1、混凝土结构的耐久性分析摘 要 : 混凝土一直被认为是一种耐久性良好的材料，因为不少用其建造的结构物在建成多年以后仍然在正常使用。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。影响结构耐久性的因素很多，混凝土质量及其保护层是内在因素；环境与载荷作用则是外在因素，不同的原因会造成不同的后果。许多大型结构物的兴建，对使用寿命提出了较以往更高的要求，达到 100 年甚至更长。混凝土结构的耐久性是当前困扰土建基础设施工程的世界性问题。为了保证结构的安全性和耐久性，一些工程在建成后的使用过程中，应该进行定期检测和维护。首先讨论了混凝土耐久性的概念，接着分析
2、了混凝土冻融作用破坏机理分析混凝土缺陷检测提高混凝土耐久性的措施，最后做了总结。 关键词混凝土 混凝土耐久性 混凝土冻融及钢筋锈蚀 混凝土缺陷检测 结构耐久性 中图分类号： TU37 文献标识码： A 一、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。现行国家标准混凝土结构设计规范(GB50010-2002)中，明确规定混凝土结构设计采用极限状态设计方法。但现行设计规范只划分成两个极限状态，即承载能力极限状态和正常使用极限状态，而将耐久性能的要求列入正常使用极限状态之中。且以构造要求为主。混
3、凝土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，这一正常功能不仅包括结构的安全性，而且更多地体现在适用性上。二、混凝土冻融作用破坏机理分析及钢筋锈蚀 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。混凝土冻融作用破坏机理是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
4、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。 钢筋锈蚀部分的体积膨胀 23 倍，能使混凝土胀裂或剥落。近几年来世界各地频繁发生的钢 筋混凝土耐久性质量事故，多半是钢筋锈蚀造成的。一般来说，钢筋锈蚀可分为四类：碳化作用，使钢筋钝化膜失去了存在的条件；电化学侵蚀，使混凝土
5、丧失护筋性；氯化物等的侵蚀，氯离子、硫酸根离子及硫离子等都是能破坏钢筋钝化膜的有害成分，其中，以氯离子的破坏最为剧烈。如台湾省澎湖列岛的预应力混凝土大桥的混凝土严重劣化，主要是氯离子侵蚀；应力腐蚀断裂，一般的应力腐蚀断裂是指在拉应力和侵蚀介质共同作用下，阳极反应的脆性断裂，另一种形式是由于阴极反应，氢离子的还原反应，发生高应力的脆性断裂。 钢筋锈蚀开始于扩展阶段。只要混凝土保护层上无裂缝，那么钢筋锈蚀过程就是：混凝土完全碳化以后，钢筋失去钝化膜的保护，随着水分和氧的入侵，钢筋表面逐渐锈蚀。如果保护层混凝土上出现裂缝，那么即使保护层混凝土尚未完全碳化，钢筋也会锈蚀，同时裂缝的出现也会加速碳化，微
6、裂缝处要比较宽的裂缝处的混凝土碳化慢些，但是氧在混凝土裂缝的扩散几乎与裂缝的宽度无关，而氧是碳化的必备条件之一。因此粉煤灰改善混凝土的体积变化的性能，使混凝土避免出现裂缝和微裂缝，其意义与增强抗碳化能力，对护筋性同样重要。 三、混凝土缺陷检测 结构耐久性和使用寿命的概念，与使用阶段的检测、维护和修理不能分割，对处于露天和恶劣环境下的基础设施工程来说尤其如此为了保证结构安全性和耐久性，一些工程在建成后的使用过程中，应该进行定期检测和维护。我国有结构工程的设计规范与施工规范，但没有如何使用的规范。有些工程倒塌事故，例如四川宜宾的南门大桥发生桥面坍落事故，就是因为桥面结构与主拱之间的吊杆在连接处发生
7、锈蚀，如果有定期的检测要求，这样的事故很有可能避免。有些国家对于结构的损坏可能导致公众安全的建筑物与桥、隧等公共工程，强制规定必须定期检测。即使是建筑物的玻璃幕墙和外墙面砖等建筑部件，因其坠落后容易伤及公众，也有强制定期检测的要求。我国由于施工管理水平和操作人员的素质相对较差，质量控制与质量保证制度不够健全，规范对结构安全与耐久性的设置水准又相对较低，己建的工程中往往存在较多隐患，所以更有必要从法制上确定土建工程的正常使用和定期检测的要求。对于土建结构工程的安全质量，虽然政府己做出了设计与施工的责任单位和个人需对其“终身负责的规定，但是这种要求执行起来缺乏可操作性.要将结构安全质量事故减少到最
8、低程度，还应以预防为主，通过例行检测及时发现问题。 从国家对公共工程建设的投资和对工程设计的要求来看，需要有工程整个使用期限，即全寿命费用支出的论证。只注意工程项目建设的一次投资支出，很少考虑工程建成后需要正常维护与修理的长期费用，不但可能损害工程使用寿命和正常使用功能，而且经济上算总账也很不合算。在发达国家，由于新建工程少，用于维修的费用往往更为主要，英国 1978 年的土建维修费上升到 1965 年的 3.7 倍，1980 年的维修费占当年土建费用总支出的 213。我国虽是发展中国家，现在正大兴土木，可是过去建成的大量工程已经或过早老化。国内 40%公路桥梁的桥龄已大于25 年，加上进入
9、200 年以后家庭轿车时代的来临，交通量猛增，超载严重，以往的设计标准又低，路、桥的维修问题十分突出。由于养护维修费用得不到保证，造成工程安全隐患并在以后需要支出更多的大修费用。（一）声发射法。声发射法是利用材料或结构受力时发出瞬态振动现象的原理，在混凝土构件表面的不同部位上放置声传感器，并将传感器与信号放大器、信号调节器和磁带记录仪等组成测量系统。当混凝土构件受力产生的应变超过其弹性极限点时就会产生小振幅弹性波，波向构件表面传播，会被放置在构件表面上的传感器探测到，根据不同探测位置上的应力波到达时间差可以确定变形点的位置，即混凝土构件由于受力而发生损伤的位置。用声发射法可以检测结构遭受损伤的
10、程度。但是，该方法只能在结构变形和应力增加时才能应用，在静荷载下不能单独测量混凝土的损伤或破坏。 （二）雷达法。雷达法是利用频率为 1001200MHz 的电磁波扫描混凝土构件表面，当混凝土构件存在孔洞、裂缝、分层等缺陷时，雷达扫描波形图会发生改变，根据雷达扫描波形图，即可分析混凝土的缺陷。 （三）红外线热谱法。红外线热谱法又称红外扫描，是通过测量和记录混凝土结构热发射来分析判断混凝土构件缺陷的方法。当混凝土中存在裂缝或不连续时，扫描仪上将显示完好和有缺陷混凝土热发射的差异。 四、总结 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。钢筋混凝土结构耐久性应由正确的结构设计、材料选择以及严格的施工质量来保证，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。
