混凝土结构耐久性浅谈内容摘要强度和耐久性是混凝土结构的两个重要指标。随着我国建筑结构物老化和环境污染的加重，科学、合理、优质地设计、提高混凝土耐久性及防腐性，延长建筑物结构的使用寿命，已成为房建单位各主管部门和广大设计、施工部门关注的焦点。因混凝土结构的耐久性不足产生的问题导致了大量的工程事故和花费巨额的维修费，以至于严重影响国家经济发展和人民生活，影响混凝土结构耐久性的因素比较复杂，且规律不确定性很大。本文从混凝土耐久性损失的概念入手，对混凝土结构耐久性问题进行了介绍，进一步对提高混凝土耐久性的措施进行了深入分析和探讨，最后以某工程为案例对混凝土结构耐久性的破坏进行原因分析和修复方法研究。关键词：混凝土；结构；耐久性目 录I 混凝土结构耐久性浅谈碱-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。碱-碳酸盐反应是孔溶液中的碱与骨料中的白云石之间的反应。这一反应不是发生在骨料颗粒与水泥砂浆的表面，而是发生在骨料颗粒的内部，水镁石Mg（OH）2 晶体排列的压力和粘土吸水膨胀，引起混凝土的内部应力，导致混凝土开裂。（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：引起混凝土碱骨料反应的主要因素是混凝土中含有碱活性的骨料。因此在施工中尽量选择无碱活性的骨料，在不得不采用具有碱活性的骨料时，应严格控制混凝土中总的碱量；（2）活性掺合料：掺用活性掺合料，如硅灰、矿渣、粉煤灰（高钙高碱粉煤灰除外）等，对碱骨料反应有明显的抑制效果。活性掺合料与混凝土结构中的碱起反应，反应产物均匀分散在混凝土中，而不是集中在骨料表面，不会发生有害的膨胀，从而降低了混凝土的含碱量，起到抑制碱骨料反应的作用；（3）水分：碱骨料反应要有水分，如果没有水分，反应就会大为减少乃至完全停止。因此，要防止外界水分渗入混凝土结构中以减轻碱骨料反应的危害。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，这一过程又称混凝土的中性化。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个方面：一方面，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；另一方面，孔隙中的 Ca(OH)2浓度及 PH 值降低，导致钢筋脱钝而锈蚀。7 混凝土结构耐久性浅谈2.4.2 影响因素影响混凝土碳化的因素有很多，但概括其主要因素有两方面，一方面是材料因素，另一方面是环境条件因素。（1）材料方面：不同的水泥，其矿物组成、混合材量、外加剂、生料化学成分不同，直接影响水泥的活性和混凝土的碱度，对碳化速度有着重要的影响。一般而言，水泥中熟料越多，则混凝土的碳化速度越慢。不同的骨料品种和粒径级配不同，其内部孔隙结构差别很大，直接影响混凝土的密实性。其材质致密坚实，级配好的骨料混凝土，其碳化的速度较慢。水灰比的角度，在水泥用量一定的条件下，增大水灰比，其混凝土的孔隙率增加，密实度降低，渗透性增大，空气中的水分及有害物质较多的侵入混凝土内部，加快混凝土的碳化。（2）环境条件：温度对混凝土碳化表现在当温度下降较大时，混凝土表面收缩产生拉力，一旦超过混凝土的抗拉强度，使得混凝土表面开裂，为二氧化碳和水分渗入创造条件，加速混凝土碳化；另外，温度高时，二氧化碳在空气中的扩散系数较大，为其余氢氧化钙反应提供了有利条件，阳光的照射加速了其反应的碳化速度。另外，影响混凝土碳化程度的因素还有养护方法和龄期，混凝土强度，相对湿度，CO2浓度等等。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，因此在正常情况下钢筋不会锈蚀；但钝化膜一旦破坏，在有足够水和氧气条件下会产生电化腐蚀。混凝土中钢筋一旦发生锈蚀，在钢筋表面生成一层疏松的锈蚀产物，同时向周围混凝土孔隙中扩散。混凝土中的钢筋锈蚀后，一方面会使钢筋有效截面减小，另一方面，锈蚀产物体积膨胀使混凝土保护层胀裂甚至脱落，钢筋混凝土之间的粘结作用下降。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。8 混凝土结构耐久性浅谈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，因此影响混凝土结构钢筋锈蚀的因素主要有：（1）混凝土液相 pH 值：钢筋锈蚀速度与混凝土液相 pH 值有密切关系。当 pH值大于 10 时，钢筋锈蚀速度很小；而当 pH 值小于 4 时，钢筋锈蚀速度急剧增加。（2）混凝土密实度和保护层厚度：混凝土越密实，破坏性介质越不容易进入混凝土腐蚀钢筋；保护层厚度对钢筋锈蚀的影响呈线性关系，因此世界各国规范对保护层厚度都作了规定。（3）水泥品种和掺合料：粉煤灰等矿物掺合料能降低混凝土的碱性，从而影响钢筋锈蚀破坏。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。化学腐蚀主要有三类，分别为溶出性侵蚀、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。Ca（OH）2的溶出使水化硅酸钙和水化铝酸钙失去稳定性而水解、溶出，这些水化产物的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；由于水泥的水化会生成碱性物质，因此混凝土中呈碱性，当碱在一定的浓度（15%以下）、温度（低于 50℃）时，碱对混凝土的侵蚀作用很小，但是对于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，是典型的膨胀性侵蚀。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。9 混凝土结构耐久性浅谈10 混凝土结构耐久性浅谈3 提高混凝土耐久性的措施3.1 预防钢筋锈蚀常用的方法为环氧涂层钢筋，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，这种钢筋保护层能长期保护钢筋使其免遭腐蚀。此外，在混凝土表面增加涂层也是简便有效的方法，但涂料应是耐碱、耐老化和与钢筋表面有良好附着性的材料[2]。在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，可掺入高效减水剂，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。此外，还可通过研究新技术、开发新产品(如耐锈钢筋、阻锈钢筋等)提高混凝土耐久性。3.2 避免或减轻碱一骨料反应混凝土碱一骨料反应危害很大，一旦发生则很难修复。当混凝土使用有碱活性反应的骨料时，必须从配合比出发，严格控制混凝土中的总碱含量以保证混凝土的耐久性[3]。此外，外加剂特别是早强剂能带来高含量的碱，为了预防碱一骨料反应，在设计上应对外掺剂的使用提出要求，在骨料选用上应选用非碱活性骨料3.3 加强施工管理严格控制施工配合比，搅拌必须均匀，振捣必须到位，要严格遵守养护制度，可以用表面养护剂改善养护条件，提高材料保水性，加速混凝土表面硬化。混凝土构件的侵蚀病害都是从表面开始的，因此在混凝土终凝前应做好原浆抹面压光，增强表面密实度，也可采用表面浸渍和表面涂覆的方法降低混凝土表面渗透性。3.4 防止混凝土冻融破坏混凝土的组成、配合比、养护条件和密实度决定了其在饱水状态下抵抗冻融破坏的能力，目前只有加气混凝土才能有效提高混凝土的抗冻性。引气是提高混凝土抗冻性的主要手段。一般混凝土的引气量为 4%-8%，同时应避免采用吸水率较高的骨料，加强排水以免混凝土结构被水饱和。在混凝土中掺人优质引气型高效减水剂，既能获得大量均匀分布的微小气泡，显著提高抗冻性，又能大幅度减小 WIC，从而保证混凝土强度不降低，甚至有所提高[4]。3.5 拌和及养护用水混凝土拌和及养护用水，应考虑其对混凝土强度的影响[5]。水灰比的大小很大程度影响混凝土强度值的大小。应检查拌和水的杂质情况，防止砂浆及混凝土生成时拌和水杂质影响其耐久性。海水中含有硫酸盐、镁盐和抓化物，这些物质除了对水泥石具有腐蚀作用外，对钢筋的腐蚀也有影响，因此在腐蚀环境中的混凝土不宜采用海水11 混凝土结构耐久性浅谈拌制和养护。3.6 保护层厚度针对不同的腐蚀环境应设计不同的保护层厚度。例如，一类环境(室内正常环境)下，设计使用年限为 100 年的结构混凝土应符合下列规定:混凝土保护层厚度应按规范要求增加 40%;当采取有效的表面防护措施时，混凝土保护层厚度可适当减少。混凝土结构及构件宜整体浇筑，不宜留有施工缝。当必须有施工缝时，其位置及构造不得有损于结构的耐久性[6]。12 混凝土结构耐久性浅谈4 案例分析4.1 工程概况该工程位于某沿海港务工业区内,距离海边仅有几百米,已投入使用多年。该工程为单层单跨混凝土排架结构,柱为现浇混凝土柱,屋面梁为预制混凝土薄腹梁,屋面结构为预制大型屋面板；混凝土设计强度为 C23；混凝土构件保护层厚度设计值为25mm；工程抗震设防烈度为 7 度。该工程已使用多年,混凝土梁、柱均有不同程度的开裂现象,且部分柱、梁钢筋锈蚀严重,保护层脱落。4.2 现场调查4.2.1 混凝土构件外观情况该工程排架柱及抗风柱外侧均有明显的通长顺筋锈胀裂缝 ,最大裂缝宽度达到3mm,在严重锈蚀部位,混凝土保护层胀裂剥离,柱主筋、箍筋处出现空鼓、成片脱落现象,用小锤对混凝土柱开裂部位进行敲击,混凝土保护层极易脱落;该工程柱内侧开裂较轻,仅柱的端部有顺筋裂缝,裂缝宽度大约 0.5mm,且混凝土保护层未脱落。该工程屋面梁为预制混凝土薄腹梁,梁端支撑处沿主筋方向均有不同程度的顺筋裂缝,裂缝宽度约 0.5mm,混凝土保护层未脱落。4.2.2 钢筋锈蚀情况通过对混凝土柱外侧混凝土保护层脱落处的钢筋进行检测,发现柱外侧钢筋锈蚀严重,表面成片状脱落,钢筋锈蚀皮厚度为 4-8mm,主筋、箍筋因腐蚀而导致钢筋截面积削弱严重,局部箍筋已经完全锈蚀、断裂,以柱子为单位,用电化学无破损检测测得钢筋处于活化状态(钢筋电位值在-350mV 以下的严重腐蚀)的占柱子总数的 67%;对柱内侧及梁底混凝土开裂处进行剔凿,发现柱内侧及梁底钢筋锈蚀情况较外侧稍轻,主筋及箍筋表面均有锈蚀皮,锈蚀皮厚度在 3mm 左右,但箍筋尚未锈断,用电化学无破损检测测得钢筋处于活化状态(钢筋电位值在-350mV 以下的严重腐蚀)的占构件总数的10%,处于不完全活化状态(钢筋电位值在-200 至 350mV 之间)的占构件总数的62%。4.2.3 氯离子含量及氯离子渗透深度现场采用钻芯取样对混凝土中的氯离子含量进行检测,并采用切割工具将钻取的芯样分层,每层厚 5mm 左右,对氯离子的渗透深度进行测量。经检测,混凝土柱的内侧、13 混凝土结构耐久性浅谈外侧及预制梁的混凝土中 Cl-含量均大于规范限值,且氯离子渗透深度均已经超过钢筋保护层厚度,具体数据见表 4-1。表 4-1 氯离子含量及氯离子渗透深度取样位置 混凝土外观质量氯离子渗透深度氯离子含量规格限值（%）1-A 柱外侧 较疏松、保护层脱落70 0.414 0.11-A 柱内侧 较密实、有绣胀裂缝45 0.327 0.13-A 柱外侧 较疏松，轻微敲击，保护层易脱落70 0.406 0.13-A 柱内侧 较密实、有绣胀裂缝45 0.351 0.12-B 柱外侧 较疏松，保护层脱落80 0.431 0.12-B 柱内侧 较密实，有绣胀裂缝50 0.325 0.15-B 柱外侧 较疏松，轻微敲击，保护层易脱落75 0.464 0.15-B 柱内侧 较密实45 0.316 0.12-A 至 B 梁 较密实，有绣胀裂缝40 0.328 0.15-A 至 B 梁 较密实，有绣胀裂缝40 0.307 0.14.2.4 混凝土强度及保护层厚度现场用取芯法对该工程混凝土强度进行了检测,剔除芯样端部混凝土疏松部分后,进行抗压试验,综合评定混凝土强度推定值为 24.6MPa。现场用钢筋定位仪对该工程混凝土构件的钢筋保护层厚度进行了检测,保护层厚度介于 18-25mm 之间4.3 原因分析4.3.1 环境影响该工程已经使用了几十年,通过以上对混凝土中氯离子侵入深度的检测发现,该工程混凝土中氯离子侵入深度普遍超过混凝土的保护层厚度,在混凝土未被氯离子侵入前,混凝土孔隙中是碱度很高的 Ca(OH)2饱和溶液,pH 值非常高,在这样的高碱性环境中,钢筋表面被氧化,形成一层致密的氧化膜,牢固的吸附在钢筋表面,使钢筋处于钝化状态,即使在有氧气和水分的条件下钢筋也不会发生锈蚀,但是该工程位于海边,处于海洋大气环境,海风、雾气之中含有大量的氯盐,该地区冬季湿度约 50%,夏季高达 90%,环境因素影响是明显的。氯离子的扩散是从浓度高的区域向浓度低的区域迁移,扩散迁移的速率与介质的浓度和环境的湿度有关,随着该工程使用年限的增长,钢筋表面的混凝土孔溶液中的游离氯离子浓度越来越高,当超过一定数值时,即使碱度较高, 氯离子也能破坏钝化膜,从而使钢筋发生锈蚀。因为氯离子的半径小,活性大,容易吸附在位错区、晶14 混凝土结构耐久性浅谈界区等氧化膜有缺陷的地方。氯离子有很强的穿透氧化膜的能力,在氧化物内层(铁与氧化物界面)形成易溶的氯化铁,使氧化膜局部溶解,钢筋处于活化状态,易发生电化学腐蚀,形成坑蚀现象。如果在氯离子钢筋表面分布比较均匀,这种坑蚀现象便会广泛地发生,点蚀坑扩大、合并,发生大面积的腐蚀。由于钢筋锈蚀,一方面使钢筋有效截面积减小,另一方面,锈蚀产物体积膨胀使混凝土保护层胀裂甚至脱落,钢筋与混凝土的粘结作用下降,破坏它们共同工作的基础,从而严重影响混凝土结构物的安全性和正常使用性能。该工程室外环境中氯离子含量比室内环境中氯离子含量高,是由于室外环境中的混凝土受氯离子侵蚀严重,从而造成室外混凝土开裂及保护层脱落严重的现象。4.3.2 设计、施工方面该工程混凝土结构保护层厚度设计值偏小而施工控制又不当,使得实际工程的混凝土结构保护层厚度比原设计还小, 氯离子很容易渗透到钢筋表面,造成钝化膜破坏,也是引起钢筋锈蚀,保护层脱落的重要原因。4.4 处理建议经计算,该工程必须采取加固处理措施。该工程采取先加固梁后加固柱的施工方法。梁采用碳纤维片材加固,柱采用加大截面法进行加固。梁施工方案为:先剔除梁抹灰层及松动的混凝土,采用除锈剂或人工进行除锈,再用清水将其表面清洗干净,然后用环氧砂浆抹平,在梁底粘贴一层宽 200mm,规格为 300g/m2的碳纤维片材,在梁侧面粘贴一层宽 100mm,规格为 300g/m2的碳纤维片材。柱施工方案为:将所有需新、旧连接的原混凝土柱表面凿成毛面,混凝土凿毛后表面凹凸度≥6,并剔除松动的混凝土,然后对柱采用除锈剂或人工进行除锈,再用清水将其表面清洗干净,将需焊接的构件按图纸要求连接牢固,在混凝土连接部位涂刷混凝土界面剂后方可浇筑 C40 细石微膨胀混凝土,最后做 10mm 厚环氧砂浆保护层。15 混凝土结构耐久性浅谈5 结论与展望混凝土结构受到含有氯离子介质的侵蚀,而导致钢筋锈蚀,严重的锈蚀会使混凝土开裂,不仅影响使用功能和外观,甚至使钢筋截面削弱,结构构件承载力下降,对结构安全性造成威胁,从而对混凝土结构的耐久性造成破坏。混凝土结构耐久性是基于材料耐久性的进一步深化。混凝土结构在自然环境和使用条件下,随着时间的推移,材料逐渐老化和结构性能劣化,出现损伤甚至损坏,是一个不可逆的过程。它不是直接由力学因素引起的,首先是混凝土材料的物理化学作用的结果,继而影响到建筑物的使用功能和结构的承载力下降,最终会影响到结构的安全。因此防止和降低混凝土结构遭受氯离子侵蚀对保证混凝土结构耐久性具有深远的意义。对于海边等氯离子含量比较高的地区,设计时应适当增大钢筋保护层的厚度且宜使用强度等级较高的混凝土,施工中应注意采取适当措施提高混凝土的密实性。混凝土结构的耐久性是一个涉及环境、材料、设计、施工等多种因素的复杂问题，要解决好该问题需要进行多方面的工作。钢筋混凝土结构耐久性应由正确的结构设计、材料选择及严格的施工质量来保证，在使用阶段注意对其进行必要的管理和维护。只有这样，才能保证和提高混凝土结构的耐久性，才能保证我国建筑事业可持续发展。16 混凝土结构耐久性浅谈内容摘要............................................................................................................................I引 言................................................................................................................................11 绪论...............................................................................................................................21.1 混凝土耐久性问题的提出...............................................................................21.2 混凝土耐久性的概念.......................................................................................21.3 引起混凝土耐久性损伤的因素.......................................................................21.4 耐久性损伤的类型...........................................................................................22 混凝土结构耐久性问题的分析...................................................................................42.1 混凝土冻融破坏...............................................................................................42.1.1 破坏机理................................................................................................42.1.2 影响因素................................................................................................52.2 混凝土渗透破坏...............................................................................................52.2.1 破坏原因................................................................................................52.2.2 影响因素................................................................................................62.3 碱骨料反应.......................................................................................................62.3.1 破坏原因................................................................................................62.3.2 影响因素................................................................................................72.4 混凝土的碳化...................................................................................................72.4.1 破坏原因................................................................................................72.4.2 影响因素................................................................................................82.5 钢筋锈蚀...........................................................................................................82.5.1 破坏原因................................................................................................82.5.2 影响因素................................................................................................92.6 化学侵蚀...........................................................................................................92.6.1 产生原因................................................................................................92.6.2 影响因素..............................................................................................103 提高混凝土耐久性的措施.........................................................................................11 混凝土结构耐久性浅谈参考文献[1] 韩军卫.提高混凝土耐久性的措施.黑龙江科技信息，2008，(6):23-25.[2] 陈仲庆.提高混凝土耐久性的措施.科技资讯，2007，(14):43-45.[3] 佟志国.浅议钢筋混凝土结构的耐久性.科技信息，2011(18):53-55.[4] 晁阳.混凝土结构耐久性分析.科技信息(科学教研)，2008，(23) :65-66.[5] 王君.混凝土耐久性及提高措施.黑龙江科技信息，2011(12) :18-24.[6] 牛荻涛.混凝土结构耐久性与寿命预测.北京：科学出版社，2002:101-126.17 混凝土结构耐久性浅谈3.1 预防钢筋锈蚀.................................................................................................113.2 避免或减轻碱一骨料反应.............................................................................113.3 加强施工管理.................................................................................................113.4 防止混凝土冻融破坏.....................................................................................113.5 拌和及养护用水.............................................................................................123.6 保护层厚度.....................................................................................................124 案例分析.....................................................................................................................134.1 工程概况.........................................................................................................134.2 现场调查.........................................................................................................134.2.1 混凝土构件外观情况..........................................................................134.2.2 钢筋锈蚀情况......................................................................................134.2.3 氯离子含量及氯离子渗透深度..........................................................134.2.4 混凝土强度及保护层厚度..................................................................144.3 原因分析.........................................................................................................144.3.1 环境影响..............................................................................................144.3.2 设计、施工方面..................................................................................154.4 处理建议.........................................................................................................155 结论与展望.................................................................................................................16参考文献.........................................................................................................................17 混凝土结构耐久性浅谈引 言混凝土结构以其整体性好、耐久性好、可塑性强、维修费用少等优点广泛使用于整个 20 世纪，发现混凝土的耐久性问题则是在 60 至 70 年代。一些发达国家的混凝土桥使用了三四十年后，纷纷进人老化期。人们始料不及的是混凝土材料在不利的环境、运用条件下，出现了一系列影响结构耐久性的物理、化学现象，如结构混凝土的碳化、保护层剥落、裂缝的发展、钢筋锈蚀、渗透冻融破坏、混凝土集料的化学腐蚀等等。我国七十年代后期建造的混凝土桥梁亦发现有严重的开裂现象。某些混凝土结构的建筑物，特别是处于含有硫酸盐土壤条件的基础设施建筑工程项目，由于混凝土耐久性不足，容易遭受有害离子的侵蚀，会导致结构性能劣化，安全性能降低，从而不仅造成建筑项目达不到预期的使用功能和使用寿命，而且不得不需要投入大量的资金进行维修，以致提高了工程成本，严重时，甚至会发生结构坍塌事故，给居民及社会带来严重的经济损失和不良的影响。所以我们应重视混凝土耐久性设计，并根据施工中的具体情况，采取切实有效的措施来不断提高混凝土的耐久性，因而混凝土结构的耐久性问题已成为结构工程师不容忽视的一个问题。1 混凝土结构耐久性浅谈1 绪论1.1 混凝土耐久性问题的提出在混凝土结构的设计中，耐久性是一项重要的设计指标。在结构所处的外界条件下，混凝土能承受各种不利影响而长期保持其良好的力学性能，并确保混凝土结构不需要加固处理而保持结构安全正常使用川。在不同复杂因素的长期作用下，混凝土和钢筋材料出现劣化而引起其各种性能逐渐衰减，导致混凝土结构及其构件逐渐丧失承载力而失效的过程。混凝土结构的耐久性在其整个服役过程中起着关键性的作用，结构耐久性不足可造成非常严重的后果。美国混凝土工程中每年用于维修和重建的费用非常昂贵。因混凝土结构的耐久性问题而造成出现大量的工程事故和花费巨额的维修费用，由此可见，混凝土结构的耐久性研究是关系到国计民生重大课题。1.2 混凝土耐久性的概念混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内，在各种环境条件作用下，不需要投人额外费用进行加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观的能力，其主要通过抗渗性、抗冻性、抗腐蚀性、耐磨性、抗碳化性、抗碱骨料反应等性能综合评定。现行的国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50010 一 2002)明确规定:混凝土结构设计采用极限状态设计方法。但现行设计规范只将混凝土的耐久性划分成 2 个极限状态，即承载能力极限状态和正常使用极限状态。规范将混凝土耐久性的要求列人正常使用极限状态之中，且以构造要求为主。混凝土的耐久性与工程的使用寿命相连，是使用期内结构保持正常功能的能力，这一正常功能不仅包括结构的安全性，而且更多地体现在适用性上[1]。1.3 引起混凝土耐久性损伤的因素从抗损伤的角度来说，结构耐久性是结构在使用过程中，抵抗外界环境或内部自身因素影响所产生的侵蚀破坏的能力。混凝土耐久性损伤产生的内部因素是指混凝土自身的一些缺陷，如在混凝土内部存在的气泡或毛细孔隙。当混凝土中的碱含量过高时，水泥中的碱与活性集料发生反应，即在混凝土中产生碱 - 集料反应，导致混凝土膨胀开裂，裂缝的出现与发展，加剧内部钢筋锈蚀。混凝土结构耐久性损伤的外部因素，包括空气中二氧化碳的含量、温度和湿度，以及与酸碱环境相关的酸雨作用、沿海地区酸碱腐蚀作用等。1.4 耐久性损伤的类型从混凝土结构耐久性损伤的原因来看，混凝土结构损伤类型可以总结为以下三个方面：2 混凝土结构耐久性浅谈混凝土碳化：混凝土碳化是混凝土中的碱与环境中的 CO2发生化学反应生成CaCO3的过程，它使混凝土的碱性降低，从而降低对钢筋的保护作用。混凝土的损伤破坏：混凝土自身的损伤破坏包括两个方面，一是混凝土的化学破坏，例如腐蚀性环境对混凝土的侵蚀；另一方面是混凝土物理裂缝的出现，由于混凝土构件的外荷载应力、体积收缩应力、温度应力，以及由于地基不均匀沉降等的引起的内部应力等，使混凝土产生微观、细观裂缝或是沿钢筋的纵向裂缝等。混凝土中的钢筋锈蚀：混凝土碳化后，酸碱条件变化，以及由于裂缝的发生与发展，造成钢筋锈蚀。钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性损伤的最主要的因素。3 混凝土结构耐久性浅谈2 混凝土结构耐久性问题的分析如上一章所述，混凝土耐久性是指混凝土在实际使用过程中抵抗各种破坏因素作用，长期保持强度和外观完整性的能力。主要包括抗冻性、抗渗透性、抗碱集料反应，抗腐蚀等几个方面。本章将从冻融破坏、渗透破坏、碱骨料反应、混凝土的碳化、钢筋锈蚀、化学侵蚀六个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。混凝土发生冻融破坏后，破坏作用不断积累，裂缝不断扩大和深入，由外向里，直至混凝土破坏，而其现象就是从表层开始向内逐层剥落。当经过反复多次的冻融循环以后，损伤逐步积累不断扩大，发展成互相连通的裂缝，使混凝土的强度逐步降低，最终严重影响了结构的长期使用。2.1.1 破坏机理混凝土冻害机理的研究始于 20 世纪 30 年代，有静水压假说、渗透压假说等。但由于混凝土结构冻害的复杂性，至今尚无公认的、完全反映混凝土冻害机理的理论。直至现在，被广大科研学者接受的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。静水压假说能解释成熟混凝土冰冻破坏的许多表现，它在引气混凝土方面的应用也较成功。但从水压力本质来理解它的作用应是瞬时性的，随着时间进展危险理应逐渐消失才对。然而试验说明：混凝土冰冻破坏有时随时间而日益剧烈、严重。在水泥浆冰冻时，水分的运动大多不像通常设想那样，远离冰冻地点而去，而恰恰是趋向冰冻地点；再次冰冻时的膨胀一般情形是随冷却速率增加而下降。这些都是静水压假说难以解释的。(2) 渗透压假说：渗透压假说认为，由于混凝土孔溶液中含有钠、钾、钙等盐类，4 混凝土结构耐久性浅谈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。这个浓度差的存在使小孔中溶液向已部分冻结的大孔迁移。即使是浓度为 0 的溶液，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 影响因素对于影响混凝土冻融破坏的主要因素总结起来大致有以下四个方面：（1）水灰比：水灰比越大，使凝土孔隙率越大，导致混凝土的吸水率增大，最终导致混凝土结构冻融破坏严重；（2）孔结构和孔隙特征：连通毛细孔易吸水饱和，使混凝土冻害严重；若为封闭孔，则不易吸水，冻害就小；（3）饱水度：若混凝土的孔隙非完全吸水饱和，冰冻过程产生的压力促使水分向孔隙处迁移，从而降低冰冻膨胀应力，对混凝土破坏作用就小；（4）混凝土自身强度：在相同的冰冻破坏应力作用下，混凝土强度越低，冻害程度就越高。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。混凝土结构发生渗透破坏后，有害介质首先破坏结构表层混凝土，导致混凝土中发生钢筋锈蚀、碱骨料反应等变化，而这些变化多数伴随着体积的膨胀，膨胀产生的应力又使得混凝土进一步开裂，从而进一步加大混凝土的渗透性，使得有害介质的入侵更加迅速，导致混凝土结构循环往复产生更大范围的破坏。因此混凝土的渗透性给有害介质提供了入侵的通道，而有害介质与混凝土发生的破坏性反应则增大了混凝土的渗透性，两者相互促进，最终严重影响混凝土结构的耐久性。2.2.1 破坏原因混凝土具有多种粒径的孔隙，连通的孔隙会成为气体、液体或有害介质进入混凝土的通道，导致混凝土破坏。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5 混凝土结构耐久性浅谈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。具体影响情况为：（1）混凝土的水灰比会影响混凝土孔隙的大小和数量，进而直接影响混凝土结构的密实性。水灰比越小，混凝土越密实，其抗渗性越好，反之亦然。（2）由于骨料和水泥浆的界面处易产生裂隙和较大骨料下方易形成孔穴，因此在水灰比相同时，混凝土骨料的最大粒径越大，其抗渗性能越差；（3）蒸汽养护的混凝土，其抗渗性较潮湿养护的混凝土要差。在干燥条件下，混凝土早期失水过多，容易形成收缩裂缝，因而降低混凝土的抗渗性。而在潮湿环境中或水中硬化的混凝土，不但总孔隙率降低，而且孔径也较小。这就增加了混凝土密实性，提高了混凝土的抗渗性；（4）水泥的品种、性质也影响混凝土的抗渗性能。水泥的细度越大，水泥硬化体孔隙率越小，强度就越高，则其抗渗性越好；（5）在混凝土中掺入某些外加剂，如减水剂等，可减小水灰比，改善混凝土的和易性，因而可改善混凝土的密实性，即提高了混凝土的抗渗性能；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。这种反应引起明显的混凝土体积膨胀和开裂，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”。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：是分布最广、研究最多的碱骨料反应，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6