混凝土结构耐久性浅谈论.doc

混凝土结构耐久性浅谈内容摘要混凝土结构是应用非常广泛的一种结构形式，但是由于其结构自身和使用环境的特点，使得混凝土存在严重的耐久性问题。混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用，长期保持强度和外观完整性的能力。影响结构耐久性的因素很多，砼质量及其保护层是内在因素；环境与载荷作用则是外在因素，不同的原因会造成不同的后果。首先通过对国内外钢筋混凝土工程耐久性现状的介绍，讨论了混凝土耐久性的概念，接着分析了影响混凝土耐久性的因素混凝土缺陷检测提高混凝土耐久性的措施，最后对现有混凝土结构设计施工的思考。 关键词：混凝土； 混凝土耐久性；混凝土冻融；结构耐久性措施目 录内容摘要II引 言61 绪论71.1 混凝土耐久性问题的提出71.2 混凝土耐久性的概念72 混凝土结构耐久性问题的分析82.1 混凝土冻融破坏82.1.1 破坏机理82.1.2 影响因素92.2 混凝土渗透破坏92.2.1 破坏原因92.2.2 影响因素102.3 碱骨料反应102.3.1 破坏原因102.3.2 影响因素112.4 混凝土的碳化112.4.1 破坏原因112.4.2 影响因素122.5 钢筋锈蚀122.5.1 破坏原因122.5.2 影响因素132.6 化学侵蚀132.6.1 产生原因132.6.2 影响因素143 提高混凝土耐久性的措施153.1 原材料的选择153.2 预防钢筋的锈蚀153.3 避免或减轻碱集料反应153.4 加强施工管理153.5 防止混凝土的冻融破坏153.6 拌合及养护用水163.7 针对不同的腐蚀环境应设计不同的保护层厚度163.8 结构的日常维护164 案例分析174.1 工程实例174.2 结构检查情况174.2.1 外观检测174.2.2 混凝土强度174.2.3 氯离子含量测定174.2.4 钢筋锈蚀率174.3 影响耐久性原因分析174.3.1 环境层次原因174.3.2 材料层次原因184.3.3 构件层次原因184.3.4 结构层次原因184.4 提高混凝土结构耐久性的措施184.4.1 严格控制砼原材料184.4.2 增加钢筋本身抵抗锈蚀的能力184.4.3 努力提高设计、施工水平184.4.4 进行结构维护184.4.5 定期检测195 结论与展望205.1 结论205.2 展望205.2.1 从材料层次对耐久性的研究205.2.2 从构件层次对耐久性的研究225.2.3 从结构层次对耐久性的研究225.2.4 混凝土结构耐久性检测与评估方法的研究24参考文献25引 言长期以来，混凝土作为土建工程中用途最广，用量最大的建筑材料之一，在近百年的发展中，其强度不断提高。但是，在提出高强度的同时，混凝土结构的耐久性问题也愈来愈被人们所关注。我国建设部的一项调查表明，国内大多数工业建筑物在使用2530年后即需大修，处于严酷环境下的建筑物使用寿命仅1520年。桥梁、港口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10年左右就因混凝土顺筋开裂和剥落，需要大修。当前，我国的基础设施建设工程规模宏大，投入资金每年高达2万亿元人民币以上，约3050 年后，这些工程将进入维修期，所需的维修费或重建费用将更为巨大。因此，如何提高混凝土耐久性，延长工程使用寿命，尽量减少维修重建费用是建筑行业实施可持续发展战略的关键。本文着重分析了混凝土耐久性的影响因素和混凝土缺陷检测的方法、提出了提高混凝土耐久性的措施并对现有混凝土结构设计施工的思考。1 绪论1.1 混凝土耐久性问题的提出长期以来，混凝土作为土建工程中用途最广，用量最大的建筑材料之一，在近百年的发展中，其强度不断提高。但是，在提出高强度的同时，混凝土结构的耐久性问题也愈来愈被人们所关注。人们一直以为混凝土是非常耐久的材料，直到20世纪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。美国许多城市的混凝土基础设施工程和港口工程建成后2030年，甚至在更短的时期内就出现劣化。我国建设部的一项调查表明，国内大多数工业建筑物在使用2530年后即需大修，处于严酷环境下的建筑物使用寿命仅1520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3040年。桥梁、港口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10年左右就因混凝土顺筋开裂和剥落，需要大修。 当前，我国的基础设施建设工程规模宏大，投入资金每年高达2万亿元人民币以上，约3050 年后，这些工程将进入维修期，所需的维修费或重建费用将更为巨大。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，由于忽视耐久性问题，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。因此，提高混凝土耐久性，尽量减少维修重建费用是建筑行业实施可持续发展战略的关键。1.2 混凝土耐久性的概念混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内，在各种环境条件作用下，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。现行国家标准混凝土结构设计规范(GB50010-2002)中，明确规定混凝土结构设计采用极限状态设计方法。但现行设计规范只划分成两个极限状态，即承载能力极限状态和正常使用极限状态，而将耐久性能的要求列入正常使用极限状态之中。且以构造要求为主。混凝土的耐久性与工程的使用寿命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能力，这一正常功能不仅包括结构的安全性，而且更多地体现在适用性上。2 混凝土结构耐久性问题的分析混凝土耐久性是指混凝土在实际使用过程中抵抗各种破坏因素作用，长期保持强度和外观完整性的能力。主要包括抗冻性、抗渗透性、抗碱集料反应，抗腐蚀等几个方面。下边将从冻融破坏、渗透破坏、碱骨料反应、混凝土的碳化、钢筋锈蚀、化学侵蚀六个方面对混凝土结构发生耐久性失效的原因及影响因素进行论述。2.1 混凝土冻融破坏混凝土冻融破坏是指混凝土在饱水或潮湿的状态下，由于环境中温度的正负变化，导致混凝土内部松弛产生疲劳应力，反复的冻融循环造成混凝土由表及里逐渐剥蚀的破坏现象。混凝土发生冻融破坏后，破坏作用不断积累，裂缝不断扩大和深入，由外向里，直至混凝土破坏，而其现象就是从表层开始向内逐层剥落。当经过反复多次的冻融循环以后，损伤逐步积累不断扩大，发展成互相连通的裂缝，使混凝土的强度逐步降低，最终严重影响了结构的长期使用。2.1.1 破坏机理混凝土冻害机理的研究始于20世纪30年代，有静水压假说、渗透压假说等。但由于混凝土结构冻害的复杂性，至今尚无公认的、完全反映混凝土冻害机理的理论。直至现在，被广大科研学者接受的最有价值的解释是静水压假说和渗透压假说的结合，这种结合奠定了混凝土抗冻性研究的理论基础。(1) 静水压假说：硬化混凝土的孔隙有凝胶孔、毛细孔、空气泡等。各种孔隙之间的孔径差异很大。水转变为冰时体积膨胀9，在冰冻过程中，混凝土孔隙中的部分孔溶液冰冻膨胀，迫使未结冰的孔溶液从结冰区向外迁移。孔溶液在可渗透的水泥浆体结构中移动，必须克服粘滞阻力，因而产生静水压，形成破坏应力。静水压假说能解释成熟混凝土冰冻破坏的许多表现，它在引气混凝土方面的应用也较成功。但从水压力本质来理解它的作用应是瞬时性的，随着时间进展危险理应逐渐消失才对。然而试验说明：混凝土冰冻破坏有时随时间而日益剧烈、严重。在水泥浆冰冻时，水分的运动大多不像通常设想那样，远离冰冻地点而去，而恰恰是趋向冰冻地点；再次冰冻时的膨胀一般情形是随冷却速率增加而下降。这些都是静水压假说难以解释的。(2) 渗透压假说：渗透压假说认为，由于混凝土孔溶液中含有钠、钾、钙等盐类，大孔中的部分溶液先结冰后，未冻溶液中盐的浓度上升，与周围较小孔隙中的溶液之间形成浓度差。这个浓度差的存在使小孔中溶液向已部分冻结的大孔迁移。即使是浓度为0的孔溶液，由于冰的饱和蒸汽压低于同温下水的饱和蒸汽压，小孔中的溶液也要向已部分冻结的大孔溶液中迁移。可见渗透压是孔溶液的盐浓度差和冰水饱和蒸汽压差共同形成的。2.1.2 影响因素对于影响混凝土冻融破坏的主要因素总结起来大致有以下四个方面：（1）水灰比：水灰比越大，使凝土孔隙率越大，导致混凝土的吸水率增大，最终导致混凝土结构冻融破坏严重；（2）孔结构和孔隙特征：连通毛细孔易吸水饱和，使混凝土冻害严重；若为封闭孔，则不易吸水，冻害就小；（3）饱水度：若混凝土的孔隙非完全吸水饱和，冰冻过程产生的压力促使水分向孔隙处迁移，从而降低冰冻膨胀应力，对混凝土破坏作用就小；（4）混凝土自身强度：在相同的冰冻破坏应力作用下，混凝土强度越低，冻害程度就越高。2.2 混凝土渗透破坏混凝土结构的渗透破坏是指气体、液体或者离子等有害介质在混凝土中渗透、扩散或迁移，最终导致混凝土结构受到破坏。混凝土结构发生渗透破坏后，有害介质首先破坏结构表层混凝土，导致混凝土中发生钢筋锈蚀、碱骨料反应等变化，而这些变化多数伴随着体积的膨胀，膨胀产生的应力又使得混凝土进一步开裂，从而进一步加大混凝土的渗透性，使得有害介质的入侵更加迅速，导致混凝土结构循环往复产生更大范围的破坏。因此混凝土的渗透性给有害介质提供了入侵的通道，而有害介质与混凝土发生的破坏性反应则增大了混凝土的渗透性，两者相互促进，最终严重影响混凝土结构的耐久性。2.2.1 破坏原因混凝土具有多种粒径的孔隙，连通的孔隙会成为气体、液体或有害介质进入混凝土的通道，导致混凝土破坏。混凝土的渗透机理是水与混凝土表面接触时，压力差和毛细孔压力不断促使水分向混凝土内部迁移。随着水分迁移的深入，水与毛细孔壁摩擦阻力增大，渗水速度随渗透深度的增加成比例下降。当水达到混凝土相反的一侧时，毛细孔压力就会改变方向，阻碍水分的渗出。若压力差大于孔壁摩擦阻力和毛细阻力，则水将从混凝土相反的一侧滴出；若压力差小于摩擦阻力和毛细孔阻力，则水的迁移为毛细孔迁移，此时的迁移速度取决于混凝土背水面水分的蒸发速度。2.2.2 影响因素影响混凝土渗透性的因素主要有水灰比、骨料最大粒径、混凝土养护方法、水泥品种、外加剂等因素。具体影响情况为：（1）混凝土的水灰比会影响混凝土孔隙的大小和数量，进而直接影响混凝土结构的密实性。水灰比越小，混凝土越密实，其抗渗性越好，反之亦然。（2）由于骨料和水泥浆的界面处易产生裂隙和较大骨料下方易形成孔穴，因此在水灰比相同时，混凝土骨料的最大粒径越大，其抗渗性能越差；（3）蒸汽养护的混凝土，其抗渗性较潮湿养护的混凝土要差。在干燥条件下，混凝土早期失水过多，容易形成收缩裂缝，因而降低混凝土的抗渗性。而在潮湿环境中或水中硬化的混凝土，不但总孔隙率降低，而且孔径也较小。这就增加了混凝土密实性，提高了混凝土的抗渗性；（4）水泥的品种、性质也影响混凝土的抗渗性能。水泥的细度越大，水泥硬化体孔隙率越小，强度就越高，则其抗渗性越好；（5）在混凝土中掺入某些外加剂，如减水剂等，可减小水灰比，改善混凝土的和易性，因而可改善混凝土的密实性，即提高了混凝土的抗渗性能；2.3 碱骨料反应混凝土中的碱与混凝土中的活性骨料发生反应，生成膨胀性物质，导致混凝土发生膨胀破坏，称为碱骨料反应。这种反应引起明显的混凝土体积膨胀和开裂，改变混凝土的微结构，使混凝土的抗压强度、抗折强度、弹性模量等力学性能明显下降，严重影响结构的安全使用性，而其反应一旦发生很难阻止，更不易修补和挽救，被称为混凝土的“癌症”。2.3.1 破坏原因碱骨料反应主要可分为碱与硅酸、碱与碳酸盐及碱与硅酸盐三种反应。（1）碱-硅酸反应：是分布最广、研究最多的碱骨料反应，该反应是指混凝土中的碱组分与骨料中的活性SiO2之间发生的化学反应，其结果是导致骨料被侵蚀，生成碱-硅酸凝胶，并从周围介质中吸收水分而膨胀，导致混凝土开裂。（2）碱-碳酸盐反应：是指混凝土中的碱与碳酸盐矿物产生化学反应引起混凝土的地图状开裂。碱-碳酸盐反应是孔溶液中的碱与骨料中的白云石之间的反应。这一反应不是发生在骨料颗粒与水泥砂浆的表面，而是发生在骨料颗粒的内部，水镁石Mg（OH）2晶体排列的压力和粘土吸水膨胀，引起混凝土的内部应力，导致混凝土开裂。（3）碱-硅酸盐反应：是指混凝土中的碱与骨料中某些层状结构的硅酸盐发生反应，使层状硅酸盐层间间距增大，骨料发生膨胀，致使混凝土膨胀开裂。2.3.2 影响因素从碱骨料反应发生的条件出发，分析该种破坏的影响因素主要是：（1）活性骨料：引起混凝土碱骨料反应的主要因素是混凝土中含有碱活性的骨料。因此在施工中尽量选择无碱活性的骨料，在不得不采用具有碱活性的骨料时，应严格控制混凝土中总的碱量；（2）活性掺合料：掺用活性掺合料，如硅灰、矿渣、粉煤灰（高钙高碱粉煤灰除外）等，对碱骨料反应有明显的抑制效果。活性掺合料与混凝土结构中的碱起反应，反应产物均匀分散在混凝土中，而不是集中在骨料表面，不会发生有害的膨胀，从而降低了混凝土的含碱量，起到抑制碱骨料反应的作用；（3）水分：碱骨料反应要有水分，如果没有水分，反应就会大为减少乃至完全停止。因此，要防止外界水分渗入混凝土结构中以减轻碱骨料反应的危害。2.4 混凝土的碳化混凝土的碳化作用是指空气中的二氧化碳气体渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应生成碳酸钙和水，使混凝土碱度降低的过程，这一过程又称混凝土的中性化。2.4.1 破坏原因碳化的化学反应式为：Ca（OH）2CO2CaCO3H2O混凝土的碳化反应结果有两个方面：一方面，反应生成碳酸钙和其他固态物质会堵塞在混凝土孔隙中，使混凝土的孔隙率下降，大孔减少，从而减弱了后续CO2的扩散，使混凝土密实度提高；另一方面，孔隙中的Ca(OH)2浓度及PH值降低，导致钢筋脱钝而锈蚀。2.4.2 影响因素影响混凝土碳化的因素有很多，但概括其主要因素有两方面，一方面是材料因素，另一方面是环境条件因素。（1）材料方面：不同的水泥，其矿物组成、混合材量、外加剂、生料化学成分不同，直接影响水泥的活性和混凝土的碱度，对碳化速度有着重要的影响。一般而言，水泥中熟料越多，则混凝土的碳化速度越慢。不同的骨料品种和粒径级配不同，其内部孔隙结构差别很大，直接影响混凝土的密实性。其材质致密坚实，级配好的骨料混凝土，其碳化的速度较慢。水灰比的角度，在水泥用量一定的条件下，增大水灰比，其混凝土的孔隙率增加，密实度降低，渗透性增大，空气中的水分及有害物质较多的侵入混凝土内部，加快混凝土的碳化。（2）环境条件：温度对混凝土碳化表现在当温度下降较大时，混凝土表面收缩产生拉力，一旦超过混凝土的抗拉强度，使得混凝土表面开裂，为二氧化碳和水分渗入创造条件，加速混凝土碳化；另外，温度高时，二氧化碳在空气中的扩散系数较大，为其余氢氧化钙反应提供了有利条件，阳光的照射加速了其反应的碳化速度。另外，影响混凝土碳化程度的因素还有养护方法和龄期，混凝土强度，相对湿度，CO2浓度等等。2.5 钢筋锈蚀混凝土中水泥水化后，会生成碱性的氢氧化钙，导致混凝土孔隙中的水分有很高的碱性，在钢筋表面形成一层致密的钝化膜，因此在正常情况下钢筋不会锈蚀；但钝化膜一旦破坏，在有足够水和氧气条件下会产生电化腐蚀。混凝土中钢筋一旦发生锈蚀，在钢筋表面生成一层疏松的锈蚀产物，同时向周围混凝土孔隙中扩散。混凝土中的钢筋锈蚀后，一方面会使钢筋有效截面减小，另一方面，锈蚀产物体积膨胀使混凝土保护层胀裂甚至脱落，钢筋混凝土之间的粘结作用下降。2.5.1 破坏原因混凝土中钢筋锈蚀的实质是电化学腐蚀。主要表现为钢筋在外部介质作用下发生电化学反应，逐步生成氢氧化铁（即铁锈）等，铁锈的体积会比原金属增大24倍，产生膨胀压力，造成混凝土顺筋裂缝，从而成为腐蚀介质渗入钢筋的通道，加快结构的损坏。2.5.2 影响因素钢筋锈蚀的开始是从钢筋周围的钝化膜破坏开始的，因此影响混凝土结构钢筋锈蚀的因素主要有：（1）混凝土液相pH值：钢筋锈蚀速度与混凝土液相pH值有密切关系。当pH值大于10时，钢筋锈蚀速度很小；而当pH值小于4时，钢筋锈蚀速度急剧增加。（2）混凝土密实度和保护层厚度：混凝土越密实，破坏性介质越不容易进入混凝土腐蚀钢筋；保护层厚度对钢筋锈蚀的影响呈线性关系，因此世界各国规范对保护层厚度都作了规定。（3）水泥品种和掺合料：粉煤灰等矿物掺合料能降低混凝土的碱性，从而影响钢筋锈蚀破坏。2.6 化学侵蚀一些侵蚀性介质，比如酸、碱、硫酸盐、压力动水等，侵入混凝土，可能会造成混凝土的化学腐蚀。化学腐蚀主要有三类，分别为溶出性侵蚀、溶解性侵蚀和膨胀性侵蚀。2.6.1 产生原因（1）溶出性侵蚀：对于一些密实性较差、渗透性较大的混凝土，在一定压力的流动水中，水化产物Ca（OH）2会不断溶出并流失。Ca（OH）2的溶出使水化硅酸钙和水化铝酸钙失去稳定性而水解、溶出，这些水化产物的溶出使混凝土的强度不断降低。（2）溶解性侵蚀：溶解性侵蚀分为酸侵蚀和碱侵蚀两类。当环境水的PH值小于6.5时，会对混凝土造成酸侵蚀；由于水泥的水化会生成碱性物质，因此混凝土中呈碱性，当碱在一定的浓度（15%以下）、温度（低于50）时，碱对混凝土的侵蚀作用很小，但是对于高浓度的碱溶液或者熔融状碱会对混凝土产生侵蚀作用。（3）膨胀性侵蚀：硫酸盐与混凝土的水化产物发生化学反应，对混凝土产生膨胀破坏作用，是典型的膨胀性侵蚀。2.6.2 影响因素结构的密实程度和孔隙特征对混凝土化学侵蚀会有所影响；结构密实和孔隙封闭的混凝土，环境水不易侵入，故其抗侵蚀性较强。3 提高混凝土耐久性的措施3.1 原材料的选择水泥类材料的强度和工程性能，是通过水泥砂浆的凝结，硬化形成的，水泥石一旦受损，混凝土的耐久性就被破坏，因此水泥的选择需注意水泥品种的具体性能，选择碱含量小，水化热低，干缩性小，耐热性，抗水性，抗腐蚀性，抗冻性能好的水泥，并结合具体情况进行选择。3.2 预防钢筋的锈蚀常用的方法有环氧涂层钢筋，采用静电喷涂环氧树脂粉末工艺在钢筋表面形成一定厚度的环氧树脂防腐涂层，这种钢筋保护层能长期保护钢筋使其免遭腐蚀。此外，在混凝土表面涂层也是简便有效的方法，但涂料应是耐碱、耐老化和与钢筋表面有良好附着性的材料。还可掺加高效减水剂，在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减小水灰比，使混凝土的总孔隙率，特别是毛细孔隙率大幅度降低。还可研究新技术，开发新产品，如耐锈钢筋、阻锈钢筋等。 3.3 避免或减轻碱集料反应混凝土碱集料反应危害很大，一旦发生很难修复。当混凝土使用有碱活性反应的骨料时，必须从配合比出发，严格控制混凝土中的总碱含量以保证混凝土的耐久性。此外，外加剂特别是早强剂带来高含量的碱，为预防碱集料反应，在设计上应对外掺剂的使用提出要求。3.4 加强施工管理严格控制施工配合比，搅拌必须均匀，振捣必须到位，要严格遵守养护制度，可以用表面养护剂来改善养护条件，提高保水性，加速表面硬化。混凝土构件的侵蚀病害都是从表面开始的，在混凝土终凝前做好原浆抹面压光，增强表面密实度，也可采用表面浸渍和表面涂覆的手段来降低混凝土表面渗透性。 3.5 防止混凝土的冻融破坏混凝土的组成、配合比、养护条件和密实度决定了其在饱水状态下抵抗冻融破坏的能力，目前只有加气混凝土才能有效提高混凝土的抗冻性。引气是提高混凝土抗冻性的主要参数。一般引气量4-8，同时，应避免采用吸水率较高的集料，加强排水以免混凝土结构被水饱和。在混凝土中掺加优质引气型高效减水剂，既能获得大量均匀分布的微小气泡，显著提高抗冻性，又能大幅度减小WC，从而保证混凝土强度不降低，甚至有所提高。3.6 拌合及养护用水混凝土拌合及养护用水，应考虑其对混凝土强度的影响。水灰比的大小很大程度影响混凝土强度值的大小。拌合水应检查其杂质情况，防止影响砂浆及混凝土生成时杂质影响其耐久性。海水中含有硫酸盐、镁盐和氯化物，除了对水泥石有腐蚀作用外，对钢筋的腐蚀也有影响，因此在腐蚀环境中的混凝土不宜采用海水拌制和养护。 3.7 针对不同的腐蚀环境应设计不同的保护层厚度如一类环境(室内正常环境)，设计使用年限为100年的结构混凝土应符合下列规定：混凝土保护层厚度应按规范的规定增加40；当采取有效的表面防护措施时，混凝土保护层厚度可适当减少。混凝土结构及构件宜整体浇筑，不宜留施工缝。当必须有施工缝时，其位置及构造不得有损于结构的耐久性。3.8 结构的日常维护结构在使用阶段，应注意检测，维护和修理，对处于露天和恶劣环境下的基础设施工程更应如此，建立检测和评估体系，及时发现，及时修理，确保混凝土结构的正常使用。在使用中，应尽量避免结构承受超重荷载、接触腐蚀性物质，并尽量减少冻融环境的影响。同时在结构建成后定期检查，在结构破坏超过一定的界限后，就需要详查破坏原因并评估是否需要维修或加固。4 案例分析4.1 工程实例浙江某电厂濒临东海，厂区处于甬江下游河口段，属于海洋性气候，秋季受台风潮汐影响较大，历年平均受台风影响3次，每次均在24天，长则6天，风力一般810级，最大风力可达12级以上；甬江属于不规则半日潮混合港，最大含氯36.5%。电厂已建30年，常年受氯离子侵蚀，各期混凝土结构均有开裂，剥落及钢筋锈蚀等现象。特别有些混凝土保护层出现了较宽的纵向锈胀裂缝，钢筋严重锈蚀。针对电厂的破坏现状和程度，了解其破坏原因以及厂房剩余寿命，对该电站进行混凝土结构耐久性分析，进而提出相应的维修加固决策。4.2 结构检查情况4.2.1 外观检测构件箍筋锈蚀常见；主筋锈蚀引起的锈胀裂缝多发生在角区；未见明显的受力裂缝；桁架耐久性损伤最为严重；混凝土柱迎风面和背风面风化剥蚀严重；70%混凝土柱和25%梁有耐久性损伤。通风口处的9号框架损伤程度更大。4.2.2 混凝土强度通过混凝土回弹法测得各个混凝土构件强度在C20以下。4.2.3 氯离子含量测定氯离子平均含量为0.1657%。无钢筋构件氯离子含量在0.1%。在钢筋附近的氯离子含量一般超过0.2%，部分超过0.7%。大部分随深度x增加而增加。4.2.4 钢筋锈蚀率一般来说，构件中的箍筋锈蚀较严重。在混凝土构件边角处的受力主筋，以及混凝土表面剥蚀严重的地方，钢筋有较高的锈蚀率。最高达15.82%，最低有3.31%。4.3 影响耐久性原因分析4.3.1 环境层次原因电厂处于近海环境，为中亚热带海洋性季风气候，空中带有一定含量的氯离子。在这种高温，潮湿，有侵蚀性介质的环境中，构件容易发生耐久性破坏。4.3.2 材料层次原因混凝土碳化；氯盐破坏；碱集料反应；钢筋锈蚀4.3.3 构件层次原因混凝土锈胀开裂；构件承载力下降；粘结性能衰退。4.3.4 结构层次原因耐久性设计和验算不科学；制定的构造措施不完善；耐久性评估可靠度不高。4.4 提高混凝土结构耐久性的措施4.4.1 严格控制砼原材料 为了确保砼耐久性,除了对水泥强度与安定性、集料的级配与含泥量等常规指标严格控制外,还应重点考虑碱集料反应问题。在砼中合理使用粉煤灰、矿渣等矿物掺合料也是重要的技术手段。 4.4.2 增加钢筋本身抵抗锈蚀的能力 增加钢筋本身抵抗锈蚀的能力，也是提高钢筋混凝土结构耐久性的有效措施。4.4.3 努力提高设计、施工水平 将结构的高耐久性作为重要的设计原则,统一考虑合理的结构布局和构造细节,强调使结构易于检查、维修,寻求新的结构设计理念和施工方法。 重视后张灌浆不密实而产生的结构耐久性问题 ；完善无粘结预应力工艺；加强张拉端和固定端锚具的选用和防腐措施 ；确保全密封方面的技术措施;重视梁、板中收缩和温度构造配筋要求, 4.4.4 进行结构维护 钢筋阻绣剂 ：在新建结构物中直接加入或涂覆与表面阴极保护法：是砼结构最常用最有效的电化学保护方法混凝提表层处理：对于修补过的或新浇注的结构，涂覆混凝土作为第一道防线。海水耐蚀剂：它是一种不含有害物质无污染，高比表面积高性能的混凝土外加剂，专用于抗海水和盐类的侵蚀。4.4.5 定期检测对混凝土结构应作定期检查，尽早发现问题，制定合理维修方案，对延长工程寿命有显著效果。5 结论与展望5.1 结论混凝土结构的耐久性是由混凝土本身的特性和所处使用环境的侵蚀性两方面决定的。耐久性损伤的外观表现形式有：出现裂缝、断面缺损和变质等。除了内部缺陷和荷载作用引起的损伤外，引起混凝土结构耐久土配合性损伤的原因可以归纳为五类：（1）电化学等作用引起的钢筋锈蚀；（2）酸、碱、盐等化学侵蚀及碱骨料反应等内部化学作用；（3）冻融循环、霜冻及干摍、徐变、风化等物理作用；（4）磨损、冲蚀及机械作用；（5）高温及火灾作用实际上，混凝土结构的破坏很少是由于单一因素造成的，引起破坏的几种化学和物理作用常常紧密交叉、同时作用，这体现了混凝土耐久性问题的复杂性。5.2 展望由混凝土结构耐久性损伤的影响因素可以看出，要对混凝土结构耐久性损伤机理和成因进行研究，必须从以下几个方面进行综合研究。5.2.1 从材料层次对耐久性的研究从材料角度上对结构耐久性进行研究，是混凝土结构耐久性研究的基本手段。引起混凝土结构材料性能劣化的原因不同，研究的内容和方法也不同。从已有的研究文献来看，研究最多的是大气环境中混凝土的碳化和钢筋的锈蚀。 一般认为混凝土的碳化对混凝土本身没有太大伤害，相反会使混凝土自身强度提高。但混凝土碳化会使混凝土中的钢筋失去碱性环境的保护，而引起钢筋的锈蚀。另外，混凝土碳化使混凝土变脆，延性变差。对于混凝土材料本身，影响混凝土碳化的因素有水泥品种、水泥用量、水灰比及掺和料的掺量等。一般认为，混凝土的碳化速度与水灰比成正比，而与混凝土的抗压强度成反比。另外，混凝土的碳化速度还与混凝土的施工、早期养护及使用中的维护等因素有关。加载快速碳化试验也表明，结构的应力状态对混凝土的碳化速度有明显的影响。结构构件不由于双向渗透，梁边角混凝土的碳化速度要高于梁底面混凝土的碳化速度。另外，一些工程实际调查资料也表明，大气环境中混凝土的碳化与实验室碳化试验有着较大的差别，环境条件的变化是造成这种偏差的最主要因素，从而引起混凝土碳化深度呈现较大的不稳定性，利用人工神经网络技术来分析、模拟混凝土的碳化过程和规律，也是混凝土耐久性研究的一个手段和方法。混凝土原本对于钢筋具有良好的防锈能力，但各种不利因素（如混凝土表面微裂，雨水和空气中的水分，二氧化碳的侵蚀等）的作用导致钢筋表面钝化膜遭到破坏，当有氧和水存在时，钢筋开始锈蚀，其力学性能有较大变化。同时，钢筋锈蚀到一定程度后，锈蚀产物产生的膨胀压力将会使混凝土保护层发生顺筋开裂，从而使钢筋的锈蚀速度进一步加大，握裹力降低，从而导致构件因承载能力的不足引起构件耐久使用年限的降低。钢筋的承载能力与钢筋的腐蚀量关系最为密切，关于钢筋锈蚀量的计算，有两种模型，一种是基于电化学原理的理论模型，另一种是通过对试验资料拟合得到的经验公式。一般而言，理论模型原理上较为合理，而经验公式应用上更为方便。钢筋锈蚀试验表明，混凝土中钢筋的锈蚀速度与结构所处的环境、混凝土保护层厚度、混凝土强度及钢筋直径有关，目前钢筋腐蚀的电化学快速测定方法以及红外检测技术都有了较大的发展；关于混凝土顺筋开裂的钢筋临界锈蚀量的确定方法有弹性力学法、断裂力学法、有限元法和试验统计法。一般认为，混凝土顺筋开裂的临界锈蚀量与混凝土抗拉强度、混凝土保护层厚度及钢筋直径有关。在混凝土结构中钢筋锈蚀可分为自然电化学腐蚀、杂散电流腐蚀、应力腐蚀及氢脆腐蚀。钢筋是否锈蚀，很大程度上依赖于混凝土的密实性。钢筋生锈的内部条件是钝化膜遭到破坏，产生活化点，构件内部存在电位差，可以产生局部腐蚀电池；钢筋锈蚀的外部条件是必须有水分和氧的存在。当这几个条件同时存在时，钢筋就会产生锈蚀。研究表明，使钢筋的钝化膜遭到破坏的主要因素有四点：（1）当无其它有害杂质时由于碳化作用破坏钢筋的钝化膜；（2）由 CL的作用破坏钢筋的钝化膜；（3）由于 SO42离子或其它酸性介质侵蚀而使混凝土碱度及PH值降低导致钝化膜破坏；（4）混凝土中掺加大量活性混合材料或采用低碱度水泥，导致钝化膜破坏或根本不生成钝化膜。 降低混凝土中钢筋锈蚀的措施包括：通过适当降低水灰比、选用矿渣硅酸盐水泥、采用不是海砂的细骨料、掺用不含氯盐的外加剂、提高混凝土保护层厚度、适当增加混 凝土的搅拌时间和振捣力度等方法以保证混凝土的密实性，使混凝土中的钢筋处于碱性环境中。施工时应重视钢筋的除锈，还可使用环氧涂层钢筋。通过混凝土的表面处理，如涂抹防水涂料等形成保护层活作表面装饰层等使混凝土结构不长期裸露于空气中或水中。采用阴极保护法（包括牺牲阳极法和外加电流法） ，其中外加电流法应注意防止钢筋的氢锈破坏、防止加剧混凝土的碱骨料反应、防止过大的保护电流对混凝土与钢筋之间的粘结强度可能产生的不利影响。 5.2.2 从构件层次对耐久性的研究在腐蚀环境中，当混凝土结构的材料发生劣化后，结构构件的承载力和适用性也随之降低，从而影响结构的安全和正常使用。 试验表明，受腐蚀钢筋混凝土构件的承载能力与构件截面尺寸的变化、材料强度的变化及钢筋与混凝土之间粘结性能的变化 3中因素有关。构件截面尺寸的变化一般指钢筋锈蚀后其截面面积的减小，当钢筋的锈蚀量较小时（5） ，钢筋强度变化不大，承载力评估中可不考虑钢筋强度的变化。锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结性能的变化比较复杂，在锈蚀量较小时（1） ，粘结强度随钢筋锈蚀量的增加有所提高，但随钢筋锈蚀量的进一步加大，粘结强度将明显下降，这一变化过程与钢筋锈蚀产物的膨胀及混凝土保护层的胀裂有关。试验也表明，在使用荷载下，受腐蚀钢筋混凝土受弯构件的截面应变宏观上仍符合平截面假定，而对于大偏心受压和小偏心受压构件，在钢筋锈蚀量较大时，截面应变与平截面假定有出入。另外，受腐蚀钢筋混凝土构件的延性随钢筋锈蚀量的增大而降低，构件的破坏形态也将有延性破坏转化为脆性破坏。试验同时也表明，当钢筋锈蚀混凝土构件的钢筋锈蚀后，构件刚度有所降低，变形增大；横向裂缝距增大，宽度变宽，从而影响混凝土结构的正常使用性能。 目前，对受腐蚀钢筋混凝土构件的力学性能的研究大都集中在静态方面，对动态性能和疲劳性能的研究尚不多见，这是一个需要加强研究的方面。 另外，混凝土的密实性也起着重要的作用，由于混凝土的用水量大于水泥水化的需水量 ， 所以凝结硬化之后混凝土中总是具有很多各种各样的孔，包括毛细孔、凝胶孔、过度孔等。孔隙的特征如孔隙大小、 形状、 分布及其封闭程度直接影响耐久性能。各种介质通过孔隙和微裂缝直接侵蚀混凝土的内部结构。混凝土中孔隙率越大， 密实度就越低。混凝土的密实性几乎与混凝土的所有主要耐久性能有着密切的联系。因此， 提高混凝土的密实性是非常重要的。 5.2.3 从结构层次对耐久性的研究 混凝土结构耐久性研究的目的就是要解决拟建混凝土结构的耐久性设计和现役结构的耐久性评估，钢筋混凝土结构是由多种构件组成的结构体系，在钢筋遭受腐蚀后，构件性能的劣化，最终会影响整个结构的安全。对拟建混凝土结构进行耐久性设计，提高结构的安全性和耐久性已成为全世界关注的重大课题。目前，我国混凝土耐久性设计的研究有两种理论。第一种理论认为，在进行混凝土结构耐久性设计之前，首先要进行结构的工作环境分类，然后确定结构的设计使用寿命，最后利用极限状态法对耐久性极限状态进行验算。针对这部分的研究比较多。但基于这种理论的计算方法与现行规范采用的以近似概率为基