提高混凝土耐久性的主要措施

提高混凝土耐久性的主要措施

范新新

安徽万纬工程管理有限责任公司 安徽 安庆 246002

摘要：用于各种建筑物的混凝土不仅要求具有足够的强度，保证能承受设计荷载，还要求具有良好的耐久性，即混凝土所处环境和使用条件下经久耐用的性能。本文从渗透作用、冻融作用、碱骨料反应、碳化作用的作用机理出发，分析混凝土耐久性的影响因素，从材料、结构、施工三个方面论述提高混凝土耐久性的主要措施。

关键词：混凝土；耐久性；材料；结构；施工

混凝土是目前用量最大的土木工程结构材料，具有成本低、可模性好、抗压强度大、适应性强、综合能耗低等优点。然而，混凝土材料性能会随着时间不断劣化，逐渐不能满足预定功能，造成安全威胁和经济损失。因此，加强混凝土结构耐久性研究、提高混凝土材料耐久性能、延长结构使用寿命是一个重要的课题。

1. 混凝土耐久性的概念

混凝土耐久性是指混凝土结构在规范的使用年限内，在各种环境条件影响下，不需要多余的费用处理而保持其安全性、可接受和正常使用的外观表现能力。现在国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中，明确规定混凝土结构设计应用极限状态设计方法。但现行设计规范只区分成两个极限状态，承载能力极限状态以及正常使用极限状态，而耐久性能的要求则被列入正常使用极限状态之中。混凝土的耐久性与工程的使用寿命紧密相关，是结构在使用期内保持正常功能的能力。正常功能不仅包括该结构的安全性，还表现在其适用性上。

2.混凝土耐久性的主要内容及作用机理

混凝土的耐久性是指混凝土所处环境和使用条件下经久耐用的性能。混凝土的抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化作用、抗碱骨料反应、抗冲磨性等都是耐久性研究的主要内容。混凝土的抗渗性是指其抵抗有压水渗透作用的能力。混凝土渗水主要源于其内部存在渗水通道。这些渗水通道除产生于振捣不密实外，主要是水泥浆多余水分蒸发及泌水而形成的孔隙和微裂缝。混凝土的抗冻性是指混凝土在吸水饱和状态下能经受多次冻融作用而不破坏，也不严重降低强度的性能。混凝土低温破坏的根本原因是其内部孔隙水的冻融循环。水结冰时的体积膨胀，对孔壁形成挤压力，当水压大于混凝土的抗拉强度极限时，毛细孔壁产生裂隙，混凝土构件强度不断降低直至完全破坏[1]。混凝土的碱骨料反应是指在混凝土内部水泥凝结体中的碱性氧化物含量较高时，在有水的条件下，它会与骨料中的活性SiO2发生化学反应，生成碱-硅酸盐凝胶，吸水后会产生体积膨胀导致混凝土开裂破坏的现象。混凝土的碳化是指空气中的CO2通过混凝土中的毛细孔隙，在湿度相宜时，与Ca(OH)2反应生成CaCO3的过程。一方面减弱了混凝土对钢筋的保护作用；另一方面会增加混凝土的收缩，引起混凝土的表面产生拉应力而出现微细裂缝。

3.影响混凝土耐久性的主要因素

3.1化学侵蚀

与混凝土接触的环境介质，例如土壤中、空气、水（海水）含有浓度不同的酸、碱和盐类侵蚀物质时，当它们渗入混凝土内部，与相关成分发生化学反应或物理作用后，混凝土会发生腐蚀，并且进一步胀裂，乃至剥落，进而最后发生钢筋的腐蚀，导致结构失效。

3.2混凝土的碳化

混凝土碳化是指周围中含有水分，空气中含有的CO2和水泥石含有的氢氧化钙Ca（OH）2反应生成水和碳酸钙CaCO3的过程。混凝土的碳化造成其碱度下降，并且加一步减弱了保护层对钢筋的保护，这造成了钢筋很容易锈蚀。

3.3碱集料反应

碱集料反应指的是水泥、外加剂等混凝土的构成物还有环境中的碱与集料有些活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并因此导致了混凝土开裂破坏的膨胀反应。碱集料反应含有碱-硅酸反应和碱-碳酸盐反应。抑制碱集料反应的措施有：使用含碱量少于0.6%的水泥，从而减低碱在混凝土中的含量，并且对集料进行碱活性的检验，另一方面，混凝土的耐久性也被现代材料的改变带来了许多不良影响，如：应现代混凝土结构的要求，水泥的颗粒直径被做的越来越细校，这些都直接导致收缩率比较高、水化热比较高、温差比较高等问题。

4.提高混凝土耐久性的主要措施

虽然混凝土在遭受水压力、冰冻、碳化等作用时的破坏过程各不相同，但对提高混凝土的耐久性措施却有很多共同之处。可从材料、结构和施工三个层次提高混凝土耐久性。

4.1材料层次

材料层次的研究是混凝土结构耐久性最基础的部分。混凝土配合比设计时，各国规范都制定了强度和耐久性方面的双重标准。材料层次上可从以下三方面措施提高混凝土耐久性。     

（1）严格控制水灰比和水泥用量

在混凝土配合比设计中，除了按强度要求确定混凝土的水灰比和水泥用量外，还应受国家和各行业规范规定的满足耐久性要求的最大水灰比和最小水泥用量的控制。

（2）把好组成材料的质量关

根据工程所处环境及对混凝土耐久性要求的特点，合理选择水泥品种，严格控制砂、石材料的有害杂质含量，选择级配良好的骨料。

（3）适当掺用减水剂和引气剂

适当掺用减水剂和引气剂，改善混凝土和易性和空隙结构，提高其密实度，是提高混凝土抗渗性和抗冻性的有力措施。

4.2结构层次

混凝土结构体系的耐久性包括两部分：对未建混凝土结构进行耐久性设计和对服役混凝土结构进行耐久性评估。

（1）耐久性设计

环境作用下的混凝土结构耐久性设计应考虑多个方面的因素，包括设计使用年限，结构所处环境对钢筋和混凝土的腐蚀作用，减轻或延迟材料劣化的结构构造措施，保证结构耐久性的施工质量控制以及使用年限内的定期维修与检测等。在混凝土结构耐久性设计时应综合安全性、实用性和可修复性三大功能对进行结构设计。

（2）耐久性评估

通常使用的钢筋混凝土结构耐久性的评估方法有：外观调查评估法、专家经验评估法、基于设计规范的方法、现场荷载试验法、层次分析法、基于可靠度理论的方法。我国2010年12月实行的TB10005-2010《铁路混凝土结构耐久性设计规范》比较全面地对混凝土原材料、裂缝宽度限值、设计使用年限、构造设计、保护层厚度、掺合料以及施工工艺等作了明确规定，对指导和规范我国混凝土桥梁耐久性评估产生了积极的意义。

4.3施工层次

施工因素，如浇筑条件、养护条件和模板工程等是影响耐久性的一个重要方面。好的施工条件对改善和提高混凝土结构的使用寿命具有非常现实的意义。

（1）混凝土的浇筑

混凝土结构及构件以整体浇筑，不宜留施工缝。当必须有施工缝时，其位置及构造不得有损于结构的耐久性。保护层厚度对混凝土的耐久性也有重要影响。若保护层厚度过小，会缩短钢筋的脱钝时间；如果保护层过厚，构件表面则容易出现较大的收缩裂缝和温度裂缝。

（2）加强施工养护

对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，浇水养护不得少于7d，对于掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土，不得少于14d。即使在工期等方面原因的约束下，也应保证混凝土结构有足够的养护时间，不能随意改变。

（3）提高模板工程质量

模板工程作为建筑工程中极为重要的一部分对混凝土耐久性有重要影响。在模板制作与安装方面，多层模板支架相比于传统的单层支架能够有效提升建筑工程的质量。在模板的拆除与维护方面，混凝土构件浇筑一段时间后，对其进行质量验收，其强度达到了一定要求后，才能将模板拆除掉，否则会影响混凝土强度的发展，造成结构的整体变形。

总结

混凝土的耐久性包含了设计、材料选择、施工、后期保养等方方面面的问题，要解决好这个大问题要统筹各方面的情况。钢筋混凝土结构耐久性应该首先选择合适的结构设计，同时材料的选择也是一方面，另外施工质量必须得到保证，这方面多了很多不确定的人为因素，必要的管理和维护就显得尤为重要。

参考文献

[1]孟园.浅谈混凝土结构耐久性影响因素及提高措施[J].科技展望，2015（14）：59.