0引言

隨著水泥與混凝土生產(chǎn)技術(shù)與研究水平的不斷發(fā)展，混凝土

的使用范圍和用量日益擴(kuò)大。目前，混凝土已成為世界上用量最

大的人造材料之一。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，混凝土結(jié)構(gòu)既有保護(hù)層，又

不會(huì)有銹了蝕問題產(chǎn)生，故而是最具耐久性的材料，從而忽視混

凝土耐久性的問題。實(shí)際上，混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中會(huì)受到外

界環(huán)境如溫度、濕度、降水、冰凍以及各種有害介質(zhì)的侵蝕，特

別是在環(huán)境與荷載的復(fù)合影響下，材料和結(jié)構(gòu)的性能很容易隨時(shí)

間下降，甚至?xí)霈F(xiàn)順筋開裂和剝落的現(xiàn)象。1978年美國國家

材料委員會(huì)提交的報(bào)告引起了巨大的轟動(dòng):在約25.3萬座以混凝

土結(jié)構(gòu)為橋板面的橋梁中，其中有些使用了還不到20年就已經(jīng)發(fā)

生了不同程度的破壞，而且遭破壞橋梁的數(shù)量還在以每年3.5萬

座的速度增加。調(diào)查研究表明，我國的大部分工業(yè)建筑物在使用

25?30年時(shí)，就需要大幅度修整，在嚴(yán)酷環(huán)境中，混凝土結(jié)構(gòu)

建筑物的使用壽命僅達(dá)15?20年。對(duì)于沿海地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施工

程，由于氯離子等的侵蝕作用，一般工程建成后幾年內(nèi)就會(huì)發(fā)生

鋼筋銹蝕開裂等現(xiàn)象，進(jìn)而嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。

在混凝土結(jié)構(gòu)的整個(gè)服役過程中一直伴隨著耐久性問

題，這些問題不僅會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還可能造成重大安

全事故。美國學(xué)者著名的“五倍定律”可以形象的解釋混凝土結(jié)

構(gòu)耐久性的重要

性，即設(shè)計(jì)時(shí)，若為了節(jié)省1美元而對(duì)鋼筋防護(hù)不當(dāng)，當(dāng)鋼筋

銹蝕時(shí)就會(huì)多追加5美元的修護(hù)費(fèi)用，混凝土開裂時(shí)需多追加維

修費(fèi)25美元，嚴(yán)重破壞時(shí)需多追加125美元的維護(hù)費(fèi)。正是因

為這一可怕的放大效應(yīng)，采取有效的防護(hù)措施提高混凝土結(jié)構(gòu)的

耐久性及延長建筑工程的服役壽命、盡量減少維護(hù)重建費(fèi)用才是

建筑領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的核心。

1影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素

混凝土結(jié)構(gòu)中的微裂縫和孔隙結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致混凝土劣化的初因,

孔結(jié)構(gòu)和微裂縫為溶解在混凝土結(jié)構(gòu)中的有害介質(zhì)提供了遷移通

道，這種遷移導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生物理化學(xué)方面的劣化和鋼筋銹蝕，

從而降低了混凝土的耐久性。影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素錯(cuò)綜

復(fù)雜，主要包括以下幾個(gè)方面。

1.1凍融破壞

混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)、氣泡含量、水飽和程度、受凍齡

期等因素都會(huì)對(duì)混凝土耐久性造成影響。由于混凝土由水泥砂漿

和粗骨料組成，內(nèi)部存在較多的孔隙結(jié)構(gòu)，是典型的毛細(xì)孔多孔

體?；炷林械目紫督Y(jié)構(gòu)包括凝膠孔，毛細(xì)孔以及非毛細(xì)孔。

在配置混凝土的過程中，隨著水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行，形成凝膠孔，

多余的水游離在混凝土中形成連通的毛細(xì)孔，它們都在混凝土結(jié)

構(gòu)內(nèi)部占據(jù)一定的體積。在溫度很低的情況下，毛細(xì)孔中的自由

水凍結(jié)成冰使混凝土發(fā)生體積膨脹，使混泥土結(jié)構(gòu)發(fā)生劣化。當(dāng)

處于飽和水狀態(tài)時(shí)，由于毛細(xì)孔中的自由水已經(jīng)凍結(jié)成冰，此時(shí)

凝膠孔中處于過冷狀態(tài)的水由于其蒸氣壓高而向毛細(xì)孔中冰的過

渡區(qū)滲透，這種現(xiàn)象使毛細(xì)孔中產(chǎn)生滲透壓力，冰的體積也進(jìn)一

步增大。此時(shí)由于毛細(xì)管壁同時(shí)承受著滲透壓和膨脹壓，當(dāng)壓力

超過抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞，使混凝

土的耐久性下降。一般來說，經(jīng)常處于干濕交替變化下的混凝土

受凍時(shí)極易遭到破壞，反復(fù)的凍融循環(huán)會(huì)使混凝土中的微裂縫相

互連接，加速混凝土結(jié)構(gòu)的開裂、剝落，并由表層逐步深入。

1.2混凝土的碳化

碳化是混凝土結(jié)構(gòu)中最常見的中性化過程，它是指大氣環(huán)境

中的CO?與水泥石中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使混凝土pH值下降

的過程。碳化本身對(duì)混凝土耐久性的直接影響并不大，但混凝土

碳化增加了不可逆收縮的數(shù)量，使混凝土表面容易產(chǎn)生裂縫。

碳化的主要危害是使混凝土的護(hù)筋性下降，破壞了堿性環(huán)境

下在鋼筋表面生成的Fe(0H)2層，破壞了混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)，

加速鋼筋銹蝕速度。因此，提高混凝土的抗碳化能力對(duì)延長混凝

土結(jié)構(gòu)的壽命具有十分重要的意義。

1.3堿.骨料反應(yīng)

堿-骨料的反應(yīng)速度非常緩慢，很難發(fā)現(xiàn)，但是一經(jīng)發(fā)生很難

阻止，不易修復(fù)，被稱為混凝土的“癌癥”。堿■骨料反應(yīng)可以引

起混凝土結(jié)構(gòu)明顯的體積膨脹和開裂，使混凝土強(qiáng)度明顯下降，

嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)的安全性。研究表明，堿-骨料反應(yīng)破壞發(fā)生

的速度很慢，但比其他耐久性破壞的速度迅速?；炷猎诠橇祥g

對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性破壞最為嚴(yán)重的形式之一，對(duì)鋼筋銹蝕的研

究和預(yù)防顯得尤為重要。

2提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的途徑

近年來，由于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模宏大，混凝土用量也在不斷

增加，在混凝土設(shè)計(jì)中提高混凝土耐久性可以顯著提高工程質(zhì)量

和經(jīng)濟(jì)效益?；炷聊途眯载灤┯诨炷两Y(jié)構(gòu)配合比設(shè)計(jì)、原材

料的選擇、施工和運(yùn)行管理的整個(gè)進(jìn)程，根據(jù)影響混凝土耐久性

的因素和機(jī)理，可以通過以下途徑提高混凝土的耐久性：1）采

用高性能優(yōu)質(zhì)水泥和顆粒級(jí)配良好的骨料，可以降低混凝土中的

堿含量、氯離子等有害組分的含量；2）在配制過程中添加高效減

水劑和礦物摻和料，降低水膠比，從而使孔結(jié)構(gòu)得到改善，提高

混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)度，減少有害介質(zhì)的侵蝕；3）使用膨脹劑，滲

透性模板以及采用合理的配筋比來提高混凝土材料的自密性，控

制混凝土保護(hù)層的開裂，提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性；4）在混凝土

的表面進(jìn)行涂層處理和表面防水處理，可以有效阻止水分子和氯

離子等侵蝕介質(zhì)對(duì)鋼筋和混凝土的損傷，從而提高混凝土結(jié)構(gòu)的

耐久性；5）安裝耐久性監(jiān)測系統(tǒng)，對(duì)局部材料的缺陷及其他不可

預(yù)見的突發(fā)性因素進(jìn)行長期監(jiān)控，可及時(shí)采取保護(hù)和修護(hù)措施，

防止進(jìn)一步破壞的產(chǎn)生；6）嚴(yán)格把控施工質(zhì)量，加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)，根據(jù)不同環(huán)境的需要確定養(yǎng)護(hù)齡期和拆模時(shí)間，在混

凝土施工縫處設(shè)置多重防水，進(jìn)而提高混凝土耐久性，確保達(dá)到

設(shè)計(jì)使用年限。

3結(jié)語

混凝土結(jié)構(gòu)耐久性主要受抗凍性、抗侵蝕性、碳化反應(yīng)、堿

骨料反應(yīng)和鋼筋銹蝕作用的影響