钢筋混凝土材料及结构耐久性研究综述

钢筋混凝土材料及结构耐久性研究综述

樊佳俊

身份证号码： 61012219900605****

摘要：伴随着社会的发展，我国建筑行业突飞猛进，钢筋混凝土结构的应用范围越来越广，无论是民用建筑，道路工程还是桥梁港口建设等都离不开钢筋混凝土，而钢筋混凝土作为一种具备极强耐久性能的建筑材料，在长期的使用过程中以及自然环境的侵袭下，其耐久性会逐渐降低甚至丧失，严重影响到了建筑结构的使用性能，威胁到使用者的人身安全，因此对钢筋混凝土结构的耐久性进行研究非常重要。本文通过对钢筋混凝土结构的耐久性进行概况分析，探讨其耐久性的设计方法与评估思路。

关键词：钢筋混凝土材料；结构耐久性；研究综述

引言

过去的结构设计中大多重视结构的安全性和适用性，而对钢筋混凝土的耐久性设计不足，导致大量结构往往未达到其设计年限，就进入了耐久性极限状态。且随着时间推移，耐久性问题将会日益严重，造成巨大的财产损失。因此，对于钢筋混凝土材料和结构的耐久性研究，一方面可以减少巨额维修费用带来的经济损失，另一方面也将推动设计施工的进步，具有一定科学意义和实用价值。

1钢筋混凝土结构耐久性的概况

①钢筋混凝土结构耐久性的概念。钢筋混凝土结构的耐久性具体指的是钢筋混凝土及其其他的构件在特定的工作环境中，同时又由于材料本身的内部因素影响所致，钢筋混凝土整体构件在一定的使用期限内对自然环境，化学侵蚀或其他变化过程的一种抵抗能力，通过这种抵抗能力，钢筋混凝土材料不需要消耗其他的能源资金来进行维修，也能够保证其整体性能不产生变化。②钢筋混凝土结构耐久性问题的重要性。在我国的工程建筑中，钢筋混凝土结构结合了钢筋与混凝土的双重优点，造价低廉，是当今乃至未来很长一段时间内的主要建筑结构形式之一，从我国最早开始使用钢筋混土材料来作为建筑的主要材料以来，到现在为止已经有150多年的历史，然而许多的钢筋混凝土结构由于多种原因而导致其性能降低或丧失，究其原因主要有结构设计时抗力不足，使用过程中荷载过重，但更多的主要是因为结构的耐久性能不足而导致的，尤其是在我国的沿海地区，由于气候潮湿，空气中水分较多，钢筋混凝土结构在长期的自然环境侵蚀氧化下，其结构早已遭到破坏，其耐久性能甚至已然慢慢丧失，对此维修起来花费大量资源资金不说，而且还会造成被迫停工的局面，带来更加巨大的经济损失。

2钢筋混凝土耐久性的影响因素及防治综述

2.1混凝土碳化

CO2可以渗进混凝土内部与碱性物质反应，使其pH值降低，钢筋失去保护层而被锈蚀，导致耐久性降低。对产生碳化的因素，大多从内在与外部两个方面进行研究。内因包括:水泥品种及用量、水灰比、粗细骨料、外加剂等等，外因则是环境的CO2浓度、温度及湿度，此外还有施工因素。目前来看，由于碳化进程难以完全阻断，不少学者将研究方向放在碳化深度预测、碳化寿命预估，将CO2扩散系数，碳化反应速率、水胶比、矿物掺合料、温度、相对湿度等重要因素进行考虑或定量分析，鉴于影响碳化进程因素众多，试验与实际环境不同，实用性还有待提高。

2.2盐类侵蚀

盐类广泛存在于外界环境，往往通过水泥石结构的微观连通孔隙和裂缝，入侵到结构内部，积累到临界浓度后在内部发生反应，导致一定碱度维持下的钝化保护膜被破坏，进而钢筋锈蚀，引起结构耐久性的降低乃至丧失。在各种盐类侵蚀中以研究氯离子对海工钢筋混凝土的耐久性作用最为典型，研究内容主要包括氯离子传输机理、氯离子分布规律、临界氯离子浓度等。对比国内外成果发现:国外学者较早提出氯离子的传输方式中以扩散占据主导;我国学者对Fick定律的修正工作主要是将氯离子时空演化规律的影响因素扩大到混凝土孔隙，氯离子吸附、混凝土开裂等多种情况，得到更具有实用性的定律形式;同时基于数值模拟的发展，我国学者针对一些工程实际建立了不同条件下的氯离子侵蚀混凝土的数值模拟模型，对一些工程起到实际意义。总的来看，众多学者是基于Fick公式进行氯离子扩散机理的研究。

3钢筋混凝土耐久性的影响因素及防治综述

3.1对于混凝土碳化的防治主要是围绕其影响因素进行

①在合适的外界环境施工;在实验室条件下，采用不同养护条件，通过分析孔隙结构和测定碳化深度，得出了粉煤灰混凝土适宜的养护环境。一般而言，温度越高，碳化越快;环境湿度越大，CO2就会越难向内扩散;②合理使用材料和采用新型材料。如水泥浆中定向分布一定量的钢纤维，可以有效阻碍结构裂缝的产生与发展，大大减少了碳化深度;③表面涂层，一般采用氯化橡胶、聚氨酯树脂或者丙烯酸乳涂料，除了给予混凝土结构基本的外层防护以外，同样也可以通过涂层的化学作用改进混凝土的孔结构与内部裂隙的发育程度。

3.2对于以氯离子为代表的对耐久性造成影响的盐

类侵蚀的防治措施:①从根源上，选材时严格限制有害离子含量，选择合适的水泥保证混凝土的碱性;②表面密封处理，增加保护层厚度并做防护，以此阻止盐类的侵蚀。但是由于涂层方法的施工和材料的因素，在海工混凝土的浪溅区和潮差区往往难以起到预防效果。因此在海工混凝土结构的实际工程中应该结合部位选用不同防腐措施，对于浪溅区和潮差区应采用阴极保护法为宜，且应加强维护;③加入外加剂，如在钢筋中加入钢筋阻锈剂，类似的外加剂可以减缓或者抑制钢筋的锈蚀进程，增加钢筋寿命。这类措施的优点是，一次使用即长期有效，且价格低廉，性价比高，适用范围广;④盐类侵蚀的原理之一是形成了原电池导致钢筋锈蚀，如今大多工程都可采用阴极保护法抑制钢筋锈蚀。这种措施的优点是减少修补的工作量和成本。

4提高钢筋混凝土材料耐久度的相关措施

4.1高效活性矿物掺料的掺入

普通水泥混凝土不能耐久的一个主要因素就是，在普通水泥混凝土中水泥池中水化物稳定性的不足。而水泥池中水化稳定性的不足是由于水泥石的胶凝物存在。由于活性二氧化硅与活性三氧化二铝能够在水泥水化过程中，与产生的高碱性水化碳酸钙和游离石灰产生二次反应，可将其作为改善混凝土中水泥石的胶凝物质的重要成分。而活性矿物掺料的主要成分就是活性二氧化硅和活性三氧化二铝，因此，活性矿物掺料不但能改善水化胶凝，而且能生成强度更高稳定性更高的低碱性水化碳酸钙。高效活性矿物掺料的掺入能够提高强度，是因为它能消除水泥混凝土中游离的石灰，大幅度降低水泥的孔隙，使水泥结构变得更加细致紧密。此外，对改善水泥石与集料之间的界面性能和界面结构也有非常重要的作用，因为对混凝土的各方面性能都有质的提升。

4.2重视材料的选择

根据钢筋混凝土结构的使用环境，预计使用期限以及耐久性等级等方面的要求来选择钢筋混凝土材料以及水灰配合比和水泥用量；针对冷冻环境下的钢筋混凝土要掺杂一定量的引气剂；在氯侵蚀的环境下要保证钢筋混凝土原材料中的氯离子不超过水泥用量的1‰；在出现化学反应的环境中，针对主要受力的结构部分可采用环氧涂层的钢筋材料或者具有抗腐蚀性的合金钢材。

结语

随着我国国民经济的发展,各项工程建设如火如茶地展开,建筑工程水平已经逐渐与国际接轨,各种类型混凝土的使用越来越广泛,混凝土结构耐久性问题需要迫切加以解决现行设计规范采用的方法有一定的局限性设计人员应结合设计经验,从诸多方面考虑影响混凝土结构耐久性的因素,采取措施保证结构具有可靠的适用性和耐久性同时,我们在工程实践中要不断进行总结教训,吸取经验,研究新的技术、理论,推广使用新成果,改善、提高混凝土的耐久性,为国民经济建设做出贡献。

参考文献

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［3］姚利君.混凝土骨料碱活性试验方法研究与成果应用［J］.新型建筑材料，2018，45(4):60－63.