普通混凝土耐久性研究

摘要

从上个世纪中期，混凝土结构因耐久性不良造成过早失效及崩塌破坏的事故在国内外都屡见不鲜，世界各国为此付出的代价十分沉重。由于工程安全因素更由于耗费巨资的经济因素，混凝土结构日益突出的耐久性问题，越来越受到世界各国学术界和工程界的广泛重视。提高混凝土的耐久性，对节约资源、能源及资金均有重大的意义。

通过阅读大量关于混凝土耐久性方面的文献资料，总结了国内外混凝土结构的耐久性状况和研究动态，明确了混凝土结构耐久性的意义和重要性。

本论文探讨了混凝土的腐蚀类型和腐蚀机理，包括了混凝土基材水泥的腐蚀类型和机理，钢筋的锈蚀机理和混凝土结构的腐蚀机理，总结了混凝土耐腐蚀性能的主要影响因素以及它与抗渗性能和抗冻性能之间的关系；讨论了原材料的选择，包括水泥品种、集料性质、拌合及养护用水的水质情况、外加剂的种类和掺合料对混凝土耐腐蚀性能的影响。

关键词：混凝土；耐久性；耐腐蚀性

目录

一、绪论 (2)

（一）混凝土耐久性的含义 (2)

（二）国内外混凝土耐久性研究动态 (2)

二、混凝土的腐蚀类型和腐蚀机理 (3)

（一）腐蚀 (3)

（二）水泥类材料的腐蚀机理 (3)

（三）混凝土的耐腐蚀性与抗渗性和抗冻性之间的关系 (5)

三、原材料对混凝土耐腐蚀性能的影响 (5)

（一）水泥 (5)

（二）集料 (6)

四、普通混凝土高性能化 (6)

（一）提高性能的技术途径 (6)

（二）提高混凝土耐久性 (7)

五、结论与展望 (8)

（一）结论 (8)

（二）展望 (8)

普通混凝土耐久性研究

一、绪论

从19世纪20年代波特兰水泥价而成为土建工程中不可缺少的材料，广泛用于桥梁、大坝、高速公路、工业与民用建筑等结构中。据不完全统计，当今世界每年消耗的混凝土量不少于45亿立方米，并且随着逐步增长的城市化建设，年消耗量在不断增长。

混凝土材料经历了低强度、中等强度、高强度乃至超高强度的发展历程，似乎人们总是乐于追求强度的不断提高。但是近四五十年来，混凝土结构因材质劣化造成过早失效以及崩塌破坏的事故在国内外都屡见不鲜，并有愈演愈烈之势。这些混凝土工程的过早破坏，其原因不是强度不够，而是由于混凝土耐久性不良所造成。

（一）混凝土耐久性的含义

所谓的混凝土耐久性，是指其抵抗环境介质的作用，并长期保持良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全和正常使用的能力。

影响混凝土结构耐久性的因素很多，可分为内在因素和外在因素两大类。内在因素是指混凝土结构抵御环境的能力，由结构的设计形状和构造形式、选用的水泥和骨料的种类、外加剂的品种，钢筋保护层的厚度和直径的大小、混凝土的水灰比、浇注和养护的施工工艺等多种因素所决定。外在因素是环境对混凝土结构的物理和化学作用，包括干湿和冻融循环、碳化、化学介质侵蚀、磨损破坏等诸多方面，不同环境对混凝土结构耐久性的影响程度不尽相同，外在因素是通过内在因素而起作用的混凝土耐久性具体包括抗渗、抗冻、耐腐蚀、碳化、碱骨料反应及混凝土中的钢筋锈蚀等性能。虽然混凝土在遭受压力水、冰冻或侵蚀作用时的破坏过程各不相同，但影响因素却有许多相同之处。混凝土的密实度是最为关键的因素，其次是材料的性质、施工质量等。

（二）国内外混凝土耐久性研究动态

混凝土结构耐久性问题的日益突出，引起了世界各国学术机构、学者和工程技术人员对加强钢筋混凝土结构耐久性研究的重视，表现在各种结构耐久性学术

机构的不断成立和频繁的学术活动、大量的与结构耐久性有关的出版物以及大规模的科学研究方面。

1982年，国际材料与结构实验室联合会(RILEM)和国际建筑研究文献协会(CIB)联合组成了建筑材料及构件使用寿命预测委员会CIBW80/RILEM71-PSL，共同研究结构的寿命预测问题，1987年又成立了一个新的委员会CIB W80/RILEM100-TSL，以进一步推进委员会的工作和贯彻已取得的成果。美国混凝土学会1957年成立了委员会ACI201，负责并指导混凝土耐久性方面的研究，1991年ACI委员会提出了“已有混凝土房屋抗力评估”的最新报告，制定了检测试验的详细方法和步骤。

二、混凝土的腐蚀类型和腐蚀机理

（一）腐蚀

所谓腐蚀，是材料与其环境间的物理化学作用引起材料本身性质的变化。腐蚀反应的场所，首先是材料和腐蚀性介质之间相界面处。在一个腐蚀系统中，对材料行为起决定作用的是化学成分、结构和表面状态。腐蚀过程中如伴有机械应力的作用，将加速腐蚀而出现一系列特殊的腐蚀现象。

腐蚀类型的划分，根据不同的起因、机理和破坏形式而有各种方法。按腐蚀机理可分为电化学腐蚀和化学腐蚀两大类；按破坏形式可分为全面腐蚀和局部腐蚀；按环境可分为化学介质腐蚀、大气腐蚀、水、汽腐蚀和土壤腐蚀；从建筑防腐角度着眼，常按不同防护方法分为气态介质腐蚀（以涂料防护为主）、液态介质腐蚀（以覆面防护为主）和固态介质腐蚀。在实际的建筑腐蚀行为中，有的为单一类型，但更普遍的是两种或多种类型同时并存。

（二）水泥类材料的腐蚀机理

水泥是一种水硬性胶凝材料。土建工程中应用最多的是硅酸盐系列水泥，了我国水泥总产量的90%左右。硅酸盐水泥是由石灰质岩石、粘土和其它辅料煅烧成熟料后，再掺入石膏，然后磨细而成。若在硅酸盐水泥熟料中掺入混合材料，则成为其它品种的水泥。

1.水泥的硬化机理硅酸盐水泥的性能包括耐腐蚀性是由其组成矿物的性质决定的性能，主要是水泥熟料中的几种矿物水化作用的结果。

硅酸盐水泥的主要熟料矿物的名称和含量范围如下：

硅酸三钙3CaO·SiO2，简写为C3S，含量37%-60%

硅酸二钙2CaO·SiO2，简写为C2S，含量15%-37%

铝酸三钙3CaO·Al2O3，简写为C3A，含量7%-15%

铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3，简写为C4AF，含量10%-18%

以上主要熟料矿物中，硅酸三钙和硅酸二钙的总含量在70%以上，故称为硅酸盐

水泥。

2.水泥的水化及凝结硬化水泥加水拌和后，熟料矿物与水发生水化反应，生成水化物，其反应式如下：

1、2(3CaO·SiO2)+6H2O====3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2

硅酸三钙水化硅酸钙氢氧化钙

2、2(2CaO·SiO2)+4H2O====3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2

硅酸二钙水化硅酸钙氢氧化钙

3、3CaO·Al2O3+6H2O====3CaO·Al2O3·6H2O

铝酸三钙水化铝酸钙

4、4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O====3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O

铁铝酸四钙水化铝酸钙水化铁酸钙当有石膏CaSO4·2H2O存在时，水化铝

酸钙3CaO·Al2O3·6H2O会与石膏反应，生成高硫型水化硫铝酸钙（3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O）晶体，也称钙矾石。随着水化反应的持续

进行，水化物不断增多，水泥浆开始变稠，逐渐失去塑性而凝结，然后经过

结晶过程而硬化，最终发展成坚硬的人造石——水泥石。

3.水泥类材料的腐蚀类型和机理水泥类材料的腐蚀分类有下列两种：一是按介质分类，可分为硫酸盐腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀等；二是按腐蚀的形态分类，可分为溶出型腐蚀、分解型腐蚀、膨胀型腐蚀（又称结晶型腐蚀）。水泥类材料在实际工程中的腐蚀，往往是多种类型复合的腐蚀。

4.素混凝土结构的腐蚀机理素混凝土的基本组成材料为水泥、砂、石和水。砂、石一般认为是惰性材料，不参与混凝土硬化过程中的化学反应（碱集料反应除外）。因此，素混凝土的腐蚀实际上就是水泥石的腐蚀，其腐蚀机理、类型与水泥相同。

5.钢筋混凝土结构的腐蚀机理钢筋混凝土结构材料是混凝土和钢筋的复合体，它的腐蚀形态可分为两种：一是由于混凝土的耐久性不足，其本身被腐蚀破坏，同时也由于钢筋的裸露，腐蚀而导致整个结构的破坏；二是混凝土本身并未腐蚀，但由于外部介质的作用，导致混凝土本身化学性质的改变或引入了能激发钢筋腐蚀的离子，使钢筋表面的钝化作用丧失，引起了钢筋的锈蚀