摘要：混凝土结构是目前使用广泛, 占据主导地位的一种结构形式, 但由于材料特点和环境的复杂, 使得混凝土工程存在严重耐久性问题, 本文通过分析了混凝土耐久性的内容以及影响混凝土耐久性的因素, 探讨和提出了如何提高混凝土耐久性的措施。

1 混凝土耐久性问题的提出

混凝土作为应用广, 用量大的建筑材料, 以其整体性好, 可塑性好, 维修费用少广泛应用于工程上, 随着混凝土工程使用年限的增长, 现有的混凝土结构纷纷进入老化期, 出现剥落, 掉角, 钢筋锈蚀、冻融破坏等未老先衰的现象, 这也使得工程人员开始发现混凝土裂化问题, 重视影响混凝土劣化的因素, 关注混凝土耐久性问题。

随着全球二氧化碳浓度提高, 温度升高, 海平面上升, 酸雨, 水污染, 极端天气等环境的变化, 使得混凝土腐蚀破坏严重, 混凝土腐蚀所引起的损失也十分惊人。现有和新建的混凝土工程如何适应环境变化的影响成为迫切需要解决的世界性难题, 处于城市化进程的中国, 建设项目不断, 如何提高混凝土工程的质量和耐久性, 对于处于建设高潮的中国意义更加重大。

2 混凝土耐久性的定义及内容

混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性, 从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力称为耐久性[1]。混凝土材料的耐久性指标一般包括:抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、混凝土的碳化、碱骨料反应等。

混凝土的结构耐久性取决于混凝土材料的自身特性, 混凝土结构的设计与施工质量, 混凝土所处的环境以及混凝土工程使用过程中的维护维修[2]。

3 混凝土破坏形式及影响因素

混凝土工程使用期限一般都很长, 但有些工程使用十年二十年就出现各种问题, 这主要是混凝土耐久性不足引起的, 影响混凝土耐久性的因素有很多, 具体从以下几个方面分析。

3.1 混凝土冻融破坏

在我国北方, 冬季寒冷, 温度低, 温差大, 混凝土工程要承受这些恶劣的气候, 常常发生冻胀破坏, 冻融破坏是北方混凝土工程破坏的常见形式之一, 对于大坝, 水闸等水工混凝土工程, 冻融破坏的影响更为明显。混凝土冻融破坏主要是因为混凝土不够密实, 混凝土内有孔隙, 尤其是有连通孔隙冻融破坏更明显, 混凝土孔隙中的自由水分在遇到寒冷天气会结冰, 结冰后体积会膨胀, 如此反复即冻融破坏, 混凝土冻融破坏导致混凝土裂缝不断扩大和深入, 造成混凝土从表层开始向内逐层剥落, 经过反复的冻融破坏, 导致混凝土由表及里的破坏, 损伤不断扩大, 形成互相联通的裂缝, 使混凝土质量下降, 强度降低, 终影响结构的正常使用, 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氢氧化钙, 是碱性物质, 混凝土中的碱性物质会与空气中的二氧化碳相互作用, 发生反应, 生成碳酸钙, 使其组织成分发生改变, 混凝土碳化是随着空气中的二氧化碳不断向混凝土内部扩散, 由外到内缓慢进行的, 由于混凝土碳化, 降低了混凝土中氢氧化钙的含量, 降低的混凝土的碱度, 随着混凝土碳化的发生, PH值下降, 削弱了碱性物质对钢筋的保护作用, 从而使钢筋锈蚀, 锈蚀的钢筋体积膨胀, 对保护层混凝土产生拉应力作用, 引起混凝土开裂, 从而影响混凝土的使用年限, 降低混凝土的强度和耐久性。

3.3 化学侵蚀

我国北方地区冬季寒冷, 雨雪天气多, 雨雪后道路结冰, 严重影响出行, 为了保证雨雪后道路交通顺畅, 常常在道路, 立交桥上采用除冰盐融化冰雪, 时间长久后发现道路, 桥梁混凝土发生裂缝, 剥落, 经调查研究, 除冰盐中含有大量氯离子, 长期使用除冰盐的混凝土, 氯离子进入混凝土结构中, 引起钢筋锈蚀, , 使得混凝土膨胀, 裂缝开展, 表层疏松, 发生开裂剥落, 使得骨料外露, 道路表面凹凸不平, 影响行车舒适度, 大大降低道路桥梁的使用年限。

混凝土除氯盐腐蚀外, 在硫酸盐等酸碱盐作用下, 也会发生化学腐蚀。有害化学成分会通过混凝土中的孔隙逐渐深入, 并与水泥水化产物如氢氧酸钙, 水化铝酸钙等会发生化学反应, 生成的新的物质体积增大, 会使混凝土体积膨胀, 引起混凝土胀裂, 钢筋锈蚀。化学腐蚀使混凝土组织成分发生变化, 使混凝土耐久性极剧降低, 影响混凝土工程使用期限。

3.4 碱骨料反应

碱骨料反应是指水泥中的碱性物质含量较高时, 会与骨料中的二氧化硅在潮湿的环境下发生化学反应, 并在骨料表面生成碱-硅酸凝胶, 碱硅酸凝胶体体积远远大于反应前混凝土的体积, 吸水后会产生较大的体积膨胀, 导致混凝土膨胀开裂, 影响混凝土的正常使用[3]。

3.5 钢筋锈蚀

混凝土保护层厚度不够, 或者混凝土所处的环境中有害化学物质含量比较高, 破坏钢筋表面的钝化膜时, 会使混凝土中的钢筋保护作用降低, 发生锈蚀, 钢筋锈蚀后, 生成的铁锈物质的体积比之前钢筋的体积大好几倍, 增大的体积会对钢筋产生膨胀力, 使混凝土沿钢筋方向膨胀开裂, 发生脱落[4]。而钢筋开裂剥落又进一步加快了钢筋的锈蚀, 使得钢筋和混凝土结构承受力纷纷降低, 危及结构的安全。

4 提高混凝土耐久性的措施

4.1 重视混凝土配合比的科学设计

提高混凝土结构的耐久性, 除了根据结构设计, 保证足够的承载力外, 还需要根据工程特点, 工程所处的环境条件进行耐久性设计, 由于所处环境的复杂性, 耐久性设计时, 要考虑所有恶劣环境的综合作用。拌制混凝土时在满足混凝土耐久性的基础上, 采用合理的配合比, 尽量采用较小的水灰比。

4.2 合理选择混凝土结构的组成材料。

水泥, 砂, 石, 水是组成混凝土的基本的四种材料, 提高混凝土的耐久性, 应合理选择混凝土结构的组成材料, 应根据混凝土所处的环境合理选择水泥品种, 砂石作为混凝土的骨架, 应合理选择骨料粒形和级配, 选择质量良好, 级配合理的, 有足够的强度的骨料, 合理控制好砂率。控制粗骨料中针片状含量, 有害物质含量, 含泥量符合要求。拌制混凝土用水, 作为混凝土水化硬化的主要物质, 要采用洁净无有害化学物质的水, 这样从混凝土源头保障混凝土的耐久性。

4.3 提高混凝土密实性

混凝土的密实性影响混凝土的耐久性, 混凝土的孔结构和孔隙特征影响混凝土的渗透破坏和化学侵蚀程度。提高混凝土密实性, 减少混凝土的孔隙, , 改善混凝土孔隙特征和孔结构, 掺加引气剂, 防冻剂等外加剂, 使混凝土大孔减少, 孔径变细, 连通的孔径变成封闭不连通的孔径, 使得外界的水分和有害物质不易侵入, 提高其抗侵蚀性和抗渗性能, 同时还能提高混凝土自身强度, 从而提高混凝土耐久性。

4.4 添加外加剂和矿物掺合料

原始的水泥, 砂、石和水四种组成材料无法实现混凝土的高强, 高耐久性, 所以应研究和开发外加剂和矿物掺合料。根据混凝土所处的环境通过加入合理, 适当的外加剂和掺合料来改善混凝土的性能, 改善混凝土孔隙结构和特征, 使混凝土抗裂化性能提高, 实现混凝土的高耐久性。

4.5 加强混凝土结构服役期的维护和检测

在服役期的混凝土工程, 尤其是处于恶劣潮湿环境的混凝土, 在使用过程中要注意混凝土的维护和保养工作, 可在混凝土表面涂刷混凝土保护剂, 使混凝土表面和环境中的有害物质隔离开, 避免混凝土的裂化。对于混凝土结构要进行阶段性的检测和评估, 必要时进行修理和加固, 提高混凝土使用的安全, 提高混凝土耐久性。

5 结束语

随着城市化进程的加进, 混凝土工程越来越广泛应用, 为了保证混凝土工程的安全性和延长混凝土工程的使用年限, 工程人员越来越重视混凝土耐久性问题, 因此如何提高混凝土的质量和提高耐久性将是未来重要的研究方向。