時間：2015年03月12日 分類：推薦論文 次數：
摘要：論述混凝土耐久性問題的重要性，探討了影響混凝土耐久性的因素，分析了混凝土耐久性不足的根本原因，并提出提高混凝土耐久性的幾項措施
關鍵詞：sci論文,混凝土,耐久性,根本原因,影響因素,措施
高性能混凝土具有豐富的技術內容，盡管同業對高性能混凝土有不同的定義和解釋，但彼此均認為高性能混凝土的基本特征是按耐久性進行設計，保證拌和物易于澆筑和密實成型，不發生或盡量少發生由溫度和收縮產生的裂縫，硬化后有足夠的強度，內部孔隙結構合理而有低滲透性和高抗化學侵蝕。
基于上述特點，高性能混凝土成為我國近期混凝土技術的主要發展方向。
高性能混凝土的核心是保證耐久性。耐久性對工程量浩大的混凝土工程來說意義非常重要，若耐久性不足，將會產生極嚴重的后果，甚至對未來社會造成極為沉重的負擔。據美國一項調查顯示，美國的混凝土基礎設施工程總價值約為6萬億美元，每年所需維修費或重建費約為3千億美元。美國50萬座公路橋梁中20萬座已有損壞，平均每年有150-200座橋梁部分或完全坍塌，壽命不足20年;美國共建有混凝土水壩3000座，平均壽命30年，其中32%的水壩年久失修;而對二戰前后興建的混凝土工程，在使用30-50年后進行加固維修所投入的費用，約占建設總投資的40%-50%以上�；乜粗袊�，我國50年代所建設的混凝土工程已使用40余年。如果平均壽命按30-50年計，那么在今后的10-30年間，為了維修這些建國以來所建的基礎設施，耗資必將是極其巨大的。而我國目前的基礎設施建設工程規模宏大，每年高達2萬億人民幣以上。照此來看，約30-50-年后，這些工程也將進入維修期，所需的維修費用和重建費用將更為巨大。因此，高性能混凝土更要從提高混凝土耐久性入手，以降低巨額的維修和重建費用。
所謂混凝土耐久性是指結構在設計使用年限內，對氣候作用、化學侵蝕、物理作用或任何其它破壞過程的抵抗能力。一般混凝土工程的使用年限約為50-100年，不少工程在使用10-20年后，有的甚至使用9年以后，即需要維修。用普通水泥混凝土所完成的工程不能滿足耐久性要求的根本原因，在于混凝土本身的內部結構。
但長期以來, 混凝土結構設計通常只關注安全性和適用性, 而對混凝土結構的耐久性缺乏全面認識, 考慮不夠充分, 再加上在后續的施工和運行管理方面也未充分重視, 使得許多混凝土結構因達不到預期的設計壽命而出現嚴重的耐久性破壞現象, 導致我國的混凝土結構耐久性現狀相當嚴峻[1]。
一、影響混凝土耐久性的幾個因素
1.混凝土的凍融破壞
處于水和寒冷共同作用下的地區, 混凝土建筑物的破壞是以凍融破壞為主要因素�；炷恋膬龊�, 是由于混凝土毛細孔中的水份受到低溫凍結時, 水由液相變為固相(冰)時體積增大9% , 從而產生膨脹應力, 此種膨脹應力如超過了混凝土的抗拉強度, 即可導致混凝土產生破壞。 對于某些環境比較特殊的地區，若水和嚴寒同時發生作用，凍融性破壞是對混凝土建筑物造成破壞的關鍵性因素。混凝土受到凍害，其內部空隙中的水份會發生凍結，使其體積膨脹增大 ，因此而出現膨脹應力, 若此時的膨脹應力超出了其自身的抗拉強度范圍，就會致使混凝土發生破損。同時，在混凝土出現凍脹、變形后，即便是已經解凍其殘余膨脹還會使其變形繼續存在，久而久之便會出現累積性殘余變形的情況，對混凝土的耐久性造成不利影響。其破壞特征是混凝土內部結構產生微裂縫,裂縫數量增多, 寬度逐漸增大, 具體表現是導致混凝土動彈性模量下降和表層由外至內產生剝落崩散以至毀壞�；炷恋目箖鲂耘c其內部孔結構、水飽和程度、受凍齡期、混凝土的強度等多種因素有關, 其中最主要的因素是它的孔結構。
2.混凝土的碳化破壞
混凝土長期暴露在空氣中會受到碳化因數的影響，水泥石中的堿性物質會與空氣中的二氧化碳發生反應，使其組織、成分及性能產生變化，最終破壞使用機能。碳化后的混凝土其堿性降低，鋼筋表面存在的鈍化膜遭到破壞，更容易發生腐蝕破壞。同時，碳化作用還會使混凝土出現收縮現象，使其內部結構遭到破壞，裂縫便會產生�；炷猎诳諝庵刑蓟侵行曰畛Ｒ姷囊环N形式，混凝土的碳化程度是衡量鋼筋混凝土結構可靠度的重要指標。
3.堿-骨料反應破壞
堿-骨料反應是指水泥水化過程中釋放出來的堿與骨料中的堿活性成份發生化學反應產生的混凝土破壞。破壞形成主要有兩種: 堿-硅酸反應和堿-碳酸鹽反應。
堿-硅酸反應是指堿性溶液與骨料中的硅酸類物質發生反應, 形成凝膠體。這種凝膠體是組分不定的透明的堿2硅混合物, 能與混凝土中的氫氧化鈣及其它水泥水化物中的鈣離子反應生成一種白色不透明的鈣-硅或堿-鈣-硅混合物, 吸水后體積膨脹, 使周圍的水泥石受到較大的應力而產生裂縫。由多個這樣的膨脹體產生的應力會相互作用, 使裂縫連通加寬。膨脹的反應生成物圍繞著活性骨料形成一道白色的邊緣。
堿-碳酸鹽反應是水泥水化物中的堿與骨料中的碳酸鹽發生反應, 骨料中的陶土礦和結晶狀巖石的存在會影響反應的加速。
4.化學物質的侵蝕
混凝土在使用過程中會受到許多化學物質的侵蝕，具體包括以下幾個方面：一、硫酸鹽的侵蝕及破壞。會對混凝土造成破壞的硫酸鹽通常包括硫酸鎂及硫酸鈉等，當水泥中的氫氧化鈣同硫酸鹽發生化學反應時，產生的新物質會使混凝土發生膨脹，導致脹裂。二、酸性物質的破壞。酸性物質會對水泥中的化合物進行侵蝕，導致氫氧化鈣與其他的物質發生化學反應，而生成可溶性的鈣鹽，導致混凝土的強度降低而發生崩解。三、堿性物質的侵蝕和破壞。堿的濃溶液會對水泥中的水化物進行侵蝕，包括結晶侵蝕及化學侵蝕。化學侵蝕是水泥水化物與堿溶液發生化學反應，結晶侵蝕是在其空隙中堿溶液出現結晶而發生膨脹，這些多會對混凝土的內部結構造成影響。
5.鋼筋銹蝕
因混凝土結構鋼筋銹蝕而產生的破壞，是耐久性不足最大量的表現形式。在混凝土結構中鋼筋容易出現銹蝕的現象，使耐久性受到影響。鋼筋體表的銹蝕物可使其體積膨脹2-3倍，使混凝土出現開裂，最終致使保護層消失、剝落，從而導致鋼筋的銹蝕速度不斷加快，整體強度不斷下降，從而影響結構的耐久性。
鋼筋銹蝕主要有兩個原因：一是混凝土碳化，當二氧化碳和水汽從混凝土表面通過空隙進入混凝土內部時，使鋼筋混凝土結構保護層的堿度降低，當碳化達到鋼筋表面時，使鋼筋表面與混凝土粘接生成的氧化鐵薄膜破壞，生成銹蝕。二是混凝土中氯離子的侵蝕作用，當氯離子滲入到鋼筋表面吸附于局部鈍化膜處時，使該處的堿度迅速降低，從而破壞鋼筋表面的鈍化膜，造成鋼筋銹蝕[2,3]。
二、混凝土耐久性不足的根本原因
混凝土是由水泥砂漿和粗骨料組成的毛細多孔復合材料。普通混凝土不能滿足耐久性的根本原因在于混凝土本身的內部結構[4]。為滿足混凝土施工要求，用水量大，水灰比高，導致混凝土空隙率很高，其中毛細孔占相當大部分，毛細孔是水分、各種侵蝕介質、氧氣、二氧化碳及其有害物質進入混凝土內部的通道，是導致混凝土耐久性不足的根本原因。另外，混凝土在運輸、澆筑和振搗過程以及剛澆筑完畢未凝固的階段、產生離析、泌水現象，從而在骨料與水泥漿的界面，或者鋼筋與混凝土的界面形成薄弱的過渡區，混凝土硬化后，尤其在這區域，形成大量孔隙與微裂縫。同時，由于混凝土自收縮、溫度收縮增大、在外界的荷載和因環境條件下就容易產生開裂。這些對結構承載力無害的裂隙，從耐久性角度來說，正是外界侵蝕介質進入混凝土的通道，給結構耐久性帶來隱患。
因此，耐久性不足的根源在于混凝土的滲透性，而微裂隙和孔隙是引起混凝土劣化的初因。混凝土在外界水分和侵蝕介質沿著連通的裂隙和孔隙進入，導致高度飽水，對膨脹和開裂起著主導作用，而不管產生劣化的原因是凍融循環、鋼筋銹蝕、堿-骨料反應還是氯離子侵蝕。但是這些損傷過程會使微裂隙進一步擴展，加劇損傷，最終導致破壞。由此看來混凝土抗滲性是耐久性的第一道防線，改善混凝土的均質性，減少或避免混凝土早期開裂，是提高混凝土抗滲性與耐久性的首要措施，也才能獲得延長結構服務壽命的整體效果。
三、提高混凝土耐久性的基本措施
根據前述影響混凝土耐久性的一些主要因素, 提高混凝土耐久性的技術措施的基本原則首先是必須提高混凝土的密實性和防裂性, 諸如: 采用優質有效的外加劑, 大幅度降低水灰比(或水膠比) 保證具有足夠的水泥用量。并進行科學的配合設計和精心施工[5]。
(1) 提高抗碳化能力
在必要時可在混凝土表面設置有效的覆蓋層等措施,以減緩或隔離CO2 向混凝土內部滲透, 從而有效地提高混凝土的抗碳化能力。
(2) 提高混凝土抗凍能力
優良的引氣劑或引氣減水劑, 使混凝土內部結構具有適宜的空氣含量和優良的氣泡參數是非常必要的。理論與實踐表明: 不引氣的高強混凝土不一定是抗凍的, 而中、低強的引氣混凝土, 具有適宜的空氣含量和合理的氣泡參數,也能獲得良好的抗凍性。此外, 采用優質抗凍性骨料和合理的配合設計也很重要。
(3) 預防鋼筋銹蝕方面
在保證混凝土密實性和防裂性的前提下, 應采用適量的優質混合材料(如粉煤灰、硅粉及礦粉等) , 并采用較大的鋼筋保護層, 以限制氯離子在混凝土中的滲透速度和深度。
(4) 提高混凝土抗侵蝕方面
提高混凝土抗侵蝕性方面可包括海水、酸、堿等侵蝕類型。混凝土的密實性與抗裂性對提高混凝土抗侵蝕性起著至關重要的作用, 同時對水泥品種的選擇也具有重要意義,一般要求水泥應具有較低的C3A含量。并摻入適量的混合材和優質外加劑。
(5) 預防堿-骨料反應方面
混凝土中堿-骨料反應的危害很大, 一旦發生則很難修復。因此, 對其預防措施可列出以下幾點:
�、僭诨炷林胁坏貌捎镁哂袎A活性反應的骨料;
②應采用低堿水泥和低堿外加劑;
�、蹜獓栏窨刂苹炷林械目偤瑝A量;
④禁止使用鈉鹽外加劑;
⑤摻入引氣劑有助于減輕堿-骨料反應的膨脹;
⑥摻入適量的粉煤灰能較大幅度地降低堿2氧化硅反應膨脹值。
(6)施工質量的保證 混凝土施工的基本過程包括從攪拌到運送，再到澆筑、振搗，最后到養護及拆模等相關環節，若操作不恰當，就會影響到混凝土的使用性能，當混凝土的振搗缺乏密實、鋼筋保護層太薄等等現象出現時，就會加快鋼筋的銹蝕度。所以，必須確保工程的施工質量，這是保障混凝土耐久性的關鍵性環節。因此必須以高素質的施工隊伍及完善的施工管理對施工質量進行保證，從而使工程混凝土的耐久性得到提高。 (7)確�；炷恋氖┕姸� 雖然耐久性與強度的概念有所不同，但兩者之間又有著極為密切的聯系，雙方的本質聯系是建立在混凝土內部結構之上，且均與水灰比有著直接的關系。在確保混凝土可以得到充分密實的基礎上，若水灰比有所降低，其孔隙率也會隨著下降，其自身強度就會得到提高。同時，當孔隙率得到降低時，混凝土的抗滲性也會得到提升，相關耐久性的指標也可以得到保證。在目前的技術條件下，要提高混凝土的性能，可以在其摻入某些高效的減水劑，或活性化的礦物材料，這不僅可以提高混凝土的致密性能，而且也可以使游離氧化鈣的含量降低，在提高混凝土的耐久性的同時，使混凝土的強度也有所提高。另外，在內部破壞因素得以控制的條件下，由于其自身強度的不斷增加，對外部環境的抵抗能力也會有所增加。
(8)加強日常的維護 結構在日常的使用過程中，需要進行及時的檢測及維護。對于那些環境相對惡劣或處于露天的建設工程更需要加強。通過對各項檢測及評估的體系進行建立和完善，及時發現，及時處理，才能確�；炷两Y構的正常投入使用。
四、結束語
混凝土結構的耐久性會受到諸多方面的因數影響，有的時候某些因素的疊加會給研究工作造成更大的阻礙。因此，必須對混凝土結構耐久性的設計和施工加以重視, 此外還要進行嚴格的維護及管理，才能使混凝土結構的耐久性得以保證。
參考文獻：
[1] 劉應應,趙海明,劉海紅. 混凝土摻合料與混凝土耐久性[J ].山西建筑,2003 (7):1222124.
[2] 孫培吉,于會斌,曲建波,衣海明,楊則英.基于靜動力性能分析的剛架拱橋加固措施研究[j].公路與汽運.2010(03).
[3] 王紅春,李興貴. 改善混凝土耐久性的方法研究[J]. 南京:建材技術開發,2003,30(9):107 - 109
[4] 徐健,楊洋,陳夢成,王凱.地鐵混凝土耐久性影響因素的研究現狀[j].水利與建筑工程學報.2010(05).
[5] 陳本沛. 混凝土結構理論和應用研究的現狀與發展[M]. 大連:大連理工大學出版社, 1994