影响钢筋混凝土耐久性的因素及改进措施

科技情报开发与经济 （’""#） !""#$%"&& !"$"!&’$"’ 文章编号：
103.450- 3.6,7#843,. 95:5;,$#5.4 < 50,.,#=
(""! 年
第 &! 卷
第 !" 期
收稿日期： ’""#$"&$’&
影响钢筋混凝土耐久性的因素及改进措施
月 闫日 空烨
（山西省交通建设工程监理总公司， 山西太原， "&""!’） 摘 要： 通过对钢筋混凝土耐久性现状的介绍和耐久性概念的阐述， 从混凝土的碳化、 冻融破坏、 侵蚀性介质的腐蚀、 混凝土碱—集料反应、 钢筋锈蚀方面论述了影响混凝土 结构耐久性的因素， 以及各种因素对混凝土的破坏机理， 并针对各种影响因素提出了 相应的改进措施。 关键词： 钢筋混凝土； 耐久性； 影响因素 ()#’*+#, 中图分类号： 文献标识码：
% 提高混凝土耐久性措施
如上分析， 无论哪一种因素导致混凝土的劣化过程， 其共同点是混凝 土内有充足的水分和有害物质的侵入。要提高混凝上耐久性， 满足耐久性 要求， 必须降低混凝土的孔隙率， 特别是降低毛细管孔隙率， 必须有足够的 密实性并且不出现有害裂缝， 从而能够抵抗水分和侵蚀性介质的渗入。 针对影响混凝土耐久性的因素， 采取的措施多种多样， 归纳起来主 要有： %&’ 碳化 碳化对混凝土结构耐久性影响主要是使混凝土碱度降低， 进而钢筋 脱钝、 锈蚀。为此必须减小、 延缓混凝土的碳化。钢筋外留下足够的混凝 土保护层厚度是简单有效的方法； 混凝土配合比将影响碳化速度， 足够 的水泥用量、 降低水灰比、 采用减水剂都可减缓碳化速度； 此外， 提高混 凝土密实性、 增强抗渗性、 对混凝土采用覆盖面层等措施可减缓或隔离 大大提高混凝土抗碳化能力。 "(% 向混凝土内部渗透， %&% 混凝土的冻融破坏 冻融破坏在我国北方寒冷地区大量出现。 防止冻融破坏的主要措施 是降低水灰比、 使用引气技术 （加引气剂） 。 但是， 由于引入空气微泡会降 低混凝土强度， 加之市场上引气剂品种繁多， 质量参差不齐， 故在工程使 用时应慎重选用 %&) 侵蚀性介质的腐蚀 在我国侵蚀性介质对混凝土结构危害最严重的应是氯盐的影响， 提 高混凝土抗氯离子渗透能力的措施是： 限制水灰比， 保证最低水泥用量 以确保碱度， 掺入适量优质掺和料 （粉煤灰、 磨细矿渣、 硅灰） 等。 %&* 混凝土碱—集料反应
混凝土作为土建工程中用途最广、 用量最大的建筑材料之一， 在近 百年的发展中， 其强度不断提高。发达国家已使用 !" #$% 甚至 &"" #$% 以上的高强、 超高强混凝土。但是， 在追求高强度的同时， 混凝土结构的 耐久性问题也愈来愈为人们所关注。 通的毛细孔， 并占有一定的体积， 另外， 还有一些水泥水化后形成的胶凝 孔。这种毛细孔的自由水就是导致混凝土遭受冻害的主要因素， 因为水 遇冷冻结成冰后会发生体积膨胀， 引起混凝土内部结构的破坏。当混凝 土处于饱水状态时， 毛细孔中的水结冰， 胶凝孔中的水处于过冷状态， 这 样使得胶凝孔中的水向毛细孔中冰的界面处渗透， 于是在毛细孔中又产 生一种渗透压力。 此外胶凝孔向毛细孔渗透的结果必然使毛细孔中的冰 的体积进一步膨胀。 由此可见， 处于饱水状态的混凝土受冻时， 其毛细孔 壁同时承受膨胀和渗透两种压力。 当这两种压力超过混凝土的抗拉强度 时， 混凝土就会开裂。在反复冻融循环后， 混凝土中的裂缝会互相贯通， 其强度也会逐渐减低， 最后甚至完全丧失， 使混凝土由表及里遭受破坏。 侵蚀性介质的腐蚀。在酸、 碱溶液等作用的环境下， 侵蚀性介质 （)） 对混凝土产生腐蚀， 可能导致结构破坏。冬季， 为保证交通畅通， 养护人 员向道路、 桥梁等撒盐或盐水， 以化雪和放冰， 这使得氯离子进入混凝土 结构的内部。在混凝土结构使用寿命期间可能遇到的各种暴露条件中， 氯化物是最危险的侵蚀介质， 应引起高度重视。氯离子侵入混凝土腐蚀 钢筋的机理， 一是破坏钝化膜。 氯离子进入混凝土到达钢筋表面， 吸附于 局部钝化膜处时， 使该处呈酸性， 从而破坏了钢筋表面的钝化膜； 二是形 成腐蚀电池。腐蚀电池作用的结果使得钢筋表面产生蚀坑， 且蚀坑发展 十分迅速； 三是去极化作用。 氯离子不仅促成了钢筋表面的腐蚀电池， 而 且加速了电池的作用， 即凡是进入混凝土中的氯离子， 会周而复始地起 到破坏作用， 这也是氯离子危害的特点之一。 混凝土碱—集料反应。混凝土碱—集料反应被许多专家学者称 （*） 为混凝土的 “癌症” 。 碱—集料反应是指混凝上集料中某些活性矿物与混 凝土微孔中的碱溶液产生的化学反应。 碱主要来源于水泥熟料、 外加剂， 硅酸盐、 碳酸盐等。 集料中活性材料主要是 12,(、 混凝土碱—集料反应分为 ) 种： 碱—硅反应， 碱—碳酸盐反应和 碱—硅酸盐反应。其中碱—硅反应最为常见。碱—集料反应产生的碱— 硅酸盐等凝胶遇水膨胀， 将在混凝土内部产生较大的膨胀应力， 从而引 起混凝土开裂。混凝土集料在混凝土中呈均匀分布， 故裂缝首先在混凝 土表面无序、 大量产生， 随后将加速其他因素的破坏作用而使混凝土耐 久性迅速降低。 一是 引起碱—集料反应的 ) 个条件中有两个来自混凝土内部本身， 混凝土中掺入了一定数量的碱性物质， 或者混凝土处于有利于碱渗入的 ； 三是潮 环境； 二是集料中有一定数量的碱活性骨料 （如含 12,( 的骨料） 湿环境， 可以提供反应物吸水膨胀所需要的水分。在干燥条件下碱—集 料反应难以发生。 混凝土发生碱—集料反应破坏的特征：外观上主要是表面裂缝、 变形和渗出物； 而内部特征主要有内部凝胶、 反应环、 活性碱—集料、 内 部裂缝、 碱含量等。 混凝土结构一旦发生碱—集料反应出现裂缝后， 会加 速混凝土的其他破坏， 如空气、 水、 二氧化碳等侵入， 会使混凝土碳化和 钢筋锈蚀速度加快，而钢筋锈蚀产物铁锈的体积远大于钢筋原来的体 积， 又会使裂缝扩大； 若在寒冷地区， 混凝土出现裂缝后又会使冻融破坏
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影响钢筋混凝土耐久性的主要因素及破坏机理
混凝土耐久性是指混凝土在抵抗周围环境中各种物理和化学作用
&’& 耐久性的概念 下， 仍能保持原有性能的能力。混凝土工程的耐久性与工程的使用寿命 相联系， 是使用期内结构保持正常功能的能力， 这一正常功能不仅仅包 括结构的安全性和结构的适用性， 而且更多地体现在适用性上。 混凝土耐久性主要包括以下几方面： 抗渗性： 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重要作用，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。 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， 要求具有较高的抗冻性能。 抗侵蚀性： 混凝土暴露在有化学物的环境和介质中， 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。 （*） 碱—集料反应：某些含有活性组分的骨料与水泥水化析出的 +,- 和 .%,- 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。 &’( 影响耐久性的因素 一般混凝土工程的使用年限约为 !"/&"" 年，实际有不少工程在使 用 &"/(" 年， 有的甚至在使用几年后即需要维修， 这就是由于混凝土耐 久性低 （不足） 造成的。影响混凝土耐久性的原因错综复杂， 除去社会因 素、 人为因素外， 技术方面的主要因素有以下几点： 碳化。混凝土的碳化又称混凝土的中性化， 几乎所有混凝土表面 （&） 使其 都处在碳化过程中， 是空气中 0,( 与水泥石中的碱性物质相互作用， 成分、组织和性能发生变化，使用机能下降的一种较复杂的物理化学过 程。混凝土碳化本身对混凝土并无破坏作用， 其主要危害是由于混凝土碱 性降低使钢筋表面在高碱环境下形成的对钢筋起保护作用的致密氧化膜 （钝化膜） 遭到破坏， 使混凝土失去对钢筋的保护作用， 给混凝土中钢筋锈 蚀带来不利的影响。同时， 混凝土的碳化还会加剧混凝土的收缩， 这些都 可能导致混凝土的裂缝和结构的破坏。所以说， 混凝土的碳化与混凝土结 构的耐久性密切相关， 是衡量钢筋混凝土结构可靠度的重要指标。 冻融破坏。 混凝土是由水泥砂浆和粗骨料组成的毛细孔多孔体。 （(） 在拌制混凝土时， 为了得到必要的和易性， 加入的拌和用水总要多于水 泥的水化水， 这部分多余的水便以游离水的形式滞留于混凝土中形成连
混凝土碱集料反应危害很大， 而且一旦发生很难修复。但在我国发现 碱集料反应引起开裂的实例很少见。 这是因为我国混凝土强度等级较国外 低， 水泥用量少， 总碱量低。另外， 我国水泥中普遍掺有 ’! +以上水淬矿 渣、 粉煤灰、 沸石粉等混合料， 有效抑制了可能发生的碱集料反应。但随着 混凝土强度提高， 水泥用量增加， 同时水泥生产工艺的改变， 混凝土含碱量 已在明显提高。 由于大量基建项目的兴建， 骨料来源减少， 劣质骨料可能被 采用， 施工队伍素质等因素也将提高碱集料反应机率， 应采取有效预防措 施。当混凝土使用有碱活性反应的骨料时， 配合比必须控制混凝土中的总 碱含量以保证混凝土的耐久性； 粉煤灰能抑制碱集料反应， 但是如掺量小 有时反会增加膨胀。外加剂特别是早强剂会带来高含量的碱。我 于 ’, +， 国目前仅外加剂提供的碱量有时竟高于国外限制混凝土总碱量， 如复合早 强剂 （硫酸钠、 氧化钠、 氧化钙、 亚硝酸钠为主要成分） 带入混凝土的碱为 早强减水剂 （硫酸钠、 木质素为主要成分） 带入混凝 )&’) -.!/) 01&2, -.!/)， 混凝土施工常因工期要求掺入早强 土的碱为 ’&)’ -.!/)0)&3) -.!/)。目前， 剂等外加剂， 为预防碱集料反应， 在设计上应对外掺剂的使用提出要求。 %&! 钢筋锈蚀 对钢筋锈蚀问题， 可以采用的表面保护措施有： 环氧涂层钢筋， 采用 静电喷涂环氧树脂粉末工艺在钢筋表面形成一定厚度的环氧树脂防腐 涂层。这种钢筋保护层即使遇有含氯离子、 氧等大量混凝土时也能长期 保护钢筋使其免遭腐蚀；建设部已颁布行业标准 《环氧树脂涂层钢筋》 ， 国家标准 《混凝土结构设计规范》 （67 !,,’,—%,,%） 在耐久 （45 ),*%） 性规定中提出对三类 （滨海室外环境等） 、 四类 （海水环境） 环境下大跨、 重载混凝土构件的主要受力钢筋宜选用环氧涂层钢筋； 另外， 在混凝土 表面涂层也是简便有效的方法， 涂料应用耐碱、 耐老化和与钢筋表面有 国内外都开始在混凝土 附着性的材料； 此外， 从 %, 世纪六七十年代起， 拌合物中掺入亚硝酸钠作为预防恶劣条件下钢筋腐蚀的补充措施。 另外， 掺加高效减水剂， 在保证混凝土拌和物所需工作性的同时， 尽可 能降低用水量， 减小水灰比， 使混凝土的总孔隙率， 特别是毛细孔隙率大幅 度降低； 掺入高效活性矿物掺料， 如硅灰、 粉煤灰等， 改善混凝土中水泥石 的胶凝物质的组成， 使水泥石结构更为致密， 有效地阻断可能形成的渗透 通道； 提高混凝土强度， 增强混凝土自身抵抗环境侵蚀破坏的能力。