混凝土耐久性

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一、混凝土耐久性的概念

混凝土耐久性是指結構在規定的使用年限內，在各種環境條件作用下，不需要額外的費用加固處理而保持其安全性、正常使用和可接受的外觀能力。現行國家標準《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)中，明確規定混凝土結構設計采用極限狀態設計方法。但現行設計規范只劃分成兩個極限狀態，即承載能力極限狀態和正常使用極限狀態，而將耐久性能的要求列入正常使用極限狀態之中。且以構造要求為主。混凝土的耐久性與工程的使用壽命相聯系，是使用期內結構保持正常功能的能力，這一正常功能不僅包括結構的安全性，而且更多地體現在適用性上。

二、混凝土凍融作用破壞機理分析

混凝土的抗凍性是混凝土受到物理作用(干濕變化、溫度變化、凍融變化等)后反映混凝土耐久性的重要指標之一。混凝土凍融作用破壞機理是混凝土在其凍融的過程中，遭受的破壞應力主要由兩部分組成。其一是當混凝土中的毛細孔水在某負溫下發生物態變化，由水轉變成冰，體積膨脹9%，因受毛細孔壁約束形成膨脹壓力，從而在孔周圍的微觀結構中產生拉應力；其二是當毛細孔水結成冰時，由凝膠孔中過冷水在混凝土微觀結構中遷移和重分布引起的滲管壓。由于表面張力的作用，混凝土毛細孔隙中的水的冰點隨著孔徑的減小而降低。當膠凝孔水形成冰核的溫度在-78℃以下時，由冰與過冷水的飽和蒸汽壓差和過冷水之間的鹽分濃度差引起水分遷移而形成滲透壓。另外膠凝不斷增大，形成更大膨脹壓力，當混凝土受凍時，這兩種壓力會損傷混凝土內部微觀結構，當經過反復多次的凍融循環以后，損傷逐步積累不斷擴大。發展成互相連通的裂縫，使混凝土的強度逐步降低，最后甚至完全喪失。

三、混凝土缺陷檢測

（一）聲發射法。聲發射法是利用材料或結構受力時發出瞬態振動現象的原理，在混凝土構件表面的不同部位上放置聲傳感器，并將傳感器與信號放大器、信號調節器和磁帶記錄儀等組成測量系統。當混凝土構件受力產生的應變超過其彈性極限點時就會產生小振幅彈性波，波向構件表面傳播，會被放置在構件表面上的傳感器探測到，根據不同探測位置上的應力波到達時間差可以確定變形點的位置，即混凝土構件由于受力而發生損傷的位置。用聲發射法可以檢測結構遭受損傷的程度。但是，該方法只能在結構變形和應力增加時才能應用，在靜荷載下不能單獨測量混凝土的損傷或破壞。

（二）雷達法。雷達法是利用頻率為100～1200MHz的電磁波掃描混凝土構件表面，當混凝土構件存在孔洞、裂縫、分層等缺陷時，雷達掃描波形圖會發生改變，根據雷達掃描波形圖，即可分析混凝土的缺陷。

（三）紅外線熱譜法。紅外線熱譜法又稱紅外掃描，是通過測量和記錄混凝土結構熱發射來分析判斷混凝土構件缺陷的方法。當混凝土中存在裂縫或不連續時，掃描儀上將顯示完好和有缺陷混凝土熱發射的差異。

四、提高混凝土耐久性的措施

（一）預防鋼筋的銹蝕。常用的方法有環氧涂層鋼筋，采用靜電噴涂環氧樹脂粉末工藝在鋼筋表面形成一定厚度的環氧樹脂防腐涂層，這種鋼筋保護層能長期保護鋼筋使其免遭腐蝕。此外，在混凝土表面涂層也是簡便有效的方法，但涂料應是耐堿、耐老化和與鋼筋表面有良好附著性的材料。還可摻加高效減水劑，在保證混凝土拌和物所需流動性的同時，盡可能降低用水量，減小水灰比，使混凝土的總孔隙率，特別是毛細孔隙率大幅度降低。還可研究新技術，開發新產品，如耐銹鋼筋、阻銹鋼筋等。

（二）避免或減輕堿集料反應。混凝土堿集料反應危害很大，一旦發生很難修復。當混凝土使用有堿活性反應的骨料時，必須從配合比出發，嚴格控制混凝土中的總堿含量以保證混凝土的耐久性。此外，外加劑特別是早強劑帶來高含量的堿，為預防堿集料反應，在設計上應對外摻劑的使用提出要求。

（三）加強施工管理。嚴格控制施工配合比，攪拌必須均勻，振搗必須到位，要嚴格遵守養護制度，可以用表面養護劑來改善養護條件，提高保水性，加速表面硬化。混凝土構件的侵蝕病害都是從表面開始的，在混凝土終凝前做好原漿抹面壓光，增強表面密實度，也可采用表面浸漬和表面涂覆的手段來降低混凝土表面滲透性。

（四）防止混凝土的凍融破壞。混凝土的組成、配合比、養護條件和密實度決定了其在飽水狀態下抵抗凍融破壞的能力，目前只有加氣混凝土才能有效提高混凝土的抗凍性。引氣是提高混凝土抗凍性的主要參數。一般引氣量4％-8％，同時，應避免采用吸水率較高的集料，加強排水以免混凝土結構被水飽和。在混凝土中摻加優質引氣型高效減水劑，既能獲得大量均勻分布的微小氣泡，顯著提高抗凍性，又能大幅度減小W／C，從而保證混凝土強度不降低，甚至有所提高。

（五）拌合及養護用水。混凝土拌合及養護用水，應考慮其對混凝土強度的影響。水灰比的大小很大程度影響混凝土強度值的大小。拌合水應檢查其雜質情況，防止影響砂漿及混凝土生成時雜質影響其耐久性。海水中含有硫酸鹽、鎂鹽和氯化物，除了對水泥石有腐蝕作用外，對鋼筋的腐蝕也有影響，因此在腐蝕環境中的混凝土不宜采用海水拌制和養護。

（六）針對不同的腐蝕環境應設計不同的保護層厚度。如一類環境(室內正常環境)，設計使用年限為100年的結構混凝土應符合下列規定：混凝土保護層厚度應按規范的規定增加40％；當采取有效的表面防護措施時，混凝土保護層厚度可適當減少。混凝土結構及構件宜整體澆筑，不宜留施工縫。當必須有施工縫時，其位置及構造不得有損于結構的耐久性。

五、總結

混凝土結構的耐久性是一個涉及環境、材料、設計、施工等多種因素的復雜問題，要解決好這個問題需要進行多方面的工作。鋼筋混凝土結構耐久性應由正確的結構設計、材料選擇以及嚴格的施工質量來保證，同時應注意對其在使用階段實行必要的管理和維護。只有這樣，才能保證和提高混凝土結構的耐久性，才能保證我國建筑事業的可持續發展。

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