋彈性變形能力急劇下降，并出現(xiàn)“裂紋銹蝕”(又稱為應(yīng)力腐蝕)，它相當(dāng)危險(xiǎn)，因?yàn)殇摻顣?huì)在沒(méi)有任何預(yù)兆的情況下突然斷裂。這對(duì)結(jié)構(gòu)安全是非常大的威脅。

3混凝土的凍觸破壞機(jī)理

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。應(yīng)該指出，在正常情況下，毛細(xì)孔中的水結(jié)冰并不至于使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞。因?yàn)榛炷林谐嗣?xì)孔之外還有一部分水泥水化后形成的膠凝孔和其他原因形成的非毛細(xì)孔，這些空隙中?；煊锌諝?，因此，當(dāng)毛細(xì)孔中的水結(jié)冰膨脹時(shí)，能將一部分未結(jié)冰的水?dāng)D入膠凝孔，起到緩沖調(diào)和作用，從而減少膨脹壓力。避免混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞。但當(dāng)處于飽和水狀態(tài)時(shí)，情況就完全兩樣了，此時(shí)毛細(xì)孔中水結(jié)冰時(shí)，膠凝孔中的水處于過(guò)冷狀態(tài)。混凝土孔隙中水的冰點(diǎn)隨孔徑的減小而降低，膠凝孔中形成冰核的溫度在一780c以下。膠凝孔中處于過(guò)冷狀態(tài)的水分因?yàn)槠湔羝麎焊哂谕瑴囟认卤恼羝麎憾蛎?xì)孔中冰的界面處滲透，于是毛細(xì)孔中又產(chǎn)生一種滲透壓力。此外，膠凝水向毛細(xì)孔滲透的結(jié)果必然使毛細(xì)孔中的冰體積進(jìn)一步膨脹。由此可見(jiàn)，處于飽和狀態(tài)的混凝土受凍時(shí)，其毛細(xì)孔壁同時(shí)承受膨脹壓及滲透壓兩種壓力。當(dāng)這兩種壓力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)開(kāi)裂。在反復(fù)凍融循環(huán)后，混凝土中的裂縫會(huì)互相貫通，其強(qiáng)度也會(huì)逐漸降低，甚至完全喪失。這會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)由表及里遭受破壞?；炷恋娘柡投入S著凍融循環(huán)次數(shù)或時(shí)間的增長(zhǎng)而不斷增加，但增加速率越來(lái)越低，所以在混凝土的使用年限與抗凍等級(jí)或抗凍耐久性指數(shù)之間不會(huì)呈正比關(guān)系。

三、混凝土耐久性問(wèn)題的改善方法

1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透性控制著水及侵蝕性液體或氣體滲入的速率，同時(shí)，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。使用高效減水劑和引氣劑，可以較大地提高混凝土的抗?jié)B透性，恰當(dāng)?shù)厥褂靡恍B(yǎng)護(hù)劑、阻銹劑等，也可以改善和提高混凝土的耐久性。

2合理選擇混凝土材料和配合比

(1)合理選擇水泥品種，在一般環(huán)境條件下，宜選擇低水化熱和低含堿量的水泥，不宜選擇早強(qiáng)水泥。

(2)合理選擇混凝土的骨料。混凝土的骨料除要求質(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)。

(3)控制水膠比和水泥用量?？刂扑z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?？刂扑嘤昧恳彩菫榱吮ＷC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。

(4)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(jí)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(duì)提高混凝土的密實(shí)度和抗?jié)B性有極好的作用。

3合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和構(gòu)造設(shè)計(jì)

(1)保證有足夠的混凝土保護(hù)層厚度。混凝土的高堿性可使鋼筋表面形成致密的鈍化膜，對(duì)鋼筋有良好的保護(hù)作用。混凝土保護(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)。適當(dāng)加大混凝土保護(hù)層的厚度是提高混凝土耐久性、延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的重要措施。為此，各國(guó)規(guī)范都有針對(duì)不同使用環(huán)境的最小混凝土保護(hù)層厚度的規(guī)定。

(2)合理地設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及構(gòu)造。對(duì)易于發(fā)生耐久性問(wèn)題的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件部位，在設(shè)計(jì)中應(yīng)通過(guò)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。

四、結(jié)語(yǔ)

總之，混凝土在使用期間，會(huì)由于環(huán)境中的侵蝕性介質(zhì)的侵入，產(chǎn)生物理和化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土性能劣化?；炷恋哪途眯詫?shí)質(zhì)上是抵抗這種劣化作用的能力。劣化產(chǎn)生的內(nèi)部潛在因素是混凝土中的化學(xué)成分和孔結(jié)構(gòu)，外部條件是環(huán)境中侵蝕性介質(zhì)和水的存在。外部條件是客觀存在的，提高混凝土耐久性的關(guān)鍵是減少混凝土中對(duì)腐蝕性介質(zhì)易感的組分，同時(shí)提高混凝土本身的密實(shí)性。盡可能減少原生裂縫，使混凝土硬化后體積穩(wěn)定而不產(chǎn)生收縮裂縫。