浅析钢筋混凝土的耐久性

(山东科技大学 土木工程与建筑学院， 山东 青岛 266590)

0 前言

随着我国科技的不断进步，对建筑方面的需求也越来越高，钢筋混凝土结构的应用也日益广泛，具有坚固，整体性和防火性好等优点。但是钢筋混凝土结构工作阶段，会发生很多预料不到的因素，比如疲劳荷载，外界环境变化都会对结构造成很大的损伤，导致结构达不到预期的寿命，1987年美国国家材料顾问委员会的一个关于混凝土耐久性的调查研究报告在美国甚至全世界范围内引起了很大的轰动。该报告指出，大约有25.3万座混凝土结构的桥梁桥面板，其中有一部分仅使用了还不到20年就已经发生不同程度地损坏，使用年限大大低于40 ～50年的设计的寿命，并且每年桥梁的破坏数量还在增加[1]，不仅仅存在安全隐患，还会造成很多经济上的损失。每年各国都会在结构维修上花费大量的钱财，此外还会影响人们的交通出行等，严重阻碍了经济的发展。在社会进步的同时，对于建筑行业也要跟上时代步伐，在结构稳定性以及耐久性上进行不断探索研究，有利于我国的进一步发展。

钢筋混凝土的耐久性关乎建筑结构的使用寿命，对于其存在的安全隐患也逐渐引起了重视。1992至 2008年，我国先后举办过 7次全国性的学术交流会和 2次专题讨论会。在2000年1月，国务院颁布的<建设工程质量管理条例>第二十一条明确规定:“设计文件应当符合国家规定的设计深度要求，注明工程合理使用年限”，同年7月份建设部又下达了“关于建设单位执行建设工程合理使用年限问题的通知”。[2]由此可见，我国越来越重视混凝土的耐久性问题，加强结构的耐久性也可以减少不必要的浪费，如何延长混凝土结构的寿命仍然是当今混凝土研究的一个重点问题。

1 钢筋混凝土耐久性的影响因素

在桥梁，铁路，隧道，房屋建设等等，钢筋混凝土结构随处可见，在抵抗荷载作用以及环境带来的病害时，使结构保持整体的稳定性和良好的工作性能，混凝土都发挥着巨大的作用。在钢筋混凝土结构工作阶段，盐类的侵蚀，环境作用以及疲劳荷载等等都会对结构造成不同程度的影响，为减少钢筋混凝土结构的病害，首先要研究使其性能下降的因素，然而影响钢筋混凝土耐久性因素有很多，本文主要从以下几个方面介绍：

1.1 抗渗性

混凝土的抗渗性取决于液体在混凝土表层或钢筋保护层内的渗透速率，并且渗透速率随着混凝土内部最可几孔径尺寸的变化而变化。[3]混凝土的抗渗性不仅仅体现于抗水能力，更重要的是抗各种离子的渗透性（例如氯离子等），由于混凝土在拌和的时候往往会加入一些辅助材料，水泥水化也会产生气泡等，结构中就会分布有不同的孔隙，这些离子就会进入到混凝土的孔隙中，一些有害离子对混凝土或钢筋发生侵蚀。而且渗透进入混凝土孔隙中的微观离子有可能会改变混凝土的内部结构，所以抗渗性对于混凝土耐久性的影响不容忽视。

1.2 抗冻性

冻害无疑是钢筋混凝土结构破坏的主要因素之一。我国有相当大的部分地区处于严寒地带，尤其在东北地区，兴建的水工混凝土建筑物基本都发生了不同程度的冻融破坏。主要是因为水泥水化反应剩余的水游离于混凝土内部的毛细孔中，随着水泥水化混凝土内部也会存在一些凝胶，温度较低时，水结冰体积膨胀可能就会发生破坏，如果混凝土处于饱和水状态，胶凝孔中尚未冻结的水向毛细孔方向渗透，导致毛细孔进一步膨胀，此时还会产生渗透压，结构就很可能会产生开裂等破坏。[4]由于一年四季的温差变化较大，钢筋混凝土结构会经历反反复复的冻胀，对钢筋混凝土结构会造成严重的损伤，所以混凝土的抗冻性至关重要。

1.3 抗侵蚀性

混凝土的侵蚀性体现在很多方面，常见的有钢筋锈蚀，混凝土碳化以及一些其他的化学反应等。混凝土碳化是指空气中的 CO2气体进入混凝土中并与碱性物质发生化学反应，使混凝土的碱度降低，机理下降的过程[4]。水泥水化生成的Ca(OH)2与钢筋作用会形成一层钝化膜，对钢筋起到保护作用，如果空气中的 CO2进入就会破坏这层保护膜，钢筋失去保护就会开始发生锈蚀。一般情况下，混凝土保护层碳化，氯离子的侵蚀和杂散电流诱导是混凝土中钢筋锈蚀的主要三个原因，其中，氯离子的锈蚀危害最大。[5]钢筋发生锈蚀后，结构的承载能力下降主要体现在一下三方面：(1)钢筋截面面积减小；(2)混凝土出现锈胀裂缝；(3)粘结锚固性能下降[6]。钢筋一旦锈蚀，钢筋的力学性能就会折减，并且钢筋不能与混凝土充分结合发挥理想的强度。此外，钢筋锈蚀体积膨胀，也有可能使混凝土结构发生起鼓，剥落等。

1.4 碱集料的反应

碱集料反应是指存在于混凝土孔隙中的碱性物质与混凝土中骨料的一些活性物质发生的化学反应[7]，混凝土发生碱一集料反应需要3个必要条件:集料具有潜在活性；混凝土孔溶液有足够高的碱度；混凝土处于高湿度环境下[8]。混凝土在配制时，水泥水化会生成Ca(OH)2，在混凝土的孔隙中就会以碱溶液的形式存在，此外都会根据需要来添加外加剂，这样就会引进高活性物质，在混凝土的工作阶段，碱集料反应的很容易发生，使混凝土的体积发生变化，影响混凝土的微观结构，对混凝土结构的危害非常大，严重时会导致结构的剥落，坍塌。

2 改善混凝土耐久性的措施

影响钢筋混凝土结构耐久性的因素如此之多，我们也要采取相应的措施来提高结构的寿命，使结构能够最大化地为人类带来便利。随着对钢筋混凝土结构的不断深入研究，众多的专家和学者对混凝土的耐久性问题做出了深入的研究，并且得到了多种解决方案：(1) 在选材上，合理选择水泥品种并按照严格的比例配置来配置混凝土，并且保障施工质量，不仅可以防治混凝土的碳化，而且可以从根本上提高混凝土的性能，加强结构的耐久性，此外也有助于后期的维修改进工作。(2) 在混凝土的配制时加入硅灰，粉煤灰，矿渣等高活性掺和料，有助于水泥的水化反应，并且能使混凝土的密实度增加，有效改善混凝土的强度。现如今，大量的掺合料已经广泛应用，因为这些矿物掺合料很多都来源于工业废渣，简单易得，成本低廉。(3) 掺加引气剂来改善混凝土的和易性，来增强混凝土的抗冻性；也可以考虑掺加减水剂，减水剂的掺入，可以降低混凝土的水胶比，提高混凝土的抗氯离子渗透能力。[9](4) 在钢筋表面涂保护层，可以阻碍钢筋与有害物质的接触。也可以选用阴极保护法和阳极保护法，阴极保护法经济有效已被广泛使用，阳极保护法是将被保护的构件与外加直流电源的正极连接，当电流通过时，发生电化学反应，形成钝化区，从而金属构件得到保护。[10](5) 在施工过程中，按要求浇筑混凝土，并且加强混凝土的养护，控制混凝土表面的裂缝，确保施工质量，[11]从而提高混凝土结构的使用寿命。

3 钢筋混凝土结构的评估方法

对于我们生活中常见的钢筋混凝土结构或多或少都会看见裂缝，那么对于这样的结构我们还能否放心使用呢？另一方面，在钢筋混凝土结构的使用阶段，由于外界条件无法掌控，实际情况错综复杂难易预料，与理想化的设计时通常会有很大的区别，所以对结构进行评估是十分必要的，对结构进行安全监测与评估，了解结构的安全情况，如有特殊情况以比便于及时处理。目前，对于混凝土耐久性的评估方法有很多，主要有三种：(1) 传统经验法：就是有经验的技术人员依据结构的检测结果做出评估；(2) 人工智能：借助于模糊数学、神经网络等人工智能手段的综合评估法；(3) 可靠度理论：以可靠度理论为基础的混凝土结构耐久性评估方法[12]。因此本文认为要对结构进行定期检测，及时了解结构的状态，加大对结构的保护力度，以免不确定因素对结构造成破坏；同时有利于对结构的影响因素以及加固进行下一步的研究，掌握结构的安全系数也可以大大减少安全隐患，及时对结构进行维修加固。

4 结语

影响混凝土耐久性的因素主要有抗渗性，抗冻性，抗侵蚀性以及碱集料反应等，可以从这些方面综合考虑来提高混凝土的耐久性，并实时对结构进行监测与评估，了解结构的现状，采取相应的措施增加混凝土结构的寿命，有利于我国经济的快速发展。目前，虽然已经有很多渠道可以很好的改善混凝土结构的耐久性，但对于混凝土的耐久性问题，仍然是广大专家学者研究的重点问题之一。

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