混凝土结构耐久性问题分析浅谈

混凝土结构耐久性问题分析浅谈

发表时间：2017-09-13T10:33:51.817Z 来源：《基层建设》2017年第13期作者：汪华丽

[导读] 摘要：混凝土结构是应用非常广泛的一种结构形式，但是由于其结构自身和使用环境的特点，使得混凝土存在严重的耐久性问题。混凝土结构的耐久性概括起来是指混凝土抵抗周围不利因素长期作用的性能。

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摘要：混凝土结构是应用非常广泛的一种结构形式，但是由于其结构自身和使用环境的特点，使得混凝土存在严重的耐久性问题。混凝土结构的耐久性概括起来是指混凝土抵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：混凝土损伤；钢筋的锈蚀、脆化、疲劳、应力腐蚀；以及钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的消弱等三个方面。

关键词：混凝土；耐久性；混凝土耐久性

1、工程概况

吉林至荒岗高速公路建设项目JS05合同段，分为主线及连接线，主线起止桩号为K60+300—K75+753.908，全长15.469km，连接线起止桩号为K1+050－K3+500，全长2.45Km。主线走向由大岭、靠岭屯、新安屯、跨拉法至哈尔滨铁路后设置舒兰互通，通过舒兰连接线与舒兰市连接、跨细鳞河，经红石砬子、新发屯、在富家屯与改建段顺接。本合同段主要包括路基、桥梁、路面、安全设施及预埋管线、绿化及环境保护等工程。其中有盖板涵17座、箱涵26座、匝道桥1座、分离立交桥3座、互筒立交1座、中桥2座、大桥1座、拖拉机天桥1座、小桥2座、通道5座，需要用大量的混凝土，这也对混凝土的耐久性问题有了严格的要求。

2、混凝土结构耐久性问题分析

本文将从冻融破坏、渗透破坏、碱骨料反应、混凝土碳化、钢筋锈蚀、化学侵蚀等方面对混凝土结构发生耐久性失效的原因及影响因素进行论述。

2.1 混凝土冻融破坏

混凝土冻融破坏是指混凝土在饱水或潮湿的状态下，由于环境中温度的正负变化，导致混凝土内部松弛产生疲劳应力，反复的冻融循环造成混凝土由表及里逐渐剥蚀的破坏现象。

2.1.1破坏机理

混凝土冻害机理的研究直至现在，最有价值的解释是静水压假说和渗透压假说的结合，这种结合奠定了混凝土抗冻性研究的理论基础。

（1）静水压假说：硬化混凝土的孔隙有凝胶孔、毛细孔、空气泡等。各种孔隙之间的孔径差异很大。水转变为冰时体积膨胀9％，在冰冻过程中，混凝土孔隙中的部分孔溶液冰冻膨胀，迫使未结冰的孔溶液从结冰区向外迁移。孔溶液在可渗透的水泥浆体结构中移动，必须克服粘滞阻力，因而产生静水压，形成破坏应力。

（2）渗透压假说：混凝土孔溶液中含有钠、钾、钙等盐类，大孔中的部分溶液先结冰后，未冻溶液中盐的浓度上升，与周围较小孔隙中的溶液之间形成浓度差。浓度为0的孔溶液，由于冰的饱和蒸汽压低于同温下水的饱和蒸汽压，小孔中的溶液也要向已部分冻结的大孔溶液中迁移。可见渗透压是孔溶液的盐浓度差和冰水饱和蒸汽压差共同形成的。

2.1.2影响因素

（1）水灰比；（2）孔结构和孔隙特征；（3）饱水度；（4）混凝土自身强度

2.2 混凝土渗透破坏

混凝土结构的渗透破坏是指气体、液体或者离子等有害介质在混凝土中渗透、扩散或迁移，最终导致混凝土结构受到破坏。

2.2.1破坏原因

混凝土的渗透机理是水与混凝土表面接触时，压力差和毛细孔压力不断促使水分向混凝土内部迁移。随着水分迁移的深入，水与毛细孔壁摩擦阻力增大，渗水速度随渗透深度的增加成比例下降。当水达到混凝土相反的一侧时，毛细孔压力就会改变方向，阻碍水分的渗出。若压力差大于孔壁摩擦阻力和毛细阻力，则水将从混凝土相反的一侧滴出；若压力差小于摩擦阻力和毛细孔阻力，则水的迁移为毛细孔迁移，此时的迁移速度取决于混凝土背水面水分的蒸发速度。

2.2.2 影响因素

影响混凝土渗透性的因素主要有水灰比、骨料最大粒径、混凝土养护方法、水泥品种、外加剂等因素。

2.3 碱骨料反应

混凝土中的碱与混凝土中的活性骨料发生反应，生成膨胀性物质，导致混凝土发生膨胀破坏，称为碱骨料反应。

2.3.1 破坏原因

碱骨料反应主要可分为碱与硅酸、碱与碳酸盐及碱与硅酸盐三种反应。

（1）碱-硅酸反应：该反应是指混凝土中的碱组分与骨料中的活性SiO2之间发生的化学反应，其结果是导致骨料被侵蚀，生成碱-硅酸凝胶，并从周围介质中吸收水分而膨胀，导致混凝土开裂。

（2）碱-碳酸盐反应：是指混凝土中的碱与碳酸盐矿物产生化学反应引起混凝土的地图状开裂。（3）碱-硅酸盐反应：是指混凝土中的碱与骨料中某些层状结构的硅酸盐发生反应，使层状硅酸盐层间间距增大，骨料发生膨胀，致使混凝土膨胀开裂。

2.3.2 影响因素

从碱骨料反应发生的条件出发，分析该种破坏的影响因素主要是：（1）活性骨料；（2）活性掺合料；（3）水分。

2.4 混凝土的碳化

混凝土的碳化作用是指空气中的二氧化碳气体渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应生成碳酸钙和水，使混凝土碱度降低的过程。

2.4.1破坏原因

碳化的化学反应式为：Ca（OH）2＋CO2＝CaCO3↓＋H2O

混凝土的碳化反应结果有两方面：一、反应生成碳酸钙和其他固态物质会堵塞在混凝土孔隙中，使混凝土的孔隙率下降，大孔减少，

从而减弱了后续CO2的扩散，使混凝土密实度提高；二、孔隙中的Ca（OH）2浓度及PH值降低，导致钢筋脱钝而锈蚀。

2.4.2 影响因素

影响混凝土碳化的主要因素有材料方面和环境条件，另外还有养护方法和龄期，混凝土强度，相对湿度，CO2浓度等因素。

2.5 钢筋锈蚀

混凝土中水泥水化后，会生成碱性的氢氧化钙，导致混凝土孔隙中的水分有很高的碱性，在钢筋表面形成一层致密的钝化膜，如果钝化膜破坏，在有足够水和氧气条件下会产生电化腐蚀。

2.5.1 破坏原因

混凝土中钢筋锈蚀的实质是电化学腐蚀。主要表现为钢筋在外部介质作用下发生电化学反应，逐步生成氢氧化铁（即铁锈）等，铁锈的体积会比原金属增大2~4倍，产生膨胀压力，造成混凝土顺筋裂缝，从而成为腐蚀介质渗入钢筋的通道，加快结构的损坏。

2.5.2 影响因素

钢筋锈蚀的开始是从钢筋周围的钝化膜破坏开始的，因此有以下几个因素：

（1）混凝土液相pH值；（2）混凝土密实度和保护层厚度；；

（3）水泥品种和掺合料。

2.6 化学侵蚀

一些侵蚀性介质，比如酸、碱、硫酸盐、压力动水等，侵入混凝土，可能会造成混凝土的化学腐蚀。化学腐蚀主要有溶出性侵蚀、溶解性侵蚀和膨胀性侵蚀。

2.6.1 产生原因

（1）溶出性侵蚀：对于一些密实性较差、渗透性较大的混凝土，在一定压力的流动水中，水化产物Ca（OH）2会不断溶出并流失，使水化硅酸钙和水化铝酸钙失去稳定性而水解、溶出，使混凝土的强度不断降低。

（2）溶解性侵蚀：溶解性侵蚀分为酸侵蚀和碱侵蚀两类。当环境水的PH值小于6.5时，会对混凝土造成酸侵蚀；水泥的水化会生成碱性物质，使混凝土中呈碱性，高浓度的碱溶液或者熔融状碱会对混凝土产生侵蚀作用。

（3）膨胀性侵蚀：硫酸盐与混凝土的水化产物发生化学反应，对混凝土产生膨胀破坏作用。

2.6.2 影响因素

结构的密实程度和孔隙特征对混凝土化学侵蚀会有所影响；结构密实和孔隙封闭的混凝土，环境水不易侵入，故其抗侵蚀性较强。

3 结束语

混凝土破坏绝非是某一孤立原因造成的，多是与其他综合不利因素有关。本文通过对影响混凝土结构耐久性主要因素的分析，知道从混凝土技术的发展来看，采用高性能混凝土是解决结构耐久性要求的发展趋向。

参考文献：

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[2] 何晓雁，普通混凝土耐久性研究.内蒙古工业大学，2014年5月：12-15，57.

[3] 董舒.钢筋混凝土破坏原因及保护和修补.江苏水利，2012年第12期：30-31.

[4] 彭小芹.土木工程材料.重庆：重庆大学出版社，2010，7：102-104.

[5] 冯乃谦，刑锋.混凝土与混凝土结构的耐久性.机械工业出版社，2012-01.292-419.