混凝土结构耐久性浅谈(模板)

现代 混 凝 土结构 是 随着 水泥 和钢 铁 工业 的发 展 而发 展 起来 的 ， 至 今 已有 １ ５ ０ 年 的 历史 。１ ８ ２ ４ 年， 英 国约 瑟夫 ． 阿 司匹 丁 发明 了 波特 兰水 泥 并 取得 了 专 利 。１ ８ ５ ０ 年， 法 国蓝 波 特制 成 了钢丝 网水泥 砂浆 的小 船 。１ ８ ６ １ 年 法 国约 瑟夫 ・
莫尼埃获得了制造钢筋混凝土板 、 管道和拱桥等的专利。从 １ ８ ５ ０ 年￣ １ ｊ ２ ｏ 世纪 ２ Ｏ 年代， 可 以算 是 钢筋 混凝 土 发展 的初 步 阶段 。 从２ Ｏ 世纪 ３ ０ 年代 开始 ， 从材 料 性 能 的改善 、 结构 形 式的 多样 化 、 施 工方 法 的革 新 、 计 算 理论 和 设计 方 法 的完 善 等 多方 面 开展 了 大量 的研 究 工作 ， 工 程 应 用 十分 普 遍 ， 是钢 筋 混 凝 土结 构 进入现代化阶段。２ Ｏ 世纪５ ０ 年代以来， 钢筋混凝土在高层建筑中的应用也有 了迅猛 的发 展 ， 而发 展 同样反 映在 桥 梁 、 特 种结 构 、 水 利 工程 、 海 洋工 程 、 港口 码 头工 程 等各 个领 域 内 。 在 混 过凝 土 结构 的安 全 度及 可 靠 度设 计 方 法 方 面 ， ２ ０ 世纪 ５ Ｏ 年 代 以前 ，
丁 程设 计 中 。
注： 一般环境系指无冻融 、 氯化物和其他化学腐蚀物质作用 。
２ ． ２影 响混 凝土 结构 的 另一 重要 因素是 混凝 土 质量
影 响 结构 耐久 性 的另 一 重要 因素 是混 凝 土 的质 量 。控 制水 灰 比 、 减 小 渗 透性 、 提高 混 凝 土 的强 度等 级 、 增加 混 凝 土 的密 实 性 以及 控 制 混凝 土 中氯 离 子和碱 的含量 等 ， 对 于 混凝 土 的耐 久性 起着 非 常重 要 的作 用 。混 凝 土质 量 的

安全 性 的重视程 度远 超过 对耐 久性 的认 识 ，结果
薄膜 ， 薄膜呈钝化状态保护钢筋免受腐蚀 。 通常周 围混 凝土 对钢筋 的这种碱 性保 护作 用在 很 长时 间
内都 是有 效 的 ， 一旦 钝化 膜遭 到破坏 ， 筋就 处 活 钢
化状 态 ， 有受 到腐 蚀 的可能性 。 就 引起 钝化膜 破坏 的原 因有 ： 中和化 作用 。 ① 空气 中 Ｃ Ｏ 侵入钢 筋保
２１ ００年第 ６期
能 源 技 术 与 管 理
混凝 土结 构耐 久性浅析
黄 冠
（ 苏 省 第 一 工 业设 计 院有 限责 任公 司， 苏 徐 州 ２ １ ０ ） 江 江 ２ ０ ６
［ 摘
要 ］ 混凝 土材 料在 工程 建 设 中有 着其他 材料 无 法代 替 的重要 地 位 。混凝 土 结构 的耐 久 性 问题 是 困扰 国 内外 土木 工程 界 的一 个难题 ，也是 当前 国际上 结构 工 程 学科 重 要 的前 沿研 究领 域之 一 。主要 介 绍混 凝土 耐久性研 究现状 ， 分析 混凝 土 结构 的耐 久性 破 坏 类型 ， 讨 混凝 土结构 耐 久性 的设 计 与施 工等 问题 ， 出 了提 高混凝 土 结构 构 探 提
抗周 围不利 因素 长期作 用 的性能 。结 构耐 久性 问 题 主要表 现 为： 凝 土损 伤 ； 混 钢筋 的锈蚀 、 化 、 脆 疲 劳 、 力腐蚀 ； 应 以及钢 筋与 混凝 土之 间粘结 锚 固作 用 的消弱 等三个 方 面 。 短期效 果而 言， 问题 从 这些
影 响结构 的外 观 和使 用 功 能； 长远 看 ， 为 降低 从 则
化 学 现象 ， 结 构 混凝 土 的碳 化 、 护 层 剥 落 、 如 保 裂 缝 的发 展 、 筋 锈蚀 、 钢 渗透 冻 融破 坏 、 凝 土 集料 混 的化学腐 蚀等 等 。 类似 问题 在 国内也 较为普 遍 ， 我 国在各 种 建筑 及 土 木 基础 设施 的工 程 设计 中 ， 对

类。 ２３环 境 的 不 断 恶 化 ．
究
与 应 用
用环境及材料 内部 因素 的作用下 ，保持其 自身 工作能力 的性
能。混凝土结构根据所处环境 的不同可 以划分 为一般大气环
境、 海洋环境 、 土壤环境及工业环境等。 混凝土结构材料内部因 素的作用指 的是材料的物理 和化学作用 ，如混凝土的碳化 、 钢
所谓混凝土结构 的耐久性是指 ，该种结构在 自然环境 、 使
２ ． 化学 侵 蚀 性 ．３抗 ２
当混凝土结构处在有侵蚀性介质作用的环境 时， ｌ 会弓起水 泥石发生一系列化学 ， 物理与物化变化 ， 而逐步受到侵蚀。 侵蚀 方式有水泥石 中某些 组分 被介质溶解 、化学反应产物易溶 于 水、 化学反应产物发 生体积膨胀等 。常见 的化学侵蚀可分为碳 化、 淡水及 酸性水侵 蚀 、 硫酸盐侵 蚀 ， 盐侵 蚀和钢 筋锈蚀 五
施
工
混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗水 、 油等液体的压力作用 不渗透 的性能。抗渗性是混凝土最重要 的耐久性性质之一 ， 它 直接影响混凝土的抗冻性 和抗化学侵蚀性 。一般来说 ， 如果混 凝 土的抗渗性差 ， 那么混凝土的抗冻能力和耐腐蚀性也较差 。 ２２２混凝土 的抗冻性 ．． 当结构处于冰点 以下环境 时， 部分混凝土 内孔 隙中的水将
① 由于施工管理水平和操作人员的素质相对较差 ， 质量控
制 与质量保证制度不够健全 ， 对结构安全与耐久性的设置水准 又相对较低 ， 致使工程 中往往存在较多质量隐患 。 ②商 品混凝 土的生产使用 过程中 ，存在一 些质量失控现 象， 如高水灰 比、 低水 泥用 量 、 低强度 等 ， 对混凝 土结构耐久性 有很大影响 。
筋的锈蚀等 。 由钢筋混凝土耐久性引起的结构工作性能的改变 包 括混凝土结构件的承载 能力 降低 ， 最终影响整个结 构的安全 性 ， 中建筑钢筋混凝土结构较为普通 。 其

的海底 砂 ． ．
１ ＿ ７混 凝 土 结 构
２ ． ４冻融环境 与 氯盐环境
ｉ
限制粉 煤灰 掺量 和粉 煤灰 中的烧 失 ． 掺 人适
量 引气 剂 ， 改 善混凝 土 内部微结 构 ． ．
混 凝土结 构使 用过程 中， 不 当 的维 护和保 养 ， 加
速 ｒ 混 凝土 的 劣化
３结 语
综 上所述 各 种轻 质砖 墙体 开裂 的原 因较 多 ， 冈
此． 只有 严 格 执行 有关 砌 体 规 范 ， 从生产 、 设 ‘ 、 施 Ｔ 各 方 面层 层 把 关 ， 采 取 有 效 的
１ ０ ５
⑥严格控制墙体上的孑 Ｌ 洞预留及切槽 ， 保证墙 体 开 裂精心 施 工 ， 才 能 消除 新 型砌 块墙 体 开裂 的质
１ ． ３混凝 土 的化学腐 蚀
１ ） 北方 地 区为 了冬季抢 工 ， 使 用氯 盐 防冻ｆ ｆ ０ 。
２ ） 近年 由于河 砂短 缺 ， 沿 海地 区滥用 未 经清 洗
① 施 工 现场砌 块 应按 规格 堆 放 ， 堆放 高 度不 宜
超过 １ ． ６ ｍ， 运抵 现 场砌 块要 做好 防雨 淋 、 防 浸泡 措
１ ． ５由于 水泥 强 度 的 不 断提 高 和 施 工进 度 的加快 ，
实 际 混 凝 土 耐 久 性 质 量 大 幅 度 下 降
混 凝 土 中的氢 氧化钙 反应 生 成 的碳 酸钙 （ 碳化） ， 降
低 混凝 土碱 度 ， 当碳 化 从混凝 土 表 面逐 渐 向里 发展
到钢筋 表面 位置 ， 钝化 膜破化 。 ２ ） 氯离 子 从 混 凝 土表 面扩 散 到 钢 筋 表 面并 累
积 到 临界浓 度 ， 钝 化膜 破坏 。 钝 化膜 破坏后 ， 如有充

关键词 ： 耐久性 碱 一集料反应 腐蚀 高性能砼
工经验， 阐述 如何 提高 混 凝 土 结 构耐 久 性 的 措 施。
内 的碱 环 境 ， 降低 水 泥 水 化 产 物 的 稳 定 性 ， 响水 泥 石 的致 密 度 ， 影 造 费用不到位 ， 造成工程安全隐患 ， 并在 以后 需支 出更 多的大修费用。 成 对 混凝 土 的侵 蚀 ；硫 酸 盐 的腐 蚀 则 表 现 为 Ｓ ２ Ｏ 一离 子 深 入 混凝 因此定期 的检查和维护是非常必要 的，这对混凝土结构的适用性和 土 内与水 泥 组 分 反应 ， 生成 物 体 积 膨胀 开 裂 造成 损 坏 ： 水 中 由于 存 耐 久性 是 非 常 重 要 的。 期 看 检 测 和维 修 会 增 加一 些 费 用 ， 从 长远 海 短 但
存 在是 钢 筋 被 腐 蚀 的 必 要 条件 ， 因此 ， 混凝 土开 裂 ， 若 造成 水和 氧 的 通道 ， 则钢筋锈蚀加速 ， 促成 混凝土裂缝进一步开展 ， 混凝土保护层 １混 凝 土 工程 中的 耐 久性 问题 剥 落 ， 终 使 构件 失 去 承 载 力 。 最 我 国人 口众多 ， 过去为及 时解决居住 需要和促进工业生产， 建造 ２５使用方面 的因素。 ． 有些 旧建筑物 已经使用好几十年 了， 已满 过 不少 质 量 不高 的 民用 房 屋 和 工业 厂 房 。 结构 设 计 虽 然采 用 可 靠度 足不 了现代发展的使用要求 ， 这些建筑物经常处于超负荷运转中， 由 理论计算 ， 上仅能满足安全可靠指标 的要求 ， 实质 而对耐久性要求考 于费用等因素的影响使用单位往往忽视对建筑物早期 的防腐 处理和 虑 不足 ， 由于 忽视 维 修 保养 ， 有 建 筑 物 老化 现 象 相 当严 重 。 且 现 必要的维修加固 ， 缩短 了建筑物的使用寿命。 ２ 混 凝 土结 构 耐 久性 问题 的分 析 ３ 提高 混 凝 土 耐 久性 的 措 施 混凝 土 耐 久 性 问题 ， 指 结 构在 所 使 用 的 环境 下 ， 是 由于 内部 原 因 ３１ 原 材 料 的选 择 ． 或外 部 原 因 引起 结构 的长 期演 变 ， 终 使 混 凝 土丧 失 使 用 能 力。 最 即所 ３１１水泥 水泥类材料 的强度和工程性能 ，是通过水泥砂浆的 ． ． 为的耐久性失效 ， 耐久性 失效 的原 因很多， 有抗冻失效， 一集料反 凝 结， 碱 硬化形成 的， 水泥石一旦受损 ， 混凝土的耐久性就被破坏 ， 因此 应 失 效 ， 学腐 蚀 失 效 ， 筋锈 蚀 造成 结构 破 坏 等 。 面作 具 体 分 析 。 水泥的选择需注意水泥品种 的具体性能， 化 钢 下 选择碱含量小， 水化热低， 干 ２１混凝 土的冻融破坏 结构处于冰点以下环境时 ， ． 部分混凝土 缩性小 ， 耐热性 ， 抗水性 ， 抗腐蚀性， 抗冻性能好 的水泥 ， 并结合具体情 内孔 隙 中 的水 将 结 冰 ， 生 体 积 膨 胀 ， 冷 的 水 发 生 迁移 ， 成 各 种 况进行选择。水泥强度并非是决定混凝土强度和性能的唯一标准 ， 产 过 形 如 压力 ， 当压 力达到一定程度时， 导致混凝土 的破坏 。混凝土发生冻融 用较低标号水泥同样可以配制高标号混凝土。因此 ， 工程中选择水泥 破 坏 的最 显著 的特 征 是 表面 剥 落 ， 重 时 可 以露 出 石子 。 严 混凝 土 的抗 强度 的 同时 ， 需考 虑其 工 程性 能 ， 时 ， 工程 性 能 比强度 更重 要。 有 其 冻 性 能与 混凝 土 内部 的 孔结 构 和 气 泡含 量 多 少 密切 相 关 。孔 越 少越 ３１ 集料与掺合料 集料 的选择应考虑其碱活性 ， ．＿ ２ 防止碱集料 小 ， 坏作 用 越 小 ， 闭 气泡 越 多 ， 冻 性越 好 。 响混 凝土 抗 冻 性 的 反应造成的危害 ， 破 封 抗 影 集料的耐蚀 性和 吸水性， 同时选择合理的级配， 改 因 素 ， 了孔 结 构 和 含 气 量 外 ， 包 括 ： 凝 土 的 饱 和 度 ， 灰 比 ， 除 还 混 水 混 善 混 凝 土拌 合 物 的 和 易性 ， 提高 混凝 土密 实度 ； 量研 究 表 明 了掺 粉 大 凝 土 的龄 期 ， 料 的孔 隙 率 及其 间的 含水 率 等 。 集 煤灰 ， 渣， 矿 硅粉等混合材能 有效 改善混凝土 的性能 ， 改善 混凝土内 ２２ 混凝土的碱 一集料反应 混凝土的碱 一集料反应 ，是指混 孔结构 ， － 填充 内部空隙， 提高密 实度 ， 高掺量混凝 土还 能抑 制碱集料 凝土 中的碱与集料中活性组分发生 的化学反应 ， 引起混凝土的膨胀 ， 反应 ， 因而掺混合材混凝土 ， 是提高混凝土耐久性的有效措施。即近 开 裂 ， 至破 坏 。 因 反应 的 因素 在 混凝 土 内部 ， 危害 作 用 往往 是 不 年来 发展 的高性能混凝土。 甚 其 能根冶的， 是混凝土工程 中的一大隐患。许 多国家 因碱 一集料反应 ３２ 混凝土的设计应考虑耐久的要 求 混凝土配 比的设计 配合 － 不 得 不拆 除大坝 ， 桥梁 ， 海堤 和 学 校 ， 成 巨 大损 失 ， 内工 程 中也 有 比设 计 在 满 足 混凝 土 强度 ，工 作 性 的 同时 应 考虑 尽 量减 少水 泥 用量 造 国 碱 一集料反应损害 的类似 报道 ， 些立交桥 ， 一 铁道 轨枕等发生不同 和用 水 量 ， 低 水 化热 ， 少收 缩 裂 缝 ， 高密 实 度 ， 用合 理 的减 水 降 减 提 采 程度的膨胀破坏。混凝 土碱 一集料反应需具备三个条件 ， 即有相 当 剂和 引气剂 ， 改善混凝土 内部结构 ， 入足量 的混合料 ， 掺 提高混凝土 数 量 的碱 ， 相应 的活 性 集 料 ， 份 。 反 应 通 常 有三 种 类型 ： 一硅 酸 耐久 性 能 。 构 构件 应 按 其 使用 环 境 设计 相 应 的 混凝 土 保 护层 厚度 ， 水 碱 结 反应 ， 一碳酸盐反应， 碱 慢膨 胀型碱 一硅酸盐反应 ， 避免碱 一集料反 预 防 外 界 介质 渗 入 内部 腐 蚀 钢 筋 。结 构 的 节点 构 造 设计 也 应 考虑 构 应的方法可采用 ：①尽量避免采用活性集料 ：② 限制混凝土 的碱含 件 受 局 部 损坏 后 的 整体 耐 久 能 力 。结 构 设计 尚应 控 制混 凝 土 的裂 缝 量 ； 掺 用 混 合材 。 ⑧ 的开 裂 宽度 。 ２３ 化 学 侵蚀 当 混凝 土 结 构 处在 有侵 蚀 性 介 质 作 用 的环 境 时 ， ． ３３混凝土工程施工应考虑结构耐久性 混凝土的拌制尽量采 ． 会引起水泥石发生一系列化学 ， 物理 与物化变化， 而逐步受到侵蚀 ， 用二次搅拌法， 裹砂法， 裹砂石法等工艺 ， 提高混凝 土拌合料 的和易 严重 的使水泥石强度 降低 ， 以至破坏 。 常见的化学侵蚀 可分为淡水腐 性 ， 水 性 ， 高 混凝 土 强 度 ， 少 用水 量 ； 体 积 混凝 土 的浇 筑振 捣 保 提 减 大 蚀， 一般酸性水腐蚀 ， 碳酸腐蚀 ， 硫酸盐腐蚀 ， 镁盐腐蚀 五类。淡水的 应 控 制 混凝 土 的温 度 裂 缝 ， 收缩 裂缝 ， 工 裂 缝 ， 立 混 凝 土 的浇筑 施 建 冲 刷 ， 溶 解水 泥 石 中 的组 分 ， 水 泥 石 孔 隙增 加 ， 实度 降低 ， 而 振捣 制度 ， 高混凝土密实度和抗渗性 ， 会 使 密 从 提 重视混凝 土振捣后的表面工 进 一 步造 成 对 水泥 石 的 破坏 ：研 究 表 明 ， 当水 泥 石 中 的氧 化 钙溶 出 序 ， 加 强养 护 ， 并 以减 少 混凝 土裂 缝 。 混凝 土 的施工 过 程 对控 制 构件 ５ 时 ， 度下降 ７ ， ％ 强 ％ 当溶 出 ２ ％ 时 ， ４ 强度 下 降 ２ ％ ， 此 ， 水 冲 外观 裂缝 ， ９ 因 淡 施工裂缝至 关重要 ， 应加强施工质 量管理 ， 特殊季节施工 刷 会 对水 工 建筑 有 一 定 影 Ⅱ ； 当水 中溶 有 一 些酸 类 时 ， 泥 石就 受 的 混凝 土 结 构 ， 应采 取 特 殊 措 施。 向而 水 尚 到溶淅和化学溶解双重作用 ， 腐蚀 明显加速， 这类侵蚀常发生在化工 ３４ 使 用 阶 段 的检 查 和 维 护 。过 去 建 成 的 大量 工 程 已经 过早 老 ． 厂 ： 酸 对 混 凝 土 的 影 响 主 要 为 ： 溶淅 水泥 石 的 同 时 ， 坏 混 凝 土 化， 碳 在 破 而且 以往的设计标准较低， 房屋 的维修问题十分突出。由于维修

蚀作用大小 ， 可取 Ｓ ４～０冻融作用时 ｐ ０７ ； ＝
Ｓ＝ ０ ７ ｒ１ ～ ０等 。
耐久性 指数 ＿ 是将 反映 设计 施工各工 序 ｒ Ｐ （ 序号 为 ｉ中影 响耐久性 的诸 因素（ ） 序号为 ｊ， ） 分别赋予不同数值然后累加。 ４２２耐久 性 极 限状 态 设 计 法 ． 设 原 则 是 他 １ 命 内抵 抗 环 境 的 能力 大 ｝ 爿寿 ３材 料 的劣 化 ３１ 凝 土 的碳 化 ， ．混 空气 、 土壤 及 地 卜 中 于 环境 对 结 构 作 崩 的 效 应 ， 足 Ｆ≤Ｒ 水 满
摘 要 ： 要 是 对混 凝 土 结 构 的耐 久性 设 计 的 内容 与要 求 进 行 分 析 ， 主 包括 耐 久性 意 义 ， 响 耐 久 性 的 因素 ， 料 对 耐 久 性 的影 响 ， 影 材 以及 耐 久 性 设 计 的选 择 与 结 构 设 计措 施 等 。 关 键 词 ： 凝 土 结构 ； 久性 ； 计 混 耐 设
泥 用量 。
５１ ．２要有足够的钢筋保护层厚度。 ． ５１ 对有氯盐侵蚀 的环境 （ ．３ ＿ 海岸周围或使 用 除冰盐时）要控制混凝土中的氯离子含量 。 ５１ ．４正确选择钢筋及其间距 ， ． 尽量不用腐 蚀 敏感 的钢筋 ， 钢筋间距要保证易于振捣 。 ５１ ．－ ５截面等耐久性设计 ， 对易于先 行破 坏 的构件截 面拉角区考虑 ，延缓角区钢筋锈蚀速 度， 增强角 区抗腐蚀能力 ， 加强最大保护层厚度 取值方法和改变配筋形式 。 ５２防止继续劣化的措施 ． 由于设计 和施 工 的疏 忽错误 或使 用 环境恶劣 ，结构构件已出现劣化对耐久性有 明 显 影 响 时 ， 采取 可 靠 措 施 进行 补 救 。涂 层法 ： 应 采 用一些防护装饰材料涂盖 在构 件表面上 ， 或 者增 涂一层水 泥砂 浆 （ 厚度 ２ ｍｍ左 右 ）均能 ０ ， 阻止空气 中氧和盐类继续侵入 ，延缓 混凝土碳 化 和防止钢筋进一步锈蚀 。 阴极 防腐法 ： 由于混 凝土含盐浓度不同 ， 钢筋之 间存在电位差 ， 阴极 钢筋锈蚀 ，可采 用在混凝土表面涂一层导 电涂 料或埋设导电材料 ， 与直 流电源正极相连 ， 形成 新 的电位差 ， 抑制钢筋锈蚀 。 准。 混凝土结构耐久性设计、分析与评估是 当 前 混 凝 土 结 构 理论 研 究 的一 个 热 门话 题 ，它 涉 ４２耐久性设计 内容与要求 及 到混凝土材料耐久腐蚀理论 、建筑结构可靠 ４２１耐久性设 计的实用方法 ．． 对耐久性设计如何建 立耐久性极限状态方 度设计准则 、混凝土结构维修加固等诸 多方面 程 ， 目前 尚有 不 同 看法 ，以其 中一 种 来 加 以 说 知识 ， 其设计 、 与应用方法的研究对实际工 分析 程建设起着关键作用。 明。 耐久性设计应全面考 虑材料质量 、施工程 参 考 文 献 ｌ混凝 土结构 基本原理 ［ Ｍ】 北京 ： 中国建筑 工 序、 结构构造等。在一定环境 中正常工作 ， 在要 【】 业 出版 社 ． 求 的期限 内不要维修的条件是 Ｓ≤ ｐ ｆ１ 维 祖 ． 凝 土 耐 久 性 研 究 的 现状 和 发 展 动 ２覃 混 式 中 ｓ 环 境 指 数 Ｓ－ ｏＡ Ｓ ｐＳ＋ ＝