建ｌ筑Ｉ工！程 科 关于混凝土结构耐久性的研究 杨德清 （哈尔滨市第九建筑工程有限责任公司，黑龙江哈尔滨１５００００） 摘要：混凝土结构的耐久性是指混凝土结构对化学的、生物的以及其它使结构材料性能恶化的各种侵蚀的抵抗能力。今后，在研究混凝土结 构耐久性方面仍需做大量的工作来满足工程建设的需要．这样才能使混凝土的耐久性问题得到较好的解决。 关键词：混凝土结构；耐久性；措施 土内部水泥石中的氢氧化钙与空气中的二氧化 离水释放出来，因而达到减水的目的。３．１．２掺 碳，在温度相宜时发生化学反应而生成碳酸钙 人高效活性矿物掺料：普通水泥混凝土的水泥 和水，也称为混凝土的中性化，混凝土由于碳化 石中水化物稳定性的不足，是混凝土不能超耐 作用，使氢氧化钙减少而碱度降低，使钢筋处于 久的另一主要因素。在普通混凝土中掺人活性 中性环境，导致钢筋表面钝化膜遭到破坏而锈 矿物的目的，在于改善混凝土中水泥石的胶凝 蚀，碳化作用还会增加混凝土收缩性，引起混凝 物质的组成。活性矿物掺料中含有大量活性 土表面产生拉应力而出现微裂缝，从而降低混 ｓｉ 及活性ＡＩ２０，，它们能和波特兰水泥水化过 凝土的力学性能和抗渗能力。２．２＿３冻融破坏： 程中产生的游离石灰及高碱性水化碳酸钙产生 混凝土不密实，导致内部存在许多连通孔隙和 二次反应，生成强度更高、稳定性更优的低碱性 渗水通道，严重影响抗渗性，在温度较低时，由于 水化碳酸钙。从而达到改善水化胶凝物质的组 内部孔隙和毛细孔道中的水结冰，产生体积膨 成，消除游离石灰的目的。使水泥石结构更为致 密，并阻断可能形成的渗透路。 成为一个沉重的财政负担。因此，如何提高工程 胀和冷水迁移，从内部破坏混凝土的微观结构，３．２对钢筋锈蚀的防护措施。３．２．１混凝土 结构的耐久性，保持长久的使用寿命，使已有结 经多次冻融循环后，损伤积累将使混凝土剥落 构最大限度地发挥作用，已成为建筑领域日益 酥裂，强度降低。 外涂层。混凝土外涂层的出发点是隔离环境，弥 关注的热点问题。对此许多工业发达国家组织 ２．３钢筋的锈蚀破坏。混凝土中钢筋锈蚀 补混凝土多孔性的缺陷。常用的有普通水泥砂 了大规模的科研项目，投入巨资进行研究。 引起混凝土失效的主要原因是：钢筋锈蚀物的 浆层、聚合物改性水泥砂浆层、渗透性涂层、混 １．２混凝土耐久性的概述。混凝土结构的 体积比钢筋体积膨胀ｌＯ倍，同时产生巨大的应 凝土表面涂层（大致可分为沥青、焦油类、油漆 耐久性是指混凝土结构对化学的、生物的以及 力使混凝土胀裂，混凝土结构胀裂后一方面降 类、防水涂料、树脂类涂料等）、隔离层（包括玻璃 其它使结构材料性能恶化的各种侵蚀的抵抗能 低了结构的承载能力，减小了安全储备；二是降 鳞片覆层、玻璃钢隔离层、砖板、橡胶衬里层） 力。混凝土结构应能在自然和人为环境的化学 低了结构的刚度，增大了变形，甚至使混凝土保 等。３．２．２涂层钢筋。面对钢筋锈蚀所带来的灾 和物理作用下，满足在规定的设计工作寿命内 护层剥落：三是降低了结构的延性，甚至改变其 害，人们自然想到去寻找更耐腐蚀的钢筋。于是 不出现无法接受的承载力减小、使用功能降低 破坏形态，从而导致伤亡事故。 出现了镀锌钢筋、包铜钢筋、不锈钢钢筋及环氧 和外观破损等情况。即称为混凝土结构的耐久 通常的钢筋混凝土构件中钢筋不会发生 树脂涂层钢筋等一系列钢筋新品种或防护方 性要求。 锈蚀，只有其具备了腐蚀条件，锈蚀才会发生和 法。特别是环氧树脂涂层钢筋得到了较广泛的 混凝土结构耐久性问题主要表现为：混凝 发展。通常认为由于混凝土碳化与氯离子引起 工程应用。３．２．３钢筋阻锈剂。钢筋阻锈剂的实 土损伤；钢筋的锈蚀、脆化、疲劳、应力腐蚀；以及 的钢筋失钝是引起钢筋腐蚀最为直接、严重和 际功能不是阻止环境中的有害离子进入混凝土 钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的消弱等三个 普遍的原因。 中，而是当有害物质不可避免的进入混凝土内 方面。 ２．４混凝土所处环境与环境作用。工程结 之后，它抑制、阻止、延缓了钢筋腐蚀的电化学 ２影响混凝土结构耐久性的主要因素 构使用时所处的环境条件，如海水侵蚀、大气腐 过程，使有害离子丧失侵害能力，从而达到延长 ２．１混凝土原料的质量。混凝土是由碎石、 蚀、极高温度、冰冻、风、水、地震灾害的袭击等 建筑物使用寿命的目的。按钢筋阻锈剂作用原 砂、水泥和水拌和后凝结硬化而成的。这些材料 是影响混凝土结构耐久性的外部因素。这些外 理，一般可分为三种类型：阳极型钢筋阻锈剂、阴 的优劣直接影响到硬化后混凝土的质量ｆ包括 部因素主要有冻融循环作用、水渗透作用、 碳化 极型钢筋阻锈剂、综合型极型钢筋阻锈剂。密实度和强度等ｌ。水泥含碱量不宜过大，骨料中 作用、酸（包括酸性气体）、碱、盐及其溶液的化 ３．２．４阴极保护。阴极保护是最常用彳艮有效的 也不宜含有过多的碱活性矿物质，以防发生碱 学作用和物理作用、干湿循环作用、荷载应力作 电化学保护方法。通常使用于水下，地下金属管 骨料反应。 用和振动冲击作用以及它们的综合作用等。 道、设施、钢管桩、海洋平台等。常用的方法有： 碱骨料反应是影响混凝土结构耐久性最 ３提高钢筋混凝土耐久性的方法 应用外加电流，将直流电源的负极连接在混凝 主要的因素之一。混凝土中的碱与活性骨料之 ３．１采用高性能混凝土。高性能混凝土的 土中的钢筋上，以迫使钢筋整个处在阴极状态。 间发生反应，生成碱硅胶或粘土质集料。这种生 核心是保证耐久性。高性能混凝土在配制上的 另外一种是将比铁更活泼的金属，直接于钢筋 成物会吸收微孔中的水分，发生体积膨胀．在周 特点是低水灰比，选用优质原材料，除水泥、水 相连。这样，这种金属可向钢筋提供电子（如同外 围水泥浆已硬化的情况下形成一定的膨胀压 和骨料外，必须掺加足够数量的矿物集料和高 电源的负极）。 力。当该压力超过水泥浆抗拉强度时就会引起 效减水剂，减少水泥用量，减少混凝土内部孔隙 目前，国内外许多专家学者对钢筋混凝土 混凝土开裂，使混凝土结构发生破坏，而这种破 率，减少体积收缩，提高强度，提高耐久性。３．１．１ 结构的耐久性问题进行了深入研究，通过对各 坏又是在混凝士结构内部发生的，危害极大。而 掺入高效减水剂：在保证混凝土拌和物所需流 种腐蚀过程的机理研究，从定性的认识到定量 水泥中含碱的成分和数量取决于制造水泥的原 动性的同时，尽可能降低用水量，减少水灰比， 的掌握，努力寻找提高混凝土抗腐蚀性的措施 材料和生产工艺。因此提高原材料的质量会为 使混凝土的总孔隙，特别是毛细管孑Ｌ隙率大幅 和评价方法。研究的方法也逐步从混凝土的宏 混凝土的耐久性打下良好的基础。 度降低。水泥在加水搅拌后，会产生一种絮凝状 观结构延伸到混凝土的微观结构、破坏机理、影 ２．２混凝土的密实程度。混凝土的内部缺 结构，在这些絮凝状结构中，包裹着许多拌和 响规律以及防护措施等诸多方面。但由于环境、 陷（不密实），使混凝土在使用过程中易受各种不 水，从而降低了新拌混凝土的工作性。当加入的 材料等方面的多样性和复杂性，今后，在研究混 利因素的侵袭，主要有如下几种形式：２．２．１渗 减水剂定向排列，使水泥质点表面均带有相同 凝土结构耐久性方面仍需做大量的工作来满足 透：当混凝土不密实，空气和水容易渗入，水中有 电荷。在电性斥力的作用下，不但使水泥体系处 工程建设的需要，这样才能使混凝土的耐久性 害物质就易对混凝土产生化学侵蚀，影响混凝 于相对稳定的悬浮状态，还在水泥颗粒表面形 问题得到较好的解决。 土的耐久性。２．２．２碳化：混凝土碳化是指混凝 成一层溶剂化水膜，同时使水泥絮凝体内的游 １混凝土结构耐久性概述 １．１研究背景。在现代工业和城市建设中， 混凝土是使用最为广泛的建筑材料之一。长期 以来，人们一直以为混凝土是一种非常耐久的 材料，从而忽视了它的耐久性问题。随着工业化 进程的加快，环境不断恶化，钢筋混凝土构筑物 在使用期间提前破坏现象越来越严重，给国民 经济造成了巨大的损失，人们的生命财产也受 到了威胁。全世界每年因混凝土结构耐久性问 题造成的社会经济损失十分巨大。美国、英国的 混凝土建筑结构因腐蚀损坏。每年维修费用已 一２４７—