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业论文（设计）
题目混凝土耐久性浅谈
学习中心：奥鹏深圳直属学习中心
层次：专科起点本科
专业：土木工程
年级：2009 年秋季
学号：
学生：陈汉辉
指导教师：赵丽妍
完成日期：2011 年8月6日
内容摘要
混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用，长期保持强度和外观完整性的能力。影响结构耐久性的因素很多，砼质量及其保护层是内在因素；环境与载荷作用则是外在因素，不同的原因会造成不同的后果。首先讨论了混凝土耐久性的概念，接着分析了混凝土冻融破坏、渗透破坏、碱骨料反应、碳化、钢筋锈蚀、侵蚀性腐蚀的原因及影响因素，及提高混凝土耐久性的措施，最后进行展望。
关键词：混凝土；混凝土耐久性；混凝土冻融；混凝土材料
目录
长期以来，混凝土作为土建工程中用途最广，用量最大的建筑材料，人们一直以为其耐久性能非常强，直到20世纪70年代末期，发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境下出现过早损坏。美国许多城市的混凝土基础设施工程和港口工程建成后20-30年，甚至在更短的时期内就出现劣化。
我国的基础设施建设工程规模宏大，投入资金每年高达20000亿元人民币以
上。而建设部的一项调查表明，国内大多数工业建筑物在使用25-30年后即需大
修，处于严酷环境下的建筑物使用寿命仅15-20年。民用建筑和公共建筑的使用
环境相对较好，一般可维持50年以上，但室外的阳台、雨罩等露天构件的使用寿命通常仅有30-40年。桥梁、港口等基础设施工程的耐久性问题更为严重，许多工程建成后几年就出现钢筋锈蚀、混凝土开裂。海港码头一般使用10年左右就因
混凝土顺筋开裂和剥落，需要大修。所需的维修费或比重建费用更为巨大。有专家估计，我国“大干”基础设施工程建设的高潮还可延续20年，由于忽视耐久性
问题，迎接我们的还会有“大修” 20年的高潮，这个高潮可能不用很久就将到来，其耗费将倍增于当初这些工程施工建设时的投资。
因此，提高混凝土耐久性，延长工程使用寿命，尽量减少维修重建费用是建筑行业实施可持续发展战略的关键。而如何提高混凝土耐久性则成为关键中的关键。
1绪论
混凝土耐久性问题的提出
一般混凝土建筑物的使用寿命要求在50年以上，很多国家对桥梁、水电站大坝、海底隧道、海上采油平台、核反应堆等重要结构的混凝土耐久性要求在
100 年以上。气候条件适中的陆上建筑物，应要求混凝土在200年内安全使用。我国
GB 500102002《混凝土结构设计规范》规定，混凝土的耐久性设计应按照环境类别和设计使用年限进行，分为50年和100年2个耐久性预期目标，对于重大、重要工程应按照100年寿命来设计混凝土。近几年来，我国已有不少工程的混凝土设计寿命达到100年，这些工程大都结合环境条件和特点，采取专门有效的措施，以充分保证混凝土工程的耐久性设计要求。比较着名的百年工程有三峡大坝、
东海大桥、南京地铁1号线、崇明越江通道北港桥梁、重庆朝天门大桥空心桥墩、杭州湾大桥等。
但是近几十年以来，混凝土构筑物因材质劣化造成失效以至破坏崩塌的事故在国内外也是屡见不鲜，并有愈演愈烈之势。
国际上混凝土的大量使用始于20 世纪30 年代，到五六十年代达到高峰。许多发达国家每年用于建筑维修的费用都超过新建的费用。
过去，除了大型水利工程外，我国混凝土工程的耐久性问题长期不受重视，混凝土结构
没有达到预期的使用寿命，受环境作用过早破坏的实例很多，由此造成的经济损失也很大。
由于许多工程设计只满足荷载要求，而没有提出耐久性的要求，使已建成的混凝土构筑物存
在耐久性隐患。我国在50 年代兴建的水电站大坝有很多已经成为“病坝”，我国的混凝土工程量在改革开放30 多年来突飞猛进，可以预见，耐久性不佳的混凝土工程的劣化问题将会日趋严重。因此，混凝土耐久性问题越来越受到人们的重视。
混凝土耐久性的概念
混凝土结构的耐久性是指混凝土结构在设计确定的环境作用和维修、使用条件下，结构
构件在规定的期限内保持其适用性和安全性的能力。
混凝土耐久性主要包括以下几方面：一是抗渗性。即指混凝土抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能。抗渗性对混凝土的耐久性起着重要的作用，因为
抗渗性控制着水分渗入的速率，这些水可能含有侵蚀性的化合物，同时控制混凝
土受热或受冷时水的移动。二是抗冻性。混凝土的抗冻性是指混凝土在饱水状态
下，经受多次抵抗冻融循环作用，能保持强度和外观性的能力。在寒冷地区，尤其是在接触
水又受冻的环境下的混凝土，要求具有较高的抗冻性能。三是抗侵蚀性。混凝土暴露在有化
学物质的环境和介质中，有可能遭受化学侵蚀而破坏。一般的化学侵蚀有水泥浆体组分的浸
出、硫酸盐侵蚀、氯化物侵蚀、碳化等。四是碱集料反应。某些含有活性组分的骨料与水泥
水化析出的KOH和NaOH相互作用,
对混凝土产生破坏性膨胀，是影响混凝土耐久性最主要的因素之一。
2混凝土耐久性问题的分析
混凝土耐久性问题，是指结构在所使用的环境下，由于内部原因或外部原因引起结构的
长期演变，最终使混凝土丧失使用能力。即所为的耐久性失效，耐久性失效的原因很多，有
抗冻失效，碱- 集料反应失效，化学腐蚀失效，钢筋锈蚀造成结构破坏等。下面作具体分析。
混凝土冻融破坏混凝土的抗冻性是混凝土受到的物理作用（干湿变化、温度变化、冻
融变化等）的一方面，是反映混凝土耐久性的重要指标之一。对混凝土的抗冻性不能单纯理
解为抵抗冻融的性质，不仅在严寒地区混凝土建筑物有抗冻的要求，温热地
区混凝土建筑物同样会遭到干、湿、冷、热交替的破坏作用，经历时间长久会发
生表层削落，结构疏松等破坏现象，都发生过不同程度的冻融破坏。
2.1.1 破坏原因
对混凝土冻融破坏的机理， 目前的认识尚不完全一致， 按照公认程度较高的， 由美国
学者 T ．C ．Powerse 提出的膨胀压和渗透压理论，吸水饱和的混凝土在其 冻融的过程中，遭受的破坏应力主要由两部分组成。其一是当混凝土中的毛细孔 水在某负温下发生物态变
化，由水转变成冰，体积膨胀9%,因受毛细孔壁约束 形成膨胀压力，从而在孔周围的微观结构中产生拉应力；其二是当毛细孔水结成 冰时，由凝胶孔中过冷水在混凝土微观结构中的迁移和重分布引起的渗管压。由 于表面张力的作用，混凝土毛细孔隙中水的冰点随着孔径的减小而降低。凝胶孔 水形成冰核的温度在-78 C 以下，因而由冰与过冷水的饱和蒸汽压差和过冷水之 间的盐分浓度差引起水分迁移而形成渗透压。
另外凝胶不断增大，形成更大膨胀压力，当混凝土受冻时， 伤混凝土内部微观结构，只有当经过反复多次的冻融循环以后， 断扩大，发展成互相连通的裂缝， 使混凝土的强度逐步降低， 从实际中不难看出，处在干燥条件的混凝土显然不存在冻融破坏的问题，所以
饱 水状态是混凝土发生冻融破坏的必要条件之一，另一必要条件是外界气温正负变 化，使混凝土孔隙中的水反复发生冻融循环，这两个必要条件，决定了混凝土冻 融破坏是从混凝土表面开始的层层剥蚀破坏 。
2.1.2 影响因素
混凝土冻融破坏的影响因素是多方面的。
（1）是组成混凝土的主要材料性质的影响，如；水泥的品种、水泥中不同矿 物成份对混凝土的耐久性影响较大，又如骨料的影响，除了骨料本身的质量对混 凝土的抗冻性的影响以外，骨料的渗透性和吸湿性对混凝土的抗冻性也有决定性 的作用，由于湿度和强度的变化，会产生含针状物岩石体积的变化，这将会损坏 已硬化的水泥砂浆和混凝土表面，同时骨料的化学性能对混凝土的耐久性也将产 生一定的影响。
（2 ）是外加剂的影响，在混凝土施工过程中掺入引气剂或减水剂对改善混凝 土的内部
结构，改善混凝土的内部孔隙结构可起到缓冲冻胀的作用，大大降低冻 胀应力，提高混凝土的抗冻性。
（3）是施工工艺影响，配合比、混凝土的施工、硬化条件等都与混凝土的耐 久性有密切这两种压力会损
损伤逐步积累不
最后甚至完全丧失。
的关系，同时混凝土中的单位用水量是影响混凝土抗冻性的一个重要因素。此外混凝土的表面、边角和工作缝部位处于最不利的工作条件，所以混凝土模板种类、性质和表面加工情况以及工作缝的处理对混凝土的耐久性也有很大的影响。
（4）是防止受水位变化影响，寒冷季节水位变化会引起混凝土的严重冻融破坏需采取有力措施防止。
（5）是严格控制施工质量，混凝土施工质量的好坏，将影响它的抗冻性，因此必须把好质量关，不允许出现蜂窝、麻面，力求密实，表面光滑。
混凝土渗透破坏
在混凝土中，渗透性是一个综合指标。渗透破坏是指气体、液体或者离子受压力、化学势或者电场的作用，在混凝土中渗透、扩散或迁移的难易程度而对混凝土造成的破坏。混凝土渗透性与耐久性之间有着密切的关系，混凝土获得高耐久性与长寿命的关键是提高混凝土的抗渗性。例如，混凝土发生硫酸盐腐蚀的必要条件是有水及腐蚀离子进入混凝土内部；发生碱骨料反应需要有水分的参与；钢筋发生锈蚀破坏，需要有离子去破坏钢筋钝化膜或者二氧化碳气体破坏混凝土的高碱性环境，以及有水分和氧气的参与；碳化反应需要有二氧化碳和水分的参与等。如果混凝土抗渗性高，水分及有害离子渗透不到混凝土内部，就不致造成混凝土的损伤破坏。因此，混凝土要获得高性能长寿命，必须具有高的抗渗性。
2.2.1 破坏原因
混凝土表面及内部的毛细孔，导致渗流通道相互连接并且增加混凝土的渗透性，渗透性的增加使得更多的水和有害化学成分渗入混凝土中，引起混凝土性能的进一步劣化、开裂。最终将导致混凝土结构的毁灭性破坏。
2.2.2 影响因素
水灰比和水泥用量是影响混凝土抗渗透性能的最主要指标。水灰比越大，多余水分蒸发后留下的毛细孔道就多，亦即孔隙率大，又多为连通孔隙，故混凝土抗渗性能越差。特别是当水灰比大于时，抗渗性能急剧下降。因此，为了保证混凝土的耐久性，对水灰比必须加以限制。如某些工程从强度计算出发可以选用较大水灰比，但为了保证耐久性又必须选用较小水灰比，此时只能提高强度、服从耐久性要求。为保证混凝土耐久性，水泥用量的多少，在某种程度上可由水灰比表示。因为混凝土达到一定流动性的用水量基本一定，水泥用量少，亦即水灰比大。
骨料含泥量和量高，则总表面积增大，混凝土达到同样流动性所需用水量增加，毛细孔
道增多；同时含泥量大的骨料界面粘结强度低，也将降低混凝土的抗渗性能。骨料级配差则骨料空隙率大填满空隙所需水泥浆增大，同样导致毛细孔增加，影响抗渗性能。如水泥浆不能完全填满骨料空隙，则抗渗性能更差。
施工质量和养护条件，搅拌均匀、振捣密实是混凝土抗渗性能的重要保证。适当的养护温度和湿度是保证混凝土抗渗性能的基本措施。如果振捣不密实留下蜂窝、空洞，抗渗性就严重下降，如果温度过低产生冻害或温度过高产生温度裂缝，抗渗性能严重降低。如果浇水养护不足，混凝土产生干缩裂缝，也严重降低混凝土抗渗性能。因此，要保证混凝土良好的抗渗性能，施工养护是一个极其重要的环节。
此外，水泥的品种、混凝土拌合物的保水性和粘聚性等，对混凝土抗渗性能也有显着影响。提高混凝土抗渗性的措施，除了对上述相关因素加以严格控制和合理选择外，可通过掺入引气剂或引气减水剂提高抗渗性。其主要作用机理是引入微细闭气孔、阻断连通毛细孔道，同时降低用水量或水灰比。对长期处于潮湿和严寒环境中混凝土的含气量应分别不小于%(D max=40mm)、%(D max=25mm)、%
(D max=20mm)。
碱骨料反应
混凝土的碱- 集料反应，是指混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，开裂，甚至破坏。改变混凝土的微结构，使混凝土的抗压强度、抗折强度、弹性模量等力学性能明显下降，严重影响结构的安全使用性，而其反应一旦发生很难阻止，更不易修补和挽救，被称为混凝土的“癌症” 。是混凝土工程中的一大隐患．许多国家因碱
- 集料反应不得不拆除大坝，桥梁，海堤和学校，造成巨大损失，国内工程中也有碱- 集
料反应损害的类似报道，一些立交桥，铁道轨枕等发生不同程度的膨胀破坏。
2.3.1 破坏原因
混凝土中的碱与具有碱活性的骨料间发生的膨胀性反应，引起明显的混凝土体积膨胀和开裂，碱骨料反应分为碱硅酸反应、碱碳酸盐反应、碱硅酸盐反应三种。具体的反应机理为：
碱- 硅酸反应：骨料中的活性二氧化硅与碱发生的膨胀反应。骨料表面的活性
二氧化硅在碱溶液中的溶解、化学反应生成硅酸盐凝胶、反应生成物的体积膨胀、进一步
反应形成液态溶胶等。
碱- 碳酸盐反应：黏土质白云石质石灰石与水泥中的碱发生的反应。
碱- 硅酸盐反应：碱与某些层状硅酸盐骨料反应，使层状硅酸盐层间距离增大，骨料
发生膨胀，造成混凝土膨胀、开裂。