淺談鋼筋混凝土耐久性的影響因素及對(duì)策

　　人們一直以為混凝土是非常耐久的材料，直到20世紀(jì)70年代末期，發(fā)達(dá)國家才逐漸發(fā)現(xiàn)原先建成的基礎(chǔ)設(shè)施工程在一些環(huán)境下出現(xiàn)過早損壞。美國許多城市的混凝土基礎(chǔ)設(shè)施工程和港口工程建成后20-30年，甚至在更短的時(shí)期內(nèi)就出現(xiàn)劣化。

　　我國建設(shè)部的一項(xiàng)調(diào)查表明，國內(nèi)大多數(shù)工業(yè)建筑物在使用25-30年后即需大修，處于嚴(yán)酷環(huán)境下的建筑物使用壽命僅15-20年。民用建筑和公共建筑的使用環(huán)境相對(duì)較好，一般可維持50 年以上，但室外的陽臺(tái)、雨罩等露天構(gòu)件的使用壽命通常僅有30-40年。橋梁、港口等基礎(chǔ)設(shè)施工程的耐久性問題更為嚴(yán)重，由于鋼筋的混凝土保護(hù)層過薄且密實(shí)性差，許多工程建成后幾年就出現(xiàn)鋼筋銹蝕、混凝土開裂。海港碼頭一般使用10年左右就因混凝土順筋開裂和剝落，需要大修。

　　當(dāng)前，我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程規(guī)模宏大，投入資金每年高達(dá)2萬億元人民幣以上，約30-50 年后，這些工程將進(jìn)入維修期，所需的維修費(fèi)或重建費(fèi)用將更為巨大。有專家估計(jì)，我國“大干”基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)的高潮還可延續(xù)20年，由于忽視耐久性問題，迎接我們的還會(huì)有“大修”20 年的高潮，這個(gè)高潮可能不用很久就將到來，其耗費(fèi)將倍增于當(dāng)初這些工程施工建設(shè)時(shí)的投資。因此，提高混凝土耐久性，延長工程使用壽命，盡量減少維修重建費(fèi)用是建筑行業(yè)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵。

　　1 影響鋼筋混凝土耐久性的因素及其破壞機(jī)理
　　1.1 混凝土耐久性的概念
　　混凝土耐久性是指混凝土在設(shè)計(jì)壽命周期內(nèi)，在正常維護(hù)下，必須保持適合于使用，而不需要進(jìn)行維修加固，即指混凝土在抵抗周圍環(huán)境中各種物理和化學(xué)作用下，仍能保持原有性能的能力?；炷凉こ痰哪途眯耘c工程的使用壽命相聯(lián)系，是使用期內(nèi)結(jié)構(gòu)保持正常功能的能力，這一正常功能不僅僅包括結(jié)構(gòu)的安全性，而且更多地體現(xiàn)在適用性上?；炷聊途眯灾饕ㄒ韵聨追矫妫阂皇强?jié)B性。即指混凝土抵抗水、油等液體在壓力作用下滲透的性能?？?jié)B性對(duì)混凝土的耐久性起著重要的作用，因?yàn)榭節(jié)B性控制著水分滲入的速率，這些水可能含有侵蝕性的化合物，同時(shí)控制混凝土受熱或受冷時(shí)水的移動(dòng)。二是抗凍性?；炷恋目箖鲂允侵富炷猎陲査疇顟B(tài)下，經(jīng)受多次抵抗凍融循環(huán)作用，能保持強(qiáng)度和外觀性的能力。在寒冷地區(qū)，尤其是在接觸水又受凍的環(huán)境下的混凝土，要求具有較高的抗凍性能。三是抗侵蝕性?；炷帘┞对谟谢瘜W(xué)物質(zhì)的環(huán)境和介質(zhì)中，有可能遭受化學(xué)侵蝕而破壞。一般的化學(xué)侵蝕有水泥漿體組分的浸出、硫酸鹽侵蝕、氯化物侵蝕、碳化等。四是堿集料反應(yīng)。某些含有活性組分的骨料與水泥水化析出的KOH和NaOH 相互作用，對(duì)混凝土產(chǎn)生破壞性膨脹，是影響混凝土耐久性最主要的因素之一。

　　1.2 影響混凝土耐久性的主要因素
　　一般混凝土工程的使用年限約為50-100年，但實(shí)際中有不少工程在使用10-20年，有的甚至在使用幾年后即需要維修，這就是由于混凝土耐久性低（不足）造成的。影響混凝土耐久性的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，除去社會(huì)因素、人為因素外，技術(shù)方面的主要因素有以下幾點(diǎn)。

　　1.2.2 混凝土的碳化
　　混凝土的碳化又稱為混凝土的中性化，幾乎所有混凝土表面都處在碳化過程中。它是空氣中二氧化碳與水泥石中的堿性物質(zhì)相互作用，使其成分、組織和性能發(fā)生變化，使用機(jī)能下降的一種很復(fù)雜的物理化學(xué)過程?；炷撂蓟旧韺?duì)混凝土并無破壞使用，其主要危害是由于混凝土堿性降低使鋼筋表面在高堿環(huán)境下形成的對(duì)鋼筋起保護(hù)作用的致密氧化膜8 鈍化膜9 遭到破壞，使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，使混凝土中鋼筋銹蝕，同時(shí)，混凝土的碳化還會(huì)加劇混凝土的收縮，這些都可能導(dǎo)致混凝土的裂縫和結(jié)構(gòu)的破壞。所以說，混凝土的碳化與混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性密切相關(guān)，是衡量鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可靠度的重要指標(biāo)。

　　1.2.2 混凝土的凍融破壞　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　混凝土是由水泥砂漿和粗骨料組成的毛細(xì)孔多孔體。在拌制混凝土?xí)r，為了得到必要的和易性，加入的拌和用水總要多于水泥的水化水，這部分多余的水便以游離水的形式滯留于混凝土中形成連通的毛細(xì)孔，并占有一定的體積，另外，還有一些水泥水化后形成的膠凝孔。這種毛細(xì)孔的自由水就是導(dǎo)致混凝土遭受凍害的主要因素，因?yàn)樗隼鋬鼋Y(jié)成冰后會(huì)發(fā)生體積膨脹，引起混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞。當(dāng)混凝土處于飽水狀態(tài)時(shí)，毛細(xì)孔中的水結(jié)冰，膠凝孔中的水處于過冷狀態(tài)，這樣使得膠凝孔中的水向毛細(xì)孔中冰的界面處滲透，于是在毛細(xì)孔中又產(chǎn)生一種滲透壓力。此外，膠凝孔向毛細(xì)孔滲透的結(jié)果必然使毛細(xì)孔中冰的體積進(jìn)一步膨脹。

　　如前分析，不論是上述哪一種因素主導(dǎo)著混凝土的劣化過程，其共同點(diǎn)是混凝土內(nèi)有充足的水分和其他有害物質(zhì)的侵入。要提高混凝土耐久性，滿足耐久性要求，必須降低混凝土的孔隙率，特別是降低毛細(xì)管孔隙率，即混凝土必須有足夠的密實(shí)性并且不出現(xiàn)有害裂縫，從而能夠抵抗水分和侵蝕性介質(zhì)的滲入。

　　　針對(duì)影響混凝土耐久性的因素，采取的措施多種多樣，歸納起來主要有以下幾點(diǎn)：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1） 提高混凝土抗碳化能力。碳化對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性影響主要是使混凝土堿度降低，進(jìn)而鋼筋脫鈍、銹蝕。為此必須減小、延緩混凝土的碳化。鋼筋外留下足夠的混凝土保護(hù)層厚度是簡(jiǎn)單有效的方法；混凝土配合比將影響碳化速度，足夠的水泥用量、降低水灰比、采用減水劑都可減緩碳化速度。此外，提高混凝土密實(shí)性、增強(qiáng)抗?jié)B性、對(duì)混凝土采用覆蓋面層等措施可減緩或隔離CO₂向混凝土內(nèi)部滲透，大大提高混凝土抗碳化能力。

　　2） 防止混凝土的凍融破壞。凍融破壞在我國北方寒冷地區(qū)大量出現(xiàn)。防止凍融破壞主要措施是降低水灰比、使用引氣技術(shù)（加引氣劑） 。但是，由于引入空氣微泡會(huì)降低混凝土強(qiáng)度，加之市場(chǎng)上引氣劑品種繁多，質(zhì)量參差不齊，故在工程使用時(shí)應(yīng)慎重選用。

　　3） 預(yù)防侵蝕性介質(zhì)的腐蝕。在我國侵蝕性介質(zhì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)危害最嚴(yán)重的應(yīng)是氯鹽的影響。提高混凝土抗氯離子滲透能力的措施是限制水灰比，保證最低水泥用量以確保堿度，摻入適量優(yōu)質(zhì)摻和料（粉煤灰、磨細(xì)礦渣、硅灰）等。

　　4） 減輕混凝土堿集料反應(yīng)?；炷翂A集料反應(yīng)危害很大，而且一旦發(fā)生很難修復(fù)。但在我國由于堿集料反應(yīng)引起開裂的實(shí)例很少見。這是因?yàn)槲覈炷翉?qiáng)度等級(jí)較國外低，水泥用量少，總堿量低。另外，我國水泥中普遍摻有15%以上碎礦渣、粉煤灰、沸石粉等混合料，有效抑制了可能發(fā)生的堿集料反應(yīng)。但隨著混凝土強(qiáng)度提高，水泥用量增加，同時(shí)水泥生產(chǎn)工藝的改變，混凝土含堿量已在明顯提高。由于大量基建項(xiàng)目的興建，骨料來源減少，劣質(zhì)骨料可能被采用，施工隊(duì)伍素質(zhì)等問題也將提高堿集料反應(yīng)幾率，故應(yīng)采取有效預(yù)防措施。當(dāng)混凝土使用有堿活性反應(yīng)的骨料時(shí)，配合比必須控制混凝土中的總堿含量以保證混凝土的耐久性；粉煤灰能抑制堿集料反應(yīng)，但是如摻量小于10% ，有時(shí)反而會(huì)增加膨脹。外加劑特別是早強(qiáng)劑帶來高含量的堿。我國目前僅外加劑提供的堿量有時(shí)竟高于國外限制混凝土總堿量，如復(fù)合早強(qiáng)劑（硫酸鈉、氧化鈉、氧化鈣、亞硝酸鈉為主要成分） 帶入混凝土的堿為3．13kg/m³-6．80kg/m³，早強(qiáng)減水劑（硫酸鈉、木質(zhì)素為主要成分）帶入堿為1．31kg/m³-3．93kg/m³。目前，混凝土施工常因工期要求摻入早強(qiáng)劑等外加劑，為預(yù)防堿集料反應(yīng)，在設(shè)計(jì)上應(yīng)對(duì)外摻劑的使用提出要求。

　　5） 鋼筋銹蝕的預(yù)防。對(duì)鋼筋銹蝕問題，可以采用的表面保護(hù)措施有：環(huán)氧涂層鋼筋，采用靜電噴涂環(huán)氧樹脂粉末工藝在鋼筋表面形成一定厚度的環(huán)氧樹脂防腐涂層，這種鋼筋保護(hù)層即使氯離子、氧等大量侵入混凝土?xí)r也能長期保護(hù)鋼筋使其免遭腐蝕。另外，在混凝土表面涂層也是簡(jiǎn)便有效的方法，涂料應(yīng)是耐堿、耐老化和與鋼筋表面有良好附著性的材料。此外，自20世紀(jì)60-70年代起，國內(nèi)外都開始在混凝土拌和物中摻入亞硝酸鈉作為預(yù)防惡劣條件下鋼筋腐蝕的補(bǔ)充措施。

　　另外，還可摻加高效減水劑，在保證混凝土拌和物所需流動(dòng)性（工作性）的同時(shí)，盡可能降低用水量，減小水灰比，使混凝土的總孔隙率，特別是毛細(xì)孔隙率大幅度降低。摻入高效活性礦物摻料，如硅灰、粉煤灰等，改善混凝土中水泥石的膠凝物質(zhì)的組成，使水泥石結(jié)構(gòu)更為致密，有效地阻斷可能形成的滲透通道，提高混凝土強(qiáng)度，增強(qiáng)混凝土自身抵抗環(huán)境侵蝕破壞的能力等。