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2 0 1 1 年 第 2期 ( 总 1 7 7期 ) 安徽建筑 一 一 -一l _ 施 工 技 术 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 _ 浅谈如何提高混凝土结构的耐久性 Study on How to I r nprove Dur abi l ity of Concr ete Structur es 王 致 ( 安 徽 阜 阳 房 地 产 股 份 有 限 公司， 安 徽 阜 阳 2 3 6 0 0 0 ) 摘要 ： 主要介绍了混凝土结构耐久性的现状， 分析了影响混凝土结构耐久性的因素， 提出了提高混凝土结构耐久性的主要措施。 关键词 ： 混凝土结构； 耐久性； 措施 中图分类号 ： TU 3 7 5 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 1 l 0 2 0 0 8 6 0 3 0 前言 调查表明， 国内大多数工业建筑在使用 2 5 3 0年后即需大 修 ， 处于严酷环境下的建筑物的使用寿命仅 1 5 2 0年； 民用建 筑和公共建筑的使用环境相对较好 ， 一般可维持 5 O年以上 ， 但 室外的阳台、雨罩等露天构件的使用寿命通常仅有 3 0 4 0年； 桥梁、 涵洞、 机场、 大坝、 港口等基础设施工程的使用寿命更短。 随着建筑物使用时间的增加、 环境污染的加剧、 使用不当以及 不符合要求的材料和工艺的应用， 导致了大量混凝土结构出现 不同程度的碳化、 开裂、 变形、 酥松、 露筋、 蜂窝、 空洞、 剥落等质 量问题。 在过分追求经济效益的现在， 这种问题更值得关注。 我 国混凝土结构量大面广，随着环境的变迁和功能要求的提高， 耐久性 问题越来 越突出， 是迫切需要加 以解决的问题 。 1 混凝土结构 的耐久性含义 所谓混凝土结构的耐久性是指，该种结构在自然环境 、 使 用环境及材料内部因素的作用下 ，保持其 自身工作能力的性 能。混凝土结构根据所处环境的不同可以划分为一般大气环 境、 海洋环境、 土壤环境及工业环境等。 混凝土结构材料内部因 素的作用指的是材料的物理和化学作用 ，如混凝土的碳化、 钢 筋的锈蚀等。 由钢筋混凝土耐久性引起的结构工作性能的改变 包括混凝土结构件的承载能力降低 ， 最终影响整个结构的安全 性， 其中建筑钢筋混凝土结构较为普通。 2 影响混凝土结构耐久性的因素 2 1混凝土的碱 一集料反应 混凝土碱 一集料反应指的是混凝土中来 自水泥、 外加剂和 环境的可溶性碱与骨料中的活性组分发生化学反应 ， 生成可吸 水肿胀的凝胶或体积膨胀的晶体，使混凝土产生体积膨胀， 严 重时会发生开裂破坏。 碱 一集料反应的破坏特征在外观上主要 是表面裂缝、 变形和渗出物； 内部特征主要是内部凝胶 、 反应 环、 内部裂缝等。 因其反应的因素在混凝土内部， 对混凝土的破 坏是整体性的， 其危害往往是不能根治的， 目前尚无有效的修 补办法。因此它是影响混凝土耐久性的最主要因素之一。 2 2混凝土的密实性 由于混凝土的用水量大于水泥水化的需水量， 所以凝结硬 化之后混凝土中总是具有很多各种各样的孔，包括毛细孔 、 凝 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 3 0 3 作者简介： 王敏( 1 9 8 2 一 ) ， 女， 安徽阜阳人 ， 毕业于安徽理工大学， 助理 工程 师 。 胶孔、 过度孔等。孔隙的特征如孔隙大小 、 形状、 分布及其封闭 程度直接影响耐久性能。 各种介质通过孔隙和微裂缝直接侵蚀 混凝土的内部结构。 混凝土中孔隙率越大， 密实度就越低。 混凝 土的密实性几乎与混凝土的所有主要耐久性能有着密切的联 系。因此 ， 提高混凝土的密实性是非常重要的。 2 2 1 混凝土 的抗渗性 混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗水、 油等液体的压力作用 不渗透的性能。抗渗性是混凝土最重要的耐久性性质之一， 它 直接影响混凝土的抗冻性和抗化学侵蚀性。一般来说， 如果混 凝土的抗渗性差， 那么混凝土的抗冻能力和耐腐蚀性也较差。 2 2 2混凝土的抗冻性 当结构处于冰点以下环境时， 部分混凝土内孔隙中的水将 结 冰 ， 产生体积膨 胀， 过冷 的水发生迁移 ， 形 成各种压力 ， 当压 力大于混凝土的抗拉强度时， 混凝土即发生开裂破坏。 2 2 3抗化学侵蚀性 当混凝土结构处在有侵蚀性介质作用的环境时， 会弓 l 起水 泥石发生一系列化学， 物理与物化变化， 而逐步受到侵蚀。 侵蚀 方式有水泥石中某些组分被介质溶解、化学反应产物易溶于 水、 化学反应产物发生体积膨胀等。常见的化学侵蚀可分为碳 化、 淡水及酸性水侵蚀、 硫酸盐侵蚀， 氯盐侵蚀和钢筋锈蚀五 类 。 2 3环境的不断恶化 如废气 、 酸雨， 我国的酸雨面积已超过国土的 3 0 。它们 破坏了混凝土的表面性能， 产生腐蚀、 酥松等破坏现象 ， 加剧混 凝土 内部化学侵蚀破坏。 2 4设计方面 钢筋混凝土保护层厚度设计偏低。 混凝土施工配制强度偏低， 有些搅拌站或施工单位一味 追求低成本， 采用低配比， 造成混凝土配制强度过低， 从而影响 混凝土结构耐久性 。 2 5施工管理方面 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， 对结构安全与耐久性的设置水准 又相对较低， 致使工程中往往存在较多质量隐患。 商品混凝土的生产使用过程中，存在一些质量失控现 象 ， 如高水灰 比、 低水泥用量、 低强度等， 对混凝土结构耐久性 有很大影响。 混凝土的水灰比及水泥用量是决定混凝土密实性的主 要因素。有些搅拌站或施工单位未对砂石含水率进行检测， 或 者只是粗略估计， 对设计配合比不做调整或调整不准确， 更有 甚者， 有些技术人员和操作工人为了便于搅拌 、 泵送、 浇筑 ， 现 场往拌合物内加水，导致混凝土施工配合比中水灰比过大， 严 安徽建筑 2 0 1 1年第 2期 ( 总 1 7 7期 ) 重影 响混凝土强度和耐久性 。 外加剂 问题。根据 混凝土外加剂应用技术规范 ( G B 5 0 1 1 9 2 0 0 3 ) 规定 ， J b i：i 剂的选用要根据混凝土性能要求 、 施工条件和气候情况， 以及结合原材料 、 配合 比等因素综合考 虑， 并且选用J t , D t l 剂的品种和掺量应经过试验最后确定 。有些 搅拌站或施工单位对外加剂 的选择混乱 ， 对J b D il 剂的品种和掺 量不经试验优选确定 ， 更不 考虑多种 外加 剂复合使用时的相容 性。另外， 大多数搅拌站或施工单位未考虑氯离子含量对混凝 土耐久性的影响。 使用方面， 由于使用不当， 如超载等可引起混凝土的过 早破坏。 3 提高混凝土结构耐久性的主要措施 3 。 1 原材料的选择 3 1 1 水泥 水 泥类 材料 的强度 和工程 性能， 是通过 水泥砂浆的凝结 硬 化形成 的， 水泥石一旦 受损， 混凝土 的耐久性就被 破坏， 因此水 泥的选择应结合具体情况如工程特点、 所处环境条件和施工条 件等， 注意水泥品种的具体性能， 选择碱含量小 、 水化热低 、 干 缩性小 、 耐热性 、 抗水性 、 抗腐蚀性 、 抗冻性能好的水 泥。 3 1 2 集料 集料的选择应考虑其碱活性 、 耐蚀性和吸水率， 应限制粘 土、 淤泥、 粉屑、 硫酸盐、 硫化物 、 有机物及其他杂质等含量。同 时选择合理的级配， 改善混凝土拌合物的和易性， 提高混凝土密 实度 。 3 1 3 外加剂 混凝土J b D il 剂包括减水剂 、 引气剂、 膨胀剂 、 缓凝剂等。高 效减水剂的使用既可以为工程施工带来方便， 又可以提高硬化 后混凝土的强度和密实度； 使用高效引气剂以使混凝土中产生 孑 L 径小、 间隔均匀闭气孔 ， 提高混凝土的耐冻融性、 对有害物质 渗入的阻隔性和对有害应力的缓冲性等； 而使用膨胀剂可以减 少混凝土的收缩 ， 提高混凝土 的抗渗性 ， 减少裂纹 ； 对 于大体积 混凝土使用缓凝剂可以延迟水泥水化放热高峰的时间，降低混 凝土的极限温升， 避免混凝土出现温度裂缝等。 正确和合理的使 用J b , O H 剂对混凝土耐久性十分重要。如使用不当， 会酿成事故。 在选择J t , ； O il 剂时， 应根据工程需要， 结合现场的材料情况， 按照 有关标准要求 ， 通过试验选择 t , J J u 剂品种 ， 并确定最佳掺量。 3 1 4矿物掺合料 使用矿物掺合料主要包括使用磨细粒化高炉矿渣 、硅灰、 沸石粉、 粉煤灰、 火山灰 、 磨细石灰石粉 、 磨细石英砂粉等。 矿物 掺合料加入到混凝 土中后 主要能够产生填充效用 ， 从而改善混 凝土的结构， 改善混凝土的耐久性。大量研究表明矿物掺合料 能有效 改善混凝 土的性能 ， 改善混凝 土 内孔结 构， 填 充 内部空 隙， 提高密实度。高掺量混凝土还能抑制碱集料反应， 因而掺混 合材是提高混凝土耐久性的有效措施。 3 1 5密实抗渗剂 在混凝土中掺加无机的或有机的密实抗渗剂， 可以形成某 种胶体或结合物， 填充、 填塞毛细孔缝， 从而提高混凝土的抗渗 能力， 提高混凝土的耐久性。 常用的密实抗渗剂有氯化铁、 氯化 铝 、 三 乙醇胺 、 有机硅等。 3 2混凝土设计 结构构件应按其使用环境设计相应的混凝土保护层厚 度，在不增加建筑物重量和成本的前提下尽量提高保护层厚 度， 预防外界介质渗入内部腐蚀钢筋。 混凝 土配合 比设计应根据结 构设 计的强度 等级 、 结构部 位、 运输距离、 施工方式等来确定原材料的品种、 规格及拌合物 的坍落度等性能。 在满足混凝土强度、 工作性能的同时， 应根据 使用环境考虑混凝土 的耐久性能。 3 3混凝土的搅拌和运输 搅拌过程中应保证计量的准确性 ， 严格按照施工配合比的 要求生产， 不定期抽查搅拌时间及混凝土拌合物的稠度、 含气 量 、 水灰比、 水泥含量及均匀性等。 混凝土拌合物运输至浇注地 点后应不发生分层离析现象 ， 否则 ， 应进行二 次搅拌 。 3 4混凝土施工与养护 施工过程中的主要控制措施是混凝土施工前做好施工计 划 和施工方 案。 混凝土浇注前对保 护层厚度进行核查 。浇注 时应注意浇注高度和振捣器类型及振捣时问来控制混凝土的 均匀性和密实性 。 在浇注及静置过程 中应采取措施防止产生塑 性收缩裂缝和塑性沉降裂缝 。 非 结构性表 面裂缝应在混凝土终 凝前修整 。施工单位 应根据施 工对象 、 环境 、 水泥品种 、 J l, D Is 剂 以及对混凝士I生能的要求， 提出具体的养护方案包括养护程序 和方法、 养护时间及养护要求， 并严格执行规定的养护制度， 使 混凝土保持合理的温度与湿度 ， 从而确保混凝土后期各种预期 性能的形成与增长。 3 5控 制钢筋 的锈蚀 降低混凝土孑 L 隙率、 提高密实度、 减缓碳化速度、 减缓有害 离子传质速度、 加入缓蚀剂或选择耐蚀钢筋、 钢筋表面涂层等。 对已建钢筋混凝土结构可采用电化学阴极保护。 防止钢筋锈蚀 的根本 途径 不是控制外荷载 引起 的横 向裂缝 宽度 ， 而是减慢二 氧化碳、 氧、 水等腐蚀因子通过混凝土保护层向钢筋表面渗透 扩散的速度 ， 以及防止氯离子在钢筋表面的积聚。 办法有两类 ： 第一类是采用 防护材料或外部措施 ， 如采 用喷塑 ( 树脂 ) 钢筋 、 钢筋表面涂锌、 混凝土中掺加缓蚀剂、 混凝土表面涂刷防护层、 采用 聚合物浸渍混凝土表层 以及设置 阴极保护设施等 ； 第二类 则是利用和加强混凝土保护层自身的保护功能。 3 6结构的 日常检测与维护 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正常的维护修理 ， 杜绝 人为的破坏现象， 及时发现， 及时修理， 确保混凝土结构的正常 使用。 4 确保 混凝土的强度 尽管强度与耐久性是不同概念 ， 但又密切相关。它们之间 的联系是基于混凝土的内部结构， 都与水灰比这个因素直接相 关。 在混凝土能充分密实条件下， 随着水灰比的降低， 混凝土的 孔隙率降低， 混凝土的强度不断提高， 与此同时， 随着孔隙率降 低 ， 混凝土的抗渗性提高 ， 因而各种耐久性指标也随之提高。 在 现代的高性能混凝土中， 除掺人高效减水剂外， 还掺入了活性 矿物材料 ， 它们不但增加了混凝土的致密性 ， 而且降低或消除 了游离氧化钙的含量。在大幅度提高混凝土强度的同时 ， 也大 施 工 技 术 研 究 与 厘 用 安 徽 建 筑 _ 重 2 0 1 1年第 2期( 总 1 7 7期 ) 安徽建筑 _ 一_ 一I 高 _ 施 工 技 术 研 究 与 应 用 幅度地提高了混凝土的耐久性。此外， 在排除内部破坏因素的 条件下， 随着混凝土强度的提高， 其抵抗环境侵蚀破坏的能力 也越强。 5 结束语 综上所述， 混凝土结构耐久性是一个重要也是迫切需要加 以解决的问题。提高钢筋混凝土结构的耐久性与安全性， 需要 从结构的设计、 检测评价、 施工养护 、 钢筋锈蚀、 原材材料、 结构 维护等诸多方面综合考虑。 混凝土结构耐久性是一个综合性问 题，尤其是在设计上要改变长期 以来重强度而轻耐久性的观 念， 将耐久性和强度参数结合起来进行设计。因此， 工程中应根 据具体情况， 有针对性地采取相应措施， 提高混凝土的耐久性。 只有这样 ， 混凝土结构才会真正经久耐用 ， 才能够更好地适应 我国现代化建设的需要， 推进我国建筑市场发展 ， 满足工程安 全使用需求。 参考文献 1 王媛俐， 姚燕 重点工程混凝土耐久性的研究与工程应用【 | 】 北 京 ： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 1 2 黄政宇 土木工程材料 M 】 北京： 高等教育出版社， 2 0 0 2 3 G B 5 0 1 6 4 9 2 ， 混凝土质量控制标准 s 】 北京： 中国建筑工业出版 社 ，2 0 0 5 4 G B 5 0 2 0 4 2 0 0 2 ， 混凝土结构工程施工质量验收规范f s 】 北京： 中 国建筑工业出版社， 2 0 0 2 5 G B 5 0 1 1 9 2 0 0 3 ， 混凝# H J n 剂应用技术规范【 s 】 北京： 中国建筑工 业 出版社， 2 0 0 3 ( 上接第 4 9页) 1 7 9 m1 1 l m的平面范围进行计算， 同时， 考虑到盾构区问穿越 深度 1 8 m和拟建的通惠广场底板深度 1 5 m， 选取的竖向计算深 度按照不小 于 2 5 倍 的要求 ， 采用 5 0 m深度范围内的土体 。 本次评估分析选取北京迈达斯技术有限公司发布的三维 隧道与岩土软件 MI D A S G T S V 2 5 0 进行。 4 2相关计算参数选取 在通惠广场建设场地和规划地铁区间之间的土体采用细 部划分尺寸在 0 5 m l m， 其余部分按照土体深度和距离基坑远 近逐渐放大至 1 5 m 6 m，综合考虑计算时间和计算精确度， 结 构单元控制在 8万左右。土体采用摩尔库伦模型； 主要考虑土 体和结构自重、 裙楼楼面荷载、 地面超载； 土体边界用一般支承 条件， 通惠广场结构采用对称约束。 4 3计算步骤选取 由于规划的盾构区间施工方向不明确，保守计算按照双向 盾构一起 由西往东推进。计算范围内的盾构区间考虑了 7 个盾 构推进工况： 施加相关荷载和约束、 重力场初始化一管片同步施 工至区段 1 ， 盾构停留至施工段 1 结尾处一管片同步施工至区段 2 ， 盾构停留至施工段 2结尾处一管片同步施工至区段 3 ， 盾构停 留至施工段 3 结尾处一管片同步施工至区段 4 ， 盾构停留至施工 段 4 结尾处一管片同步施工至区段 5 ， 盾构停 留至施工段 5 结尾 处管片同步施工至区段 6 ， 盾构停留至施工段 6 结尾处一管片 同步施工至区段 7 ， 盾构停留至施工段 7结尾处。 4 4计算模型 结构计算的整体模型如图 1 。上述模型包括土体部分和结 构部分 ， 扣除土体部分后， 剩下的结构部分包括盾构区间上下 两条线、 通惠广场的围护外围部分( 主要是围护的钻孔桩、 搅拌 桩和锚杆 ) 、 裙楼结构部分( 主要是地下四层的结构梁板墙柱 ， 出地面部分采用等效荷载作用在板顶) ，具体的结构模型如图 2。 4 5计算结果 由于盾构推进过程中必然导致周边土体应力场重新分布， 土体发生位移并同时可能引起通惠广场的结构发生一定的位 移， 本次计算结果主要选取推进结束后的通惠广场结构与围护 的位移以及盾构管片自身的位移三部分， 并对由此引起的通惠 广场结构内力增量和盾构区间管片内力进行复核。 根据上述计算设置对模型进行非线性全过程分析 ， 结果表 明盾构推进结束后相关的位移场达到了最大值， 计算结果以盾 构推进结束为主要显示结果的控制阶段。 4 。 6计算结果分析与结论 通惠广场结构仅在桩下出现 6 m m的侧向位移，而结构梁 柱板墙体系的最大位移为 0 3 m m。 通惠广场围护结构的锚杆最 大位移为 7 5 ram， 钻孔桩最大位移 6 5 ra m。盾构区间管片结构 的最大位移为 1 2 m m， 一般段管片平均位移为 1 0 ram。 盾构穿越引起的通惠广场结构位移很小， 引起的通惠广场 结构内力增量很小， 在结构自身的承载力范围之内。因此规划 地铁线路区间对通惠广场结构的影响在安全可控范围内。 拟建的通惠广场建成后，盾构区间从北上角穿越期间盾构自 身的位移和内力均在正常可控范围内， 盾构自身推进是安全的。 管 片自身的位移在安全范围内， 管片的受力在承载力范围内。因此， 盾构推进过程中， 盾构和管片均处于安全可控的范围内。 5 对工程的施工及监测要求 通惠广场基坑深度与地铁穿越区间的埋深相当， 基坑围护 结构与地铁设施的净距离为 2 8 m， 处于相互影响的范围内。这 种影响的大小与盾构施工的推进施工组织 ( 特别是推进速度， 及时补偿注浆加固等)和应急处理措施等众多因素密切相关。 因此，盾构推进期间需要确定合理的施工方案和应急措施， 严 格控制施工进度， 提高施工质量， 严格控制挖土出土和管片拼 装的时限要求。 盾构穿越的土层主要在层粘土层， 土质较好， 但仍应加 强监测， 在推进阶段应及时采取应急措施控制水土流失。施工 过程中应做好施工监测， 坚持信息化施工 ， 及时准确的对监测 数据进行处理并根据监测结果及时调整施工参数， 把施工风险 降至最低。 参考文献 1 G B 5 0 1 5 7 2 0 0 3 ， 地铁设计规范【 s 】 北京： 中国计划出版社， 2 0 0 3 2 G B 5 0 0 0 7 一 范 s 】 北京： 中国建筑工业出 版社2 0 0 2 3 D G J 一 1 1 - 1 9 9 9 ， 地基基础设计规范【 s 】 上海： 上海市工程建设标准 化办公室， 1 9 9 9 4 刘建航 ，侯学渊基坑工程手册【 M】 北京 ： 中国建筑工业出版社， 1 9 9 7 至筑 _