混凝土结构耐久性研究的相关探讨

2015-10-31杨再荣

建材与装饰 2015年23期

关键词：氯离子耐久性钢筋

杨再荣

（都匀市住房和城乡建设局　贵州　都匀　558000）

混凝土结构耐久性研究的相关探讨

杨再荣

（都匀市住房和城乡建设局贵州都匀558000）

随着建筑行业的发展，混凝土结构的耐久性作为影响建筑物质量的重要因素，逐渐得到了广泛的应用。本文主要从混凝土结构耐久性现状分析、影响混凝土结构耐久的因素和混凝土结构耐久提到的策略三个方面出发，简要分析了混凝土结构的耐久性的相关问题。

结构耐久性；安全性；钢筋锈蚀

引言

20世纪60、70年代建设的混凝土结构的建筑物，目前均已运营了40余年，其受施工因素、环境因素、运营状况等影响，且原设计荷载标准较现代标准偏低，加之一些养护管理不到位，导致一些混凝土结构过早的出现裂缝、钢筋锈蚀等病害，导致结构耐久性能下降问题，影响建筑结构的稳定性。

1　混凝土结构耐久性现状分析

混凝土厚度达不到规范规定的最小值的利害关系，有资料显示，钢筋混凝土结构的耐久性失效最主要的表现形式为钢筋锈蚀引起的结构破坏。在我国，20世纪50年代初建的大坝与海港工程80%都发生了比较严重的钢筋锈蚀破坏。钢筋锈蚀，其锈蚀产物的体积是原有体积的2～6倍，对钢筋周围的混凝土产生挤压，随着钢筋锈蚀程度的加剧，混凝土受拉开裂。一旦开裂，将会加速钢筋的锈蚀，进一步加剧裂缝的扩展，甚至脱落，最终导致结构破坏。可以断言，若干年后，我国用于维护修复混凝土结构的耗资将是相当惊人的。目前，国内外很多学者对混凝土问题进行研究：很多人分析了混凝土之于混凝土结构中钢筋的物理和化学作用，探讨了在氯离子侵蚀、中性化、冻融循环等条件下，适当增大混凝土厚度和控制混凝土质量（密实度和碱度）与钢筋初锈时间、锈蚀速率、开裂时间之间的关系；还有些人研究了钢筋锈蚀导致混凝土构件胀裂的全过程分析，包括铁锈自由膨胀阶段、混凝土受拉应力阶段和混凝土出现胀裂裂缝阶段，建立了混凝土胀裂时钢筋锈蚀深度的计算模型，以计算该时刻的钢筋锈蚀深度。

2　影响混凝土结构耐久的因素

由环境作用引起混凝土结构出现局部损伤，如环境中的二氧化碳、氯离子、水等通过混凝土的缺陷（裂缝、孔道、孔穴等）渗入到结构内部，并与混凝土结构中的一些成分发生物理、化学反应，导致混凝土结构出现损伤，影响整体结构的承载能力与耐久性（如图1所示）。

2.1混凝土碳化

混凝土中的Ca（OH）2和环境中渗透进混凝土中二氧化碳发生化学反应，使混凝土结构内部环境的碱度逐渐降低，破坏了钢筋表面的钝化保护膜，致使钢筋处于易氧化的状态，从而导致钢筋发生锈蚀反应。混凝土结构老化和碳化是工程建设中较为常见的问题，目前，部分工程尚未通过工程竣工验收，但检查中发现混凝土结构老化和碳化现象已初步显现，部分混凝土结构受混凝土碳化和氯离子侵蚀双重影响，钢筋锈胀，导致混凝土结构破坏，改变了工程结构受力状态，影响了工程安全部分混凝土结构在环境变化中，受到自然因素与人为因素的双重影响，混凝土结构表面剥落，混凝土露子露砂，缩短了工程使用寿命。

图1　影响混凝土结构耐久性图

2.2氯离子侵蚀

混凝土结构受冬季除冰盐与环境中氯离子的影响，氯离子透过混凝土构件表面的缝隙侵蚀到钢筋表面与钢筋发生电化学反应，使钢筋过早的锈蚀。此外，研究还发现，在混凝土的配合比设计中水灰比设计不合理，或是在混凝土浇筑施工中振捣不密实，这些因素均可导致混凝土结构内部的钢筋出现过早的锈蚀。图2是氯离子侵蚀的相关数据。

图2　氯离子侵蚀的数据图

2.3碱-骨料反应

碱骨料反应是指混凝土中的碱性物质与具有碱活性的骨料之间发生反应，反应所生成的产物吸水膨胀或反应导致骨料膨胀，造成混凝土开裂破坏现象，常被称为混凝土结构的“癌症”。

2.4冻融循环破坏

冻融破坏，主要是渗入到混凝土结构内部的水分在冬季外界温度较低的环境下结冰冻胀，造成混凝土内部微观结构的破坏，经过长时间多次循环冻胀后，损伤积累造成结构表面层的剥落，混凝土结构的相对弹性模量降低。研究发现，混凝土强度越高，其脆性越高，对应力也越敏感，在荷载重复作用下会产生更多的微裂缝，而这些微裂缝又成为外界腐蚀介质进入混凝土结构内部的通道，从而加快混凝土结构破坏。

2.5钢筋锈蚀

混凝土构件中钢筋钝化保护膜破坏后，钢筋在水分和氧气的作用下发生锈蚀反应，造成钢筋体积膨胀，迫使混凝土结构出现沿钢筋走向的裂缝，且使得混凝土与钢筋的粘结力降低。同时，钢筋表面积的减少，使钢筋混凝土构件的承载能力减弱，并随着时间推移，构件裂缝、变形逐渐增大，最终导致结构破坏。

3　混凝土结构耐久提到的策略

3.1提高混凝土工程耐久性认识

质量是工程的生命，工程质量直接影响工程安全运行与效益发挥。工程耐久性是工程质量的重要特征和指标，要进一步树立工程设计和使用寿命理念，进一步提高对工程运行环境和施工条件的认识，从工程设计、施工、运行管理等各个环节重视并采取提高工程耐久性的措施，保证工程的设计使用寿命，保障工程安全可靠运行，降低工程管理维修的成本。另外，在提高混凝土工程耐久性的同时，应充分考虑对工程建设成本和建设工期的影响，保证工程顺利组织实施。

3.2加强混凝土工程科学研究

地区工程建设应积极开展科学技术研究，研究成果可先在部分工程试点应用，技术成熟可靠后再全面推广应用，以提高工程建设技术含量和工程建设质量。开展软土地基建筑物地基处理优化与上部结构优化设计研究，提高基础的可靠性和结构的安全性。积极开展大体积混凝土温控和高性能混凝土研究，提高混凝土工程耐久性能，同时提高混凝土的工作性能和降低工程建设成本。应积极开展地区金属结构防腐蚀技术研究与成果应用，既要有利于延长金属结构的使用寿命，同时也要有利于正常维护。因此，大力开展混凝土工程维修养护技术研究，既要保证维修养护的效果，也要简单便捷，易于一线管理人员尽快掌握和使用，同时也要降低工程运行维修成本。

3.3提升混凝土工程设计质量

工程设计是工程质量的基础与前提。项目建议与可行性研究阶段，应根据工程规模和重要性，论证并确定混凝土设计使用年限。应对工程水文地质与运行环境条件进行调查，科学地进行建筑物选址并提出工程耐久性基本要求。工程设计阶段，依据所在地水文地质与运行环境条件，确定所处的环境类别及其作用等级，提出混凝土耐久性指标和结构构造、施工措施、检查维护等要求，并具体提出混凝土抗碳化、抗冻、抗渗、抗冲磨、抗氯离子渗透、抗化学侵蚀等耐久性指标。应对软土地基的不同处理方式进行研究，确定适合工程所在地地质条件的基础处理方式，提出基础工程质量检测与验收的基本要求，控制工程最大沉降量和不均匀沉降量，从而保证结构安全稳定。应按照结构简单和功能稳定可靠的要求，进行金属结构与自动化设计，便于工程管理与维护。

3.4严控混凝土工程施工质量

工程施工质量是工程建设质量的重要保证。施工单位应根据工程设计要求与合同约定，制定工程耐久性的施工专项方案，科学进行混凝土配合比设计，保证各项耐久性指标满足设计要求。混凝土工程施工过程中，应保证工程原材料品质，严格按配合比进行施工，加强混凝土模板、振捣与养护等工序质量控制，保证混凝土工程施工质量。对于大体积混凝土和结构重要部位，必要时还应采取温控与耐久性附加措施，防止工程质量缺陷的产生。应加强基础处理工程过程控制和金属结构与机电设备的驻厂监造，严格进行基础隐蔽工程验收和机电设备出厂验收，金属结构、机电设备以及工程自动化投入运行前，应进行联合调试运行检验。对工程存在的质量缺陷与问题，应及时处理并备案。对于影响工程耐久性的问题，应进行专项论证并确定处理方案；对于造成永久性质量缺陷的，应明确工程运行期的维修责任。

3.5强化混凝土工程运行管理

落实工程有效的运行管理，定期开展维修和养护，可以有效地减缓工程老化进程，甚至改善工程运行环境和提高工程运行质量。要加强工程的运行管理，明确管理单位与人员，落实管理经费与措施，加强工程运行管理的检查与考核，落实工程运行管理责任。针对混凝土工程地点分散、类型复杂、数量众多的特点，积极探索新的运行管理机制，尝试建立专业的维修养护队伍，提高工程运行维护水平。定期对建筑物沉降位移、混凝土耐久性能、金属结构腐蚀进行监测与分析，及时发现和处理工程运行过程中的问题。工程所处环境条件发生较大变化后，应及时重新评估工程的运行状况，并提出改善工程运行环境和提高工程耐久性的措施。