劉 記

西南交通大學地下工程系（610031）

所謂混凝土耐久性，是指混凝土結構在自然環(huán)境、使用環(huán)境及材料內部因素的作用下,在設計要求的目標使用期內，不需要花費大量資金加固處理而保持其安全、使用功能和外觀要求的能力[1]?；炷聊途眯耘c國民經濟、社會安定、環(huán)境保護、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略等密切相關，是混凝土材料科學的重大研究課題。在材料劣化方面最常見的有混凝土的碳化、鋼筋的銹蝕、堿-骨料反應以及混凝土的凍融破壞等。

1 混凝土的碳化

一般的，早期混凝土呈堿性，當空氣、土壤或是地下水中的酸性物質如 CO2、HCl、SO2、Cl2深入混凝土表面與水泥石中的堿性物質發(fā)生化學反應的過程,稱為混凝土的中性化。

碳化的因素主要包括材料因素和環(huán)境條件因素:材料因素包括水灰比（水灰比越大，碳化深度越大）、水泥品種用量（同一品種水泥的碳化深度與用量成反比）、骨料級配、外加劑以及混凝土強度（強度越高，碳化速度越?。?；環(huán)境條件因素包括相對濕度（70%～80%左右的中等濕度時，碳化速度最快）、CO2濃度（碳化速度與CO2濃度的平方根成正比）、溫度（溫度升高，碳化速度加快）。碳化會降低混凝土的堿度，破壞鋼筋表面的鈍化膜，使混凝土失去對鋼筋的保護作用，給混凝土中鋼筋銹蝕帶來不利影響。

2 鋼筋銹蝕

混凝土中水泥水化后在鋼筋表面形成一層致密的鈍化膜,故在正常情況下鋼筋不會銹蝕，但鈍化膜一旦遭到破壞，在有足夠水和氧氣的情況下會產生電化學腐蝕,鋼筋出現銹蝕。由于鋼筋的不斷銹蝕會導致混凝土保護層開裂，鋼筋與混凝土之間的粘接力破壞，鋼筋受力截面減少，結構強度降低等，從而導致結構耐久性降低[2]。

鋼筋銹蝕的因素主要有:①pH值:當pH＜4時，腐蝕形式由原先的吸氧腐蝕轉化為析氫腐蝕,腐蝕率急劇上升;當pH＞10時,腐蝕速率的降低基本上與pH的增大成正比;當4＜pH＜10時，腐蝕速率基本保持不變。②溫度:當溫度小于10℃時，腐蝕速率比較慢；在10～60℃時，腐蝕速率隨溫度上升而加大，兩者幾乎成正比關系。③Cl-濃度:Cl-濃度越大，則其對鈍化膜的破壞作用越大,鋼筋的活性越大，銹蝕速度越大。Cl-的擴散系數隨水灰比的增大而增大。

3 堿-骨料反應

堿-骨料反應是指混凝土中的堿與骨料中的活性組分之間發(fā)生的破壞膨脹反應,這種反應引起明顯的混凝土體積膨脹和開裂，改變混凝土的微結構，使混凝土的抗壓強度、抗折強度、彈性模量等力學性能明顯下降，嚴重影響結構的安全實用性，而且反應一旦發(fā)生很難阻止，更不易修復和挽救。

堿-骨料反應主要有堿-硅酸反應、堿-碳酸鹽反應、堿-硅酸鹽反應三種。影響這一反應的主要因素是水泥的含堿量及骨料本身有無反應活性，另外就是孔隙水量，這三要素缺一不可。由于堿-骨料造成的混凝土開裂破壞難以被阻止，因而被稱為混凝土的“癌癥”。半個多世紀以來，堿-骨料反應已經在全世界近二十多個國家造成了嚴重的損失。

4 混凝土的凍融破壞

混凝土在飽水狀態(tài)下因凍融產生的破壞作用稱為凍融破壞，混凝土的抗凍耐久性即是飽水混凝土抵抗凍融循環(huán)作用的性能?；炷撂幱陲査疇顟B(tài)和凍融循環(huán)交替作用是發(fā)生混凝土凍融破壞的必要條件,其破壞作用主要有凍脹開裂和表面剝蝕兩個方面。水在混凝土毛細孔中結冰造成的凍脹開裂使混凝土的彈性模量、抗壓強度、抗拉強度等力學性能嚴重下降，危害結構物的安全性。

影響混凝土抗凍性的因素主要有:①平均氣泡間距是最主要因素，間距越大，毛細孔中的凈水壓和滲透壓越大，抗凍性越低；②水灰比越大，可凍水含量越多，氣泡結構越差，平均氣泡間距越大，抗凍性越低；③外加劑、引氣劑的加入使氣泡越多，平均氣泡間距就越小，抗凍性越好。

材料劣化的原因還包括化學侵蝕和混凝土的表面磨損。引起混凝土耐久性問題的任何非力學破壞因素最終的破壞機理都可歸結為材料劣化后內部微裂縫的生成和擴展，引起相對應的破壞應力,直至破壞應力超過混凝土承受能力造成破壞。因此，將材料劣化破壞因素作用下的混凝土微觀結構的狀態(tài)改變及相對應的宏觀性能指標損傷力學建立相應模型對混凝土的耐久性進行評估是混凝土耐久性研究的一個主要發(fā)展方向。

[1]金偉良.混凝土結構耐久性[M].北京：科學出版社,2002.

[2]洪定海.混凝土中鋼筋的腐蝕與防護[M].北京:中國鐵道出版社,1998.