影响混凝土结构耐久性的因素

1、浅谈混凝土结构耐久性的影响因素摘要: 混凝土结构是目前应用最广泛的工程结构，通过研究表明，很多混凝土结构破坏的原因不都是因为混凝土强度不够而引起的，而是因为混凝土结构的耐久性不足而而引起的。通过对混凝土耐久性影响因素的分析，提出提高混凝土耐久性的主要技术措施。关键词：混凝土：耐久性;影响因素：措施1前言 混凝土结构结合了钢筋与混凝土的优点，造价较低，是土木工程结构设计中的首选形式，是目前应用最广泛的结构。混凝土结构以其整体性好、耐久性好、可塑性强、维修费用少等优点广泛使用于整个20世纪，发现混凝土的耐久性问题则是在60至70年代，一些发达国家的混凝土桥使用了三四十年后，纷纷进入老化期。混凝土结

2、构在外部因素及其自身内在因素作用下，其安全性和使用功能都将有所下降。混凝土在不利的环境条件下出现了一系列影响结构耐久性的物理、化学现象，如结构混凝土的碳化、保护层剥落、裂缝的发展、钢筋锈蚀、渗透冻融破坏、混凝土集料的化学腐蚀等等。我国七十年代后期建造的混凝土桥梁亦发现有严重的开裂现象。因而混凝土结构的耐久性问题已成为结构工程师们不容忽视的一个问题。通过分析可以发现，引起结构耐久性失效的原因存在于结构的设计、施工及维护的各个环节。首先，虽然在许多国家的规范中都明确规定钢筋混凝土结构必须具备安全性、适用性与耐久性，但是，这一宗旨并没有充分地体现在具体的设计条文中，使得在以往的乃至现在的工程结构设计

3、中普遍存在着重强度设计而轻耐久性设计的现象。混凝土结构的耐久性概括起来是指混凝土抵抗周围不利因素长期作用的性能结构耐久性问题主要表现为：混凝土损伤；钢筋的锈蚀、脆化、疲劳、应力腐蚀；以及钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的消弱等三个方面。从短期效果而言，这些问题影响结构的外观和使用功能；从长远看，则为降低结构安全度，成为发生事故的隐患，影响结构的使用寿命。下面就简单分析洗影响混凝土耐久性的几个主要因素。2影响混凝土结构耐久性的主要因素 （1）混凝土的材质。混凝土是碎石、砂、水泥和水拌合后凝硬而成。这些材料的优劣直接影响到硬化后混凝土的质量，好质量的材料将为工程使用期混凝土的耐久性打下良好的基础。近年

4、来由于基本建设的迅猛发展，施工中往往忽略对材质的要求，工地上只检查混凝土试件的强度作为材质的唯一标准。岂知不合规格的材料，将导致混凝土收缩徐变量大大增加，初始裂缝大量产生，这对混凝土结构安全将是一严重隐患。 （2）抗渗性与抗冻性对耐久性的影响 混凝土是一种多孔结构，在存在内外压力差的情况下，必然存在液体或气体从高压处向低压处渗透的现象，这种现象称为混凝土的渗透性。混凝土的抗渗性和混凝土的抗碳化能力，与抵抗外界有害物质的耐腐蚀性及抗冻性都有着密切的关系。一般来说，抗渗性好的混凝土耐久性也就好。混凝土固有的多孔性导致了其抗渗性较差，混凝土的抗渗性主要取决于水泥石的孔结构和集料的性能。影响混凝土抗渗

5、性的因素很多，包括混凝土的水灰比、水泥细度、水泥品种、集料品种、施工质量、养护条件和环境介质等 1、混凝土的水灰比水灰比对混凝土的抗渗性影响最大。水灰比越大，包围水泥颗粒的水层就越大，水在水泥石中形成相互连通的、无规则的毛细系统，使水泥石的孔隙率增加，混凝土的抗渗性就较差。2、水泥的细度和品种在其他情况相同的条件下，水泥细度及其颗粒组成会对水泥石孔结构产生很大影响。使用细颗粒含量多的水泥，生成微毛细孔结构，毛细孔体积大大减少，从而提高了混凝土抗渗性。另外，不同用途的混凝土，采用不同的集料，抗渗性也会有很大的差异。3、施工质量混凝土的施工质量对混凝土的孔结构和孔隙率有很大影响。在实际工程中，即使

6、是配合比很好的混凝土，浇注成型时如果没有控制好质量，如振捣不密实等，也会造成混凝土内部的缺陷，降低其抗渗性。因此，对于有较高抗渗性要求的混凝土工程，一定要严格控制施工质量。4、环境介质混凝土的渗透性与环境介质的气体或液体的品种有关。而且，环境温度对混凝土的渗透性影响也很大。温度越高，相对湿度越低，混凝土失水严重，部分毛细孔水分蒸发，混凝土透气性增大，其渗透性也就增大了。 （3）混凝土的抗冻性混凝土的冻害机理研究开始于20世纪30年代，有静水压假说、渗透压假设等。但是由于混凝土冻害的复杂性，至今尚无公认的、完全反应混凝土冻害机理理论。关于混凝土早期受冻问题，归纳起来主要是以下两种情况:一是混凝土

7、凝固前受冻；二是混凝土凝结后但是未达到足够强度时受冻。影响混凝土抗冻性主要有以下因素: 1、水灰比水灰比直接影响混凝土的孔隙率和孔结构。随着水灰比的增加，不仅饱和水的开孔总体积增加，而且平均孔径也增加，在冻融过程中产生的冻胀压力和渗透压力就大，混凝土的抗冻性必然降低。2、含气量含气量也是影响混凝土抗冻性的主要影响因素，特别是加入引气剂形成的微细孔对提高混凝土的抗冻性尤为重要，因为这些互不相连通的微细气孔在混凝土受冻初期能够使毛细孔中的静水压力减小。在混凝土受冻结冰的过程中，这些空隙可以阻止或抑制水泥浆中微小冰体的形成。国内外大量的研究表明，掺引气剂的混凝土，抗冻耐久性得到了提高，提高几倍，甚至

8、十几倍。3、混凝土的受冻龄期混凝土的抗冻性随着其龄期的增长而提高。因为龄期越长水泥水化就越充分，重要混凝土强度越高，抵抗膨胀的能力就越大，这一点对早期受冻的混凝土尤是。而且，水泥品种和活性都对混凝土的抗冻性有影响。4、外加剂和掺合料减水剂、引气剂等外加剂均能够提高混凝土的抗冻性。引气剂能够增加混凝土的含气量，并使气泡均匀；而减水剂则能够降低混凝土的水灰比，从而减少孔隙率，最终提高混凝土的抗冻性。 （4）碱集料反应对混凝土的耐久性的影响 碱集料反应是指混凝土中某些活性矿物集料与混凝土孔隙中的碱性溶液（KOH、NaOH）之间发生的化学反应，产生的碱、硅酸盐凝胶，使其体积膨胀，在内部产生膨胀应力，导

9、致混凝土剥落、开裂和强度下降，甚至破坏的反应。它是影响混凝土耐久性的主要因素之一。该反应不同于其他混凝土危害，其开裂破坏是整体性的。按照反应类型，碱骨料反应可分为三种：碱硅酸反应：碱与骨料中活性SiO2发生反应，生成碱硅酸盐凝胶，吸水后体积膨胀，引起混凝土膨胀和开裂；碱-碳酸反应：碱与泥质石灰质白云石反应，将白云石转化为水镁石，水镁石晶体排列的压力和粘土吸水膨胀，导致混凝土开裂；碱-硅酸盐反应：碱与某些层状硅酸盐骨料反应，使层状硅酸盐岩层间距离增大，骨料膨胀而造成混凝土膨胀和开裂。不同类型碱-骨料反应的共同特征是：骨料发生膨胀和开裂；混凝土的裂缝形状类似地图状的龟裂，往往是大面积的和内部外部均

10、可发生的；骨料和水泥浆接触的周边发生反应；有反应产物碱硅酸凝胶。迄今为止，世界各国发生的碱-骨料反应绝大多数为碱-硅酸反应。 (5) 钢筋锈蚀与混凝土的耐久性 当钢筋外面的混凝土中性化或出现开裂等情况，钢筋失去了碱性混凝土的保护，钝化膜破坏并开始锈蚀。锈蚀的钢筋不但截面积有所损失，材料的各项性能也会发生衰退，从而影响混凝土构件的承载能力和使用性能。钢筋锈蚀是引起混凝土结构耐久性下降的最主要和最直接因素。 (6) 混凝土结构所处的环境条件。工程结构使用时所处的环境条件是影响混凝土结构耐久性的外部因素，如海水侵蚀、大气腐蚀、极高温度、冰冻、水、风、地震灾害的袭击等。根据环境条件对混凝土耐久性的影响

11、，桥规（JTGD62）根据公路桥梁的使用情况，将桥梁结构使用环境条件划分为下列4类:类环境系指温暖或寒冷地区的大气环境；与无侵蚀性的水或土接触的环境。类环境系指严寒地区的大气环境；使用除冰盐环境；滨海环境。类环境系指海水环境。类环境系指受侵蚀性物质影响的环境。在上述环境分类中，严寒地区是指累年最冷月平均温度低于-10地区；寒冷地区是指累年最冷月平均温度高于-10，低于或等于0的地区。除冰盐环境是指北方城市依靠喷洒盐水除冰化雪的且其主梁受到侵蚀的环境；滨海环境是指海水浪溅区以外且其前无建筑物遮挡的环境；海水环境是指潮汐区、浪溅区及海水中的环境；受侵蚀性物质影响的环境是指某些化学工业和石油化工厂的

12、气态、液态和固态侵蚀性物质影响的环境。 综上所述，通过对影响混凝土结构耐久性的因素分析，提高混凝土耐久性可以有下列几项措施。 （1）合理选择混凝土结构的组成材料。混凝土各组成材料及钢筋的选用应满足材料的耐久性质量要求，应按规范规定对进场原材料进行严格的质量检验。同时合理改善颗粒级配，提高混凝土的密实性。从而提高耐久性。 （2）提高混凝土的密实性控制混凝土的最大水灰比和最小水泥用量，改善混凝土的施工工艺，搅拌均匀、充分振捣，加强养护，严格控制施工质量。除了选择及配良好的集料和精心施工保证混凝土充分捣实和水泥充分水化外，水灰比是影响混凝土密实性的最重要的条件，故桥规（JTGD62）中规定了各类环境

13、条件下满足混凝土耐久性要求的最大水灰比和最小水泥用量值。同时适当掺用外加剂，如掺用减水剂或引气剂，可改善混凝土的孔隙结构，提高混凝土的密实性。 （3）采用高强材料改善结构延性新的混凝土结构设计规范GB500102002取消了C15以下的低强度混凝土等级，同时将混凝土等级提高到C80。混凝土结构用普通钢筋将以HRB400级钢筋作主力钢筋；预应力钢筋将以强度1860MPa的高强钢丝、钢绞线作为主力钢筋；低强性脆的冷加工钢筋不再列入国家标准而交由各行业标准管理。 （4）采用高强混凝土以提高结构物的耐久性高强度混凝土(50MPa以上)的配制特点就是低水灰比，加外加剂，掺用超细活性掺合料，它的研制和应用

14、解决的核心问题之一就是保证耐久性。由于高强混凝土的密实性能好，抗渗、抗冻性能均优于普通混凝土，因此不但适用于高层和大跨度结构物，对于海洋和港口工程，其抗渗和耐腐蚀性能均大大优于普通混凝土。（5）加强桥面排水和防水层设计，改善桥梁的环境作用条件。（6）加强结构使用阶段的维护与检测，提高混凝土的耐久性。3结语 混凝土破坏绝非是某一孤立原因造成的，多是与其他综合不利因素有关。通过对影响混凝土结构耐久性主要因素的分析，提出综合提高混凝土结构的各种性能是改善和提高混凝土耐久性的主要措施。从混凝土技术的发展来看，采用高强度混凝土是解决结构耐久性要求的发展趋向。参考文献1戴文跃,安美华.高性能混凝土发展前景浅析J.中国建设信息,2006,(11)2王建花.浅谈钢筋砼结构的耐久性J.淮阴工学院学报,2004,(05)3欧阳东.聚丙烯纤维在高性能混凝土中的应用J.广东建材,2005,(08)4高文举.大体积混凝土构件裂缝的成因与防治J徐州工程学院学报,2006,(09).5阳作裕.机场道面混凝土不规则断板