摘要：混凝土結(jié)構(gòu)是目前使用廣泛, 占據(jù)主導(dǎo)地位的一種結(jié)構(gòu)形式, 但由于材料特點(diǎn)和環(huán)境的復(fù)雜, 使得混凝土工程存在嚴(yán)重耐久性問(wèn)題, 本文通過(guò)分析了混凝土耐久性的內(nèi)容以及影響混凝土耐久性的因素, 探討和提出了如何提高混凝土耐久性的措施。
1 混凝土耐久性問(wèn)題的提出
混凝土作為應(yīng)用廣, 用量大的建筑材料, 以其整體性好, 可塑性好, 維修費(fèi)用少?gòu)V泛應(yīng)用于工程上, 隨著混凝土工程使用年限的增長(zhǎng), 現(xiàn)有的混凝土結(jié)構(gòu)紛紛進(jìn)入老化期, 出現(xiàn)剝落, 掉角, 鋼筋銹蝕、凍融破壞等未老先衰的現(xiàn)象, 這也使得工程人員開始發(fā)現(xiàn)混凝土裂化問(wèn)題, 重視影響混凝土劣化的因素, 關(guān)注混凝土耐久性問(wèn)題。
隨著全球二氧化碳濃度提高, 溫度升高, 海平面上升, 酸雨, 水污染, 極端天氣等環(huán)境的變化, 使得混凝土腐蝕破壞嚴(yán)重, 混凝土腐蝕所引起的損失也十分驚人�，F(xiàn)有和新建的混凝土工程如何適應(yīng)環(huán)境變化的影響成為迫切需要解決的世界性難題, 處于城市化進(jìn)程的中國(guó), 建設(shè)項(xiàng)目不斷, 如何提高混凝土工程的質(zhì)量和耐久性, 對(duì)于處于建設(shè)高潮的中國(guó)意義更加重大。
2 混凝土耐久性的定義及內(nèi)容
混凝土抵抗環(huán)境介質(zhì)作用并長(zhǎng)期保持其良好的使用性能和外觀完整性, 從而維持混凝土結(jié)構(gòu)的安全、正常使用的能力稱為耐久性[1]�；炷敛牧系哪途眯灾笜�(biāo)一般包括:抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性、混凝土的碳化、堿骨料反應(yīng)等。
混凝土的結(jié)構(gòu)耐久性取決于混凝土材料的自身特性, 混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量, 混凝土所處的環(huán)境以及混凝土工程使用過(guò)程中的維護(hù)維修[2]。
3 混凝土破壞形式及影響因素
混凝土工程使用期限一般都很長(zhǎng), 但有些工程使用十年二十年就出現(xiàn)各種問(wèn)題, 這主要是混凝土耐久性不足引起的, 影響混凝土耐久性的因素有很多, 具體從以下幾個(gè)方面分析。
3.1 混凝土凍融破壞
在我國(guó)北方, 冬季寒冷, 溫度低, 溫差大, 混凝土工程要承受這些惡劣的氣候, 常常發(fā)生凍脹破壞, 凍融破壞是北方混凝土工程破壞的常見(jiàn)形式之一, 對(duì)于大壩, 水閘等水工混凝土工程, 凍融破壞的影響更為明顯�；炷羶鋈谄茐闹饕且�?yàn)榛炷敛粔蛎軐?shí), 混凝土內(nèi)有孔隙, 尤其是有連通孔隙凍融破壞更明顯, 混凝土孔隙中的自由水分在遇到寒冷天氣會(huì)結(jié)冰, 結(jié)冰后體積會(huì)膨脹, 如此反復(fù)即凍融破壞, 混凝土凍融破壞導(dǎo)致混凝土裂縫不斷擴(kuò)大和深入, 造成混凝土從表層開始向內(nèi)逐層剝落, 經(jīng)過(guò)反復(fù)的凍融破壞, 導(dǎo)致混凝土由表及里的破壞, 損傷不斷擴(kuò)大, 形成互相聯(lián)通的裂縫, 使混凝土質(zhì)量下降, 強(qiáng)度降低, 終影響結(jié)構(gòu)的正常使用, 降低耐久性。
3.2 混凝土碳化
混凝土中的水泥水化后生成的氫氧化鈣, 是堿性物質(zhì), 混凝土中的堿性物質(zhì)會(huì)與空氣中的二氧化碳相互作用, 發(fā)生反應(yīng), 生成碳酸鈣, 使其組織成分發(fā)生改變, 混凝土碳化是隨著空氣中的二氧化碳不斷向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散, 由外到內(nèi)緩慢進(jìn)行的, 由于混凝土碳化, 降低了混凝土中氫氧化鈣的含量, 降低的混凝土的堿度, 隨著混凝土碳化的發(fā)生, PH值下降, 削弱了堿性物質(zhì)對(duì)鋼筋的保護(hù)作用, 從而使鋼筋銹蝕, 銹蝕的鋼筋體積膨脹, 對(duì)保護(hù)層混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力作用, 引起混凝土開裂, 從而影響混凝土的使用年限, 降低混凝土的強(qiáng)度和耐久性。
3.3 化學(xué)侵蝕
我國(guó)北方地區(qū)冬季寒冷, 雨雪天氣多, 雨雪后道路結(jié)冰, 嚴(yán)重影響出行, 為了保證雨雪后道路交通順暢, 常常在道路, 立交橋上采用除冰鹽融化冰雪, 時(shí)間長(zhǎng)久后發(fā)現(xiàn)道路, 橋梁混凝土發(fā)生裂縫, 剝落, 經(jīng)調(diào)查研究, 除冰鹽中含有大量氯離子, 長(zhǎng)期使用除冰鹽的混凝土, 氯離子進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)中, 引起鋼筋銹蝕, , 使得混凝土膨脹, 裂縫開展, 表層疏松, 發(fā)生開裂剝落, 使得骨料外露, 道路表面凹凸不平, 影響行車舒適度, 大大降低道路橋梁的使用年限。
混凝土除氯鹽腐蝕外, 在硫酸鹽等酸堿鹽作用下, 也會(huì)發(fā)生化學(xué)腐蝕。有害化學(xué)成分會(huì)通過(guò)混凝土中的孔隙逐漸深入, 并與水泥水化產(chǎn)物如氫氧酸鈣, 水化鋁酸鈣等會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng), 生成的新的物質(zhì)體積增大, 會(huì)使混凝土體積膨脹, 引起混凝土脹裂, 鋼筋銹蝕。化學(xué)腐蝕使混凝土組織成分發(fā)生變化, 使混凝土耐久性極劇降低, 影響混凝土工程使用期限。
3.4 堿骨料反應(yīng)
堿骨料反應(yīng)是指水泥中的堿性物質(zhì)含量較高時(shí), 會(huì)與骨料中的二氧化硅在潮濕的環(huán)境下發(fā)生化學(xué)反應(yīng), 并在骨料表面生成堿-硅酸凝膠, 堿硅酸凝膠體體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于反應(yīng)前混凝土的體積, 吸水后會(huì)產(chǎn)生較大的體積膨脹, 導(dǎo)致混凝土膨脹開裂, 影響混凝土的正常使用[3]。
3.5 鋼筋銹蝕
混凝土保護(hù)層厚度不夠, 或者混凝土所處的環(huán)境中有害化學(xué)物質(zhì)含量比較高, 破壞鋼筋表面的鈍化膜時(shí), 會(huì)使混凝土中的鋼筋保護(hù)作用降低, 發(fā)生銹蝕, 鋼筋銹蝕后, 生成的鐵銹物質(zhì)的體積比之前鋼筋的體積大好幾倍, 增大的體積會(huì)對(duì)鋼筋產(chǎn)生膨脹力, 使混凝土沿鋼筋方向膨脹開裂, 發(fā)生脫落[4]。而鋼筋開裂剝落又進(jìn)一步加快了鋼筋的銹蝕, 使得鋼筋和混凝土結(jié)構(gòu)承受力紛紛降低, 危及結(jié)構(gòu)的安全。
4 提高混凝土耐久性的措施
4.1 重視混凝土配合比的科學(xué)設(shè)計(jì)
提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性, 除了根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 保證足夠的承載力外, 還需要根據(jù)工程特點(diǎn), 工程所處的環(huán)境條件進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì), 由于所處環(huán)境的復(fù)雜性, 耐久性設(shè)計(jì)時(shí), 要考慮所有惡劣環(huán)境的綜合作用。拌制混凝土?xí)r在滿足混凝土耐久性的基礎(chǔ)上, 采用合理的配合比, 盡量采用較小的水灰比。
4.2 合理選擇混凝土結(jié)構(gòu)的組成材料。
水泥, 砂, 石, 水是組成混凝土的基本的四種材料, 提高混凝土的耐久性, 應(yīng)合理選擇混凝土結(jié)構(gòu)的組成材料, 應(yīng)根據(jù)混凝土所處的環(huán)境合理選擇水泥品種, 砂石作為混凝土的骨架, 應(yīng)合理選擇骨料粒形和級(jí)配, 選擇質(zhì)量良好, 級(jí)配合理的, 有足夠的強(qiáng)度的骨料, 合理控制好砂率。控制粗骨料中針片狀含量, 有害物質(zhì)含量, 含泥量符合要求。拌制混凝土用水, 作為混凝土水化硬化的主要物質(zhì), 要采用潔凈無(wú)有害化學(xué)物質(zhì)的水, 這樣從混凝土源頭保障混凝土的耐久性。
4.3 提高混凝土密實(shí)性
混凝土的密實(shí)性影響混凝土的耐久性, 混凝土的孔結(jié)構(gòu)和孔隙特征影響混凝土的滲透破壞和化學(xué)侵蝕程度。提高混凝土密實(shí)性, 減少混凝土的孔隙, , 改善混凝土孔隙特征和孔結(jié)構(gòu), 摻加引氣劑, 防凍劑等外加劑, 使混凝土大孔減少, 孔徑變細(xì), 連通的孔徑變成封閉不連通的孔徑, 使得外界的水分和有害物質(zhì)不易侵入, 提高其抗侵蝕性和抗?jié)B性能, 同時(shí)還能提高混凝土自身強(qiáng)度, 從而提高混凝土耐久性。
4.4 添加外加劑和礦物摻合料
原始的水泥, 砂、石和水四種組成材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)混凝土的高強(qiáng), 高耐久性, 所以應(yīng)研究和開發(fā)外加劑和礦物摻合料。根據(jù)混凝土所處的環(huán)境通過(guò)加入合理, 適當(dāng)?shù)耐饧觿┖蛽胶狭蟻?lái)改善混凝土的性能, 改善混凝土孔隙結(jié)構(gòu)和特征, 使混凝土抗裂化性能提高, 實(shí)現(xiàn)混凝土的高耐久性。
4.5 加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)服役期的維護(hù)和檢測(cè)
在服役期的混凝土工程, 尤其是處于惡劣潮濕環(huán)境的混凝土, 在使用過(guò)程中要注意混凝土的維護(hù)和保養(yǎng)工作, 可在混凝土表面涂刷混凝土保護(hù)劑, 使混凝土表面和環(huán)境中的有害物質(zhì)隔離開, 避免混凝土的裂化。對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)要進(jìn)行階段性的檢測(cè)和評(píng)估, 必要時(shí)進(jìn)行修理和加固, 提高混凝土使用的安全, 提高混凝土耐久性。
5 結(jié)束語(yǔ)
隨著城市化進(jìn)程的加進(jìn), 混凝土工程越來(lái)越廣泛應(yīng)用, 為了保證混凝土工程的安全性和延長(zhǎng)混凝土工程的使用年限, 工程人員越來(lái)越重視混凝土耐久性問(wèn)題, 因此如何提高混凝土的質(zhì)量和提高耐久性將是未來(lái)重要的研究方向。
