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原创优秀论文

题 目： 混凝土耐久性浅谈

学习中心：
层 次： 专科起点本科
专 业： 土木工程
年 级： 季
学 号：
学 生：
完成日期： 2011年 9月 9日

III

混凝土耐久性浅谈
内容摘要

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。通过对国内外钢筋混凝土工程耐久性现状的介绍，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、钢筋锈蚀等方面论述了影响混凝土结构耐久性的因素及其对混凝土的破坏机理，并针对性地提出了预防的措施。

关键词：混凝土；耐久性；抗冻性；渗透性

目 录

内容摘要 I
引 言 1
1 绪论 2
1.1 混凝土耐久性问题的提出 2
1.2 混凝土耐久性的概念[3] 2
2 混凝土耐久性问题的分析 4
2.1 混凝土冻融破坏 4
2.1.1 破坏原因 4
2.1.2 影响因素 5
2.2 混凝土渗透破坏 5
2.2.1 破坏原因 5
2.2.2 影响因素 6
2.3 碱骨料反应 7
2.3.1 破坏原因 7
2.3.2 影响因素 7
2.4 混凝土的碳化 8
2.4.1 破坏原因 8
2.4.2 影响因素 9
2.5 钢筋锈蚀[4] 9
2.5.1 破坏原因 10
2.5.2 影响因素 11
2.6 侵蚀性介质的腐蚀 12
2.6.1 产生原因 12
2.6.2 影响因素 12
3 提高混凝土耐久性的措施 14
3.1 防止混凝土的冻融破坏 14
3.2 增强混凝土的抗渗性 14
3.3 避免或减轻碱骨料反应 14
3.4 提高混凝土抗碳化能力 14
3.5 钢筋锈蚀的预防[7] 15
3.6 预防侵蚀性介质的腐蚀 15
4 结论与展望 16
参考文献 18

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。一些发达国家的基础工程使用了三四十年后，纷纷进入老化期。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【1】，如混凝土的碳化、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基础工程亦发现有严重的开裂现象。因而混凝土结构的耐久性问题已成为工程师们不容忽视的一个问题。
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[2]。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。从短期效果而言，这些问题影响结构的外观和使用功能；从长远看，则为降低结构安全度，成为发生事故的隐患，影响结构的使用寿命。下面通过对混凝土耐久性问题的分析和提高耐久性的措施两个方面来探讨混凝土的耐久性问题。

1 绪论
1.1 混凝土耐久性问题的提出
长期以来，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。但是，在提高强度的同时，混凝土结构的耐久性问题也愈来愈被人们所关注。人们一直以为混凝土是非常耐久的材料，直到20世纪70年代末期，发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境下出现过早损坏。美国许多城市的混凝土基础设施工程和港口工程建成后20-30年，甚至在更短的时期内就出现劣化。
我国建设部的一项调查表明，国内大多数工业建筑物在使用25-30年后即需大修，处于严酷环境下的建筑物使用寿命仅15-20年。民用建筑和公共建筑的使用环境相对较好，一般可维持50年以上，但室外的阳台、雨罩等露天构件的使用寿命通常仅有30-40年。桥梁、港口等基础设施工程的耐久性问题更为严重，由于钢筋的混凝土保护层过薄且密实性差，许多工程建成后几年就出现钢筋锈蚀、混凝土开裂。海港码头一般使用10年左右就因混凝土顺筋开裂和剥落，需要大修。当前，我国的基础设施建设工程规模宏大，投入资金每年高达2万亿元人民币以上，约30-50年后，这些工程将进入维修期，所需的维修费或重建费用将更为巨大。有专家估计，我国“大干”基础设施工程建设的高潮还可延续20年，由于忽视耐久性问题，迎接我们的还会有“大修”20年的高潮，这个高潮可能不用很久就将到来，其耗费将倍增于当初这些工程施工建设时的投资。因此，提高混凝土耐久性，延长工程使用寿命，尽量减少维修重建费用是建筑行业实施可持续发展战略的关键。
1.2 混凝土耐久性的概念[3]
混凝土耐久性是指混凝土在设计寿命周期内，在正常维护下，必须保持适合于使用，而不需要进行维修加固，即指混凝土在抵抗周围环境中各种物理和化学作用下，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，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：一是抗渗性。即指混凝土抵抗水、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着重要的作用，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。二是抗冻性。混凝土的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的混凝土，要求具有较高的抗冻性能。三是抗侵蚀性。混凝土暴露在有化学物质的环境和介质中，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。

2 混凝土耐久性问题的分析
混凝土耐久性问题，是指结构在所使用的环境下，由于内部原因或外部原因引起结构的长期演变，最终使混凝土丧失使用能力。即所为的耐久性失效，耐久性失效的原因很多，有抗冻失效，碱-集料反应失效，化学腐蚀失效，钢筋锈蚀造成结构破坏等[3、4]。下面作具体分析。
2.1 混凝土冻融破坏
混凝土冻融破坏，是由于混凝土中的水受冻结冰后体积膨胀，在混凝土内部产生应力，由于反复作用或内应力超过混凝土抵抗强度致使混凝土破坏。结构处于冰点以下环境时，部分混凝土内孔隙中的水将结冰，产生体积膨胀，过冷的水发生迁移，形成各种压力，当压力达到一定程度时，导致混凝土的破坏。混凝土发生冻融破坏的最显著的特征是表面剥落，严重时可以露出石子。
2.1.1 破坏原因
混凝土的抗冻性是混凝土受到物理作用(干湿变化、温度变化、冻融变化等)后反映混凝土耐久性的重要指标之一。对混凝土的抗冻性不能单纯理解为抵抗冻融的性质，不仅在严寒地区混凝土建筑物有抗冻的要求，温热地区混凝土建筑物同样会遭到干、湿、冷、热交替的破坏作用，经历时间长久会发生表层削落，结构疏松等破坏现象，如浙江省的富春江水电站，湖南省的桃江水库等，都发生过不同程度的冻融破坏，所以对混凝土的冻融破坏的研究显得尤为重要。
对混凝土冻融破坏的机理，目前的认识尚不完全一致，按照公认程度较高的，由美国学者T.C.Powerse提出的膨胀压和渗透压理论，吸水饱和的混凝土在其冻融的过程中，遭受的破坏应力主要由两部分组成。其一是当混凝土中的毛细孔水在某负温下发生物态变化，由水转变成冰，体积膨胀9%，因受毛细孔壁约束形成膨胀压力，从而在孔周围的微观结构中产生拉应力；其二是当毛细孔水结成冰时，由凝胶孔中过冷水在混凝土微观结构中迁移和重分布引起的渗管压。由于表面张力的作用，混凝土毛细孔隙中的水的冰点随着孔径的减小而降低。当胶凝孔水形成冰核的温度在-78℃ 以下时，由冰与过冷水的饱和蒸汽压差和过冷水之间的盐分浓度差引起水分迁移而形成渗透压。
另外胶凝不断增大，形成更大膨胀压力，当混凝土受冻时，这两种压力会损伤混凝土内部微观结构，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，最后甚至完全丧失。
2.1.2 影响因素
混凝土的抗冻性能与混凝土内部的孔结构和气泡含量多少密切相关。孔越少越小，破坏作用越小，封闭气泡越多，抗冻性越好。影响混凝土抗冻性的因素，除了孔结构和含气量外，还包括:混凝土的饱和度，水灰比，混凝土的龄期，集料的孔隙率及其间的含水率等。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冰的体积进一步膨胀。
2.2 混凝土渗透破坏
混凝土的抗渗性【6】，指混凝土抵抗压力水渗透的能力。它是指气体、液体或者离子受压力、化学式或电场作用，在混凝土中渗透、扩散或迁移的难易程度。混凝土材料的腐蚀大多是在有水及有害离子侵入得条件下产生的，混凝土的耐久性跟渗透性有着密切的关系，渗透破坏直接导致了混凝土碳化、冻融破坏、钢筋腐蚀、化学侵蚀等混凝土耐久性问题的产生，最终致使结构力下降甚至结构受到破坏。
2.2.1 破坏原因
混凝土的渗透性是其微观结构决定的，如混凝土的空隙率、孔径分布，以及骨料组成等。混凝土的毛细孔越大，其强度越低，渗透性也越大。普通混凝土的界面区疏松多孔，界面区Ca(OH)2富集并取向生长，往往成为各中有害介质入侵的通道。因此对渗透性的影响较大。混凝土是一种多相非均质材料，从微观上看是多孔结构，水通过这些空隙在混凝土中渗透。混凝土表面接触到水时，会有两种力促使水分向混凝土内部渗入压力差和毛细孔压力。随着混凝土表面水分渗入，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，当水达到混凝土的另一侧渗出。若压力差大于孔壁摩擦阻力和毛细阻力，则水将从混凝土的另一侧渗出。弱压力差小于孔壁摩擦阻力毛细阻力，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的蒸发速度。
水在多孔材料中运动可分为七个阶段：
第一阶段，水分通过吸附和表面扩散进入材料的空隙；第二阶段，水在孔壁上形成吸附层，水分通过蒸汽扩散深入材料空隙内部；第三阶段，随着相对湿度的增加，空气开始在孔中冷凝并形成水膜，水膜两侧出现压差，于是促使水膜在孔中渗透；第四阶段，孔部局部水饱和，液体渗透并伴有蒸汽扩散；第五阶段，孔中局部水饱和，液体渗透、流动；第六阶段，孔完全饱和，液体流动，此时符合达西定律；第七阶段，离子扩散，如氯离子扩散，当存在浓度差时，离子扩散最为有效。
由此我们知道混凝土中存在大量的空隙和裂缝是混凝土产生渗透的主要原因。混凝土的孔结构包括水泥石浆体空隙、集料中的空隙、集料和将题解免检的空隙等，施工不良也会导致部分蜂窝结构。
2.2.2 影响因素
影响混凝土渗透性的因素很多。内部因素是指本身混凝土材料本身材料组成和结构特性，外在因素是混凝土所处的使用环境，混凝土本身所处的材料结构和性能可通过配合比及适当的制作工艺来达到。外部因素是客观存在的，提高混凝土抗渗性的关键在于减少混凝土堆腐蚀介质易感的组分，提高混凝土本身的致密性，尽可能的减少原生裂缝，并加强混凝土硬化后的体积稳定性。
一是水灰比对混凝土渗透性的影响。实际施工中，对于影响性能极大的加水量，往往由于施工人员根据振捣是否方便而定，为了加快施工和避免出现蜂窝空洞等缺陷，加水量常常过多，过多超量的水在混凝土内留下了孔隙，从而大大降低了混凝土的密实性，使混凝土容易受有害气体和液体的侵蚀和渗透，这是水灰比影响耐久性的主要原因。
二是掺合料对混凝土渗透性的影响。掺合料（火山灰、粉煤灰、矿渣）能显著降低混凝土的渗透性，这是由于浆体结构得到了改善，水灰产物填充空隙，毛细空隙率降低，孔径细化，孔的连通性被阻断，从而渗透性降低。
三是孔结构。可以说绝大部分影响混凝土强度的因素都影响混凝土的渗透性。这两者之间有一定的联系，但没有必然的联系，因为混凝土的抗渗性与连通的空隙有关，而抗压轻度主要是受总的空隙率控制的。
2.3 碱骨料反应
碱骨料反应也叫碱硅反应，是指混凝土中的碱性物质与骨料中的活性成分发生化学反应，引起混凝土内部自膨胀应力而开裂的现象。碱骨料反应给混凝土工程带来的危害是相当严重的，因为碱骨料反应时间较为缓慢，短则几年，长则几十年才能被发现。
碱骨料反应的因素在混凝土内部，其危害作用往往是不能根冶的，是混凝土工程中的一大隐患。许多国家因碱-集料反应不得不拆除大坝，桥梁，海堤和学校，造成巨大损失，国内工程中也有碱-集料反应损害的类似报道，一些立交桥，铁道轨枕等发生不同程度的膨胀破坏。
2.3.1 破坏原因
水泥中95 %以上的主要成分是CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3，另外含有少量的其他氧化物MgO，SO3，K2O，Na2O等,这些氧化物主要是生产过程中反应不够充分而残留在水泥中的,其成分与含量跟水泥生产的原材料和工艺水平有关。Na2O水化后生成NaOH，K2O水化后生成KOH，碱骨料反应通常可分为碱硅酸反应、碱碳酸盐反应、碱硅酸盐反应3种类型。
碱硅酸反应是指混凝土中碱与骨料中微晶或无定形硅酸发生反应，生成碱硅酸类。碱碳酸盐反应是指混凝土中的碱与具有特定结构的粘土质细粒白云质石灰岩或粘土质细粒白云岩骨料发生下列反应，进行所谓的去(脱)白云化作用。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。
混凝土中的碱与集料中活性组分发生的化学反应，引起混凝土的膨胀，开裂，甚至破坏。
2.3.2 影响因素
（1）混凝土中的碱含量
混凝土中的碱含量越大，混凝土发生碱骨料反应的可能性越大，引起的破坏越严重。
（2）混凝土的水灰比
在通常的水灰比范围内，随着水灰比减少混凝土碱骨料反应的膨胀量有增大趋势，水灰比为0.4时膨胀量为最大。
（3）骨料的特性
骨料中的活性成分越多，混凝土中的碱骨料反应膨胀量越大。
骨料的粒径过大或过小都使反应膨胀量减小，中间粒度的骨料引起的反应膨胀量最大。骨料的空隙较大时也能缓解碱骨料的膨胀压力。
（4）混凝土的孔隙率
混凝土的孔隙率也能缓解反应膨胀压力，因此，加入引气剂也能缓解碱骨料反应的压力。
（5）环境温湿度的影响
①混凝土中的碱骨料反应离不开水。因此环境湿度对其有明显影响。虽然说在低湿度条件下混凝土空隙中的碱溶液浓度增大，会促进碱骨料反应但是如果环境湿度度低于80%时外界不能供给混凝土水分混凝土内部就不可能发生物体吸水膨胀的物理反应。
②环境温度对混凝土碱性骨料的反应也有影响，在高温下混凝土碱骨料反应加快，在混凝土未凝结之前已完成膨胀，混凝土的塑性变形吸收了膨胀压力。
2.4 混凝土的碳化
混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中CO2气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化，其化学反应为：Ca（OH）2＋CO2＝CaCO3＋H2O。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4，称为钝化膜。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。可见，混凝土碳化作用一般不会直接引起其性能的劣化，对于素混凝土，碳化还有提高混凝土耐久性的效果，但对于钢筋混凝土来说，碳化会使混凝土的碱度降低，同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，因而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱。
2.4.1 破坏原因
拌和混凝土时，硅酸盐水泥的主要成份CaO水化作用后生成Ca（OH）2，它在水中的溶解度低，除少量溶于孔隙液中，使孔隙液成为饱和碱性溶液外，大部分以结晶状态存在，成为孔隙液保持高碱性的储备，它的PH值为12.5～13.5.空气中的CO2气体不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔道，气相扩散到混凝土中部分充水的毛细孔中，与其中的孔隙液所溶解的Ca（OH）2进行中和反应。反应产物为CaCO3和H2O，CaCO3溶解度低，沉积于毛细孔中。该反应式为：Ca（OH）2+ CO2→CaCO3↓+ H2O反应后，毛细孔周围水泥石中的羟钙石补充溶解为Ca 和OH-，反向扩散到孔隙液中，与继续扩散进来的CO2反应，一直到孔隙液的PH值降为8.5～9.0时，这层混凝土的毛细孔中才不再进行这种中和反应，此时即所谓“已碳化”。确切地说，碳化应称为碳酸盐化。另外，凡是能与Ca（OH）2进行中和反应的一切酸性气体，如SO2、SO3、H2S以至于气相HCI等，均能进行上述中和反应，使混凝土碱度降低，故混凝土碳化应广义地称为“中性化”。混凝土表层碳化后，大气中的CO2继续沿混凝土中未完全充水的毛细孔道向混凝土深处气相扩散，更深入地进行碳化反应。碳化后的混凝土质地疏松，强度降低。
2.4.2 影响因素
首先影响较大的是水泥品种，因不同的水泥中所含硅酸钙和铝酸钙盐基性高低不同；其次，影响混凝土碳化主要还与周围介质中CO2的浓度高低及湿度大小有关，在干燥和饱和水条件下，碳化反应几乎终止，所以这是除水泥品种影响因素以外的一个非常重要的原因；再次，在渗透水经过的混凝土时，石灰的溶出速度还将决定于水中是否存在影响Ca（OH）2溶解度的物质，如水中含有NaSO4及少量Mg2+时，石灰的溶解度就会增加，如水中含有Ca(HCO)3的Mg(HCO)3对抵抗溶出侵蚀则十分有利。因为它们在混凝土表面形成一种碳化保护层；另外，混凝土的渗透系数、透水量、混凝土的过度振捣、混凝土附近水的更新速度、水流速度、结构尺寸、水压力及养护方法与混凝土的碳化都有密切的关系。
2.5 钢筋锈蚀[4]
钢筋锈蚀就是钢筋放在潮湿的空气中发生氧化反应而锈蚀，在这种情况下，适当的锈蚀是有利的，可以增大与混凝土的粘结力。另一种情况，如果已经浇筑到构件里，因为构件的混凝土保护层破损或脱落而露出钢筋导致钢筋锈蚀，这是一种结构损伤，会严重影响结构的使用寿命，应采取加固修补措施，防止钢筋外漏。
混凝土中水泥水化后，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学腐蚀。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。
钢筋锈蚀，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，钢筋和混凝土之间的粘结作用下降，破坏他们共同作用的基础，从而严重影响混凝土结构物的安全性和正常使用性能。
2.5.1 破坏原因
钢筋的腐蚀分为湿腐蚀和干腐蚀两种，钢筋在混凝土结构中的锈蚀是在有水分子参与的条件下发生的腐蚀，属湿腐蚀。这种腐蚀属电化学腐蚀，钢筋的锈蚀过程是一个电化学反应过程。
钢筋锈蚀过程可表示为：
Fe→Fe2+＋2e－ 阳极反应
1/2O2＋H2O＋2e－→2OH－阴极反应
将上述两个反应式综合起来得：Fe＋1/2O2＋H2O→Fe(OH)2
Fe(OH)2+1/2H2O+1/4O2→Fe(OH)3
即反应的结果是阳极生成了氧化物，在O2及H2O共同存在的条件下，由于上述电化学反应使钢筋表面的铁不断失去电子而溶于水，从而逐渐被腐蚀，在钢筋表面形成红铁锈，体积膨胀数倍，引起混凝土结构开裂。
由于混凝土浆体的pH值很高，钝化可保护钢筋不锈蚀，但当pH值改变时，金属自身的氧化还原本质会使钢筋发生锈蚀。当pH值为9.5～12.5时，金属表面存在一层氧化铁或氢氧化铁膜，钢筋不容易发生锈蚀。水泥水化时很快便在金属上形成了钝化膜，随着水化的缓慢进行，该保护膜的厚度逐渐变大，一般为10－3～10－1μm。通过阴极测量，发现该层钝化膜确实存在，但对于保护膜的形成条件、化学和矿物组成仍不确定，很可能该层保护膜中存在着多个相。
钢筋的去钝过程是由于在钝化膜表面形成的一层非离子层中含有Fe2+和Fe3+，即使pH值很高（12～13），氯离子的浓度很低，铁的可溶性也会增大，这种复杂的迁移过程降低了钝化膜的稳定性。
通常规定混凝土中氯离子浓度应不得高于0.2%，由于该值缺乏理论依据，一些学者提出了Cl-和OH-的比值限定值：Cl－/OH-高于0.6时，可能发生钢筋锈蚀。可以看出，必须根据水泥浆中的碱含量来确定氯离子的限值，但由于集料中含有一定数量的碱，且铝相使氯离子的迁移不定，使问题更加复杂化。
钢筋锈蚀使混凝土的强度降低，当铁锈的厚度超过0.1mm时，就会引起混凝土表面开裂。可以通过对混凝土中的钢筋进行半电池电极测试来确定钢筋是否锈蚀，当电场值低于-0.35V时，即认为钢筋已发生了锈蚀。若有疑问，可以通过测量极化电阻来确定钢筋的锈蚀速率。
总的来说，阳极反应使混凝土中的氧气降低，产生浓度梯度，氧气从混凝土表面扩散进来，其扩散速率决定着钢筋的锈蚀速率。然而，当氯离子的含量很高时，锈蚀速率也可能会高于氧气的扩散速率。
由于钢筋在混凝土中的锈蚀导致电化学反应，因而其锈蚀速度与锈蚀量均可用电量来表示。通常当腐蚀电流密度为100μA/cm2时，其锈蚀速度约为1mm/a。
2.5.2 影响因素
混凝土结构中，钢筋受到周围混凝土的保护，一般并不被腐蚀，只有在一定条件下才产生锈蚀。
（1）混凝土碳化造成钢筋锈蚀
正常情况下，空气中的二氧化碳气体在混凝土表面逐渐被氢氧化钙吸收，形成碳酸钙，这种现象称为混凝土碳化，碳化的速度除与二氧化碳的浓度有关外，还取决于相对湿度及混凝土的密实度等。一般状态下，由于水泥的水化作用，混凝土内的pH值为12～13，在此环境下，钢筋周围形成一种保护膜，即钝化膜，可保护钢筋不被锈蚀；当pH值小于9时，该钝化膜即遭破坏。只有在混凝土内碱度降低，也就是说碳化深度达到或超过钢筋保护层时，钢筋表面的钝化膜被破坏，钢筋才开始锈蚀。
（2）与环境湿度密切相关
在十分潮湿的环境中，即相对湿度接近100％时，混凝土孔隙中充满水分，二氧化碳气体不容易透入，难以造成钢筋锈蚀。当相对湿度低于60％时，在钢筋表面难以形成水膜，钢筋几乎不生锈。而当空气相对湿度在80％左右时，有利于碳化作用，混凝土中钢筋就容易被锈蚀。
（3）混凝土振捣不密实或存在裂缝造成钢筋锈蚀
混凝土水灰比过大，水泥用量过少，混凝土振捣不密实及养护不到位，或在混凝土浇筑过程中产生露筋、蜂窝、麻面等，会使混凝土孔隙过大或存在裂缝，便于空气中的水和二氧化碳气体侵入，引起钢筋锈蚀。
（4）混凝土内掺加氯盐造成钢筋锈蚀
氯盐在提高混凝土的早期强度和防冻方面是很有效的，但如果掺量过多，过量的氯离子会破坏钢筋表面的钝化膜，从而导致钢筋锈蚀。故规范规定一般混凝土结构中氯盐掺量不得超过水泥重量的l％。
（5）侵蚀性气体的侵入造成钢筋锈蚀
当空气中含有工业废气，如氯化氢和氯等酸性气体，将同样被混凝土吸收而与氢氧化钙结合，造成混凝土碱度迅速下降，使钢筋遭受锈蚀。
2.6 侵蚀性介质的腐蚀
在一些侵蚀性介质（包括酸、碱、硫酸盐、压力流动水等）中的混凝土，可能遭受化学侵蚀而破坏。当混凝土结构处在有侵蚀性介质作用的环境时，会引起水泥石发生一系列化学，物理与物化变化，而逐步受到侵蚀，严重的使水泥石强度降低，以至破坏。
2.6.1 产生原因
常见的化学侵蚀可分为淡水腐蚀，一般酸性水腐蚀，碳酸腐蚀，硫酸盐腐蚀，镁盐腐蚀五类。淡水的冲刷，会溶解水泥石中的组分，使水泥石孔隙增加，密实度降低，从而进一步造成对水泥石的破坏；研究表明，当水泥石中的氧化钙溶出5%时，强度下降7%，当溶出24%时，强度下降29%，因此，淡水冲刷会对水工建筑有一定影响；而当水中溶有一些酸类时，水泥石就受到溶淅和化学溶解双重作用，腐蚀明显加速，这类侵蚀常发生在化工厂；碳酸对混凝土的影响主要为：在溶淅水泥石的同时，破坏混凝土内的碱环境，降低水泥水化产物的稳定性，影响水泥石的致密度，造成对混凝土的侵蚀;硫酸盐的腐蚀则表现为SO42-离子深入混凝土内与水泥组分反应，生成物体积膨胀开裂造成损坏；海水中由于存在多种离子，侵蚀形式较为复杂，但主要是由于镁盐使硬化水泥石的结构组分分解，同时硫酸盐作用会造成对水泥石的损坏，而氧化镁沉淀会堵塞混凝土孔隙，会使海水侵蚀有所缓和。
2.6.2 影响因素
（1）混凝土自身性能对侵蚀的影响
①混凝土自身性能是一些混凝土抗硫酸盐侵蚀的内因，它是由构成混凝土的各种材料及施工条件来决定的组成混凝土的原材料主要是水泥、粗细骨料、水、矿物掺和料及外加剂等。混凝土凝结硬化的实质是水泥和水产生一系列的水化反应，所以水泥的品种对混凝土硫酸盐侵蚀的影响性很大，实验表明，不同品种的水泥品种配置的混凝土具有不同的抗硫酸盐侵蚀能力。混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力在很大程度上取决于水泥的矿物组成及相对含量。
②配合比及施工质量对硫酸盐侵蚀的影响
配合比对硫酸盐侵蚀主要体现在混凝土的水灰比和胶砂比上。水灰比越大，胶砂比越少，试件的孔隙率越大，混凝土的渗透性越大，则侵蚀溶液易进入试件内部，使硫酸盐侵蚀速度加快，施工质量好坏对硫酸盐侵蚀的影响也很大，混凝土质量不好，导致蜂窝、麻面、振捣不良等现象，即使配合比再合理，硫酸盐侵蚀也是很严重的。
（2）侵蚀溶液的影响
侵蚀溶液的浓度和温度对混凝土硫酸盐的侵蚀有着显著的影响，归纳起来有以下几个方面：第一浓度不同侵蚀产物不同。第二侵蚀溶液的温度和浓度不同，混凝土硫酸盐的侵蚀的速度不同。随着溶液温度和浓度的增加，侵蚀的速度加快。
（3）环境及工作条件对侵蚀的影响
环境及工作条件影响内容较多，一是碳化作用，空气中的CO2与水泥化合物发生反应，导致混凝土中PH降低和混凝土本身的粉化，致使只有在高碱环境下才能稳定的氯铝酸盐水解，又产生Cl-的腐蚀。二是Cl-的影响，环境中游离的Cl-是破坏混凝土的结构的最重要因素，一旦渗入将和混凝土中的C3A反应，生成比反应物大几倍的固体化合物，又产生Cl-的腐蚀。三是SO42-的影响，腐蚀机理跟Cl-离子的一样，也是产生大体积的固化物。四是镁盐的影响。镁盐在渗入混凝土中与Ca(OH)2发生反应，使混凝土中碱性降低，水泥石中的水化碳酸钙便易于呈酸性的镁盐发生反应，结果使水泥石粘结力减弱，混凝土强度减低。第五环境的温度、湿度和冻融交替严重的影响者混凝土耐久性。当温度大于40度时，湿度大于90%时，导致混凝土加速破坏，冻融交替的越频繁，混凝土受到的危害越大。

3 提高混凝土耐久性的措施
通过对混凝土耐久性问题的分析，我们知道影响混凝土耐久性的的主要因素，如何提高混凝土的耐久性，保证混凝土长期使用的安全，工程中应根据具体情况,有针对性地采取相应措施,提高混凝土的耐久性。
3.1 防止混凝土的冻融破坏
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参数。一般引气量4％-8％，同时，应避免采用吸水率较高的集料，加强排水以免混凝土结构被水饱和。在混凝土中掺加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W／C，从而保证混凝土强度不降低，甚至有所提高。
3.2 增强混凝土的抗渗性
掺加高效减水剂，在保证混凝土拌和物所需流动性（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等。
3.3 避免或减轻碱骨料反应
混凝土碱集料反应危害很大，一旦发生很难修复。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。此外，外加剂特别是早强剂带来高含量的碱，为预防碱集料反应，在设计上应对外掺剂的使用提出要求。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，可以用表面养护剂来改善养护条件，提高保水性，加速表面硬化。混凝土构件的侵蚀病害都是从表面开始的，在混凝土终凝前做好原浆抹面压光，增强表面密实度，也可采用表面浸渍和表面涂覆的手段来降低混凝土表面渗透性。
3.4 提高混凝土抗碳化能力
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CO2向混凝土内部渗透，大大提高混凝土抗碳化能力。
3.5 钢筋锈蚀的预防[7]
常用的方法有环氧涂层钢筋，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，这种钢筋保护层能长期保护钢筋使其免遭腐蚀。此外，在混凝土表面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。还可掺加高效减水剂，在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，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。还可研究新技术，开发新产品，如耐锈钢筋、阻锈钢筋等。
3.6 预防侵蚀性介质的腐蚀
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。一要重视选材，水泥是混凝土的重要组成部分，其性质对混凝土结构性友重要影响根据腐蚀环境的不同，合理选择水泥品种有利于提高混凝土的耐久性。外加剂、掺合料钢筋料的选用也很重要；二是重视干湿交替环境下的混凝土耐久性设计；三是关于混凝土裂缝控制等级和钢筋保护层厚度；四是钢筋阻锈剂的使用；五是阴极保护技术；六是地基处理，污染土的处理及地下污染水的处理、设置基础隔离墙等，以避免碱性污染，保证基础的耐久使用年限。这样有效的预防侵蚀性介质的腐蚀，提高混凝土的耐久性。

4 结论与展望
混凝土耐久性是影响工程使用寿命的主要问题，通过对影响混凝土耐久性主要因素的分析，我们提出了防止冻融破坏、增加混凝土抗渗性、避免及减轻碱骨料反应，提高混凝土抗碳化能力、钢筋腐蚀的预防及侵蚀性介质的预防等各项措施，来增强混凝土的耐久性，避免及减少混凝土受到伤害。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，要解决好这个问题需要进行多方面的工作，如正确的结构设计、材料选择以及严格的施工质量，同时应注意对其在使用阶段实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的可持续发展。
混凝土耐久性是一个十分复杂的结构工程问题，虽然已在这方面做了很多工作，但仍有许多不完善的地方有待解决，这里就将混凝土耐久性研究的发展方向提出一些看法。
（1）材料破坏细观机理与宏观力学性能相关的研究
基于混凝土微裂缝的产生、扩展是一个典型的损伤发育和演化过程，现代损伤力学是研究这个过程的强有力的手段。因此，以现代材料测试手段为基础，通过试验测量及理论分析，获得在非力学破坏因素作用下混凝土细观结构的状态改变量及相对应的宏观性能指标的变化量，结合损伤力学的理论，建立混凝土耐久性衰减过程的损伤力学模型，以此来研究混凝土的耐久性破坏过程，进而可以此模型对混凝土结构的耐久性进行评估。
（2）结合工程建立耐久性衰减或预测的多因素模型
由于目前国内外对混凝土结构耐久性的研究主要是在实验室中针对某一具体影响因素展开的研究，而实际环境中混凝土结构遭受着冻融、碳化、钢筋锈蚀等多种破坏因素的影响，其影响因素涉及材料、环境、受力状况等诸多方面。因此，应该发展结构全生命周期内的耐久性研究技术，结合实际存在的多种因素影响模式建立基于工程实际条件的耐久性衰减或预测多因素模型，这应该是混凝土结构耐久性研究的主要方向之一。
（3）混凝土结构耐久性设计方法的研究
欲真正实现混凝土结构耐久性设计，必须确定出类似结构强度设计那样的设计参数。该设计参数是混凝土结构性能的特征参数。为此，需事先确定衡量混凝土结构耐久性的评定指标以及由此指标的损失率表示的混凝土结构耐久性完全失效的判定标准，还需确定混凝土结构性能退化规律即耐久性衰减规律或衰减模型。知道了混凝土结构耐久性失效标准和耐久性衰减规律，即可根据结构设计使用寿命确定混凝土结构的性能参数。该性能参数对于混凝土材料而言，可以用以确定混凝土的配合比，确定出的配合比参数与强度设计的配合比参数比较，取两者的较严格的参数。混凝土材料的该性能参数可能是混凝土的孔结构参数或其它细观结构参数，总之，其可以反映混凝土的本质特征。
（4）混凝土结构耐久性检测与评估方法的研究
目前有关混凝土结构耐久性评估都存在着效率较低，成本高，准确率较差，主观经验性的内容较多等不足之处，主要原因之一就是混凝土结构耐久性检测技术尚不发达，评估方法还不很科学。所以,研究开发新的结构耐久性检测技术尤其是高效准确的无损检测技术，将是混凝土结构耐久性研究领域很有应用前景的发展方向。总之，混凝土结构耐久性的研究具有巨大的现实意义和应用价值。

参考文献

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