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摘要：本文通过混凝土碳化、冻融破坏、氯离子侵蚀、碱集料反应及硫酸盐的腐蚀等方面阐述了影响混凝土结构耐久性因素及其破坏机理，并且针对性地提出了预防的措施。
关键词：钢筋混凝土；耐久性；影响因素
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
0 引言
混凝土结构耐久性问题一直是困扰建筑界的一个难题，也是国际上建筑工程重要的前沿研究领域之一。在发达国家建筑工业总投资中40%以上用于修理和维护现有结构，不足60%的投资用于新建筑的建设。我国在20世纪修建的大量混凝土构筑物，现在多数已进入维修加固期，维修费用也是相当惊人。为保证结构的安全和正常运营，以及使其在建设、运营、维修等整个周期的费用最低，必须对影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素进行研究，以便采取相应的措施，提高建筑物结构的耐久性和使用功能]。
1 影响混凝土耐久性因素
混凝土耐久性是指混凝土结构在自然环境，正常使用环境及材料内部因素的作用下，在设计要求的目标使用期限内，不需花费大量资金加固处理就能保持结构的安全和使用功能，外观要求的能力。对混凝土结构耐久性产生影响的主要因素有混凝土碳化，氯离子侵蚀，冻融破坏和碱集料反应，硫酸盐侵蚀等影响因素。
1.1 混凝土碳化
混凝土中碱性物质Ca(OH)使混凝土内的钢筋表面形成一层氧化膜，它能有效地保护钢筋，以防止钢筋锈蚀。但由于大气中的二氧化碳CO2与混凝土中的碱性物质发生化学反应，使混凝土的PH值降低，这就是所谓的混凝土碳化。考虑到混凝土碳化的随机性，在工程实践之中，常用的碳化速率模型如式1所示：
（1）
式中：-碳化深度； -碳化系数，表示碳化的速度；-碳化时间。
1.2 氯离子侵蚀
由氯盐引起的钢筋锈蚀，是影响混凝土耐久性最主要的因素。在各种氯离子侵蚀环境下，如海洋、化工生产环境等特殊环境中，结构周围环境之中氯离子的含量一般较高，对混凝土结构中钢筋易造成严重的腐蚀损伤。对混凝土结构而言，氯离子的来源由两部分组成：一部分是由水、水泥、细骨料、粗骨料、矿物掺和料及各种外加剂等混凝土组成材料带进混凝土的氯离子；另一部分是通过保护层由外界环境渗透进混凝土内部的氯离子。
根据混凝土结构所处环境的不同，外部环境之中的氯离子侵入混凝土的途径主要有以下几种：一是，毛细管作用，即盐溶液向混凝土内干燥的部分移动；二是，渗透作用，即在水压力的作用下，盐水向压力较低方向移动；三是，扩散作用，即由于浓度差作用，氯离子从浓度较高的地方向浓度较低的地方移动；四是，电化学迁移，即氯离子向电位较高方向移动。
腐蚀过程的主要反应式如下所示：
钢筋表面的氧化膜破坏，导致钢筋锈蚀：
Fe →Fe 2+ + 2e-（2）
Fe 2+ + 2Cl - + 4H2O →FeCl2·4H2O （3）
阳极表面的二次化学过程：
FeCl2·4H2O →Fe (OH) 2 ↓+2Cl - + 2H+ + 2H2O （4）
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O →4Fe(OH)3 ↓ （5）
从以上化学反应可以看出，氯离子它本身虽然并不构成腐蚀产物，并且腐蚀中也不消耗，但对整个腐蚀过程的进行起到了加速催化作用。
1.3 冻融破坏
混凝土抗冻耐久性是指饱水混凝土在抵抗冻融循环作用方面的性能。混凝土处于冻融循环交替作用和饱水状态是导致混凝土冻融破坏的必要条件，因此，混凝土的冻融破坏一般发生在寒冷地区并经常与水接触的混凝土结构物中，如水位变化区的混凝土结构物、水池、发电站的冷却塔以及与水接触部位的道路、阳台、建筑物勒脚等。混凝土的抗冻性能是混凝土耐久性能中最重要的问题之一。
1.4 混凝土碱集料反应
碱集料反应是混凝土组成中的水泥、外加剂、掺和料或拌合水中的可溶性碱（钾、钠）溶于混凝土孔隙液中，与集料中能与碱反应的活性成分在硬化混凝土中逐渐发生的一种化学反应，反应生成物吸水膨胀，使混凝土产生内应力，导致混凝土工程开裂或上拱等破坏，称为碱集料反应破坏[4]。
碱集料反应可分为碱硅酸反应、碱硅酸盐反应、碱碳酸盐反应3类，碱硅酸反应是发生最早、最多的一种碱集料反应。混凝土结构发生碱集料反应破坏还必须具备三个条件，一是配制混凝土时由水泥、集料、外加剂和拌和用水带进混凝土中一定数量的碱，或混凝土处于有碱渗入的环境之中；二是有一定数量碱活性集料的存在；三是潮湿的环境，可供应反应物吸水膨胀时所需水分。三者缺一不可，前两者是混凝土发生碱集料反应的内因，后者是外因。
1.5硫酸盐腐蚀
硫酸盐对混凝土产生的化学腐蚀有两种：
（1）与混凝土中的水化铝酸钙反应生成硫铝酸钙；
（2）与混凝土中氢氧化钙结合生成硫酸钙；两种化学反应均会造成体积膨胀，导致混凝土开裂。硫酸盐对混凝土的腐蚀过程一般较缓慢，通常会持续很多年，地下水、土中的硫酸盐可渗入混凝土内部，并在一定条件下使混凝土毛细孔隙水溶液中的硫酸盐浓度不断得到积累，当超过饱和浓度时就会因析出盐结晶而产生相当大的压力，导致混凝土开裂，这一过程是纯粹的物理作用。
2 提高混凝土耐久性的措施
引起混凝土结构构件耐久性损伤的根本原因是混凝土内部有充足的水分以及其他有害物质的侵入。而要提高混凝土耐久性，首要条件是必须降低混凝土的孔隙率，特别是要降低毛细管孔隙率，即混凝土要有足够的密实性，并且不出现有害裂缝，从而能够有效抵抗水分和侵蚀性介质的渗入。提高混凝土耐久性的措施很多，除了完善混凝土结构的耐久性设计、加强混凝土施工过程中搅拌、振捣与养护的控制和优化混凝土结构的使用环境等方面，还可以借助以下几种行之有效的办法。
2.1 减水剂
减水剂是当前研究和应用最广泛的混凝土外加剂，最常用的减水剂可有高效减水剂、缓凝减水剂、引气减水剂等。
2.2 高效活性矿物掺料
要提高混凝土耐久性，就必须降低混凝土的孔隙率，尤其是是毛细管孔隙率，目前减小孔隙率的途径除了掺入高效减水剂外，掺加高效活性矿物掺料—矿渣微粉也是通过减小孔隙率来提高混凝土耐久性的技术途径之一。矿渣微粉是种具有潜在活性的矿物质材料，是粒化高炉矿渣用单独粉磨工艺生产的一种超细粉。通过研究矿渣微粉对混凝土的抗渗性、抗冻性及水泥水化热的影响，证明矿渣微粉对增进混凝土耐久性有很大的幫助。
2.3 有机硅防水剂
有机硅防水剂可有效阻止氯离子的侵入。混凝土结构之中的裂缝为气相、液相和可溶性离子侵入提供了便捷通道，直接影响到混凝土的渗透性能和耐久性。近年来，有机硅防水剂用于建筑防水得到广泛的研究和应用，依据防止潮气入侵的方式不同，防水剂可分为斥水型和防水型两大类。
2.4 纤维增强复合材料
纤维增强复合材料是种由连续纤维和树脂基体组成的新型的复合材料，具有抗腐蚀强、高强轻质和施工便利等优异性能， 不仅能够增强混凝土结构构件的力学性能，而且其基材具有良好的密封性，能够有效阻挡外部有害物质的侵蚀如氯离子、氧气和水气等，从而可以降低修补后结构中的钢筋的腐蚀速度，从而达到提高混凝土的耐久性的目的。
3 结语
影响钢筋混凝土结构构件耐久性最重要的是混凝土结构保护层的孔隙率、孔隙分布形态、裂缝形态及钢筋和混凝土之间的粘结状态，而流经混凝土表面和裂缝的水是影响混凝土结构构件耐久性的外在因素。合理的原材品种选择，较好的配合比设计，适当外掺剂的引入，精确的结构设计，先进合理的施工技术，超载的有效控制及及时到位的维修养护都能有效提高钢筋混凝土结构构件的耐久性。
参考文献：
[1] 张誉等.混凝土结构耐久性概论[M].上海：上海科学技术出版社，2003：12
[2] 王江华等.混凝土耐久性的影响因素及对策[J].科技信息，2008（15）
[3] 陈肇元等.混凝土结构耐久性设计与施工指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2004
作者简介：
权强，男，1982年出生，助工，主要从事施工技术管理工作。
关键词：钢筋混凝土；耐久性；影响因素
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
0 引言
混凝土结构耐久性问题一直是困扰建筑界的一个难题，也是国际上建筑工程重要的前沿研究领域之一。在发达国家建筑工业总投资中40%以上用于修理和维护现有结构，不足60%的投资用于新建筑的建设。我国在20世纪修建的大量混凝土构筑物，现在多数已进入维修加固期，维修费用也是相当惊人。为保证结构的安全和正常运营，以及使其在建设、运营、维修等整个周期的费用最低，必须对影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素进行研究，以便采取相应的措施，提高建筑物结构的耐久性和使用功能]。
1 影响混凝土耐久性因素
混凝土耐久性是指混凝土结构在自然环境，正常使用环境及材料内部因素的作用下，在设计要求的目标使用期限内，不需花费大量资金加固处理就能保持结构的安全和使用功能，外观要求的能力。对混凝土结构耐久性产生影响的主要因素有混凝土碳化，氯离子侵蚀，冻融破坏和碱集料反应，硫酸盐侵蚀等影响因素。
1.1 混凝土碳化
混凝土中碱性物质Ca(OH)使混凝土内的钢筋表面形成一层氧化膜，它能有效地保护钢筋，以防止钢筋锈蚀。但由于大气中的二氧化碳CO2与混凝土中的碱性物质发生化学反应，使混凝土的PH值降低，这就是所谓的混凝土碳化。考虑到混凝土碳化的随机性，在工程实践之中，常用的碳化速率模型如式1所示：
（1）
式中：-碳化深度； -碳化系数，表示碳化的速度；-碳化时间。
1.2 氯离子侵蚀
由氯盐引起的钢筋锈蚀，是影响混凝土耐久性最主要的因素。在各种氯离子侵蚀环境下，如海洋、化工生产环境等特殊环境中，结构周围环境之中氯离子的含量一般较高，对混凝土结构中钢筋易造成严重的腐蚀损伤。对混凝土结构而言，氯离子的来源由两部分组成：一部分是由水、水泥、细骨料、粗骨料、矿物掺和料及各种外加剂等混凝土组成材料带进混凝土的氯离子；另一部分是通过保护层由外界环境渗透进混凝土内部的氯离子。
根据混凝土结构所处环境的不同，外部环境之中的氯离子侵入混凝土的途径主要有以下几种：一是，毛细管作用，即盐溶液向混凝土内干燥的部分移动；二是，渗透作用，即在水压力的作用下，盐水向压力较低方向移动；三是，扩散作用，即由于浓度差作用，氯离子从浓度较高的地方向浓度较低的地方移动；四是，电化学迁移，即氯离子向电位较高方向移动。
腐蚀过程的主要反应式如下所示：
钢筋表面的氧化膜破坏，导致钢筋锈蚀：
Fe →Fe 2+ + 2e-（2）
Fe 2+ + 2Cl - + 4H2O →FeCl2·4H2O （3）
阳极表面的二次化学过程：
FeCl2·4H2O →Fe (OH) 2 ↓+2Cl - + 2H+ + 2H2O （4）
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O →4Fe(OH)3 ↓ （5）
从以上化学反应可以看出，氯离子它本身虽然并不构成腐蚀产物，并且腐蚀中也不消耗，但对整个腐蚀过程的进行起到了加速催化作用。
1.3 冻融破坏
混凝土抗冻耐久性是指饱水混凝土在抵抗冻融循环作用方面的性能。混凝土处于冻融循环交替作用和饱水状态是导致混凝土冻融破坏的必要条件，因此，混凝土的冻融破坏一般发生在寒冷地区并经常与水接触的混凝土结构物中，如水位变化区的混凝土结构物、水池、发电站的冷却塔以及与水接触部位的道路、阳台、建筑物勒脚等。混凝土的抗冻性能是混凝土耐久性能中最重要的问题之一。
1.4 混凝土碱集料反应
碱集料反应是混凝土组成中的水泥、外加剂、掺和料或拌合水中的可溶性碱（钾、钠）溶于混凝土孔隙液中，与集料中能与碱反应的活性成分在硬化混凝土中逐渐发生的一种化学反应，反应生成物吸水膨胀，使混凝土产生内应力，导致混凝土工程开裂或上拱等破坏，称为碱集料反应破坏[4]。
碱集料反应可分为碱硅酸反应、碱硅酸盐反应、碱碳酸盐反应3类，碱硅酸反应是发生最早、最多的一种碱集料反应。混凝土结构发生碱集料反应破坏还必须具备三个条件，一是配制混凝土时由水泥、集料、外加剂和拌和用水带进混凝土中一定数量的碱，或混凝土处于有碱渗入的环境之中；二是有一定数量碱活性集料的存在；三是潮湿的环境，可供应反应物吸水膨胀时所需水分。三者缺一不可，前两者是混凝土发生碱集料反应的内因，后者是外因。
1.5硫酸盐腐蚀
硫酸盐对混凝土产生的化学腐蚀有两种：
（1）与混凝土中的水化铝酸钙反应生成硫铝酸钙；
（2）与混凝土中氢氧化钙结合生成硫酸钙；两种化学反应均会造成体积膨胀，导致混凝土开裂。硫酸盐对混凝土的腐蚀过程一般较缓慢，通常会持续很多年，地下水、土中的硫酸盐可渗入混凝土内部，并在一定条件下使混凝土毛细孔隙水溶液中的硫酸盐浓度不断得到积累，当超过饱和浓度时就会因析出盐结晶而产生相当大的压力，导致混凝土开裂，这一过程是纯粹的物理作用。
2 提高混凝土耐久性的措施
引起混凝土结构构件耐久性损伤的根本原因是混凝土内部有充足的水分以及其他有害物质的侵入。而要提高混凝土耐久性，首要条件是必须降低混凝土的孔隙率，特别是要降低毛细管孔隙率，即混凝土要有足够的密实性，并且不出现有害裂缝，从而能够有效抵抗水分和侵蚀性介质的渗入。提高混凝土耐久性的措施很多，除了完善混凝土结构的耐久性设计、加强混凝土施工过程中搅拌、振捣与养护的控制和优化混凝土结构的使用环境等方面，还可以借助以下几种行之有效的办法。
2.1 减水剂
减水剂是当前研究和应用最广泛的混凝土外加剂，最常用的减水剂可有高效减水剂、缓凝减水剂、引气减水剂等。
2.2 高效活性矿物掺料
要提高混凝土耐久性，就必须降低混凝土的孔隙率，尤其是是毛细管孔隙率，目前减小孔隙率的途径除了掺入高效减水剂外，掺加高效活性矿物掺料—矿渣微粉也是通过减小孔隙率来提高混凝土耐久性的技术途径之一。矿渣微粉是种具有潜在活性的矿物质材料，是粒化高炉矿渣用单独粉磨工艺生产的一种超细粉。通过研究矿渣微粉对混凝土的抗渗性、抗冻性及水泥水化热的影响，证明矿渣微粉对增进混凝土耐久性有很大的幫助。
2.3 有机硅防水剂
有机硅防水剂可有效阻止氯离子的侵入。混凝土结构之中的裂缝为气相、液相和可溶性离子侵入提供了便捷通道，直接影响到混凝土的渗透性能和耐久性。近年来，有机硅防水剂用于建筑防水得到广泛的研究和应用，依据防止潮气入侵的方式不同，防水剂可分为斥水型和防水型两大类。
2.4 纤维增强复合材料
纤维增强复合材料是种由连续纤维和树脂基体组成的新型的复合材料，具有抗腐蚀强、高强轻质和施工便利等优异性能， 不仅能够增强混凝土结构构件的力学性能，而且其基材具有良好的密封性，能够有效阻挡外部有害物质的侵蚀如氯离子、氧气和水气等，从而可以降低修补后结构中的钢筋的腐蚀速度，从而达到提高混凝土的耐久性的目的。
3 结语
影响钢筋混凝土结构构件耐久性最重要的是混凝土结构保护层的孔隙率、孔隙分布形态、裂缝形态及钢筋和混凝土之间的粘结状态，而流经混凝土表面和裂缝的水是影响混凝土结构构件耐久性的外在因素。合理的原材品种选择，较好的配合比设计，适当外掺剂的引入，精确的结构设计，先进合理的施工技术，超载的有效控制及及时到位的维修养护都能有效提高钢筋混凝土结构构件的耐久性。
参考文献：
[1] 张誉等.混凝土结构耐久性概论[M].上海：上海科学技术出版社，2003：12
[2] 王江华等.混凝土耐久性的影响因素及对策[J].科技信息，2008（15）
[3] 陈肇元等.混凝土结构耐久性设计与施工指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2004
作者简介：
权强，男，1982年出生，助工，主要从事施工技术管理工作。