混凝土的耐久性研究

李冬亚梁亚新

摘要：结构的耐久性是指结构在使用环境下，对物理的、化学的以及其他使结构材料性能恶化的各种侵蚀的抵抗能力。耐久的混凝土结构当暴露于使用环境时，具有保持原有形状、质量、和适用性的能力，不会由于保护层碳化或裂缝宽度过大而引起钢筋腐蚀，不发生混凝土严重腐蚀破坏而影响结构的使用寿命。结构的耐久性与结构的使用寿命总是相联系的结构的耐久性越好，使用寿命越长。本文主要从混凝土的抗冻融和抗碳化两个方面讨论了提高混凝土耐久性的方法。

关键词： 混凝土的耐久性混凝土的冻融混凝土的碳化

中图分类号：TU377 文献标识码：A文章编号：

Pick to: the durability of structures is refers to the structure in the use of environment, to the physical and chemical structure and other material properties of the deterioration of the resistance of erosion. Durability of concrete structure when exposed to use environment, keep its original shape, with quality, and applicability of ability, not because of carbonization or crack width caused by excessive steel corrosion, not happen serious corrosion damage and concrete affect the structure of service life. The durability of structures and the using life of structure are always in the structure of the contact of the durability of the more good, service life is long. This article mainly from the frost resistance of concrete carbonation blends two aspects about enhance the durability of concrete method.

Key words: the durability of concrete of the concrete carbonization of concrete thawing

一、引言

从混凝土应用于土木工程至今，大量的钢筋混凝土结构由于各种各样的原因而提前失效，达不到预定的服役年限；这其中有的是由于结构设计的抗力不足造成的，有的是由于使用荷载的不利变化引起的，但更多的是由于结构的耐久性不足导致的。一般混凝土结构的使用寿命都要求大于50年，但有调查资料发现，近几十年来，混凝土结构因材质劣化造成失效以至破坏崩塌的事故，在国内外频繁发生，用于混凝土结构修补、重建和改建的费用日益增大。因此，混凝土结构的耐久性问题越来越受到人们的重视。

设计永久性建筑时，耐久性是结构必须满足的功能之一。在设计基准期内，要求结构在正常使用和维修条件下，随时间变化而能满足预定功能的要求，所以混凝土结构设计除了进行承载力计算、变形和裂缝验算外，还必须进行耐久性设计，提高混凝土的抗冻融性和抗碳化的能力有利于混凝土结构在恶劣环境下的耐久性。

二、混凝土的冻融破坏及其防治

1、混凝土的冻融破坏

混凝土水化结硬后，内部有很多孔隙，非结晶水滞留在这些孔隙中。在寒冷地区，由于低温时混凝土孔隙中的水冻结成冰后产生体积膨胀，引起混凝土结构内部损伤。在多次冻融作用下，混凝土结构内部损伤逐渐积累达到一定程度而引起宏观的破坏。破坏前期是混凝土强度和弹性模量降低，接着是混凝土由表及里的剥落。由美国学者TC.Powerse提出的膨胀压和渗透压理论，吸水饱和的混凝土在其冻融的过程中，遭受的破坏应力主要由两部分组成。其一是当混凝土中的毛细孔水在某负温下发生物态变化，由水转变成冰，体积膨胀9％，因受毛细孔壁约束形成膨胀压力，从而在孔周围的微观结构中产生拉应力；其二是当毛细孔水结成冰时，由凝胶孔中过冷水在混凝土微观结构中的迁移和重分布引起的渗管压。由于表面张力的作用，混凝土毛细孔隙中水的冰点随着孔径的减小而降低。凝胶孔水形成冰核的温度在－78℃以下，因而由冰与过冷水的饱和蒸汽压差和过冷水之间的盐分浓度差引起水分迁移而形成渗透压。 另外凝胶不断增大，形成更大膨胀压力，当混凝土受冻时，这两种压力会损伤混凝土内部微观结构，只有当经过反复多次的冻融循环以后，损伤逐步积累不断扩大，发展成互相连通的裂缝，使混凝土的强度逐步降低，最后甚至完全丧失。从实际中不难看出，处在干燥条件的混凝土显然不存在冻融破坏的问题，所以饱水状态是混凝土发生冻融破坏的必要条件之一，另一必要条件是外界气温正负变化，使混凝土孔隙中的水反复发生冻融循环，这两个必要条件，决定了混凝土冻融破坏是从混凝土表面开始的层层剥蚀破坏。我国部分地区特别是北方地区的室外混凝土结构存在冻融破坏问题。与环境水接触较多的混凝土，如电厂的通风冷却塔、水厂的水池、外露阳台、水工结构等的冻融破坏相对严重。当混凝土孔隙溶液中含有一定量的氯离子时，混凝土的冻融破坏加剧。海港工程、使用化冰盐的混凝土高速公路、城市立交桥、和停车场等均有此类问题。

2、混凝土冻融破坏的防治

对于混凝土冻融破坏的防治，结合我们的施工实践，总结出了如下几点： （1）预防措施。一是在混凝土施工中应根据不同情况选择含有不同矿物成份和不同性能的水泥、骨料和外加剂，从材料方面确保混凝土的耐久性；二是严格控制混凝土制作配合比，一定要根据结构类型和所处的环境条件，试验确定关键参数，主要是降低混凝土的水灰比，水泥水化所需水分仅为其重量的25％左右，若水量增加，多余的水就游离析出，产出孔隙，饱和后易受冻胀破坏；另外掺入引气型外加剂是提高混凝土抗冻性最有效的途径之一；三是人为的优化建筑物混凝土构件周围的环境条件，以减少或改善致使混凝土冻融的各种不利因素。 （2）治理措施。①水泥砂浆修补，适用于轻微的表层破坏；②预缩砂浆修补，所谓预缩砂浆是指经拌和好之后再归堆放置30～90mih后才使用的干硬性砂浆，此种方法适用于高速水流区混凝土表面的损坏；③喷浆修补，多用于混凝土冻融破坏化较严重的部位；喷混凝土修补，是指经施高压将混凝土拌料以高速运动注入被修补的部位，其密度及抗渗性较一般混凝土好，且具有快速，高效的特点；④环氧材料修补，一般有环氧基液、环氧砂浆和环氧混凝土等，这种材料具有较高的强度和抗蚀、抗渗能力，并与混凝土结合力较强，但价格较贵，施工工艺复杂，材料配比严格，此法可与其它修补方法配合使用，效果更佳；总之我们应当根据水工建筑物所处的环境、位置和冻融破坏的程度以及原混凝土构件制作的主要材料性能综合选用不同的修补方法，才能获得较好的效果。 三、混凝土的碳化机理及其防治

1、混凝土的碳化机理

混凝土的碳化是指大气中的二氧化碳首先渗透到混凝土内部的孔隙中，而后溶解于毛细孔中的水分，与水泥水化过程中所产生的水化硅酸钙和氢氧化钙等水化产物相互作用，生成碳酸钙等产物。所以，混凝土碳化是由于混凝土存在着孔隙，里面充满着水分和空气，在混凝土的气相、液相、固相中进行着一个十分复杂的多相物理化学连续过程。混凝土碳化有增加混凝土强度和减少渗透性的作用，这可能是因为碳化放出的水分促进水泥的水化及碳酸钙沉淀减少了水泥石的孔隙之故。但混凝土碳化后，其碱性降低，加快钢筋腐蚀。  早期的混凝土呈碱性。当空气、土壤或是地下水中的酸性物质如CO2、HCI、SO2、CI2渗入混凝土表面与水泥石中的碱性物质发生化学反应的过程，成为混凝土的中性化。混凝土在空气中的碳化是中性化最常见的一种形式，它是空气中的CO2与水泥石中的碱性物质相互作用，使其成分、组织和性能发生变化，使用机能下降的一种很复杂的物理化学过程。碳化会降低混凝土的碱性，破坏钢筋表面的钝化膜，使混凝土对钢筋失去保护作用，给混凝土中钢筋的锈蚀带来不利的影响。同时，混凝土中的碳化还会加剧混凝土的收缩，这些都有可能导致混凝土的裂缝和结构的破坏。随着空气中CO2浓度逐渐增加，工厂排泄废气不断增加，混凝土的碳化作用也越来越厉害。

2、混凝土碳化的防治

对于混凝土的碳化破坏，我们在施工中总结出了一系列治理措施：一是在施工中应根据建筑物所处的地理位置、周围环境，选择合适的水泥品种；对于水位变化区以及干湿交替作用的部位或较严寒地区选用抗硫酸盐普通水泥，冲刷部位宜选高强度水泥；二是分析骨料的性质，如抗酸性骨料与水、水泥的作用对混凝土的碳化有一定的延缓作用；三是要选好配合比，适量的外加剂，高质量的原材料，科学的搅拌和运输，及时的养护等各项严格的工艺手段，以减少渗流水量和其它有害物的侵蚀，以确保混凝土的密实性；另外，若建筑物地处环境恶劣的地区，宜采取环氧基液涂层保护效果较好，对建筑物地下部分在其周围设置保护层；用各种溶注液浸注混凝土，如：用溶化的沥青涂抹。还有，若建筑物一旦发生了混凝土碳化，最好采用环氧材料修补，若碳化深度较大，可凿除混凝土松散部分，洗净进入的有害物质，将混凝土衔接面凿毛，用环氧砂浆或细石混凝土填补，最后以环氧基液做涂基保护。

四、结束语

总之，在混凝土结构的使用阶段，应重视对结构的正常维护和管理。鉴于我国原有混凝土结构对耐久性考虑不够，应重视对服役混凝土结构的检测和评估，必要时进行修理和加固，以保证结构在使用期内的安全。

参考文献：

[1]《混凝土结构设计规范》GB50010-2010.

[2]赵顺波，许成祥，周新刚.《混凝土结构设计原理》2008（2）.

[3]戚薇. 《增加混凝土耐久性浅议》[J].城市建设理论研究2011（2）.