摘要：混凝土結構是目前使用廣泛, 占據(jù)主導地位的一種結構形式, 但由于材料特點和環(huán)境的復雜, 使得混凝土工程存在嚴重耐久性問題, 本文通過分析了混凝土耐久性的內容以及影響混凝土耐久性的因素, 探討和提出了如何提高混凝土耐久性的措施。
1 混凝土耐久性問題的提出
混凝土作為應用廣, 用量大的建筑材料, 以其整體性好, 可塑性好, 維修費用少廣泛應用于工程上, 隨著混凝土工程使用年限的增長, 現(xiàn)有的混凝土結構紛紛進入老化期, 出現(xiàn)剝落, 掉角, 鋼筋銹蝕、凍融破壞等未老先衰的現(xiàn)象, 這也使得工程人員開始發(fā)現(xiàn)混凝土裂化問題, 重視影響混凝土劣化的因素, 關注混凝土耐久性問題。
隨著全球二氧化碳濃度提高, 溫度升高, 海平面上升, 酸雨, 水污染, 極端天氣等環(huán)境的變化, 使得混凝土腐蝕破壞嚴重, 混凝土腐蝕所引起的損失也十分驚人�，F(xiàn)有和新建的混凝土工程如何適應環(huán)境變化的影響成為迫切需要解決的世界性難題, 處于城市化進程的中國, 建設項目不斷, 如何提高混凝土工程的質量和耐久性, 對于處于建設高潮的中國意義更加重大。
2 混凝土耐久性的定義及內容
混凝土抵抗環(huán)境介質作用并長期保持其良好的使用性能和外觀完整性, 從而維持混凝土結構的安全、正常使用的能力稱為耐久性[1]�；炷敛牧系哪途眯灾笜艘话惆�:抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性、混凝土的碳化、堿骨料反應等。
混凝土的結構耐久性取決于混凝土材料的自身特性, 混凝土結構的設計與施工質量, 混凝土所處的環(huán)境以及混凝土工程使用過程中的維護維修[2]。
3 混凝土破壞形式及影響因素
混凝土工程使用期限一般都很長, 但有些工程使用十年二十年就出現(xiàn)各種問題, 這主要是混凝土耐久性不足引起的, 影響混凝土耐久性的因素有很多, 具體從以下幾個方面分析。
3.1 混凝土凍融破壞
在我國北方, 冬季寒冷, 溫度低, 溫差大, 混凝土工程要承受這些惡劣的氣候, 常常發(fā)生凍脹破壞, 凍融破壞是北方混凝土工程破壞的常見形式之一, 對于大壩, 水閘等水工混凝土工程, 凍融破壞的影響更為明顯�；炷羶鋈谄茐闹饕且驗榛炷敛粔蛎軐�, 混凝土內有孔隙, 尤其是有連通孔隙凍融破壞更明顯, 混凝土孔隙中的自由水分在遇到寒冷天氣會結冰, 結冰后體積會膨脹, 如此反復即凍融破壞, 混凝土凍融破壞導致混凝土裂縫不斷擴大和深入, 造成混凝土從表層開始向內逐層剝落, 經(jīng)過反復的凍融破壞, 導致混凝土由表及里的破壞, 損傷不斷擴大, 形成互相聯(lián)通的裂縫, 使混凝土質量下降, 強度降低, 終影響結構的正常使用, 降低耐久性。
3.2 混凝土碳化
混凝土中的水泥水化后生成的氫氧化鈣, 是堿性物質, 混凝土中的堿性物質會與空氣中的二氧化碳相互作用, 發(fā)生反應, 生成碳酸鈣, 使其組織成分發(fā)生改變, 混凝土碳化是隨著空氣中的二氧化碳不斷向混凝土內部擴散, 由外到內緩慢進行的, 由于混凝土碳化, 降低了混凝土中氫氧化鈣的含量, 降低的混凝土的堿度, 隨著混凝土碳化的發(fā)生, PH值下降, 削弱了堿性物質對鋼筋的保護作用, 從而使鋼筋銹蝕, 銹蝕的鋼筋體積膨脹, 對保護層混凝土產生拉應力作用, 引起混凝土開裂, 從而影響混凝土的使用年限, 降低混凝土的強度和耐久性。
3.3 化學侵蝕
我國北方地區(qū)冬季寒冷, 雨雪天氣多, 雨雪后道路結冰, 嚴重影響出行, 為了保證雨雪后道路交通順暢, 常常在道路, 立交橋上采用除冰鹽融化冰雪, 時間長久后發(fā)現(xiàn)道路, 橋梁混凝土發(fā)生裂縫, 剝落, 經(jīng)調查研究, 除冰鹽中含有大量氯離子, 長期使用除冰鹽的混凝土, 氯離子進入混凝土結構中, 引起鋼筋銹蝕, , 使得混凝土膨脹, 裂縫開展, 表層疏松, 發(fā)生開裂剝落, 使得骨料外露, 道路表面凹凸不平, 影響行車舒適度, 大大降低道路橋梁的使用年限。
混凝土除氯鹽腐蝕外, 在硫酸鹽等酸堿鹽作用下, 也會發(fā)生化學腐蝕。有害化學成分會通過混凝土中的孔隙逐漸深入, 并與水泥水化產物如氫氧酸鈣, 水化鋁酸鈣等會發(fā)生化學反應, 生成的新的物質體積增大, 會使混凝土體積膨脹, 引起混凝土脹裂, 鋼筋銹蝕。化學腐蝕使混凝土組織成分發(fā)生變化, 使混凝土耐久性極劇降低, 影響混凝土工程使用期限。
3.4 堿骨料反應
堿骨料反應是指水泥中的堿性物質含量較高時, 會與骨料中的二氧化硅在潮濕的環(huán)境下發(fā)生化學反應, 并在骨料表面生成堿-硅酸凝膠, 堿硅酸凝膠體體積遠遠大于反應前混凝土的體積, 吸水后會產生較大的體積膨脹, 導致混凝土膨脹開裂, 影響混凝土的正常使用[3]。
3.5 鋼筋銹蝕
混凝土保護層厚度不夠, 或者混凝土所處的環(huán)境中有害化學物質含量比較高, 破壞鋼筋表面的鈍化膜時, 會使混凝土中的鋼筋保護作用降低, 發(fā)生銹蝕, 鋼筋銹蝕后, 生成的鐵銹物質的體積比之前鋼筋的體積大好幾倍, 增大的體積會對鋼筋產生膨脹力, 使混凝土沿鋼筋方向膨脹開裂, 發(fā)生脫落[4]。而鋼筋開裂剝落又進一步加快了鋼筋的銹蝕, 使得鋼筋和混凝土結構承受力紛紛降低, 危及結構的安全。
4 提高混凝土耐久性的措施
4.1 重視混凝土配合比的科學設計
提高混凝土結構的耐久性, 除了根據(jù)結構設計, 保證足夠的承載力外, 還需要根據(jù)工程特點, 工程所處的環(huán)境條件進行耐久性設計, 由于所處環(huán)境的復雜性, 耐久性設計時, 要考慮所有惡劣環(huán)境的綜合作用。拌制混凝土時在滿足混凝土耐久性的基礎上, 采用合理的配合比, 盡量采用較小的水灰比。
4.2 合理選擇混凝土結構的組成材料。
水泥, 砂, 石, 水是組成混凝土的基本的四種材料, 提高混凝土的耐久性, 應合理選擇混凝土結構的組成材料, 應根據(jù)混凝土所處的環(huán)境合理選擇水泥品種, 砂石作為混凝土的骨架, 應合理選擇骨料粒形和級配, 選擇質量良好, 級配合理的, 有足夠的強度的骨料, 合理控制好砂率�？刂拼止橇现嗅樒瑺詈�, 有害物質含量, 含泥量符合要求。拌制混凝土用水, 作為混凝土水化硬化的主要物質, 要采用潔凈無有害化學物質的水, 這樣從混凝土源頭保障混凝土的耐久性。
4.3 提高混凝土密實性
混凝土的密實性影響混凝土的耐久性, 混凝土的孔結構和孔隙特征影響混凝土的滲透破壞和化學侵蝕程度。提高混凝土密實性, 減少混凝土的孔隙, , 改善混凝土孔隙特征和孔結構, 摻加引氣劑, 防凍劑等外加劑, 使混凝土大孔減少, 孔徑變細, 連通的孔徑變成封閉不連通的孔徑, 使得外界的水分和有害物質不易侵入, 提高其抗侵蝕性和抗?jié)B性能, 同時還能提高混凝土自身強度, 從而提高混凝土耐久性。
4.4 添加外加劑和礦物摻合料
原始的水泥, 砂、石和水四種組成材料無法實現(xiàn)混凝土的高強, 高耐久性, 所以應研究和開發(fā)外加劑和礦物摻合料。根據(jù)混凝土所處的環(huán)境通過加入合理, 適當?shù)耐饧觿┖蛽胶狭蟻砀纳苹炷恋男阅? 改善混凝土孔隙結構和特征, 使混凝土抗裂化性能提高, 實現(xiàn)混凝土的高耐久性。
4.5 加強混凝土結構服役期的維護和檢測
在服役期的混凝土工程, 尤其是處于惡劣潮濕環(huán)境的混凝土, 在使用過程中要注意混凝土的維護和保養(yǎng)工作, 可在混凝土表面涂刷混凝土保護劑, 使混凝土表面和環(huán)境中的有害物質隔離開, 避免混凝土的裂化。對于混凝土結構要進行階段性的檢測和評估, 必要時進行修理和加固, 提高混凝土使用的安全, 提高混凝土耐久性。
5 結束語
隨著城市化進程的加進, 混凝土工程越來越廣泛應用, 為了保證混凝土工程的安全性和延長混凝土工程的使用年限, 工程人員越來越重視混凝土耐久性問題, 因此如何提高混凝土的質量和提高耐久性將是未來重要的研究方向。
