对混凝土结构耐久性的认识与防护

[摘要]混凝土结构的耐久性是当前困扰土建基础设施工程的世界性问题。本文对硅粉混凝土结构的耐久性现状进行了简单介绍，并陈述了影响混凝土结构耐久性的主要因素，同时提出解决影响混凝土结构耐久性的保防护措施。
　　[关键词]混凝土；耐久性；防护
　　
　　混凝土的耐久性是指结构在要求的目标使用期限内，不需要花费大量资金加固处理而能保证其安全性和适用性的能力。20世纪70年代末期，发达国家逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境下出现过早损坏的情况，许多城市的混凝土结构的基础设施工程和港口工程建成后不到30年甚至更短的时间内就出现劣化。据国内外统计资料表明，由于混凝土结构的耐久性病害而导致的经济损失是巨大的。
　　
　　1土建结构的耐久性现状
　　长期以来，人们一直以为混凝土是非常耐久的材料。直到70年代末期，发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境下出现过早损坏。我国建设部于80年代的一项调查表明，国内大多数工业建筑物在使用25~30年后即需大修，处于严酷环境下的建筑物使用寿命仅15~20年。民用建筑和公共建筑的使用环境相对较好，一般可维持50年以上，但室外的阳台、雨罩等露天构件的使用寿命通常仅有30~40年。桥梁、港工等基础设施工程的耐久性问题更为严重，由于钢筋的混凝土保护层过薄且密实性差，许多工程建成后几年就出现钢筋锈蚀、混凝土开裂。海港码头一般使用十年左右就因混凝土顺筋开裂和剥落，需要大修。京津地区的城市立交桥由于冬天洒除冰盐及冰冻作用，使用十几年后就出现问题，有的不得不限载、大修或拆除。盐冻也对混凝土路面造成伤害，东北地区一条高等级公路只经过一个冬天就大面积剥蚀。
　　有专家估计，我国“大干”基础设施工程建设的高潮还可延续20年，由于忽视耐久性，迎接我们的还会有“大修”20年的高潮，这个高潮可能不用很久就将到来，其耗费将倍增于当初这些工程施工建设时的投资。
　　
　　
　　2影响混凝土结构耐久性的主要原因
　　2．1氧离子对钢筋的锈蚀
　　氧离子半径小、穿透力强，很容易吸附在钢筋阳极区的钝化膜上，使钢筋起保护层作用的氢氧化铁变为无保护作用的氧化铁。由于氧离子到达钢筋表面的不均匀性，形成了大阴极小阳极的腐蚀，这种坑蚀或局部腐蚀对结构的危害较大。
　　2．2水泥石中的水化物稳定性不足
　　碳化反应：混凝土空隙中充满了由于水泥石水解产生的氢氧化钙饱和溶液，其碱度很高，PH值在12以上。钢筋在高碱度的环境中，表面沉积一层致密的氢氧化铁薄膜而转人钝化状态，然而，大气中的二氧化碳却不断向混凝土的内部扩散，与混凝土中的氢氧化钙发生作用，使水泥石碱度降低，这种现象称为混凝土的碳化。生成的碳酸钙为微溶的化合物，其饱和溶液PH值约为9，远小于钢筋保持钝化状态所要求的大于11.5的数值。在这种环境下，混凝土结构中埋置的钢筋表面钝化膜被逐渐破坏，造成钢筋锈蚀。
　　碱反应：混凝土中的碱与活性骨料之间发生反应，生成碱硅胶或粘土质集料。这种生成物会吸收微孔中的水分，发生体积膨胀，在周围水泥浆已硬化的情况下产生一定的膨胀压力。当该压力超过水泥浆抗拉强度时，就会引起混凝土开裂，使混凝土结构发生破坏，而且这种破坏在混凝土结构内部发生，危害极大。
　　2．3对混凝土结构耐久性的认识不足
　　我国土建结构的设计与施工规范重点放在对各种荷载作用下的结构强度要求上，对环境因素作用下的耐久性要求相对较少。混凝土结构的质量检验习惯上以单一的强度指标作为衡量标准。为满足施工要求，在配料上往往用水量大、水灰比高，因而导致混凝土的孔隙率很高，占水泥石总体积的25%一40%，特别是其中毛细孔占相当大的部分。毛细孔是水分、各种侵蚀介质、氧气、二氧化碳及其他有害物质进人混凝土内部的通道，它使混凝土结构的耐久性大大降低。
　　
　　3混凝土结构耐久性的防护
　　3．1采用高效减水剂
　　水泥颗粒与水拌和后容易产生絮状结构，难以分散，为便于浇注，不得不加大拌和水量，这样就会在结构中形成过多的孔隙。加人高效减水剂，可吸附于水泥颗粒表面，减少多余电荷，使絮状结构解体，释放束缚于其中的水分。这样拌和物在达到相同工作强度所需水量与未掺减水剂的拌和物相比可显著减少。当水灰比控制在0.4以下时，混凝土结构的强度和耐久性就会有较大的提高。因此，利用高效减水剂，可以减小混凝土的用水量，对提高混凝土强度和耐久性有显著效果。
　　3．2使用矿物掺和料或外加剂
　　矿物掺和料有高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰、硅灰等，可用于代替部分水泥，作为辅助凝胶掺人混凝土结构中，在适当比例条件下，可显著改善混凝土的基本性能，变强度低、耐久性差的普通混凝土结构为高稳定性、高抗渗性、高耐久性的高性能混凝土。
　　3．3减少混凝土自身缺陷
　　水泥是水泥砂浆和混凝土的胶结材料，不同品种水泥的矿物组份不同，因而对各种腐蚀介质的耐腐蚀性就有差异。正确地选择水泥品种，对保证混凝土结构工程的耐久性有重要意义。混凝土中采用的骨料应保持致密，同时控制材料的吸水率及杂质的含量，确保材质状态。限制从原材料引人碱、氧离子等可以引起结构破坏和钢筋锈蚀的物质，加强施工控制，避免干缩和温度裂缝产生。
　　3．4加强对正常检测与维护
　　我国是发展中国家，现在正大兴土木，可是过去建成的大量工程已经过早老化。如国内40%公路桥梁的桥龄已大于25年，加上进人20世纪90年代以后交通量猛增，超载严重，以往的设计标准较低，路桥的维修问题十分突出。由于养护维修费用得不
　　到保障，造成工程安全隐患，并在以后需支出更多的大修费用。因此，定期的检查和维护是非常必要的，这对混凝土结构的适用性和耐久性是非常重要的。短期看，检测和维修会增加一些费用，但从长远看，却是非常有益的。尤其是对结构的损坏有可能会导致公众安全的建筑物、桥梁和隧道等工程，有必要制定定期检测与评估的法规，确保这些工程在使用期内正常的管理和运营。
　　
　　
　　
　　
　　参考文献
　　[1]孙江安.通过碳化试验检测混凝土结构的耐久性[J].凝土结构，1990
　　[2]建筑荷载规范(GB5009-2001)[M].北京:中国建筑工业出版社，2001
　　[3]建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068-2001)[M].北京:中国建筑工业出版社，2001
　　[4]洪及丰.硅粉混凝土结构中钢筋腐性与防护技术——氧与钢筋锈性破坏[J].工业建筑，1999