摘要:本文從工程角度分析了混凝土耐久性問題,并總結(jié)了提高混凝土耐久性的幾點措施
關(guān)鍵詞:耐久性；堿-集料反應(yīng)；腐蝕 高性能砼
一、混凝土工程中的耐久性問題
強度和耐久性是混凝土結(jié)構(gòu)的兩個重要指標(biāo),因以往工程中習(xí)慣上只重視混凝土的強度,或片面追求高強度而忽視混凝土的耐久性?；炷恋哪途眯允鞘褂闷趦?nèi)結(jié)構(gòu)保證正常功能的能力,關(guān)系結(jié)構(gòu)物的使用壽命,隨著結(jié)構(gòu)物老化和環(huán)境污染的加重,混凝土耐久性問題已引起了各主管部門和廣大設(shè)計,施工部門的重視。
二、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題的分析
混凝土耐久性問題,是指結(jié)構(gòu)在所使用的環(huán)境下,由于內(nèi)部原因或外部原因引起結(jié)構(gòu)的長期演變,最終使混凝土喪失使用能力。即所為的耐久性失效,耐久性失效的原因很多,有抗凍失效,堿-集料反應(yīng)失效,化學(xué)腐蝕失效,鋼筋銹蝕造成結(jié)構(gòu)破壞等。下面作具體分析。
（一）混凝土的凍融破壞：結(jié)構(gòu)處于冰點以下環(huán)境時,部分混凝土內(nèi)孔隙中的水將結(jié)冰,產(chǎn)生體積膨脹,過冷的水發(fā)生遷移,形成各種壓力,當(dāng)壓力達到一定程度時,導(dǎo)致混凝土的破壞?；炷涟l(fā)生凍融破壞的最顯著的特征是表面剝落,嚴重時可以露出石子?；炷恋目箖鲂阅芘c混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)和氣泡含量多少密切相關(guān)?？自缴僭叫?破壞作用越小,封閉氣泡越多,抗凍性越好。影響混凝土抗凍性的因素,除了孔結(jié)構(gòu)和含氣量外,還包括:混凝土的飽和度,水灰比,混凝土的齡期,集料的孔隙率及其間的含水率等。
?。ǘ┗炷恋膲A-集料反應(yīng):混凝土的堿-集料反應(yīng),是指混凝土中的堿與集料中活性組分發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),引起混凝土的膨脹,開裂,甚至破壞。因反應(yīng)的因素在混凝土內(nèi)部,其危害作用往往是不能根冶的,是混凝土工程中的一大隱患。許多國家因堿-集料反應(yīng)不得不拆除大壩,橋梁,海堤和學(xué)校,造成巨大損失,國內(nèi)工程中也有堿-集料反應(yīng)損害的類似報道,一些立交橋,鐵道軌枕等發(fā)生不同程度的膨脹破壞?；炷翂A-集料反應(yīng)需具備三個條件,即有相當(dāng)數(shù)量的堿,相應(yīng)的活性集料,水份。反應(yīng)通常有三種類型:堿-硅酸反應(yīng),堿-碳酸鹽反應(yīng),慢膨脹型堿-硅酸鹽反應(yīng),避免堿-集料反應(yīng)的方法可采用:一,盡量避免采用活性集料;二,限制混凝土的堿含量;三,摻用混合材。
?。ㄈ┗瘜W(xué)侵蝕:當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)處在有侵蝕性介質(zhì)作用的環(huán)境時,會引起水泥石發(fā)生一系列化學(xué),物理與物化變化,而逐步受到侵蝕,嚴重的使水泥石強度降低,以至破壞。常見的化學(xué)侵蝕可分為淡水腐蝕,一般酸性水腐蝕,碳酸腐蝕,硫酸鹽腐蝕,鎂鹽腐蝕五類。淡水的沖刷,會溶解水泥石中的組分,使水泥石孔隙增加,密實度降低,從而進一步造成對水泥石的破壞;研究表明,當(dāng)水泥石中的氧化鈣溶出5%時,強度下降7%,當(dāng)溶出24%時,強度下降29%,因此,淡水沖刷會對水工建筑有一定影響;而當(dāng)水中溶有一些酸類時,水泥石就受到溶淅和化學(xué)溶解雙重作用,腐蝕明顯加速,這類侵蝕常發(fā)生在化工廠;碳酸對混凝土的影響主要為:在溶淅水泥石的同時,破壞混凝土內(nèi)的堿環(huán)境,降低水泥水化產(chǎn)物的穩(wěn)定性,影響水泥石的致密度,造成對混凝土的侵蝕;硫酸鹽的腐蝕則表現(xiàn)為SO42-離子深入混凝土內(nèi)與水泥組分反應(yīng),生成物體積膨脹開裂造成損壞;海水中由于存在多種離子,侵蝕形式較為復(fù)雜,但主要是由于鎂鹽使硬化水泥石的結(jié)構(gòu)組分分解,同時硫酸鹽作用會造成對水泥石的損壞,而氧化鎂沉淀會堵塞混凝土孔隙,會使海水侵蝕有所緩和。
?。ㄋ模╀摻畹匿P蝕:鋼筋的銹蝕,其一表現(xiàn)為鋼筋在外部介質(zhì)作用下發(fā)生電化反應(yīng),逐步生成氫氧化鐵等即鐵銹,其體積比原金屬增大2-4倍,造成混凝土順筋裂縫,從而成為腐蝕介質(zhì)滲入鋼筋的通道,加快結(jié)構(gòu)的損壞。氫氧化鐵在強堿溶液中會形成穩(wěn)定的保護層,阻止鋼筋的銹蝕,但堿環(huán)境被破壞或減弱,則會造成鋼筋的銹蝕,如混凝土的碳化或中性化。造成混凝土碳化和中性化的原因,主要是混凝土的密實度即抗?jié)B性不足,酸性氣體(如CO2,SO2,H2S,HCL,NO2)滲入混凝土內(nèi)與氫氧化鈣作用;其二,氯離子對鋼筋表面鈍化膜有特殊的破壞作用,當(dāng)混凝土中氯含量超過標(biāo)準(zhǔn)時,鋼筋會銹蝕,而水和氧的存在是鋼筋被腐蝕的必要條件,因此,若混凝土開裂,造成水和氧的通道,則鋼筋銹蝕加速,促成混凝土裂縫進一步開展,混凝土保護層剝落,最終使構(gòu)件失去承載力。
三、提高混凝土耐久性的措施
?。ㄒ唬┰牧系倪x擇:(1)水泥 水泥類材料的強度和工程性能,是通過水泥砂漿的凝結(jié),硬化形成的,水泥石一旦受損,混凝土的耐久性就被破壞,因此水泥的選擇需注意水泥品種的具體性能,選擇堿含量小,水化熱低,干縮性小,耐熱性,抗水性,抗腐蝕性,抗凍性能好的水泥,并結(jié)合具體情況進行選擇。水泥強度并非是決定混凝土強度和性能的唯一標(biāo)準(zhǔn),如用較低標(biāo)號水泥同樣可以配制高標(biāo)號混凝土。因此,工程中選擇水泥強度的同時,需考慮其工程性能,有時,其工程性能比強度更重要。(2)集料與摻合料 集料的選擇應(yīng)考慮其堿活性,防止堿集料反應(yīng)造成的危害,集料的耐蝕性和吸水性,同時選擇合理的級配,改善混凝土拌合物的和易性,提高混凝土密實度;大量研究表明了摻粉煤灰,礦渣,硅粉等混合材能有效改善混凝土的性能,改善混凝土內(nèi)孔結(jié)構(gòu),填充內(nèi)部空隙,提高密實度,高摻量混凝土還能抑制堿集料反應(yīng),因而摻混合材混凝土,是提高混凝土耐久性的有效措施。即近年來發(fā)展的高性能混凝土。
?。ǘ┗炷恋脑O(shè)計應(yīng)考慮耐久的要求:混凝土配比的設(shè)計 配合比設(shè)計在滿足混凝土強度,工作性的同時應(yīng)考慮盡量減少水泥用量和用水量,降低水化熱,減少收縮裂縫,提高密實度,采用合理的減水劑和引氣劑,改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu),摻入足量的混合料,提高混凝土耐久性能。 結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)按其使用環(huán)境設(shè)計相應(yīng)的混凝土保護層厚度,預(yù)防外界介質(zhì)滲入內(nèi)部腐蝕鋼筋。結(jié)構(gòu)的節(jié)點構(gòu)造設(shè)計也應(yīng)考慮構(gòu)件受局部損壞后的整體耐久能力。 結(jié)構(gòu)設(shè)計尚應(yīng)控制混凝土的裂縫的開裂寬度。
?。ㄈ┗炷凉こ淌┕?yīng)考慮結(jié)構(gòu)耐久性:混凝土的拌制盡量采用二次攪拌法,裹砂法,裹砂石法等工藝,提高混凝土拌合料的和易性,保水性,提高混凝土強度,減少用水量;大體積混凝土的澆筑振搗應(yīng)控制混凝土的溫度裂縫,收縮裂縫,施工裂縫,建立混凝土的澆筑振搗制度,提高混凝土密實度和抗?jié)B性,重視混凝土振搗后的表面工序,并加強養(yǎng)護,以減少混凝土裂縫?；炷恋氖┕み^程對控制構(gòu)件外觀裂縫,施工裂縫至關(guān)重要,應(yīng)加強施工質(zhì)量管理,特殊季節(jié)施工的混凝土結(jié)構(gòu),尚應(yīng)采取特殊措施。
結(jié)語：
從上述分析可知,混凝土的外部環(huán)境,內(nèi)部孔結(jié)構(gòu),原料,密實度和抗?jié)B性是混凝土耐久性能的重要因素。因此,工程中應(yīng)根據(jù)具體情況,有針對性地采取相應(yīng)措施,提高混凝土的耐久性。
參考文獻：
1《混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性與壽命測》--牛荻濤著 科學(xué)出版社 北京 2003 年 2月第一版 .
2《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性》--金偉良 趙羽習(xí)著 科學(xué)出版社 北京 2002年 9 月第一版.
關(guān)鍵詞:耐久性；堿-集料反應(yīng)；腐蝕 高性能砼
一、混凝土工程中的耐久性問題
強度和耐久性是混凝土結(jié)構(gòu)的兩個重要指標(biāo),因以往工程中習(xí)慣上只重視混凝土的強度,或片面追求高強度而忽視混凝土的耐久性?；炷恋哪途眯允鞘褂闷趦?nèi)結(jié)構(gòu)保證正常功能的能力,關(guān)系結(jié)構(gòu)物的使用壽命,隨著結(jié)構(gòu)物老化和環(huán)境污染的加重,混凝土耐久性問題已引起了各主管部門和廣大設(shè)計,施工部門的重視。
二、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題的分析
混凝土耐久性問題,是指結(jié)構(gòu)在所使用的環(huán)境下,由于內(nèi)部原因或外部原因引起結(jié)構(gòu)的長期演變,最終使混凝土喪失使用能力。即所為的耐久性失效,耐久性失效的原因很多,有抗凍失效,堿-集料反應(yīng)失效,化學(xué)腐蝕失效,鋼筋銹蝕造成結(jié)構(gòu)破壞等。下面作具體分析。
（一）混凝土的凍融破壞：結(jié)構(gòu)處于冰點以下環(huán)境時,部分混凝土內(nèi)孔隙中的水將結(jié)冰,產(chǎn)生體積膨脹,過冷的水發(fā)生遷移,形成各種壓力,當(dāng)壓力達到一定程度時,導(dǎo)致混凝土的破壞?；炷涟l(fā)生凍融破壞的最顯著的特征是表面剝落,嚴重時可以露出石子?；炷恋目箖鲂阅芘c混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)和氣泡含量多少密切相關(guān)?？自缴僭叫?破壞作用越小,封閉氣泡越多,抗凍性越好。影響混凝土抗凍性的因素,除了孔結(jié)構(gòu)和含氣量外,還包括:混凝土的飽和度,水灰比,混凝土的齡期,集料的孔隙率及其間的含水率等。
?。ǘ┗炷恋膲A-集料反應(yīng):混凝土的堿-集料反應(yīng),是指混凝土中的堿與集料中活性組分發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),引起混凝土的膨脹,開裂,甚至破壞。因反應(yīng)的因素在混凝土內(nèi)部,其危害作用往往是不能根冶的,是混凝土工程中的一大隱患。許多國家因堿-集料反應(yīng)不得不拆除大壩,橋梁,海堤和學(xué)校,造成巨大損失,國內(nèi)工程中也有堿-集料反應(yīng)損害的類似報道,一些立交橋,鐵道軌枕等發(fā)生不同程度的膨脹破壞?；炷翂A-集料反應(yīng)需具備三個條件,即有相當(dāng)數(shù)量的堿,相應(yīng)的活性集料,水份。反應(yīng)通常有三種類型:堿-硅酸反應(yīng),堿-碳酸鹽反應(yīng),慢膨脹型堿-硅酸鹽反應(yīng),避免堿-集料反應(yīng)的方法可采用:一,盡量避免采用活性集料;二,限制混凝土的堿含量;三,摻用混合材。
?。ㄈ┗瘜W(xué)侵蝕:當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)處在有侵蝕性介質(zhì)作用的環(huán)境時,會引起水泥石發(fā)生一系列化學(xué),物理與物化變化,而逐步受到侵蝕,嚴重的使水泥石強度降低,以至破壞。常見的化學(xué)侵蝕可分為淡水腐蝕,一般酸性水腐蝕,碳酸腐蝕,硫酸鹽腐蝕,鎂鹽腐蝕五類。淡水的沖刷,會溶解水泥石中的組分,使水泥石孔隙增加,密實度降低,從而進一步造成對水泥石的破壞;研究表明,當(dāng)水泥石中的氧化鈣溶出5%時,強度下降7%,當(dāng)溶出24%時,強度下降29%,因此,淡水沖刷會對水工建筑有一定影響;而當(dāng)水中溶有一些酸類時,水泥石就受到溶淅和化學(xué)溶解雙重作用,腐蝕明顯加速,這類侵蝕常發(fā)生在化工廠;碳酸對混凝土的影響主要為:在溶淅水泥石的同時,破壞混凝土內(nèi)的堿環(huán)境,降低水泥水化產(chǎn)物的穩(wěn)定性,影響水泥石的致密度,造成對混凝土的侵蝕;硫酸鹽的腐蝕則表現(xiàn)為SO42-離子深入混凝土內(nèi)與水泥組分反應(yīng),生成物體積膨脹開裂造成損壞;海水中由于存在多種離子,侵蝕形式較為復(fù)雜,但主要是由于鎂鹽使硬化水泥石的結(jié)構(gòu)組分分解,同時硫酸鹽作用會造成對水泥石的損壞,而氧化鎂沉淀會堵塞混凝土孔隙,會使海水侵蝕有所緩和。
?。ㄋ模╀摻畹匿P蝕:鋼筋的銹蝕,其一表現(xiàn)為鋼筋在外部介質(zhì)作用下發(fā)生電化反應(yīng),逐步生成氫氧化鐵等即鐵銹,其體積比原金屬增大2-4倍,造成混凝土順筋裂縫,從而成為腐蝕介質(zhì)滲入鋼筋的通道,加快結(jié)構(gòu)的損壞。氫氧化鐵在強堿溶液中會形成穩(wěn)定的保護層,阻止鋼筋的銹蝕,但堿環(huán)境被破壞或減弱,則會造成鋼筋的銹蝕,如混凝土的碳化或中性化。造成混凝土碳化和中性化的原因,主要是混凝土的密實度即抗?jié)B性不足,酸性氣體(如CO2,SO2,H2S,HCL,NO2)滲入混凝土內(nèi)與氫氧化鈣作用;其二,氯離子對鋼筋表面鈍化膜有特殊的破壞作用,當(dāng)混凝土中氯含量超過標(biāo)準(zhǔn)時,鋼筋會銹蝕,而水和氧的存在是鋼筋被腐蝕的必要條件,因此,若混凝土開裂,造成水和氧的通道,則鋼筋銹蝕加速,促成混凝土裂縫進一步開展,混凝土保護層剝落,最終使構(gòu)件失去承載力。
三、提高混凝土耐久性的措施
?。ㄒ唬┰牧系倪x擇:(1)水泥 水泥類材料的強度和工程性能,是通過水泥砂漿的凝結(jié),硬化形成的,水泥石一旦受損,混凝土的耐久性就被破壞,因此水泥的選擇需注意水泥品種的具體性能,選擇堿含量小,水化熱低,干縮性小,耐熱性,抗水性,抗腐蝕性,抗凍性能好的水泥,并結(jié)合具體情況進行選擇。水泥強度并非是決定混凝土強度和性能的唯一標(biāo)準(zhǔn),如用較低標(biāo)號水泥同樣可以配制高標(biāo)號混凝土。因此,工程中選擇水泥強度的同時,需考慮其工程性能,有時,其工程性能比強度更重要。(2)集料與摻合料 集料的選擇應(yīng)考慮其堿活性,防止堿集料反應(yīng)造成的危害,集料的耐蝕性和吸水性,同時選擇合理的級配,改善混凝土拌合物的和易性,提高混凝土密實度;大量研究表明了摻粉煤灰,礦渣,硅粉等混合材能有效改善混凝土的性能,改善混凝土內(nèi)孔結(jié)構(gòu),填充內(nèi)部空隙,提高密實度,高摻量混凝土還能抑制堿集料反應(yīng),因而摻混合材混凝土,是提高混凝土耐久性的有效措施。即近年來發(fā)展的高性能混凝土。
?。ǘ┗炷恋脑O(shè)計應(yīng)考慮耐久的要求:混凝土配比的設(shè)計 配合比設(shè)計在滿足混凝土強度,工作性的同時應(yīng)考慮盡量減少水泥用量和用水量,降低水化熱,減少收縮裂縫,提高密實度,采用合理的減水劑和引氣劑,改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu),摻入足量的混合料,提高混凝土耐久性能。 結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)按其使用環(huán)境設(shè)計相應(yīng)的混凝土保護層厚度,預(yù)防外界介質(zhì)滲入內(nèi)部腐蝕鋼筋。結(jié)構(gòu)的節(jié)點構(gòu)造設(shè)計也應(yīng)考慮構(gòu)件受局部損壞后的整體耐久能力。 結(jié)構(gòu)設(shè)計尚應(yīng)控制混凝土的裂縫的開裂寬度。
?。ㄈ┗炷凉こ淌┕?yīng)考慮結(jié)構(gòu)耐久性:混凝土的拌制盡量采用二次攪拌法,裹砂法,裹砂石法等工藝,提高混凝土拌合料的和易性,保水性,提高混凝土強度,減少用水量;大體積混凝土的澆筑振搗應(yīng)控制混凝土的溫度裂縫,收縮裂縫,施工裂縫,建立混凝土的澆筑振搗制度,提高混凝土密實度和抗?jié)B性,重視混凝土振搗后的表面工序,并加強養(yǎng)護,以減少混凝土裂縫?；炷恋氖┕み^程對控制構(gòu)件外觀裂縫,施工裂縫至關(guān)重要,應(yīng)加強施工質(zhì)量管理,特殊季節(jié)施工的混凝土結(jié)構(gòu),尚應(yīng)采取特殊措施。
結(jié)語：
從上述分析可知,混凝土的外部環(huán)境,內(nèi)部孔結(jié)構(gòu),原料,密實度和抗?jié)B性是混凝土耐久性能的重要因素。因此,工程中應(yīng)根據(jù)具體情況,有針對性地采取相應(yīng)措施,提高混凝土的耐久性。
參考文獻：
1《混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性與壽命測》--牛荻濤著 科學(xué)出版社 北京 2003 年 2月第一版 .
2《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性》--金偉良 趙羽習(xí)著 科學(xué)出版社 北京 2002年 9 月第一版.
