如何提高混凝土的耐久性及其防腐措施的探討

　　概要：耐久性是混凝土結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)之一，混凝土的耐久性是使用期內(nèi)結(jié)構(gòu)保證正常功能的能力，關(guān)系著結(jié)構(gòu)物的使用壽命。文章分析了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題，了造成耐久性失效的原因，并針對(duì)耐久性問題提出了相關(guān)的防腐建議。

　　我國混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題不容忽視。我國人口眾多，過去為及時(shí)解決居住需要和促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)，建造過不少質(zhì)量不高的民用房屋和工業(yè)廠房。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雖然采用可靠度理論計(jì)算，實(shí)質(zhì)上僅能滿足安全可靠指標(biāo)的要求，而對(duì)耐久性要求考慮不足，且由于忽視維修保養(yǎng)，現(xiàn)有建筑物老化現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重。截至20世紀(jì)末，有近23.41億平方米的建筑物進(jìn)入老齡期，處于提前退役的局面。20世紀(jì)50年代不少在混凝土中采用摻入抓化鈣快速施工的建筑，損壞更為嚴(yán)重。近幾年房屋開發(fā)中反映出的質(zhì)量問題也很突出，不少新建好的商品房，未使用幾年就需要修復(fù)，造成極大浪費(fèi)。

　　我國是一個(gè)發(fā)展中的大國，正在從事著為世界所矚目的大規(guī)模基本建設(shè)，而我國財(cái)力有限，能源短缺，資源并不豐富，因此科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，優(yōu)質(zhì)的施工質(zhì)量來提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性及防腐性，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命是擺在我們面前的一個(gè)很重要的課題和任務(wù)。

　　一、混凝土工程中的耐久性問題

　　強(qiáng)度和耐久性是混凝土結(jié)構(gòu)的兩個(gè)重要指標(biāo)，因以往工程中習(xí)慣上只重視混凝土的強(qiáng)度，或片面追求高強(qiáng)度而忽視混凝土的耐久性。混凝土的耐久性是使用期內(nèi)結(jié)構(gòu)保證正常功能的能力，關(guān)系到結(jié)構(gòu)物的使用壽命，隨著結(jié)構(gòu)物老化和環(huán)境污染的加重，混凝土耐久性問題已引起了各主管部門和廣大設(shè)計(jì)、施工部門的重視。

　　二、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題的分析

　　混凝土耐久性問題，是指結(jié)構(gòu)在所使用的環(huán)境下，由于內(nèi)部原因或外部原因引起結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期演變，最終使混凝土喪失使用能力，即所謂的耐久性失效，耐久性失效的原因很多，有抗凍失效，堿-集料反應(yīng)失效，化學(xué)腐蝕失效，鋼筋銹蝕造成結(jié)構(gòu)破壞等。下面作具體分析：

　　（一）混凝土的凍融破壞

　　結(jié)構(gòu)處于冰點(diǎn)以下環(huán)境時(shí)，部分混凝土內(nèi)孔隙中的水將結(jié)冰，產(chǎn)生體積膨脹，過冷的水發(fā)生遷移，形成各種壓力，當(dāng)壓力達(dá)到一定程度時(shí)，導(dǎo)致混凝土的破壞?；炷涟l(fā)生凍融破壞的最顯著的特征是表面剝落，嚴(yán)重時(shí)可以露出石子?；炷恋目箖鲂阅芘c混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)和氣泡含量多少密切相關(guān)?？自缴僭叫?，破壞作用越小，封閉氣泡越多，抗凍性越好。影響混凝土抗凍性的因素，除了孔結(jié)構(gòu)和含氣量外，還包括：混凝土的飽和度，水灰比，混凝土的齡期，集料的孔隙率及其間的含水率等。

　　（二）混凝土的堿-集料反應(yīng)

　　混凝土的堿-集料反應(yīng)，是指混凝土中的堿與集料中活性組分發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，引起混凝土的膨脹，開裂，甚至破壞。因反應(yīng)的因素在混凝土內(nèi)部，其危害作用往往是不能根冶的，是混凝土工程中的一大隱患。許多國家因堿-集料反應(yīng)不得不拆除大壩，橋梁，海堤和學(xué)校，造成巨大損失，國內(nèi)工程中也有堿-集料反應(yīng)損害的類似報(bào)道，一些立交橋、鐵道軌枕等發(fā)生不同程度的膨脹破壞?；炷翂A-集料反應(yīng)需具備三個(gè)條件，即有相當(dāng)數(shù)量的堿、相應(yīng)的活性集料及水分。反應(yīng)通常有三種類型：堿-硅酸反應(yīng)，堿-碳酸鹽反應(yīng)，慢膨脹型堿-硅酸鹽反應(yīng)，避免堿-集料反應(yīng)的方法可采用：盡量避免采用活性集料；限制混凝土的堿含量；摻用混合材。

　　（三）化學(xué)侵蝕

　　當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)處在有侵蝕性介質(zhì)作用的環(huán)境時(shí)，會(huì)引起水泥石發(fā)生一系列化學(xué)、物理與物化變化，而逐步受到侵蝕，嚴(yán)重的使水泥石強(qiáng)度降低，以至破壞。常見的化學(xué)侵蝕可分為淡水腐蝕，一般酸性水腐蝕，碳酸腐蝕，硫酸鹽腐蝕，鎂鹽腐蝕五類。淡水的沖刷，會(huì)溶解水泥石中的組分，使水泥石孔隙增加，密實(shí)度降低，從而進(jìn)一步造成對(duì)水泥石的破壞；研究表明，當(dāng)水泥石中的氧化鈣溶出5%時(shí)，強(qiáng)度下降7%,當(dāng)溶出24%時(shí)，強(qiáng)度下降29%,因此，淡水沖刷會(huì)對(duì)水工建筑有一定影響；而當(dāng)水中溶有一些酸類時(shí)，水泥石就受到溶淅和化學(xué)溶解雙重作用，腐蝕明顯加速，這類侵蝕常發(fā)生在化工廠；碳酸對(duì)混凝土的影響主要為：在溶淅水泥石的同時(shí)，破壞混凝土內(nèi)的堿環(huán)境，降低水泥水化產(chǎn)物的穩(wěn)定性，影響水泥石的致密度，造成對(duì)混凝土的侵蝕；硫酸鹽的腐蝕則表現(xiàn)為so42-離子深入混凝土內(nèi)與水泥組分反應(yīng)，生成物體積膨脹開裂造成損壞；海水中由于存在多種離子，侵蝕形式較為復(fù)雜，但主要是由于鎂鹽使硬化水泥石的結(jié)構(gòu)組分分解，同時(shí)硫酸鹽作用會(huì)造成對(duì)水泥石的損壞，而氧化鎂沉淀會(huì)堵塞混凝土孔隙，會(huì)使海水侵蝕有所緩和。

　　（四）鋼筋的銹蝕

　　鋼筋的銹蝕，其一表現(xiàn)為鋼筋在外部介質(zhì)作用下發(fā)生電化反應(yīng)，逐步生成氫氧化鐵等鐵銹，其體積比原金屬增大2~4倍，造成混凝土順筋裂縫，從而成為腐蝕介質(zhì)滲入鋼筋的通道，加快結(jié)構(gòu)的損壞。氫氧化鐵在強(qiáng)堿溶液中會(huì)形成穩(wěn)定的保護(hù)層，阻止鋼筋的銹蝕，但堿環(huán)境被破壞或減弱，則會(huì)造成鋼筋的銹蝕，如混凝土的碳化或中性化。造成混凝土碳化和中性化的原因，主要是混凝土的密實(shí)度即抗?jié)B性不足，酸性氣體（如co2,so2,h2s,hcl,no2）滲入混凝土內(nèi)與氫氧化鈣作用；其二，氯離子對(duì)鋼筋表面鈍化膜有特殊的破壞作用，當(dāng)混凝土中氯含量超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，鋼筋會(huì)銹蝕，而水和氧的存在是鋼筋被腐蝕的必要條件，因此，若混凝土開裂，造成水和氧的通道，則鋼筋銹蝕加速，促成混凝土裂縫進(jìn)一步開展，混凝土保護(hù)層剝落，最終使構(gòu)件失去承載力。

篇2：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物防腐技術(shù)

　　淺談鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的防腐技術(shù)

　　1、鋼筋在氯鹽環(huán)境中的防腐技術(shù)與預(yù)防措施

　　1.1防腐技術(shù)

　　研究防腐技術(shù)的目的，在于使結(jié)構(gòu)物從投入使用，到內(nèi)部的鋼筋開始銹蝕的時(shí)間盡可能的接近設(shè)計(jì)壽命。要想完全避免Cl－的腐蝕，最理想的方法就是從根本上 保證混凝土與氯鹽環(huán)境隔絕，事實(shí)上這是不可能的。重要的是如何有效地控制氯鹽的總量，使之限定在規(guī)定的范圍之內(nèi)。依據(jù)鋼筋在氯鹽環(huán)境中的電化學(xué)行為的研究 結(jié)果和腐蝕機(jī)理，認(rèn)為凡是能夠有效的阻止混凝土PH值下降、保證鋼筋界面上的鈍化膜不活化、維持界面雙電層的電位恒定、避免鋼筋表面去極化的發(fā)生，就能夠 有效地控制腐蝕的發(fā)生，也即防腐技術(shù)。本文就防腐技術(shù)歸納如下：

　?。?）混凝土中Cl－總量限定值

　　所謂“限定值”是指混凝土 中所允許的最大值。研究表明，Cl－的總量限定值應(yīng)小于0.18％（普通混凝土水泥重量百分比），折合為0.55kg／m3，該值相當(dāng)于美國（ACI）的 限定值，比日本土木學(xué)會(huì)的規(guī)范值低8％，研究結(jié)果與美、日發(fā)達(dá)國家規(guī)范值基本上是一致的。此外Cl－的總量還直接影響著其在混凝土中的擴(kuò)散速率，擴(kuò)散過程 可用下列方程描述：

　?。?）可利用正態(tài)分布求出。這樣，利用擴(kuò)散方程可以將Cl－擴(kuò)散與使用年限建立起關(guān)系，進(jìn)而據(jù)此進(jìn)行混凝土耐久性設(shè)計(jì)或檢驗(yàn)評(píng)估，同時(shí)也確定了擴(kuò)散速率與Cl－濃度的關(guān)系。

　　（3）限定鋼筋界面的電流密度和酸堿度

　　限定鋼筋界面的電流密度是保證電位恒定的基本指標(biāo)，即鋼筋界面保護(hù)膜鈍化狀態(tài)向活化狀態(tài)轉(zhuǎn)化的臨界值。該臨界值不小于10A／cm2.而強(qiáng)堿性則是鋼筋界面保護(hù)膜的最佳環(huán)境條件，酸堿度的最佳值不小于11.5.

　　（4）限定混凝土裂縫寬度和水膠比

　　混凝土裂縫使腐蝕介質(zhì)通過混凝土保護(hù)層，進(jìn)入到鋼筋表面。必須對(duì)混凝土保護(hù)層裂縫的寬度加以限制，對(duì)高性能混凝土裂縫的限定值為0.2mm.對(duì)普通混凝 土該值要適當(dāng)減小。而對(duì)混凝土本身要減小Cl－的擴(kuò)散速度，必須減小混凝土的滲透性，控制混凝土滲透性最有效的方法是控制其水膠比，一般限制在 0.35～0.45.

　　1.2預(yù)防措施

　　（1）嚴(yán)把檢測(cè)關(guān)、增厚保護(hù)層

　　建議質(zhì)檢部門把“新拌砂漿法”和“硬拌砂 漿法”作為工程質(zhì)檢的必測(cè)過程。使原材料中所含氯鹽總量控制在限定值之內(nèi)。而僅僅靠自身帶入的氯離子不足以造成鋼筋的銹蝕。在此基礎(chǔ)上適當(dāng)提高保護(hù)層的厚 度。大量工程實(shí)踐和試驗(yàn)表明，處于氯鹽環(huán)境中的混凝土表面12mm深度內(nèi)的氯離子濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于25～50mm深度范圍。因此在氯鹽環(huán)境中的工程，混凝土保 護(hù)層的厚度應(yīng)不小于38mm，最好是不小于50mm，考慮到施工偏差，設(shè)計(jì)保護(hù)層厚度應(yīng)選擇65mm.

　　（2）優(yōu)選原材料和阻銹劑

　　在選擇水泥時(shí)盡量選擇礦渣、火山灰、粉煤灰水泥。這些水泥中的水泥石Ca（OH）2含量低，能夠預(yù)防氯鹽對(duì)水泥石的溶解和溶出，并防止氯鹽與水泥石發(fā)生 堿集料反應(yīng)，生成低強(qiáng)度、低膠結(jié)力的膨脹鹽，以及由此產(chǎn)生的混凝土松散、露骨和脫落。粗骨料應(yīng)盡量選擇高堿性的碳酸巖碎石，它一方面能與水泥有高強(qiáng)度的膠 結(jié)力，另一方面能形成高堿性的環(huán)境，使鋼筋界面的鈍化膜長(zhǎng)期處于鈍化態(tài)。細(xì)骨料要盡量采用河砂以防止海砂帶入氯鹽。在此基礎(chǔ)上優(yōu)選適合于工程特點(diǎn)的鋼筋阻 銹劑，建議使用NaNO2復(fù)合型阻銹劑，這種堿性阻銹劑在堿性環(huán)境中可生成Fe3O4氧化膜，阻止Cl－離子對(duì)鋼筋的腐蝕。

　?。?）采用三組分膠結(jié)材料及涂層

　　降低腐蝕介質(zhì)在混凝土中的滲透性，是防止Cl－進(jìn)入鋼筋表面最直接的方法之一。通常采用的方法是在混凝土中摻加一定量的微硅粉、粉煤灰或磨細(xì)礦渣。水 泥、微硅粉、粉煤灰稱為三組分膠結(jié)材料。三組分材料制成的混凝土，具有極低的滲透性并具有很高的抗Cl－滲透能力，同時(shí)具有低熱、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。微硅粉可以 提高混凝土的耐磨性，微硅粉和粉煤灰能有效降低活性集料含量及總堿量，從而避免堿集料反應(yīng)發(fā)生。此外混凝土表面涂層是防止鋼筋銹蝕的第一道防線?；炷帘?面的涂層能在一定時(shí)期內(nèi)有效防止腐蝕介質(zhì)浸入，但因其使用壽命的限制，而不能廣泛使用。目前與混凝土壽命匹配的水泥基聚合物涂層、砂漿層成為混凝土表面保 護(hù)層的首選。

　　（4）禁止使用含氯鹽的融雪、化冰劑

　　對(duì)于已成型的結(jié)構(gòu)物而言最重要的是禁止在結(jié)構(gòu)物表面直接接觸氯鹽。我國長(zhǎng) 江以北地區(qū)噴灑氯鹽融雪化冰的勢(shì)頭有增無減，因此有必要建立一套關(guān)于融雪化冰劑的檢測(cè)規(guī)程和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，授權(quán)于相關(guān)質(zhì)檢部門對(duì)市場(chǎng)上的所有融雪劑進(jìn)行強(qiáng)制性 檢查，合格者進(jìn)入市場(chǎng)，CI－超標(biāo)者禁止進(jìn)入市場(chǎng)。

　　2、結(jié)語

　　（1）混凝土中的鋼筋銹蝕已構(gòu)成影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物耐久性的最主要原因，給世界各國造成了巨大損失。必須認(rèn)識(shí)到防腐技術(shù)和預(yù)防措施的緊迫性。

　　（2）以氯鹽作為融雪、破冰劑的屢禁不止，是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物過早破壞的直接原因。有關(guān)部門必須把預(yù)防鋼筋銹蝕的具體措施落實(shí)到實(shí)處。如能將鋼筋銹蝕快速試驗(yàn)方法應(yīng)用到每一個(gè)工程施工的全過程，將給防腐技術(shù)帶來一次革命，必將帶來巨大而又長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。