河北建筑工程学院
摘要：本文在查阅大量文献的基础上，总结了影响耐久性的影响因素，以及就现在对耐久性的研究现状，整理了形成超耐久混凝土的原因以及现有成果。
关键词：混凝土；耐久性；研究现状；超耐久性；成果
Abstract：In this paper，on the basis of consulting a large number of literature，summarize theinfluence factore that influence the durability of and is now the study of the durability of the status quo，finishing the causes of forming super durable concrete as well as the existing result.
Key word：concrete；durability；research status；super durable；achievement
1 前言
混凝土的耐久性是影响建筑结构寿命的主要因素，经过对混凝土的耐久性的研究，一方面能深入的了解其影响混凝土的机制和原因，方便新建的工程项目进行针对耐久性的设计，从而提高工程的设计水平和施工质量，能够了解其影响结构寿命的真正因素。另一方面通过研究的结构来针对性的提高混凝土的耐久性，这样就能使混凝土的耐久性与其他性能更方便的结合，来达到更加性能合理的混凝土结构。然后通过了解国内外针对混凝土的研究现状和成果，从里面取长补短，取其精华，弃其糟粕。发现一些新的问题，确定有意义的研究方向，因此对混凝土耐久的了解越深，越能更好的服务于建筑结构，指导待建工程进行针对混凝土耐久性的设计。
2 混凝土的耐久性
混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用，长期保持强度和外观完整性的能力。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，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。影响混凝土的破坏主要有：混凝土碳化、混凝土碱-集料反应 、混凝土冻融破坏、氯离子侵蚀 、钢筋锈蚀 。
下面介绍一下混凝土的耐久性的影响因素以及研究现状：
2.1混凝土碳化
混凝土结构在空气里面的碳化是里面性化最常见的一种形式，它是空气里面的二氧化碳与水泥石里面的碱性物质之间相互作用，使自身的组织、性能和成分发生一系列的变化，同时使用机能下降的一种非常复杂的物理化学的过程。混凝土的碳化会降低混凝土自身的碱度，破坏钢筋表面位置处的钝化膜，这样就会使得混凝土失去了对钢筋的保护作用。这样就会给混凝土里面得钢筋得锈蚀带来一定得不利的影响，与此同时，混凝土得碳化还有可能增大混凝土的收缩，这些都可能使导致混凝土出现裂缝和结构的破坏得因素。所以说，混凝土碳化和混凝土的结构的耐久性之间有密切联系。这是衡量钢筋混凝土结构物可靠度的重要指标。
2.2 混凝土碱-集料反应 的破坏机理
碱集料反应其实就是混凝土里面的碱与集料里面的活性组分之间发生的破坏性的膨胀反应。碱集料反应的破坏是影响混凝土耐久性的最主要的因素之一，碱集料的反应是不同于其他混凝土结构的病害。混凝土结构的开裂破坏其实是整体性的，并且目前还没有非常有效的修补的方法。对碱-碳酸盐反应的预防也尚无有效的措施由于碱- 集料造成的混凝土开裂破坏难以被阻止。因而成为混凝土的“癌症”
碱-集料反应是混凝土组成里面的水泥、外加剂、 掺合料或拌合水里面的可溶性碱。和混凝土空隙里面及集料里面能与碱反应的活性成分在硬化混凝土里面逐渐发生的一种化学反应必须同时具备如下三种条件才能发生碱- 集料反应对混凝土结构造成损坏：一种是在配制混凝土的时侯由集料+海砂、水泥、外加剂以及拌合水的里面带进混凝土里面一定数量的碱。或者就是混凝土本身处于有利于碱渗入的环境种；第二种是在有一定的数量的碱活性集料；第三是潮湿的环境，这样可以提供一些反应物吸水膨胀所需要的一些水分。
碱-集料反应发生于混凝土里面的活性骨料与混凝土里面的碱之间。碱集料的反应产物为硅胶体，这种产深的硅胶体遇到水会发生体积的膨胀。这样就会产生很大的膨胀压力。同时也会引起混凝土内部结构开裂。这种膨胀压力的大小取决于集料里面存在的活性氧化硅的最不利含量。这其实就是碱集料反应破坏的真正的机理。
混凝土结构在发生碱- 集料的反应破坏的时候。此时混凝土的结构就会表现出碱- 集料反应的特征，从外观看上去主要是混凝土结构变形、表面裂缝、渗出物，内部的破坏的特征主要有活性碱- 集料、内部裂缝、内部凝胶、反应环、碱含量等。因为混凝土结构只要发生碱- 集料反应出现了裂缝以后，由于裂缝的存在会加速混凝土的一些的其他破坏。例如空气、水、二氧化碳等侵入。这样就会使混凝土碳化破坏和钢筋锈蚀的速度加快。然而钢筋锈蚀的产物铁锈的体积是远远大于钢筋的原来的体积。这样看来又会使裂缝发生扩大。如果在寒冷的地区，混凝土结构出现了裂缝之后又会使冻融破坏加速，这样就造成了混凝土工程的综合性破坏。这也是当前国家正在研究的破坏机理。
2.3混凝土冻融破坏
混凝土的冻害的机理研究开始是在20世纪 的30年代。这种理论有静水压假说、渗透压假说。但是由于混凝土结构自身的冻害机理的复杂性，时至今日依然没有公认的、完全反应的混凝土冻害的机理的理论。这也是阻碍混凝土结构耐久性发展的重要因素之一。
人们在拌制混凝土结构的时侯，通常是为了得到混凝土结构自身必要的和易性，从而加入到混凝土结构里面的拌和水一般情况下是要比水泥里面的水化水的量要多。多加入的这部分的拌合水便以游离水的这种形式滞留在了混凝土结构的里面，这样就形成一部分连通着的毛细孔。并且这些连通着的毛细孔占有混凝土自身一定量的体积。混凝土的毛细孔里面的存在的这些游离水其实就是导致混凝土的结构遭受冻融破坏的主要因素之一，这是由于这些水在遇到冷冻结冰的时候会发生一定的体积的膨胀。同时，由于体积的膨胀就会引起混凝土的内部结构的破坏。在这里着重应该指出的是，在正常的情况下，存在于毛细孔里面的游离水在结成冰的时候并不至于使混凝土结构的内部的结构遭受到特别严重的破坏，这其实是因为在混凝土内部的结构里面除了这些连通着的毛细孔之外，混凝土自身也存在着一些由于水泥水化以后所形成的一些胶凝孔以及一些其他的原因所形成的非毛细孔。在这些孔隙的里面常常会混有一些空气，因此，如果在毛细孔里面的水遇冷结冰膨胀的时侯，这些部位的气孔都能起缓冲的作用。也就是说可以将其一部分的没有结冰的水挤到胶凝孔的里面去。这样就会减小其自身的一些膨胀的压力。从而降低了混凝土的内部结构被破坏的概率，但是如果当混凝土内部的结构处在一种饱和水的状态的时侯，此时就会完全变成两种情况了。这个时候在毛细孔里面的水结成冰，存在于胶凝孔里面的水处在一种过冷的状态的时候，因为混凝土结构的孔隙里面的水的冰点将会随着孔径的减小而降低。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆胶凝孔里面所形成的冰核的温度会降低到冰点以下，在胶凝孔里面处于过冷状态的那些水分子就会因为自身的蒸汽压而超过在同温度时候下的冰的蒸汽压从而向压力小的毛细孔那里面的冰的界面的位置处流动。于是，这样就会在毛细孔的里面又产生了另外的一种渗透的压力。还有，胶凝水向毛细孔流动的结果一定会使在毛细孔里面的冰的体积进一步的膨胀。从这些情况中可以看出，处在饱和状态下的混凝土在受冻的时侯，混凝土结构其自身的毛细孔壁此时就会同时承受着膨胀压以及渗透压这两种压力，如果存在于混凝土内部的这两种压力都超过了混凝土结构自身的抗拉强度的时侯，混凝土的结构此时此刻就会开裂在反复的冻融循环的情况下，这样混凝土的结构里面存在的一些没有贯通的裂缝也就会互相的贯通，混凝土结构自身的强度也将会慢慢的降低，直至最后完全的丧失，这样就会使混凝土机构由表及里的遭受严重的破坏。
混凝土结构的抗冻性与其水饱和程度、 受冻龄期、内部的孔结构、混凝土的强度等许多的因素都有关。这里面最主要的因素就是它的孔结构，而混凝土的孔结构以及强度又取决于混凝土的有无外加剂、养护方法 、水灰比等。混凝土结构常用的几种抗冻措施有：掺用引气剂和减水剂或引气减水剂；严格控制混凝土的水灰比；提高混凝土的密实度；加强早期的养护或着是渗入防冻剂，来防止混凝土早期的受冻。
2.4氯离子侵蚀破坏机理
我国的海域非常辽阔，海岸线也是很长，岛屿更是不计其数，然而大规模的基本的建设大都集中在沿海的地区，海洋里面的氯离子以海水、海雾等形式渗入混凝土里面，影响混凝土结构的使用性能和寿命，以往的海港码头等工程多数都达不到设计寿命的要求。随着我国公路交通的迅猛发展，公路和高速公路成为经济命脉。为了保证交通的畅行，冬季向桥梁、道路及城市立交桥等位置撒盐或者是盐水，来达到防冰和化雪。这些自然或人为的因素，正好能使得氯离子到达混凝土的内部，而在混凝土结构使用寿命期间可能遇到的各种暴露条件里面，最危险的侵蚀介质应该就是氯化物了，所以应该对氯离子引起高度重视。
氯离子进入混凝土来腐蚀钢筋的机理为：1）破坏内部的钝化膜。氯离子属于一种极强的去钝化剂，氯离子侵入了混凝土到达了钢筋的表面部位，黏附在局部的钝化膜处的时侯，会使这个位置的PH值迅速的降低，这样就会使钢筋的表面处的ph值降低到4以下，这样就会破坏钢筋表面处的钝化膜。2）氯离子会形成腐蚀性质的电池。在不均质的混凝土结构的里面，在一般的情况下的局部腐蚀对钢筋的表面处的钝化膜的破坏一般发生在局部，这样就会使露出铁基体与尚完好的钝化膜区域形成一种电位差，这种电位差是铁基体作为阳极从而受到一定的腐蚀，那些大面积的钝化膜的区域作为其阴极。腐蚀电池的作用的结果就是使得钢筋的表面产生蚀坑，同时，由于大阴极所对应于小阳极，蚀坑的发展将会变得十分的迅速。3）去极化的作用。氯离子的进入不仅仅是促成了在钢筋表面形成的腐蚀电池。而且，氯离子的进入还加速了电池的作用。氯离子会将阳极产生的产物非常及时地搬运走，氯离子也会使阳极的过程顺利的进行甚至也会使其加速的进行。氯离子在这里面起到了一定的搬运的作用，但是并不被消耗掉，也就是说，凡是进入混凝土结构里面的氯离子，会周而复始的一直起到一定的破坏作用，这也是氯离子危害的特点之一。4）氯离子的导电的作用。形成腐蚀电池的重要要素之一就是要形成离子的通路，正式因为混凝土结构里面的氯离子的存在，这样氯离子就会强化这腐蚀电池所需要的离子的通路，从而达到降低阴阳极之间所存在的欧姆电阻，同时离子的通路也会提高腐蚀电池的腐蚀的效率，所以说这样也就会大大加速了电化学的腐蚀过程。通常的情况下，氯离子的侵入一般是以几种侵入方式的相互的组合而作用的，另外混凝土结构自身还会受到氯离子与混凝土材料之间的吸附、物理粘结、化学结合各种作用的影响。而在对应特定的条件，这几种侵入方式的一种侵蚀方式是主要的。在很多的情况里面，扩散被认为是其里面的一个主要的传输方式。对于现有的那些没有开裂而且水灰比不太低的混凝土的结构，大量的检测的结果都表明氯离子的浓度能够被认为是一个线性的扩散的过程，这个扩散过程一般情况是满足Fick的第二定律。目前，有一些对各种机理全面考虑的模型，但是由于模型里面的一些参数很难确定，有些只能从定性上加以描述、其实用性还需要继续探讨。
2.5钢筋锈蚀的破坏机理
混凝土结构自身其实是在一种或多种外界作用下，混凝土的材料的耐久性能会发生一定的衰退，从而逐渐丧失对其内部的钢筋的保护的作用。当处于钢筋外部的混凝土中性化或者出现开裂的情况的时候，钢筋就会失去碱性的混凝土的外部保护，钝化膜就会发生破坏并开慢慢的锈蚀。锈蚀的这部分钢筋不但截面积不但会有所损失，而且材料的各项性能同时也会发生一定的衰退，在这样的情况下，进而就会影响混凝土结构构件本身的承载能力以及它的使用性能的衰退。混凝土内部钢筋的锈蚀是引发混凝土结构自身的耐久性下降的最主要和最直接因素之一。目前对影响钢筋锈蚀的因素、锈蚀钢筋材料性能的变化、钢筋锈蚀的防护和检测等各方面均有较多的研究。混凝土里面的钢筋的锈蚀一般是电化学的锈蚀。当空气里面的二氧化碳、氯离子等腐蚀的介质侵入混凝土的结构的内部时，混凝土结构内部的碱性的降低或者混凝土的保护层因受到了拉力而导致开裂等都将会导致全部或者是局部的破坏混凝土内部钢筋的表面存在的钝化的状态，钢筋表面上的不同的部位就会出现较大的电位差，形成了阳极和阴极，在特定的环境的条件下：（如氧和水的存在），在这样的环境下钢筋就会开始慢慢的锈蚀。锈蚀的形式一般情况为斑状锈蚀，即锈蚀分布在较广的表面面积上。在通常情况下，钢筋表面的混凝土保护层对钢筋有物理和机械两种保护作用。同时，混凝土结构自身也为钢筋提供了是一个高碱度的环境，因为混凝土能使钢筋表面形成一层非常致密的钝化膜，从而长期不被锈蚀。但是当碱性降低的时侯，混凝土内部钢筋的钝化膜被逐渐的破坏，内部钢筋逐渐开始被锈蚀，当混凝土内部结构低于PH低于12时，锈蚀速度会明显的增大。混凝土结构里面的钢筋锈蚀受许多因素影响，包括：钢筋位置、钢筋直径、 水泥品种、混凝土密实度、保护层厚度及完好性、外部环境等。到目前为止，检测钢筋的锈蚀状态的方法除了传统意义上的破损检测的方法以外，无损检测钢筋锈蚀量是很多的国家正在研发的一种新技术。混凝土结构里面的钢筋锈蚀的量的非破损的检测的方法有三大类，它们分别是电化学法、分析法、物理法。分析法就是根据在现场实测的钢筋的直径保护层的厚度、混凝土的强度、有害离子的侵入的深度及其含量、纵向裂缝宽度等一系列的数据，综合的考虑构件所处的周围的环境的情况来推断钢筋的锈蚀程度；物理方法主要就是通过测定其钢筋的锈蚀所引起电磁、电阻、热传导以及声波传播等各种的物理特性的变化来反应钢筋的锈蚀的情况；电化学方法则是通过测定钢筋、混凝土腐蚀体系这两种的电化学的特性来确定混凝土里面的钢筋的锈蚀程度或着速度。
3 总结
通过分析影响混凝土的耐久性的影响因素，可是适当的提高混凝土的耐久性，例如添加外加剂。日本的一些科研的人员将一些用于涂料的甘油酯诱导体和氨基乙醇诱导体混合之后，研制出了一种新型的防盐害剂，使混凝土结构里面的钢筋里面性反应的速度下降，与此同时还能够吸收混凝土里面的盐分以及氮氧的化合物，从而阻止这些成分进入混凝土结构的内部，在制备混凝土的时侯只需将制剂加入到混凝土里面即可，按照这样的方法来制取耐火的混凝土，混凝土的使用寿命可以达到500年。通过解决混凝土的破坏的耐久性因素来提高混凝土的耐久性，这是知其然知其所以然，只有了解其破坏的机理才能有效的防治混凝土的耐久性。不过，对于混凝土的耐久性的研究还停留在表面阶段，还不能深入的了解其自身的破坏机理，也不能有效的防治混凝土的开裂以及其他的破坏形式，所以说混凝土的耐久性研究还有待深入。但是，我相信你未来一定可以有更高的耐久性的混凝土的出现。
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论文作者:熊康栋,徐佳,田少义
论文发表刊物:《建筑细部》2018年2月中
论文发表时间:2018/9/11
标签：混凝土论文; 钢筋论文; 耐久性论文; 锈蚀论文; 混凝土结构论文; 就会论文; 氯离子论文; 《建筑细部》2018年2月中论文;