混凝土结构耐久性研究.pdf

第 3 8卷第 7期 2 0 1 1 年 7月 建筑技术开发 Bu i l d i n g Te c h ni q ue De v e l o pme nt Vo 1 3 8。 No 7 J u 1 2 0 1 1 混凝 土 结构 耐久 性 研 究 皮孙志王水清 ( 中机 国际工程设计研 究院有限责任公司， 长沙4 1 0 0 0 1 ) 摘要 混凝土结构 的耐久性 已引起工程界 的高度重视 ， 介绍 了国内外混凝 土结构耐久 性研究现状 ， 详 细分析 了影 响 混凝土结构耐久性的主要 因素 ， 提出了提高混凝士结构耐久性 的方法措施 。 关键词 混凝土结构 ； 耐久性 ； 主要 因素 ； 措施 中图分 类号 T U 5 2 8 1 文献标 志码 A 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 1 ) 0 7 0 0 3 3 0 2 混凝土是世 界上 应 用最 普遍 、 范 围最 广 的结 构材 料 之 一 ，在现代建筑 中 ， 可 以说几 乎没有 一栋 建筑 物是没 有混凝 土的。 目前世界上混凝 土的用量 年均 以 8 8 0 0 Mm 增 加 ， 相 当于人 均 1 m 以上 ， 尤其 是在欠 发达 国家 ， 混凝 土 的用 量是 结构工程用料 中的首位 ， 我 国的混凝 土年均用量堪 称世界之 首 。然而 ， 在大量应 用钢筋 混凝 土的 同时 ， 人们 注意到 一个 值得关注 的问题 一一 钢筋 混凝土 结构 的耐久 性 问题。混凝 土结构 的耐久性是 指在 设计使 用年 限 内， 在 正常维 护下 ， 必 须保持适合于使用 ， 而不需进行大 修加 固 。混凝土 结构 广泛应用于各类工 程结构 中， 如果 因耐 久性不 足而 失效 ， 或 为了继续正常使用 而进行 相 当规模 的维修 、 加 固或 改造 ， 则 将 要付出高昂的代价 。保 证混 凝土结 构 能在 自然 和人 为 环境 的化学和物理作 用下 ， 满 足耐久 性 的要求 ， 是一 个十分 急迫 和重 要的问题。 1 混凝土结构耐久性现状 我 国在钢 筋混凝 土耐久 性问题上 尚缺少 全 国性 的系统 资料 ， 但从 一些调查 资料 和发表 的有关 文献来 看 ， 钢筋 混凝 土耐久性 问题也 是极 其严重 的 。中国建筑 科学 研究 院的调 查表 明， 我国现役工业 建筑 物损坏 严重 ， 其 结构 的使用 寿命 一 般不能保证 5 0年 ， 多数在 2 53 0年左 右就必 须进行 大修 或加 固。1 9 9 4年 铁路 部门的统计表明 ， 我 国铁路存在有 病害 的钢筋混凝土桥 2 6 7 5座 ， 其中的 7 2 2座发生裂损 ； 仅使用 2 0 年 的北 京西直 门立交 桥 ， 由于 长期在 冬季 使用 化冰盐 ， 部 分 梁柱锈蚀严 重 ， 现 己拆除重建 。 从发达 国家所 取得 的经验来 看 ， 钢 筋混凝土 耐久性 问题 造成 的损失 己是惊人 的。美 国标 准局 ( N B S ) 1 9 7 5年 的调 查 表明 ， 美 国每年 因腐 蚀造 成 的各种损 失为 7 0 0多亿 美元 ， 蚀 破坏的修复费 ， 1 9 9 8年度 就需 要 2 5 0 0亿美 元。英 国为解决 海洋环境下钢筋混凝土结构的腐蚀与防护问题和修复已损 伤的钢筋混凝 土结构 ， 每 年耗 资将近 2 0 0亿英 镑 ， 而 日本 引 以为 自豪 的新 干线 ， 在运行 1 O年后也 出现大 面积的混 凝土 收稿 日期： 2 0 1 1 0 41 5 作者简介 ： 皮孙志( 1 9 8 4 ) ， 男 ， 毕业于 中南林业科技 大学 ， 学士学位 从 事建 筑设计 、 维 护及耐久性研究 。 开裂 、 剥蚀 现象 ， 日本运输 省 曾检查 了其 1 0 3座 混凝 士港 口 码头 ， 发现使用 2 O年以上的都有大量 的顺筋裂缝 ， 目前 日本 每年用于房屋结构维修 的费用就达 4 0 0亿 日元 。 2影响混凝土 结构 耐久性 的主要因素 2 1离氯子 ( c l 一 ) 扩散机理及影响 因素 的研 究 在众 多的钢筋 混凝 土结 构耐 久性 损失 中 ， c l 一 扩 散所 导 致 的损失 可以说是第一 位 ， 因此 ， 对 混凝 土耐久 性 问题 的研 究是从 c l 一 破坏开始 的， 各 国学者对 c l 一 的扩散 给予 了高度 的重视 ， 并对 其机理及 影 响因素进 行 了深入 而广泛 的研究 。 目前对 c l 一 扩散的机理 已清楚 ， 混凝 土中 c l 一 的来 源 主要有 三个方面 ， 一处于 c l 一 使用环境 中的混凝 土结构 ， C 1 一 从 结构 的表面 向混凝土 内部扩散 ， 或使用 受到 C l 一 污染 的材料所 带 来的 ， 如受 c l 一 污染的骨料及水 等 ， 二 是在北 方使用 化冰盐 ； 三是人为加入 的， 如早 期施 工时加入的氯盐早强剂。 2 2混 凝 土 的 碳 化 碳化是 混凝 土 中性化 的 常见 形式 ， 碳化 可 使 混凝 土 的 p H值 降至 1 0以下 。碳化对混凝土本 身是无 害的 ， 其 主要 的 问题是 当碳化 至钢筋表 面 时， 将 会破 坏氧 化膜 ， 钢筋 有锈蚀 的危 险， 此外会加 剧混凝 土 的收缩 ， 可 导致混 凝土 开裂 。这 些均给混凝土 的耐久性带来不利 影响。 2 3 钢 筋 的锈 蚀 混凝 土碳化 至钢筋 表面使 氧化膜 破坏是 钢筋锈 蚀的必 要条件 ， 含氧水分 侵入 是钢筋锈蚀 的充 分条件 。钢筋 锈蚀有 相当长的过程 ， 先是 在裂缝 较宽处 的个别 点上 “ 坑蚀 ” ， 继 而 逐 渐形 成“ 环蚀 ” ， 同时 向两边扩展 ， 形成锈蚀面 ， 使钢筋截 面 削弱 ， 从而影 响混凝 土结构 的耐久性 。 3确保和提高混凝土 耐久性 的若 干措施 针对影 响混凝 土耐久 性的因素 ， 为确保和 提高混凝土 的 耐久性 ， 采取 的措施多种多样 ， 归纳起来主要有 。 3 1 提 高混凝土的密 实性 导 致混凝 土劣化 和破坏 均是混 凝土 内有充足 的水分 和 有害物质 的侵入 。因此要 提高混凝上耐久 性 ， 须 降低混凝 土 的孔 隙率 ， 提高密 实性避 免 出现裂缝 ， 从 而能 够抵抗 水分 和 侵蚀性介 质的渗入。可采取的措施有 ： 3 3 第 7期 皮孙志 ， 等 ： 混凝 土结构耐 久性研 究 第 3 8卷 3 1 1 合理设计混凝土配合 比 混凝土配合 比设计是确保 其耐久性 的关键环节 之一 ， 在 条件许可的情况 下 ， 应 尽量 选用较 低 的水灰 比， 减少 单方 用 水量和胶凝材料用量 。实 践表明 ， 降低 水灰 比能提高混凝 土 密实度 ， 其抵抗水分 、 气 体及 氯离 子等扩 散 的能力 要 比传 统 的高 1 2个 数量级 ， 极 大地 延缓 了碳化 和氯 离子 的侵蚀 过 程 ， 而且 氧气 、 水分 供应受 阻 ， 钢筋锈 蚀的速 度亦得 以阻 滞 ， 有利提高混凝 土的耐久性。此外 ， 降低水灰 比也是发 挥矿物 掺 和料 对混凝土强 度贡 献的重 要条 件。但 过少 的胶凝 材料 用 量对 混凝土的强度 、 耐久性 和工 作性 能不利 ， 因此胶 凝材 料用量 应有最小限值 。 3 1 2 掺用外加剂 外加剂 主要通 过提 高混凝 土密实 度和改 善毛细 孑 L 结 构 提高混凝土的抗渗性 。减水剂 、 缓凝 剂可以有效 地改善混 凝 土的工作性能 ， 有 利于 混凝 土 的均 匀性 和 密实性 ， 减 少质 量 缺陷 ， 提 高混 凝土抗渗性 。引气剂可 在混凝土 中产生适量 的 细微封闭球形孔 ， 从 而切 断毛 细孑 L 渗 水 的通路 ， 达 到提高 抗 渗性 的效果 。另外 ， 球形孔可 以成为冰 、 水迁移 的“ 蓄 水池 ” ， 缓 冲结冰 引起 的静 水压和渗透压 ， 大大提 高抗冻融 能力 。大 量实践表 明 ， 适量引气 剂能 抑制 碱 一骨料 反应 ， 减 少膨胀 破 坏 。# t- J Il 剂 的掺用应 注意 外加 剂的 成分 、 掺用 量 、 匹配 及与 水泥 的相 容性等。如 在钢筋 混凝 土 中应 严 格控 制氯 离子 的 引入 ， 以免对钢筋 防锈蚀不 利。 3 2 优质 的粗 、 细骨料 为保 证混凝土 的耐久 性能 ， 应合 理选 用性 能优 良、 质量 稳 定的粗 、 细骨料 。细骨料应 选用级配合 理 、 质地 均匀坚 固、 吸水 率低 、 空 隙率 小的洁净的天然河砂 ， 不 宜使用 山砂 ， 不 得 使用海砂 。粗骨料 应选 用级 配合理 、 粒 形 良好 、 质地 均匀 坚 固、 线胀 系数小的洁净碎石 ， 不宜采用砂石 ， 耐 久性混凝 土应 采用二级或三级级配粗骨料 ； 粗骨料应分级 采购 、 分级运输 、 分级维放 、 分级计量 。 3 3 施 工 方 面 混凝土 的拌制尽 量采 用二 次搅拌 法 、 裹砂 法 、 裹砂 石法 等工艺 ， 提高混凝土拌合料的和易性 、 保水性 ， 提高 混凝 土的 强度 ， 减少用水量。大体积的混凝土 的浇筑震捣应 控制混凝 土的温度裂 缝、 收缩裂缝 、 施 工裂缝 ， 建 立混凝 土的浇筑震 捣 制度提高混凝 土密实度和抗渗性 ， 重视混 凝土震捣 后的表 面 工序并加强 养护 ， 以减少混凝土 裂缝 。混凝土 的施工过 程对 控 制构 件外 观裂缝 、 施工裂 缝 至关重 要 ， 应加 强施工 质 量管 理 ， 特殊季节施工 的混凝土结构应采 取特 殊措施 。 3 4 使 用方 面 1 ) 构件 的使 用环境条件 对构 件 的使用寿 命有 很大 的影 响 ， 因此 ， 不能任意改变原构件 的适 用条件 ， 结构 的安全度不 考虑使用不合 理所 造成 的不 利影 响 ； 2) 应及 时封 闭初 始裂 缝 ， 细微 裂缝 可以用涂料 ， 也可用环 氧树脂封 闭 ， 阻止和延缓 钢筋锈蚀 的发展 ， 减缓 因钢 筋 锈蚀 导致 的 混凝 土 构件 的 破 坏 。3 ) 在混凝土表面增设覆盖材料 ， 如喷涂聚合 物乳液改 性 砂浆 ， 延缓混凝土 的碳化速度 。 4结 论 混凝 土结构的耐久性研究是一个 复杂的问题 ， 它是 与结 构设计 、 材料性能 、 施工 、 使用 、 维护密切相关 的系统工程 ， 有 待不断的研究和创新。 参考文献 1 刘 仁 平 混凝 土结 构 耐 久性 探 析 参 考 周 刊 ， 2 0 0 8， ( 1 8 ) ： 2 3 7 2 3 8 2 程文滚 混凝土结构设计原理 北京 ： 中国建筑工业出版 ， 2 0 0 6 ( 上接 第 2 9页) 2 ) 施工 中必须严格执行 配合 比 ， 严禁擅 自更改 。 3 ) 本配合 比中粗 、 细 骨料均 以饱和 面干状 态为准 ， 石 子 为经筛分后 的无超 、 逊径 的标 准料 ， 在施 工中应 保证 砂石 骨 料 的超 、 逊径在 规定 允许 的 范 围之 内 ， 并根 据 砂、 石骨 料 的 超 、 逊径的大小调整 为施 工配合 比。 4 ) 高效减 水剂为粉剂 ， 引气 剂为膏 状 ， 两种外 加剂均 按 胶凝 材料重量 的百 分 比计算 所需 用量 ， 配制 成水 溶 液后 加 入 。 换算施工配合 比时必 须扣除外加剂溶液 中的水量 。对于 有抗冻要求 的混凝 土 ， 要严 格控 制混凝 土拌 和物 的含气 量 ， 混凝土拌和物 的含气 量宜 控 制在 ( 5 51 ) ， 在测 定 混凝 土拌和物含气量时需扣 除骨料含气量 ， 骨料含气量均 列入表 1 1 ， 可供施工现场参 考。引起 剂 K D S F须 先用 7 08 0 的热 水配制成 1 浓度 的溶 液后 再使 用 ， 不 得直 接使 用 ， 配 制好 的水溶液贮存期不得超 过一 星期 。 5 ) 砂 石骨料的含泥量对 混凝 土 的强 度及抗 冻性 能影 响 较大 ， 因此 ， 施工 中要严格控制砂 石骨料的含泥量 ， 如果含 泥 量超出规范要求 ， 必 须经过清洗 ， 符合规范要求方可使用 。 6 ) 因水工混凝 土水 胶 比小 ， 并 掺有混 凝 土外 加剂 和 掺 和料 ， 所 以为保证混凝土拌 和物 的拌 和质量 必须 使用强制 式 拌和机拌和 ， 保证各项原 材料 的称 量误 差符合施工规范 的要 求。并适当延长拌和时间 。 7 ) 应加强 混凝 土 的 早期 养 护 ， 尤 其 是混 凝 土 T型梁 。 夏季气温较高 宜采 用湿润覆 盖物养 护 ， 冬 季气 温较 低 ， 须 加 强混凝土浇筑后 的保温养护措施 。 参考文献 1 水 工混凝 土试验规程 ， D L T 5 1 5 02 0 0 1 2 水工混凝土施工 规范， D L T 5 1 4 4 2 0 0 1 3 水 工混凝 土外加剂技术规程 ， D L T 5 1 0 01 9 9 9 4 混凝土拌和用水 ， J G J 6 32 0 0 6 5 水工混凝土结构设 计规 范 ， S L T 1 9 1 9 6 6 水工建筑物抗冰冻设计规 范， s L 2 1 1 9 8 7 通用硅酸盐水泥 ， G B 1 7 5 2 0 0 7 8 用于水泥和混凝 土中的粒化 高炉矿渣粉 ， G B T 1 8 0 4 6 2 0 0 8 9 王文明 混凝土检测标准解 析与检 测鉴定 技术应 用指南 北京 ： 中国建筑工业出版社， 2 0 1 1