混凝土结构耐久度性能的影响因素与提升措施

　　1 影响混凝土结构耐久性能的主要因素

　　1. 1 冻融破坏

　　混凝土在饱水状态下因冻融循环产生的破坏作用称为冻融破坏，混凝土的抗冻性是指饱水混凝土抵抗冻融循环作用的性能。混凝土的冻融破坏一般发生于寒冷地区经常与水接触的混凝土结构物，如水位变化区的海工、水工混凝土结构物以及与水接触的其他部位等。建筑冻融破坏是常见的混凝土病害，也直接影响了混凝土结构的耐久性能。

　　1. 2 混凝土的碱集料反应

　　混凝土结构的主要组成部分是水泥、砂、石、粉煤灰、外加剂、水及其他材料。这些物质发生化学反应，从而生成坚硬的混凝土结构。通常而言水泥化合物扮演着粘结剂的作用，把砂、石材料粘合在一起。自上世纪四十年代开始发现了碱集料反应，很多专家学者对此进行了大量的研究。碱 - 集料反应主要有碱 - 硅酸反应、碱 - 碳酸盐反应、碱 -硅酸盐反应。碱 - 集料反应产物碱 - 硅酸凝胶等遇水膨胀，在混凝土内部产生较大的膨胀应力，从而引起混凝土开裂。发生碱 - 集料反应必须具备三个条件： 碱、活性集料（ 含有活性的 SiO2） 、和水。这种反应的显着特征是膨胀发生缓慢，要很长时间才能体现出来。混凝土一旦发生碱 - 集料反应产生裂缝后使其粘结性能的下降、混凝土强度下降，从而影响了混凝土结构的耐久性能。

　　1. 3 钢筋锈蚀

　　钢筋结构对混凝土起到骨架支撑的作用，有效地承载了混凝土结构的拉力。一般情况下混凝土硬化后内部呈碱性，钢筋表面被钝化形成保护膜，钢锈不会锈蚀。但是混凝土在外界因素的影响下结构中经常出现钢筋的腐蚀。造成钢筋锈蚀的原因主要有： ①钢筋两端的电位存在差别，从而造成了钢筋的电化学反应，出现锈蚀的现象； ②钢筋保护膜的破损，钢筋的保护膜是一层致密的钝化膜，当 PH 值下降到 9 以下或氯离子的侵蚀可以破坏钢筋保护膜，从而引起钢筋的进一步腐蚀。

　　钢筋锈蚀的化学反应如下：

　　钢筋锈蚀后会产生以下结果： （ 1） 钢筋的有效截面减少，受力减少；（ 2） 与混凝土的粘结力减少； （ 3） 钢筋腐蚀产生的铁锈体积膨胀使混土产生裂缝，混凝土结构破坏、强度下降。

　　1. 4 混凝土的裂缝

　　自从商品混凝土大量推广以来，混凝土裂缝也成为一种普遍的现象。特别是大面积的梁板结构和高层地下室剪力墙最常见。预拌混凝土由于粗骨料的粒径比较小、砂率较大、坍落度较大容易产生裂缝。混凝土收缩主要有塑性收缩、干燥收缩、自收缩、碳化收缩等，其中混凝土的早期塑性收缩裂缝比较多。混凝土浇筑后至初凝前处于塑性状态，如果受风吹、日晒表面水份蒸发太快会产生急剧的收缩，而此时混凝土的强度很低不能抵抗这种变形而导致开裂。混凝土出裂缝后抗渗能力变差，水和空气就更容易渗入混凝土内部加速混凝土的碳化和钢筋的锈蚀，还会影响结构的承载力和耐久性。

　　1. 5 混凝土的碳化

　　水泥在硬化过程中会产生 Ca（ OH）2.钢筋在碱性环境中被钝化产生一层保护膜，可以防止钢筋生锈。但是空气中的 CO2慢慢渗到混凝土中就会与 Ca（ OH）2发生化学反应生成碳酸钙（ Ca（ OH）2+ CO2→CaCO3+ H2O） .这时混凝土从表面开始就变成中性，这就是混凝土的碳化也叫中性化。当碳化深度超过钢筋保护层的厚度，在有水和氧气的条件下就会失去对钢筋的保护作用，钢筋就会锈蚀。钢筋锈蚀后受力减少、与混凝土的粘结力减少、产生的铁锈体积膨胀使混土结构破坏、强度下降。

　　2 影响混凝土结构耐久度的原因分析

　　混凝土结构耐久度的影响因素较多，例如原材料质量状况、施工质量控制、自然条件等因素都会对混凝土结构耐久性产生影响，下面进行详细的分析。

　　2. 1 混凝土原材料质量问题

　　原材料质量优劣直接关系着混凝土的质量，混凝土的原材料包括水泥、砂、石、粉煤灰、外加剂等。尤其是水泥和砂、石的质量至关重要。

　　用的水泥品种不符合工程部位的特点。砂、石集料的粒径、级配、含泥量控制不当，就会造成混凝土强度低，结构不够致密，从而影响了结构耐久度。水泥与外加剂的适应不好，混凝土浇筑后泌水严重就会形成很多微细泌水通道，从而影响混凝土的抗渗性能。如果原材料中的氯离子含量、碱含量超标也将影响混凝土的耐久性。

　　2. 2 混凝土施工原因

　　混凝土施工流程较为简单，但是施工工序中的施工细节要求较严，混凝土搅拌、运输、浇筑、振捣、后期养护工作都会影响混凝土的实体质量。例如在混凝土浇筑和振捣施工中如果对浇筑速度和振捣频率控制不当，就会造成混凝土内部结构中出现孔洞和局部缺陷，如果混凝土再出现裂缝混凝土的密实度和抗渗能力较差，水和空气易渗透到内部，会加速混凝土的碳化及钢筋的锈蚀，造成其结构耐久性能较低。混凝土浇筑后不养护或养护不好将会影响混凝土的强度增长，也会产生裂缝。

　　2. 3 自然条件的影响

　　混凝土处于饱水状态和冻融循环交替作用是发生混凝土冻融破坏的必要条件，混凝土结构只有维持在一定的温度范围内，才能保证其内部物质的稳定性，不至于发生不良的物理、化学反应。一旦混凝土外界环境的温度偏差较大，尤其是在寒冷的冬季，混凝土结构往往会出现冻融破坏，冻融破坏对混凝土的结构耐久性能影响主要是破坏水泥石结构。混凝土的毛细孔中含有一定量的水分，一般情况下这些水分和混凝土结构的水泥石保持平衡。当温度很低时会造成水分的冷冻结冰，从而在空隙内部产生较强的冻胀压力。混凝土冻融循环产生的破坏作用主要有冻胀开裂和表面剥蚀两个方面。冻胀开裂使混凝土的弹性模量、抗压强度、抗拉强度等力学性能严重下降，危害结构物的安全性。

　　一般混凝土的冻融破坏，在其表面都可看到裂缝和剥落，并破坏混凝土的整体结构。混凝土的耐久性与其所处的环境有很大的关系。混凝土发生碱 - 集料反应就必须要有水； 钢筋锈蚀也是在潮湿环境中、氯离子含量超过一定标准。硫酸盐对混凝土的侵蚀的主要特征是使混凝土膨胀和开裂，特别是处于干湿交替环境中会加速混凝土的破坏，使混凝土的强度下降并影响耐久性。

　　3 提升混凝土结构耐久度性能的措施

　　3. 1 矿物掺合料的添加

　　矿物掺合料的添加可以极大地改善混凝土的性能、提高混凝土结构的耐久性，例如粉煤灰和矿渣微粉的添加改善了水泥的反应环境，生成的混凝土结构密实度、强度更高。矿物掺合料的添加改善了混凝土抗腐蚀性能，降低了混凝土内部氯离子的扩散，强化了对钢筋结构的保护，不同类型材料的添加对氯离子扩散的影响差异性明显（ 如表 1 所示） .矿物掺合料的添加改变了混凝土空隙的渗透性，由于其表面积较大，吸水性加强，添加矿物掺合料后的混凝土结构内的含水量维持在稳定的水平。

　　3. 2 施工环节的控制

　　混凝土施工控制对其结构耐久度性能的影响较大，在混凝土施工中首先要根据结构所处的环境条件及设计寿命确定混凝土的最低强度等级、最小保护层厚度、最大水胶比，同时确定合理的坍落度以保证正常施工。混凝土的体积稳定性是检验其耐久度性能的主要参数，水泥的用量和标号直接决定了其体积稳定性，因此在保证经济投入的前提下，要适当提高水泥的使用量，根据工程的特点和所处的环境条件选用不同品种的水泥，从而提高混凝土结构的耐久性。再者是要改善骨料的级配，优化骨料加工工艺，降低骨料之间的孔隙率，提高水泥和骨料的接触面积，提高混凝土结构的均匀性。在混凝土的浇筑过程中要规范施工，要振捣密实，不得漏振或过振，不得出现严重的蜂窝或孔洞，保证混凝土结构的密实度。混凝土浇筑后要做好养护，根据工程部位的特点和混凝土的性能特点确定合理的养护期，对于大面积板状结构最好是蓄水养护，以保证混凝土的强度和防止裂缝的出现。

　　3. 3 引气剂的应用

　　鉴于混凝土结构出现的冻融病害，要对混凝土添加适量的引气剂，提高其抗冻融性，引气剂的添加会增加混凝土结构中的微气泡，这些微气泡能阻断混凝土内部的毛细孔，提高混凝土的抗渗能力，消除冻融过程中出现的内部膨胀力，从而提高其混凝土的结构完整性。但是引气剂含量过高会在一定程度上降低混凝土的强度，因此要结合工程需求来选择引气剂的添加类型和添加量，下面详细分析引气剂的添加对于混凝土结构的影响作用，如表 2 所示。

　　3. 4 原材料质量和规格的控制

　　原材料的质量和规格的选择要结合工程要求，首先要保证现场的原材料质量合格。水泥的各项指标要提标要符合国家标准要求，安定性一定要合格。水泥中碱含量高时如果配制混凝土的骨料具有碱活性就可能产生碱骨料反应。因此若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量不应大于 0. 6%或由买卖双方协商确定。另外水泥中氯离子的含量不应大于 0. 06%.粗骨料要优先选择花岗岩碎石，粗骨料要符合连续级配。细骨料应采用河砂，严禁使用氯离子含量超标的海砂。砂的含泥量也应符合标准要求，因为砂的含泥量高容易产生裂缝，强度会降低。应采用非活性集料以防止碱 - 集料反应的发生。

　　另外还要注意外加剂中的氯离子含量和总碱量的控制。通过对各种材料的质量控制将混凝土中的氯离子、碱含量控制在标准要求范内。抑制碱 - 集料反应常用的化学外加剂是使用锂盐（ 如 LiCO3） .通过大量的研究表明锂盐能有效的抑制碱 - 集料反应，这种方法不必改变施工条件，甚至可以改善混凝土的其他性能。

　　4 总结

　　总之，混凝土是最为常用的建筑材料。在工业与民用建筑、道路桥梁、水利电力、港口航道等方面发挥着重要作用。由于混凝土的结构强度较高，可以有效承载外界压力，为工程结构安全运行提供了保障，因此提升混凝土结构耐久性能是当前行业内的重要课题。

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