混凝土耐久性分析与评价

混凝土的耐久性

混凝土的耐久性是指在外部和内部不利因素的长期作用下，混凝土保持其原有设计性能和使用功能的性质，是混凝土结构经久耐用的重要指标。外部因素是指的是酸、碱、盐的腐蚀作用、冰冻破坏作用、水压渗透作用、碳化作用、干湿循环引起的风化作用、荷载应力作用和振动冲击作用等；内部因素主要指的是碱-骨料反应和自身体积变化。通常，用混凝土的抗渗性、抗冻性、抗碳化性能、抗腐蚀性能和碱-骨料反应综合评价混凝土的耐久性。

《混凝土结构设计规范（2015年版）》（GB 50010—2010）对混凝土结构耐久性做了明确界定，共分为五大环境类别，见表5-16。

表5-16　混凝土结构耐久性设计的环境类别

续表

1.抗渗性

混凝土的抗渗性是指抵抗压力液体渗透作用的能力，是决定混凝土耐久性最主要的技术指标。混凝土抗渗性好、混凝土密实性高，外界腐蚀介质不易侵入混凝土内部，从而抗腐蚀性能就好。同样水不易进入混凝土内部，冰冻破坏作用和风化作用就小。因此混凝土的抗渗性可以认为是混凝土耐久性指标的综合体现。对一般混凝土结构，特别是地下建筑、水池、水塔、水管、水坝、排污管渠、油罐以及港工、海工混凝土结构，更应保证混凝土具有足够的抗渗性能。混凝土的抗渗性能用抗渗等级表示。抗渗等级是根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB 50082—2009）的规定，通过试验确定，分为P4、P6、P8、P10和P12共5个等级，分别表示混凝土能抵抗0.4 MPa、0.6 MPa、0.8 MPa、1.0 MPa和1.2 MPa的水压力而不渗漏。

水胶比和水泥用量是影响混凝土抗渗透性能的最主要指标。水胶比越大，多余水分蒸发后留下的毛细孔道就多，也即孔隙率大，又多为连通孔隙，故混凝土抗渗性能越差。特别是当水胶比大于0.6时，抗渗性能急剧下降。因此，为了保证混凝土的耐久性，对水胶比必须加以限制。如某些工程从强度计算出发可以选用较大水胶比，但为了保证耐久性又必须选用较小水胶比，此时只能提高强度、服从耐久性要求。为保证混凝土耐久性，水泥用量的多少，在某种程度上可由水胶比表示。因为混凝土达到一定流动性的用水量基本一定，水泥用量少，亦即水胶比大。《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011）对混凝土工程最大水胶比和最小水泥用量的限制条件，见表5-17、表5-18。

2.抗冻性

案例5；混凝土冻融破坏

混凝土抗冻性是指混凝土在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环，而不破坏，同时也不严重降低其各种性能的能力，用抗冻等级来表示。混凝土抗冻等级是以100 mm×100 mm×400 mm 的棱柱体作为标准试件，养护28 d吸水饱和后，于（－18 ℃±2 ℃～5℃±2℃）的条件下快速冻结和融化循环，以抗压强度损失不超过25%，且质量损失不大于5%时所能抵抗的最多冻融循环次数来确定。混凝土抗冻等级用F 表示，共有F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300九个级别，即抗压强度损失不超过25%，且质量损失不大于5%时可承受最大冻融循环次数为10、15、25、50、100、150、200、250和300（次）。

3.抗侵蚀性

抗侵蚀性主要与所用水泥品种、混凝土的孔隙率，特别是开口孔隙率有关。

4.抗碳化性

混凝土的碳化是指空气中二氧化碳与水泥石中氢氧化钙的作用，反应的产物是碳酸钙和水。碳化过程是二氧化碳由表及里向混凝土内部扩散的过程，在相对湿度为50%～75%时碳化速度最快。碳化会降低碱度，减弱混凝土对钢筋的保护作用，另外，还会增加混凝土的体积收缩，导致混凝土表面产生应力而出现微裂缝，从而降低混凝土抗拉、抗折及抗渗能力。

混凝土碳化速度与环境二氧化碳浓度、水胶比、水泥品种、环境湿度等因素相关。为提高混凝土抗碳化能力可采取以下措施：合理选择水泥品种；采用较小水泥用量及水胶比；使用减水剂等外加剂，改善孔隙结构；保证振捣质量，加强养护以提高密实度。

5.碱-骨料反应

水泥中的碱（Na2 O、K2 O）与骨料中的活性SiO2 发生化学反应，在骨料表面生成复杂的碱-硅酸凝胶，吸水、体积膨胀（体积可增加3倍以上），从而导致混凝土产生膨胀开裂而破坏，这种现象称为碱-骨料反应。碱-骨料反应是引发混凝土破损的主要原因之一，会导致混凝土的开裂和破坏，并且这种破坏会继续发展下去，维修困难。(www.xing528.com)

碱-骨料反应必须具备以下三个条件：

（1）混凝土中骨料具有活性；

（2）混凝土中含有一定量可溶性碱；

（3）有一定湿度。

为防止碱-骨料反应的危害，规定如下：

（1）应使用含碱量低于0.6%的水泥，或采用抑制碱-骨料反应的掺合料；

（2）当使用含钾、钠离子的混凝土外加剂时，必须进行专门试验。

6.提高耐久性措施

耐久性影响因素很多，主要包含材料本身性质以及混凝土的密实度、强度等。故可采取以下措施来提高混凝土的耐久性：

（1）合理选择水泥品种或强度等级，适量掺加活性混合材料，以有利于抗冻性、抗渗性、耐磨性、抗碳化性和抗侵蚀性等。

（2）采用较小的水胶比，限制最大水胶比和最小水泥用量，以保证混凝土的孔隙率较小，见表5-17、表5-18。

（3）采用杂质少、粒径较大、级配好、坚固性好的砂、石。

（4）掺加减水剂和引气剂。

（5）加强养护，特别是早期养护。

（6）采用机械施工，改善施工操作方法。

其中，一类、二类和三类环境，设计使用年限为50年的结构混凝土应符合表5-16的规定。

表5-17　混凝土结构材料的耐久性基本要求

根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011）的规定，除配制C15及其以下强度等级的混凝土外，混凝土最小胶凝材料用量应符合表5-18的规定。

表5-18　混凝土最小胶凝材料用量