影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素

1、淺談混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素摘要: 混凝土結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用最廣泛的工程結(jié)構(gòu)，通過研究表明，很多混凝土結(jié)構(gòu)破壞的原因不都是因?yàn)榛炷翉?qiáng)度不夠而引起的，而是因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)的耐久性不足而而引起的。通過對(duì)混凝土耐久性影響因素的分析，提出提高混凝土耐久性的主要技術(shù)措施。關(guān)鍵詞：混凝土：耐久性;影響因素：措施1前言 混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合了鋼筋與混凝土的優(yōu)點(diǎn)，造價(jià)較低，是土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的首選形式，是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)?；炷两Y(jié)構(gòu)以其整體性好、耐久性好、可塑性強(qiáng)、維修費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)廣泛使用于整個(gè)20世紀(jì)，發(fā)現(xiàn)混凝土的耐久性問題則是在60至70年代，一些發(fā)達(dá)國(guó)家的混凝土橋使用了三四十年后，紛紛進(jìn)入老化期?；炷两Y(jié)

2、構(gòu)在外部因素及其自身內(nèi)在因素作用下，其安全性和使用功能都將有所下降?；炷猎诓焕沫h(huán)境條件下出現(xiàn)了一系列影響結(jié)構(gòu)耐久性的物理、化學(xué)現(xiàn)象，如結(jié)構(gòu)混凝土的碳化、保護(hù)層剝落、裂縫的發(fā)展、鋼筋銹蝕、滲透凍融破壞、混凝土集料的化學(xué)腐蝕等等。我國(guó)七十年代后期建造的混凝土橋梁亦發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重的開裂現(xiàn)象。因而混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題已成為結(jié)構(gòu)工程師們不容忽視的一個(gè)問題。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，引起結(jié)構(gòu)耐久性失效的原因存在于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)的各個(gè)環(huán)節(jié)。首先，雖然在許多國(guó)家的規(guī)范中都明確規(guī)定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)必須具備安全性、適用性與耐久性，但是，這一宗旨并沒有充分地體現(xiàn)在具體的設(shè)計(jì)條文中，使得在以往的乃至現(xiàn)在的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3、中普遍存在著重強(qiáng)度設(shè)計(jì)而輕耐久性設(shè)計(jì)的現(xiàn)象?；炷两Y(jié)構(gòu)的耐久性概括起來是指混凝土抵抗周圍不利因素長(zhǎng)期作用的性能結(jié)構(gòu)耐久性問題主要表現(xiàn)為：混凝土損傷；鋼筋的銹蝕、脆化、疲勞、應(yīng)力腐蝕；以及鋼筋與混凝土之間粘結(jié)錨固作用的消弱等三個(gè)方面。從短期效果而言，這些問題影響結(jié)構(gòu)的外觀和使用功能；從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，則為降低結(jié)構(gòu)安全度，成為發(fā)生事故的隱患，影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。下面就簡(jiǎn)單分析洗影響混凝土耐久性的幾個(gè)主要因素。2影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素 （1）混凝土的材質(zhì)?；炷潦撬槭⑸?、水泥和水拌合后凝硬而成。這些材料的優(yōu)劣直接影響到硬化后混凝土的質(zhì)量，好質(zhì)量的材料將為工程使用期混凝土的耐久性打下良好的基礎(chǔ)。近年

4、來由于基本建設(shè)的迅猛發(fā)展，施工中往往忽略對(duì)材質(zhì)的要求，工地上只檢查混凝土試件的強(qiáng)度作為材質(zhì)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。豈知不合規(guī)格的材料，將導(dǎo)致混凝土收縮徐變量大大增加，初始裂縫大量產(chǎn)生，這對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)安全將是一嚴(yán)重隱患。 （2）抗?jié)B性與抗凍性對(duì)耐久性的影響 混凝土是一種多孔結(jié)構(gòu)，在存在內(nèi)外壓力差的情況下，必然存在液體或氣體從高壓處向低壓處滲透的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為混凝土的滲透性?；炷恋目?jié)B性和混凝土的抗碳化能力，與抵抗外界有害物質(zhì)的耐腐蝕性及抗凍性都有著密切的關(guān)系。一般來說，抗?jié)B性好的混凝土耐久性也就好?；炷凉逃械亩嗫仔詫?dǎo)致了其抗?jié)B性較差，混凝土的抗?jié)B性主要取決于水泥石的孔結(jié)構(gòu)和集料的性能。影響混凝土抗?jié)B

5、性的因素很多，包括混凝土的水灰比、水泥細(xì)度、水泥品種、集料品種、施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)條件和環(huán)境介質(zhì)等 1、混凝土的水灰比水灰比對(duì)混凝土的抗?jié)B性影響最大。水灰比越大，包圍水泥顆粒的水層就越大，水在水泥石中形成相互連通的、無規(guī)則的毛細(xì)系統(tǒng)，使水泥石的孔隙率增加，混凝土的抗?jié)B性就較差。2、水泥的細(xì)度和品種在其他情況相同的條件下，水泥細(xì)度及其顆粒組成會(huì)對(duì)水泥石孔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大影響。使用細(xì)顆粒含量多的水泥，生成微毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)，毛細(xì)孔體積大大減少，從而提高了混凝土抗?jié)B性。另外，不同用途的混凝土，采用不同的集料，抗?jié)B性也會(huì)有很大的差異。3、施工質(zhì)量混凝土的施工質(zhì)量對(duì)混凝土的孔結(jié)構(gòu)和孔隙率有很大影響。在實(shí)際工程中，即使

6、是配合比很好的混凝土，澆注成型時(shí)如果沒有控制好質(zhì)量，如振搗不密實(shí)等，也會(huì)造成混凝土內(nèi)部的缺陷，降低其抗?jié)B性。因此，對(duì)于有較高抗?jié)B性要求的混凝土工程，一定要嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。4、環(huán)境介質(zhì)混凝土的滲透性與環(huán)境介質(zhì)的氣體或液體的品種有關(guān)。而且，環(huán)境溫度對(duì)混凝土的滲透性影響也很大。溫度越高，相對(duì)濕度越低，混凝土失水嚴(yán)重，部分毛細(xì)孔水分蒸發(fā)，混凝土透氣性增大，其滲透性也就增大了。 （3）混凝土的抗凍性混凝土的凍害機(jī)理研究開始于20世紀(jì)30年代，有靜水壓假說、滲透壓假設(shè)等。但是由于混凝土凍害的復(fù)雜性，至今尚無公認(rèn)的、完全反應(yīng)混凝土凍害機(jī)理理論。關(guān)于混凝土早期受凍問題，歸納起來主要是以下兩種情況:一是混凝土

7、凝固前受凍；二是混凝土凝結(jié)后但是未達(dá)到足夠強(qiáng)度時(shí)受凍。影響混凝土抗凍性主要有以下因素: 1、水灰比水灰比直接影響混凝土的孔隙率和孔結(jié)構(gòu)。隨著水灰比的增加，不僅飽和水的開孔總體積增加，而且平均孔徑也增加，在凍融過程中產(chǎn)生的凍脹壓力和滲透壓力就大，混凝土的抗凍性必然降低。2、含氣量含氣量也是影響混凝土抗凍性的主要影響因素，特別是加入引氣劑形成的微細(xì)孔對(duì)提高混凝土的抗凍性尤為重要，因?yàn)檫@些互不相連通的微細(xì)氣孔在混凝土受凍初期能夠使毛細(xì)孔中的靜水壓力減小。在混凝土受凍結(jié)冰的過程中，這些空隙可以阻止或抑制水泥漿中微小冰體的形成。國(guó)內(nèi)外大量的研究表明，摻引氣劑的混凝土，抗凍耐久性得到了提高，提高幾倍，甚至

8、十幾倍。3、混凝土的受凍齡期混凝土的抗凍性隨著其齡期的增長(zhǎng)而提高。因?yàn)辇g期越長(zhǎng)水泥水化就越充分，重要混凝土強(qiáng)度越高，抵抗膨脹的能力就越大，這一點(diǎn)對(duì)早期受凍的混凝土尤是。而且，水泥品種和活性都對(duì)混凝土的抗凍性有影響。4、外加劑和摻合料減水劑、引氣劑等外加劑均能夠提高混凝土的抗凍性。引氣劑能夠增加混凝土的含氣量，并使氣泡均勻；而減水劑則能夠降低混凝土的水灰比，從而減少孔隙率，最終提高混凝土的抗凍性。 （4）堿集料反應(yīng)對(duì)混凝土的耐久性的影響 堿集料反應(yīng)是指混凝土中某些活性礦物集料與混凝土孔隙中的堿性溶液（KOH、NaOH）之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的堿、硅酸鹽凝膠，使其體積膨脹，在內(nèi)部產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)

9、致混凝土剝落、開裂和強(qiáng)度下降，甚至破壞的反應(yīng)。它是影響混凝土耐久性的主要因素之一。該反應(yīng)不同于其他混凝土危害，其開裂破壞是整體性的。按照反應(yīng)類型，堿骨料反應(yīng)可分為三種：堿硅酸反應(yīng)：堿與骨料中活性SiO2發(fā)生反應(yīng)，生成堿硅酸鹽凝膠，吸水后體積膨脹，引起混凝土膨脹和開裂；堿-碳酸反應(yīng)：堿與泥質(zhì)石灰質(zhì)白云石反應(yīng)，將白云石轉(zhuǎn)化為水鎂石，水鎂石晶體排列的壓力和粘土吸水膨脹，導(dǎo)致混凝土開裂；堿-硅酸鹽反應(yīng)：堿與某些層狀硅酸鹽骨料反應(yīng)，使層狀硅酸鹽巖層間距離增大，骨料膨脹而造成混凝土膨脹和開裂。不同類型堿-骨料反應(yīng)的共同特征是：骨料發(fā)生膨脹和開裂；混凝土的裂縫形狀類似地圖狀的龜裂，往往是大面積的和內(nèi)部外部均

10、可發(fā)生的；骨料和水泥漿接觸的周邊發(fā)生反應(yīng)；有反應(yīng)產(chǎn)物堿硅酸凝膠。迄今為止，世界各國(guó)發(fā)生的堿-骨料反應(yīng)絕大多數(shù)為堿-硅酸反應(yīng)。 (5) 鋼筋銹蝕與混凝土的耐久性 當(dāng)鋼筋外面的混凝土中性化或出現(xiàn)開裂等情況，鋼筋失去了堿性混凝土的保護(hù)，鈍化膜破壞并開始銹蝕。銹蝕的鋼筋不但截面積有所損失，材料的各項(xiàng)性能也會(huì)發(fā)生衰退，從而影響混凝土構(gòu)件的承載能力和使用性能。鋼筋銹蝕是引起混凝土結(jié)構(gòu)耐久性下降的最主要和最直接因素。 (6) 混凝土結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境條件。工程結(jié)構(gòu)使用時(shí)所處的環(huán)境條件是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的外部因素，如海水侵蝕、大氣腐蝕、極高溫度、冰凍、水、風(fēng)、地震災(zāi)害的襲擊等。根據(jù)環(huán)境條件對(duì)混凝土耐久性的影響

11、，橋規(guī)（JTGD62）根據(jù)公路橋梁的使用情況，將橋梁結(jié)構(gòu)使用環(huán)境條件劃分為下列4類:類環(huán)境系指溫暖或寒冷地區(qū)的大氣環(huán)境；與無侵蝕性的水或土接觸的環(huán)境。類環(huán)境系指嚴(yán)寒地區(qū)的大氣環(huán)境；使用除冰鹽環(huán)境；濱海環(huán)境。類環(huán)境系指海水環(huán)境。類環(huán)境系指受侵蝕性物質(zhì)影響的環(huán)境。在上述環(huán)境分類中，嚴(yán)寒地區(qū)是指累年最冷月平均溫度低于-10地區(qū)；寒冷地區(qū)是指累年最冷月平均溫度高于-10，低于或等于0的地區(qū)。除冰鹽環(huán)境是指北方城市依靠噴灑鹽水除冰化雪的且其主梁受到侵蝕的環(huán)境；濱海環(huán)境是指海水浪濺區(qū)以外且其前無建筑物遮擋的環(huán)境；海水環(huán)境是指潮汐區(qū)、浪濺區(qū)及海水中的環(huán)境；受侵蝕性物質(zhì)影響的環(huán)境是指某些化學(xué)工業(yè)和石油化工廠的

12、氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)侵蝕性物質(zhì)影響的環(huán)境。 綜上所述，通過對(duì)影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素分析，提高混凝土耐久性可以有下列幾項(xiàng)措施。 （1）合理選擇混凝土結(jié)構(gòu)的組成材料?；炷粮鹘M成材料及鋼筋的選用應(yīng)滿足材料的耐久性質(zhì)量要求，應(yīng)按規(guī)范規(guī)定對(duì)進(jìn)場(chǎng)原材料進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)。同時(shí)合理改善顆粒級(jí)配，提高混凝土的密實(shí)性。從而提高耐久性。 （2）提高混凝土的密實(shí)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藝，攪拌均勻、充分振搗，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。除了選擇及配良好的集料和精心施工保證混凝土充分搗實(shí)和水泥充分水化外，水灰比是影響混凝土密實(shí)性的最重要的條件，故橋規(guī)（JTGD62）中規(guī)定了各類環(huán)境

13、條件下滿足混凝土耐久性要求的最大水灰比和最小水泥用量值。同時(shí)適當(dāng)摻用外加劑，如摻用減水劑或引氣劑，可改善混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實(shí)性。 （3）采用高強(qiáng)材料改善結(jié)構(gòu)延性新的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB500102002取消了C15以下的低強(qiáng)度混凝土等級(jí)，同時(shí)將混凝土等級(jí)提高到C80。混凝土結(jié)構(gòu)用普通鋼筋將以HRB400級(jí)鋼筋作主力鋼筋；預(yù)應(yīng)力鋼筋將以強(qiáng)度1860MPa的高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線作為主力鋼筋；低強(qiáng)性脆的冷加工鋼筋不再列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)而交由各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)管理。 （4）采用高強(qiáng)混凝土以提高結(jié)構(gòu)物的耐久性高強(qiáng)度混凝土(50MPa以上)的配制特點(diǎn)就是低水灰比，加外加劑，摻用超細(xì)活性摻合料，它的研制和應(yīng)用

14、解決的核心問題之一就是保證耐久性。由于高強(qiáng)混凝土的密實(shí)性能好，抗?jié)B、抗凍性能均優(yōu)于普通混凝土，因此不但適用于高層和大跨度結(jié)構(gòu)物，對(duì)于海洋和港口工程，其抗?jié)B和耐腐蝕性能均大大優(yōu)于普通混凝土。（5）加強(qiáng)橋面排水和防水層設(shè)計(jì)，改善橋梁的環(huán)境作用條件。（6）加強(qiáng)結(jié)構(gòu)使用階段的維護(hù)與檢測(cè)，提高混凝土的耐久性。3結(jié)語 混凝土破壞絕非是某一孤立原因造成的，多是與其他綜合不利因素有關(guān)。通過對(duì)影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性主要因素的分析，提出綜合提高混凝土結(jié)構(gòu)的各種性能是改善和提高混凝土耐久性的主要措施。從混凝土技術(shù)的發(fā)展來看，采用高強(qiáng)度混凝土是解決結(jié)構(gòu)耐久性要求的發(fā)展趨向。參考文獻(xiàn)1戴文躍,安美華.高性能混凝土發(fā)展前景淺析J.中國(guó)建設(shè)信息,2006,(11)2王建花.淺談鋼筋砼結(jié)構(gòu)的耐久性J.淮陰工學(xué)院學(xué)報(bào),2004,(05)3歐陽東.聚丙烯纖維在高性能混凝土中的應(yīng)用J.廣東建材,2005,(08)4高文舉.大體積混凝土構(gòu)件裂縫的成因與防治J徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào),2006,(09).5陽作裕.機(jī)場(chǎng)道面混凝土不規(guī)則斷板