陈振安

厦门市政工程公司（361000）

对普通混凝土耐久性的探讨

陈振安

厦门市政工程公司（361000）

近年来，普通混凝土耐久性的研究是世界范围的一个热点，并取得了巨大成就。普通混凝土耐久性的设计规程和标准的制定与执行，是摆在学术界和工程界一个迫在眉睫的任务。这里结合混凝土耐久性的现状，对影响混凝土的耐久性的一系列原因展开了分析，并提出了相应的改善措施。

混凝土;耐久性;高性能化

美国混凝土学会(American Concrete Institute)把普通硅酸盐水泥混凝土的耐久性定义为混凝土对大气侵蚀、化学侵蚀、磨耗或任何其他劣化过程的抵抗能力；也就是说耐久的混凝土暴露于服役环境中能保持其原有的形状、质量和功能。混凝土的耐久性包括抗渗性、抗冻性、抗硫酸盐腐蚀性、抗碳化性和抗碱骨料反应性、抗混凝土劣化性等。本文主要对抗渗性、抗冻性、抗碳化性提出一些探讨观点。

1 混凝土的耐久性

1.1 混凝土耐久性的含义

混凝土耐久性是指在外部和内部不利因素的长期作用下，保持其原有使用功能和设计要求的性质，是混凝土经久耐用的重要指标。

1.2 影响混凝土耐久性的因素

影响的因素可以分为两类，即内部因素与外部因素。

1）内部因素:混凝土结构承受外界环境的能力、设计的形状和结构、水泥的类型和骨料的选择、添加剂的品种、钢筋保护层厚度、混凝土浇筑的水灰比和养护施工技术等多种因素决定。

2）外部因素:指的是酸性溶液、碱性溶液和盐的腐蚀作用，包括水压力的渗透作用、一氧化碳对混凝土的碳化作用、冬季结冰对混凝土的破坏作用和干湿交替引起的风化作用。外部因素与内部因素紧密联系，并且内部因素对外部因素起控制作用。

2 普通混凝土耐久性的综合评价指标

通常用混凝土的抗渗性、抗冻性、抗碳化性、抗腐蚀性综合评价混凝土的耐久性。下面就这些评价指标进行简要介绍:

2.1 普通混凝土的抗渗性

混凝土的抗渗性是指抵抗压力液体(油、水等溶液)渗透作用的能力。抗渗性是决定混凝土耐久性最主要的技术指标，也是研究混凝土耐久性必不可少的要考虑的最主要因素。

混凝土抗渗性的提高措施主要有骨料的含泥量和砂粒级配、施工的养护条件、施工质量水平、水灰比的大小、水泥的用量。这些措施的改善主要使混凝土结构的密实度增加，孔隙率减小，从而提高混凝土的耐久性。除了这些因素外，在工程上还通过加入一些外加剂来提高混凝土的耐久性，例如掺入引气剂、减水剂等。

2.2 普通混凝土的抗冻性

混凝土的抗冻性是指混凝土在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。

提高混凝土的抗冻性，关键是提高混凝土的密实性，即降低水灰比，加强施工养护，提高混凝土的强度，也可掺入引气剂等改善孔结构。

2.3 普通混凝土的抗碳化性能

混凝土的碳化是指混凝土内水化产物Ca(OH)2与空气中的CO2在一定温度条件下发生化学反应，产生CaCO3和H20的过程。反应式如下:

提高混凝土抗碳化性的关键是提高混凝土的密实性，降低孔隙率，阻止CO2向混凝土内部渗透。碳化部分的混凝土容易引起表面出现裂缝和剥落，促使混凝土钢筋更进一步腐蚀,使结构失去抵抗力，导致结构坍塌。

2.4 混凝土的碱骨料反应

碱骨料反应是指混凝土内水泥中所含的碱,与骨料中的SiO2活性成分发生化学反应，在骨料表面形成碱硅酸凝胶，吸水后将产生3倍以上的膨胀体积，从而导致混凝土膨胀开裂。

发生碱骨料反应的必要条件大致有三条:

1）骨料中含有能与Ca(OH)2发生化学反应的活性氧化硅。2）水作为一种反应介质。3）水泥中碱的含量大于0.6%。

3 混凝土的腐蚀类型和腐蚀机理

3.1 水泥材料的腐蚀类型

水泥材料的腐蚀按其形态分类，大致可以分为:溶出型腐蚀、分解型腐蚀、膨胀型腐蚀。水泥材料的腐蚀还可以按所处的介质分类。在研究混凝土耐久性时这里只讨论按其形态分类。

1）溶出型腐蚀。溶出型腐蚀是主体发生溶解或混合主体的某种成分发生溶解对主体造成的腐蚀。溶出性腐蚀没有发生化学反应，是纯物理变化。溶出型腐蚀往往伴随着化学腐蚀，主要原因是水泥中的水化产物Ca(OH)2被溶解腐蚀。当混凝土中的CaO损失达到一定含量时，混凝土就会失去强度。

2）分解型腐蚀。分解型腐蚀是在工程中经常会碰到。最常见的是酸性溶液中的H+与水泥中OH-相结合生成水，从而导致水泥中的Ca(OH)2被分解，而水泥中的Ca2+与溶液中的酸根结合成新的钙盐，酸性溶液又会与铝酸钙的水化物和硅酸钙的水化物发生化学反应。

3）膨胀型腐蚀。硬化后的水泥受到侵蚀性介质作用，生成新的化合物，硬化水泥体积膨胀，这种腐蚀称为膨胀型腐蚀。

3.2 钢筋的腐蚀分类

1）化学腐蚀。化学腐蚀是金属暴露在空气中，与空气中的氧气等发生氧化反应，从而导致钢筋表面生成Fe2O3而被腐蚀。

2）电化学腐蚀。电化学腐蚀是指纯金属接触到电解质溶液,就组成了一个简单的电解电池，比较活泼的金属原子失去电子成为氧化物，被氧化腐蚀。

在潮湿的空气中，水分会通过混凝土的空隙渗透到钢筋表面,使钢筋表面形成一层薄薄的水膜。如果该层水膜呈强酸性，H+得到电子放出氢气,这种电化学腐蚀我们一般称为析氢腐蚀；如果该层水膜呈弱酸性或中性，能溶解较多氧气，此时O2得电子而析出OH-,这种电化学腐蚀称为吸氧腐蚀。这两种反应促使了钢筋的锈蚀，化学反应如下所示:

3.3 钢筋混凝土结构的腐蚀机理

钢筋混凝土结构是由混凝土和钢筋组成的复合体。它的腐蚀形态可分为两种:一是由于混凝土的耐久性不足，其本身被腐蚀破坏，从而导致钢筋裸露在外面与空气接触发生化学反应使钢筋锈蚀，钢筋锈蚀进一步促使了混凝土结构的破坏。二是混凝土本身并没有发生腐蚀，但是因为外部介质对混凝土的作用，导致混凝土化学性质的改变。混凝土性能的变化产生了能腐蚀钢筋的离子，使钢筋表面钝化作用产生的保护层作用丧失，从而使钢筋发生锈蚀。钢筋的锈蚀使得混凝土保护层破裂产生裂缝，因为钢筋表面生锈后会膨胀，从而对混凝土产生巨大的压力，其数值可达30 MPa。这些裂缝的形成会进一步导致混凝土保护层的破坏，也使得钢筋表面被腐蚀介质侵蚀。钢筋在裂缝中的锈蚀速度往往要比裸露情况下的快，这是由于在裸露的情况下钢筋表面会发生钝化反应形成保护层，而钢筋在裂缝中会与混凝土性能改变后产生的腐蚀钢筋的离子发生化学反应，保护层破坏。当混凝土的裂缝在其表面发展到一定程度时,混凝土保护层裂缝会变大，形成蜂窝状的膨胀结构，并开始脱落，最终使得构件失去承载能力而被破坏。

4 普通混凝土高性能化

高性能混凝土作为住房和城乡建设部推广应用的十大新技术之一,是建设工程发展的必然趋势。发达国家早在20世纪50年代就开始了高性能混凝土的研究应用。我国在20世纪80年代初首先在轨枕和预应力桥梁中应用高性能混凝土，高层建筑的高性能混凝土应用开始于20世纪80年代末。

4.1 高性能混凝土的特点

高性能混凝土非常致密，故抗渗、抗冻、抗碳化、抗腐蚀等耐久性指标均十分优异，可极大地提高混凝土结构物的使用年限，从而使混凝土朝着高性能化发展，给结构的耐久性研究带来了福音。

4.2 提高性能的技术途径

影响混凝土强度的因素很多，主要有组成原材料的影响，包括原材料的特征和各材料之间的组成比例等内因。从外因来说，则主要有施工条件、养护、温度、湿度、龄期、试验条件和外加剂等。根据这些因素分析，提高混凝土强度可以从以下几个方面采取措施:

1）采用高标号水泥。

2）采用干硬性混凝土拌合物。由于这种拌和物的坍落度小，水灰比小，硬化后混凝土强度及密实度显著提高。

3）采用优质砂石骨料，选择合理砂率。

4）采用湿热处理。在湿热处理中常采用蒸气养护、蒸压养护、冬季骨料预热等技术措施。有时也通过利用蓄存水泥本身的水化热来提高强度的增长速度。

5）改进施工工艺。如采用机械搅拌和强力振捣、混凝土拌合用水磁化、混凝土裹石搅拌法等都可使混凝土拌合物在低水灰比的情况下更加均匀、密实地浇筑，从而获得更高的强度。近年来，国外研制的高速搅拌法、一次投料搅拌法及高频振捣法等新的施工工艺在国内的工程中应用，都取得了较好的效果。

6）用超细粉取代混凝土中的部分水泥。

5 结语

通过深入探讨和分析混凝土材料的腐蚀机理，总结了普通强度等级的混凝土高性能化的研究途径。

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