閆 旭 呂達(dá)林

(鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院 450001)

淺談鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性

閆 旭 呂達(dá)林

(鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院 450001)

作為一種應(yīng)用廣泛的結(jié)構(gòu)形式，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要由鋼筋混凝土[1]作為主要承重構(gòu)件建造。但由于其所處使用環(huán)境特點及其結(jié)構(gòu)自身缺陷，在耐久性方面鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)仍存在著極嚴(yán)重的問題，本文將從鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性方面著手，從結(jié)構(gòu)腐蝕基本機(jī)理、影響其耐久性的主要因素如材質(zhì)、密實性、環(huán)境條件以及鋼筋銹蝕等方面進(jìn)行研究，并對此提出針對性技術(shù)措施，以期對提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

鋼筋混凝土、結(jié)構(gòu)、耐久性、影響因素

經(jīng)過 160年的歷史發(fā)展[2]的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度不斷提高，應(yīng)用范圍不斷增大，如今已發(fā)展成為應(yīng)用最廣的建筑結(jié)構(gòu)形式。而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在具有取材容易、合理用材、耐久性、耐火性、整體性及可模性等優(yōu)點的同時，還存在自重大、易裂、費(fèi)工、補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)困難及易受季節(jié)溫度影響等自身缺陷。而在實際工程中，由于各種各樣的原因大量的混凝土提前失效，無法達(dá)到預(yù)期的使用年限，大多數(shù)情況是由結(jié)構(gòu)的耐久性不足引起的。而混凝土結(jié)構(gòu)耐久性一直是工程界關(guān)注的重大科技問題，是研究混凝土材料科學(xué)的重大課題。

一、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概念及腐蝕基本機(jī)理

（1）混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概念

所謂混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性[3]，是指在正常維護(hù)下的設(shè)計壽命周期內(nèi)，在氣候作用、物理作用、化學(xué)侵蝕以及其他任何破壞過程中能夠正常使用而不需進(jìn)行加固維修，即在周圍環(huán)境各種因素作用下混凝土仍能保持原有性能的能力?；炷聊途眯灾饕ㄈ缈?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性以及抗碳化性等幾個方面，而根據(jù)重要性遞降順序排列，當(dāng)今世界混凝土結(jié)構(gòu)破壞的原因主要是鋼筋銹蝕、寒冷氣候下凍害以及物理化學(xué)的侵蝕作用。

（2）鋼筋腐蝕的基本機(jī)理

在潮濕環(huán)境下或電解質(zhì)溶液中時常發(fā)生鋼筋銹蝕，在以上兩種情況下，混凝土結(jié)構(gòu)易被環(huán)境中有害介質(zhì)及離子侵蝕，容易造成鋼筋表面污染、截面損失。在堅實的混凝土內(nèi)部，鋼筋的銹蝕是一種電化學(xué)的過程：含有易溶性的氫氧化鈉和氫氧化鉀以及大量的微溶氫氧化鈣的混凝土內(nèi)部孔隙液體，使內(nèi)部形成 PH值為13或更高的堿性環(huán)境，并在鋼筋表面形成鈍化膜阻止鋼筋銹蝕[4]。但環(huán)境中存在的各種原因?qū)惯@層鈍化膜破壞，最終導(dǎo)致鋼筋的腐蝕。

二、影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素

（1）材質(zhì)

由碎石、水泥、砂和水拌合后凝硬而成的混凝土，其硬化后的質(zhì)量極易被這些材料的優(yōu)劣直接影響，其中包括強(qiáng)度和密實度等。但混凝土骨料中不宜含有過多的堿活性礦物質(zhì)，水泥含堿量也不宜過大，以防止發(fā)生堿骨料反應(yīng)。作為影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最主要的因素之一，堿骨料反應(yīng)是由混凝土中活性骨料與堿之間在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生的反應(yīng)，引起混凝土開裂最終使結(jié)構(gòu)遭到破壞，且危害極大。對混凝土而言，其內(nèi)部堿來源主要是配置的原材料中骨料、摻和物、水泥、摻和水以及外加劑中所含的可溶性堿，混凝土耐久性能否打下良好的基礎(chǔ)在一定程度上取決于材料質(zhì)量的好壞，但近年來在施工中，由于基本建設(shè)的迅猛發(fā)展，往往對材質(zhì)的要求有所忽視。

（2）密實性

在使用過程中混凝土的內(nèi)部缺陷，即不密實使混凝土易受各種不利因素的侵襲，其中主要包括滲透、碳化以及凍融破壞等形式：（一）滲透：對不密實的混凝土而言，空氣和水極易滲入其中，而混凝土也就容易受到水中有害物質(zhì)的化學(xué)侵蝕；（二）碳化：在溫度相宜時，空氣中的二氧化碳易與水泥石中的氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使氫氧化鈣減少、堿度降低，由此鋼筋處于中性環(huán)境，最終鋼筋表面鈍化膜被破壞并被銹蝕；（三）凍融破壞：在溫度較低時，混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔道和孔隙中的水結(jié)冰，產(chǎn)生冷水遷移和體積膨脹，經(jīng)過多次凍融循環(huán)后混凝土將因損傷積累而剝落酥裂。強(qiáng)度降低。

（3）環(huán)境條件

在工程結(jié)構(gòu)使用過程中，混凝土結(jié)構(gòu)所處的外部環(huán)境條件是影響其耐久性的外部因素，如大氣腐蝕、風(fēng)、地震災(zāi)害的襲擊等。對密實性不強(qiáng)的混凝土，其所處環(huán)境中的侵蝕介質(zhì)尤其是酸鹽介質(zhì)（Cl 、SO2-等）極易滲入其中，而水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣很快與之發(fā)生反應(yīng)，使堿度降低[5]，導(dǎo)致混凝土降低并最終破壞。與此同時，酸性介質(zhì)的侵入，使鋼筋鈍化膜表面被大量酸根離子吸附，導(dǎo)致鋼筋銹蝕。

（4）鋼筋銹蝕

對鋼筋而言，混凝土的堿性對其具有良好的保護(hù)作用，但混凝土的堿性在各種不利因素的作用下，鋼筋表面鈍化膜也會遭到破壞，使鋼筋銹蝕。在混凝土內(nèi)部，由于銹蝕產(chǎn)物體積膨脹產(chǎn)生拉應(yīng)力，混凝土保護(hù)層因此發(fā)生開裂，嚴(yán)重時將導(dǎo)致其剝落。

三、提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要技術(shù)措施

（1）改進(jìn)結(jié)構(gòu)

在減輕環(huán)境因素對結(jié)構(gòu)的作用方面，結(jié)構(gòu)的布置、選型和構(gòu)造應(yīng)起到有利的影響。采用如無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋、環(huán)氧涂層鋼筋以及體外預(yù)應(yīng)力筋等具有防腐保護(hù)功能的鋼筋。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑物中尤其是建造在有腐蝕介質(zhì)中的建筑物中，應(yīng)適當(dāng)提高混凝土保護(hù)層厚度，使其在防止鋼筋銹蝕方面起到真正的保護(hù)作用。其中，保護(hù)層厚度應(yīng)滿足以下兩個方面的要求：一是為抵抗引起鋼筋銹蝕的有害物質(zhì)對混凝土的侵入，要保證混凝土保護(hù)層具有良好的抗?jié)B性；二是要滿足在設(shè)計基本周期內(nèi)構(gòu)件的碳化深度。控制裂縫發(fā)展，加強(qiáng)構(gòu)造批配筋，對基于耐久性能的概念設(shè)計加以注重。而對重要構(gòu)件而言，為減少侵蝕離子的侵蝕，應(yīng)采用合理的裂縫控制措施。

（2）改進(jìn)施工

改進(jìn)結(jié)構(gòu)施工主要有合理選擇混凝土結(jié)構(gòu)的組成材料以及提高混凝土密實性兩方面。其一，在選用鋼筋及混凝土各組成材料時，應(yīng)對進(jìn)場原材料根據(jù)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗，滿足材料的耐久性質(zhì)量要求。同時，應(yīng)合理改善混凝土顆粒級配，使混凝土的密實性得到提高，從而提高耐久性。其二，在保證混凝土密實性和保證其耐久性方面，嚴(yán)格控制混凝土的最小水泥用量和最大水灰比是一項重要措施，在滿足坍塌度的情況下，改善混凝土的施工工藝，充分振搗、攪拌均勻，并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，減少硬化后多余水形成的孔隙，并盡可能的降低水灰比，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，對提高抗?jié)B性、密實性從而提高混凝土的耐久性有重要的作用。

（3）加強(qiáng)維護(hù)與檢測

以往的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)較低且過去建造的大量工程已經(jīng)過時，因此房屋的維修問題十分突出，在建筑工程中，維修費(fèi)用不到位常常會造成安全隱患，導(dǎo)致支付更多的維修費(fèi)用，就短期利益而言，檢測和維護(hù)將會增加一定的費(fèi)用，但從長遠(yuǎn)利益發(fā)展來看，卻是十分有益的。尤其對于如橋梁、隧道等結(jié)構(gòu)損壞可能導(dǎo)致公眾安全的建筑物，制定定期評估與檢測的法規(guī)非常有必要，以確保在正常使用期內(nèi)這些工程能正常的使用。

四、結(jié)語

在國內(nèi)外工程建設(shè)中，因充分利用了混凝土的抗壓性能和鋼筋的抗拉性能而具有耐久性好、強(qiáng)度高等一系列優(yōu)點的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)得到了極為廣泛的應(yīng)用，21世紀(jì)世界各國發(fā)展的重要任務(wù)便是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，而對于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略以及更好的節(jié)約資源、利用資源和保護(hù)環(huán)境，提高混凝土耐久性哦度起到了十分重要的作用。本文通過分析研究混凝土結(jié)構(gòu)耐久性主要因素，為提高混凝土耐久性而提出綜合提高混凝土結(jié)構(gòu)的各種性能的主要措施。今后，為滿足工程建設(shè)的需要，我們?nèi)孕枳龃罅康墓ぷ骱脱芯?，這樣才能更好地解決混凝土耐久性問題。1

[1] 陳佳琪, 馬克儉, 申波. 超高層鋼筋混凝土空間網(wǎng)格盒式成束筒結(jié)構(gòu)性能分析[J]. 建筑結(jié)構(gòu), 2015(7).

[2] 杜叢會, 劉方方, 王傲運(yùn),等. 半纖維素吸水樹脂的合成及在水泥砂漿中的應(yīng)用初探[J]. 硅酸鹽通報, 2015(6):1626-1631.

[3] 朱洪亮. 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性試驗研究進(jìn)展[J]. 建筑技術(shù)開發(fā), 2015, 31(8):1-4.

[4] 賀鴻珠, 崔玉理, 謝海峰. 一種混凝土鋼筋腐蝕狀態(tài)判定方法: , CN104849326A[P]. 2015.

[5] 黎鵬平. 膠凝材料組成與鋼筋混凝土氯離子腐蝕研究[D]. 華南理工大學(xué), 2010.

第一作者：閆旭（1995—），男，漢族，遼寧省凌源市人，鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院土木工程專業(yè)2013級本科學(xué)生。

第二作者：呂達(dá)林（1995-），男，漢族，黑龍江省雙鴨山市人，鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)，本科生。

G322

B

1007-6344（2016）03-0323-01

?