论文部分内容阅读
摘要:介绍了混凝十耐久性的概念及其研究现状，从两个方面分析了影响混凝土耐久性的主要因素.并根据彰响因素提出了一些提高混凝图耐久性的措施。
关性词:混凝土:耐久性:高性能混凝土：影响因素；措施
Study on Influential Factors and
Improvement Measures of Durability of Concrete
Abstract:This text introduces the conception and study status quo of concrete durability. From two facets, it analyzes main factors which affect the durability of concrete. Finally, based on the factors, it gives some measures for advancing the durability of concrete.
Keywords:concrete: durability; high performance concrete: influential factors; measures
中圖分类号：TU398+.5文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1.前言
所谓混凝土的耐久性，是指结构在要求的目标使用期限内，不需要花费大量资金加固处理而能保证其安全性和使用性的能力[1]。主要表现在抗渗性、抗冻性、耐水性、耐火性、耐磨性、抗化学腐蚀性、碳化与钢筋腐蚀性等性能。
随着我国城市化和农村城镇化进程的推进，加之混凝土强度高，成本低，其应用越来越广泛。在传统观念中，混凝土结构好像不存在耐久性问题，一般的建筑物的使用年限都在50年.正是由于这个误区，以往工程中习惯上只片面追求混凝土高强度而忽视其耐久性。有调查显示，国内大多数工业建筑在使用20-30年后就需人修，处于恶劣环境下的建筑物使用寿命1520年，许多工程建成后儿年就出现钢筋锈蚀，混凝土出现裂缝甚至开裂。我国的基础设施建设工程规模宏大，每年都高达2万亿元人民币，在使用30-50年后就进入维修期，维修费将会倍增于工程建设时的投资，这样的代价是昂贵的。从环境保护、可持续发展以及与国际接轨的角度来说，这不得不引起有关部门和设计、施工单位的重视.
2.影响混凝土耐久性的主要因素
由于耐久性因素很复杂，引起结构破坏不可能是某个单方面因素作用的结果，往往是内部存在不完善，外部不利因素综合作用的结果，图1给出了混凝土裂化模型。现就这两方面加以分析:
2. 1内部因案的影响
(1)混凝土的碳化(又称中性化)。几乎所有混凝土表面都处在碳化过程中，本身无多大破坏作用，但是由于碳化过程使混凝土碱性降低使钢筋表面在高碱条件下产生的致密氧化膜(钝化膜)遭到破坏，使混凝土失去对钢筋的保护作用，同时碳化会加剧混凝土的收缩，致使混凝土出现裂缝，导致结构的破坏。
混凝土碳化模型公式如下:
D= K t½(2一1)
式中:D-t时刻的碳化深度:t-碳化时间:K-碳化速率系数.
(2)混凝土碱集料反应。它是指混凝土集料中某些活性矿物与混凝土微孔中的碱性溶液产生的化学反应。碱主要来自水泥熟料、外加剂，而活性材料主要是sio、碳酸盐、硅胶盐等等.混凝土中碱与sio反应最为普遍。而碱与硅胶盐产生的凝胶遇水会膨胀，在混凝土内部产生膨胀应力引起混凝土开裂，从而迅速降低混凝土的耐久性。
2. 2外部因康的影晌
(l)混凝土的冻融破坏。渗入到混凝土中的水在温度很低的条件下会结冰引起膨胀，将从内部损伤混凝土的微观结构。经过日积月累的多次冻融过程，最终将引起混凝土剥落酥裂而降低混凝土的强度，降低其耐久性。
(2)侵蚀性介质的腐蚀。在外部环境条件下，一些化学介质(硫酸盐、盐水、腐殖质、泥炭十存在的碳酸等)都有可能对混凝土产生腐蚀。
(3)钢筋锈蚀。电化学腐蚀是混凝土结构中最常见的影响耐久性的问题，尤其是氯离子(CI)当然，产生电化反应必须同时具备两个条件:一是钢筋表面处于活化状态:二是存在CI和水。CI的侵入可以使钢筋表面的钝化膜迅速破坏，大量的钢筋锈蚀会使混凝十几体积膨胀，导致混凝土沿保护层发生纵向裂缝。
(4)施工因素影响。混凝十材料本身质量低卜、水灰比选择以及倡，料级配不当都会导致混凝土性能下降，施工过程中操作不当等人为因素造成的混凝土内部存在的缺陷，都会使棍凝土容易遭到破坏。在土建施工中，我国一般多采用抗渗标号来表示棍凝土的抗渗性。抗渗标号与水灰比的关系请见表一
表1抗渗标号与水灰比关系
从上表可以看出，水灰比增大时，混凝土的密实性就降低，抗渗性就变差。混凝土渗水土要是由于混凝土多余水分蒸发留下孔道，拌合物保水性差引起混凝土泌水现象造成的。混凝土的抗渗性好坏直接影响棍凝土的耐久性。因此，施工时应该控制水灰比，确保混凝土有良好的和易性和保水性，以保证混凝土的密实度，提高结构耐久性。这就要求我们在进行混凝土施工时就必须加强施一I:管理，精心组织，严把材料关，杜绝人为因素造成的不稳定因素。
(5)其他外部因素。诸如生物腐蚀、风沙、持续的超高气温、机械磨损以及不可抗拒的偶然因素影响等都会影响到混凝土结构的耐久性。
3.提高混凝土耐久性的措施
从上面的分析可知，混凝土的外部环境、内部孔结构、原料、密实度和抗渗性等都是棍凝土耐久性能的重要影响因素。因此，工程中应根据具体情况，有针对性地采取相应措施以提高混凝土耐久性。
（1）在满足使用功能前提下，结构设计尽量规整、简单。由于环境中侵蚀介质很容易在构件棱角或突出处侵入混凝土，在设计时要充分考虑到结构的形状、排水、接缝。
(2)选择高标号水泥。水泥标号高，混凝土强度高，碳化深度小，抗渗性和抗冻性就好，相同标号早强水泥比普通水泥耐久性好。
(3)开发和使用高性能混凝土。高性能混凝土在配制上尽量采用了低水灰比，选用优质原材料，掺入了矿物集料和高效减水剂，减少了水泥用量，减少混凝土的内部空隙率，增强了混凝土的密实性和抗渗性，减少了体积收缩，提高了强度和耐久性。
(4)使用抗腐蚀涂层。在一些重要建筑物中，可以在混凝土表面使用环氧树脂等涂层以阻阻氯离子侵蚀和混凝土的碳化深入到内部，并且能抗侵蚀环境的影响。在钢筋表面使用防腐层也可以保护钢筋免受腐蚀，从而延长混凝土使用寿命。
(5)适度加大混凝土的保护层厚度。一般说来，混凝十保护层厚度每减少25%,碳化到钢筋表面时间就缩短50%[3]。因此，混凝土保护层厚度应根据结构类型、所处环境和有无饰面，在保证功能、节省成本基础上适度增加厚度以提高耐久性。
(6)选用高强度级配良好的集料。集料占棍凝土总体积的75%以上，良好的级配可用较少的加水址制得流动性好、离析泌水少的混合料，并能在相应成型条件下得到均匀的、致密的、高强度的混凝土，级配好的集料可以在混凝土中形成刚性骨架，从而大大改善棍凝土的力学性能，提高混凝土的耐久性。
(7)加强施工质量控制。施工过程中严格控制混凝土坍塌度，坍塌度高的混凝土会降低钢筋与混凝土的粘结强度。特别是振捣要密实以提高其密实度，增强抗渗性，严格禁止盲目追求进度，要按照规程确保养护期。
(8)经常性的结构检查维护。结构在使用階段，应注意检测、维护和修理，对处于露天和恶劣环境下的基础设施工程应建立检测和评估体系，及时发现，及时修理，确保棍凝土结构的正常使用。
(9)进行混凝土耐久性评估。目前，通过对混凝土耐久性影响因素分析来预测结构物的剩余寿命，从而有针对性地提出解决方法来提高混凝土的耐久性。其中BP人工神经网络方法已经得到广泛的应用，文献[6]介绍了其原理和有关应用。此外，1990年Specht提出了概率神经网络，它从多变量模式分类的Bayes准则发展起来的。用概率神经网络进行结构损伤位置识别预测，其神经构造中X=[x1，x2，…xi…，xn]为输入样本参数(最好与损伤程度无关)，模式层节点数为各类别训练样本数之和，累加输出层节点数与可能损伤位置数相同。
f(x)={[z一1]/}/m (3-1)
累加采用神经网络输出值最大的输出节点所对应的损伤位置为识别出的损伤位置[8]。随着计算机技术的普及与推广，耐久性评估应用会越来叔广。
4结束语
影响混凝土耐久性的因素是一个多方面的、综合性的，必须从设计、原材料、外加剂、施工、使用环境及其维护等多种因素综合考虑，使混凝土既满足功能要求，又要满足其耐久性的要求。
.考文献:
[1]黄兴隶.工程结构可靠性设计[}].北京:人民交通出版社，1989.
[2]覃维祖.混凝土耐久性研究的现状和发展动向[J].建筑技术，2001. 1:12-16.
[3]周新刚.混凝土结构的耐久性与损伤防治[J].北京:中国建材工业出版社，1999.
[4]陈雄元.混凝土结构的耐久性设计方法[J].建筑技术。2003, 34 (5) :87-93.
[5]刘春花，岳国峰.提高混凝土结构耐久性的探讨[J].黑龙江水专学报，2004,31(1):22-23.
[6]袁曾任.人工神经网络元及其应用[M].北京:清华大学出版社，1999.
[7]吴莹.谈棍凝土结构的耐久性[J],陕西建筑与科技。2004, 10:41-42.
[8]陈应波，管昌生.混凝土耐久性神经网络预测方法[J].国外建材科技，2004, 2: 46-47.
关性词:混凝土:耐久性:高性能混凝土：影响因素；措施
Study on Influential Factors and
Improvement Measures of Durability of Concrete
Abstract:This text introduces the conception and study status quo of concrete durability. From two facets, it analyzes main factors which affect the durability of concrete. Finally, based on the factors, it gives some measures for advancing the durability of concrete.
Keywords:concrete: durability; high performance concrete: influential factors; measures
中圖分类号：TU398+.5文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1.前言
所谓混凝土的耐久性，是指结构在要求的目标使用期限内，不需要花费大量资金加固处理而能保证其安全性和使用性的能力[1]。主要表现在抗渗性、抗冻性、耐水性、耐火性、耐磨性、抗化学腐蚀性、碳化与钢筋腐蚀性等性能。
随着我国城市化和农村城镇化进程的推进，加之混凝土强度高，成本低，其应用越来越广泛。在传统观念中，混凝土结构好像不存在耐久性问题，一般的建筑物的使用年限都在50年.正是由于这个误区，以往工程中习惯上只片面追求混凝土高强度而忽视其耐久性。有调查显示，国内大多数工业建筑在使用20-30年后就需人修，处于恶劣环境下的建筑物使用寿命1520年，许多工程建成后儿年就出现钢筋锈蚀，混凝土出现裂缝甚至开裂。我国的基础设施建设工程规模宏大，每年都高达2万亿元人民币，在使用30-50年后就进入维修期，维修费将会倍增于工程建设时的投资，这样的代价是昂贵的。从环境保护、可持续发展以及与国际接轨的角度来说，这不得不引起有关部门和设计、施工单位的重视.
2.影响混凝土耐久性的主要因素
由于耐久性因素很复杂，引起结构破坏不可能是某个单方面因素作用的结果，往往是内部存在不完善，外部不利因素综合作用的结果，图1给出了混凝土裂化模型。现就这两方面加以分析:
2. 1内部因案的影响
(1)混凝土的碳化(又称中性化)。几乎所有混凝土表面都处在碳化过程中，本身无多大破坏作用，但是由于碳化过程使混凝土碱性降低使钢筋表面在高碱条件下产生的致密氧化膜(钝化膜)遭到破坏，使混凝土失去对钢筋的保护作用，同时碳化会加剧混凝土的收缩，致使混凝土出现裂缝，导致结构的破坏。
混凝土碳化模型公式如下:
D= K t½(2一1)
式中:D-t时刻的碳化深度:t-碳化时间:K-碳化速率系数.
(2)混凝土碱集料反应。它是指混凝土集料中某些活性矿物与混凝土微孔中的碱性溶液产生的化学反应。碱主要来自水泥熟料、外加剂，而活性材料主要是sio、碳酸盐、硅胶盐等等.混凝土中碱与sio反应最为普遍。而碱与硅胶盐产生的凝胶遇水会膨胀，在混凝土内部产生膨胀应力引起混凝土开裂，从而迅速降低混凝土的耐久性。
2. 2外部因康的影晌
(l)混凝土的冻融破坏。渗入到混凝土中的水在温度很低的条件下会结冰引起膨胀，将从内部损伤混凝土的微观结构。经过日积月累的多次冻融过程，最终将引起混凝土剥落酥裂而降低混凝土的强度，降低其耐久性。
(2)侵蚀性介质的腐蚀。在外部环境条件下，一些化学介质(硫酸盐、盐水、腐殖质、泥炭十存在的碳酸等)都有可能对混凝土产生腐蚀。
(3)钢筋锈蚀。电化学腐蚀是混凝土结构中最常见的影响耐久性的问题，尤其是氯离子(CI)当然，产生电化反应必须同时具备两个条件:一是钢筋表面处于活化状态:二是存在CI和水。CI的侵入可以使钢筋表面的钝化膜迅速破坏，大量的钢筋锈蚀会使混凝十几体积膨胀，导致混凝土沿保护层发生纵向裂缝。
(4)施工因素影响。混凝十材料本身质量低卜、水灰比选择以及倡，料级配不当都会导致混凝土性能下降，施工过程中操作不当等人为因素造成的混凝土内部存在的缺陷，都会使棍凝土容易遭到破坏。在土建施工中，我国一般多采用抗渗标号来表示棍凝土的抗渗性。抗渗标号与水灰比的关系请见表一
表1抗渗标号与水灰比关系
从上表可以看出，水灰比增大时，混凝土的密实性就降低，抗渗性就变差。混凝土渗水土要是由于混凝土多余水分蒸发留下孔道，拌合物保水性差引起混凝土泌水现象造成的。混凝土的抗渗性好坏直接影响棍凝土的耐久性。因此，施工时应该控制水灰比，确保混凝土有良好的和易性和保水性，以保证混凝土的密实度，提高结构耐久性。这就要求我们在进行混凝土施工时就必须加强施一I:管理，精心组织，严把材料关，杜绝人为因素造成的不稳定因素。
(5)其他外部因素。诸如生物腐蚀、风沙、持续的超高气温、机械磨损以及不可抗拒的偶然因素影响等都会影响到混凝土结构的耐久性。
3.提高混凝土耐久性的措施
从上面的分析可知，混凝土的外部环境、内部孔结构、原料、密实度和抗渗性等都是棍凝土耐久性能的重要影响因素。因此，工程中应根据具体情况，有针对性地采取相应措施以提高混凝土耐久性。
（1）在满足使用功能前提下，结构设计尽量规整、简单。由于环境中侵蚀介质很容易在构件棱角或突出处侵入混凝土，在设计时要充分考虑到结构的形状、排水、接缝。
(2)选择高标号水泥。水泥标号高，混凝土强度高，碳化深度小，抗渗性和抗冻性就好，相同标号早强水泥比普通水泥耐久性好。
(3)开发和使用高性能混凝土。高性能混凝土在配制上尽量采用了低水灰比，选用优质原材料，掺入了矿物集料和高效减水剂，减少了水泥用量，减少混凝土的内部空隙率，增强了混凝土的密实性和抗渗性，减少了体积收缩，提高了强度和耐久性。
(4)使用抗腐蚀涂层。在一些重要建筑物中，可以在混凝土表面使用环氧树脂等涂层以阻阻氯离子侵蚀和混凝土的碳化深入到内部，并且能抗侵蚀环境的影响。在钢筋表面使用防腐层也可以保护钢筋免受腐蚀，从而延长混凝土使用寿命。
(5)适度加大混凝土的保护层厚度。一般说来，混凝十保护层厚度每减少25%,碳化到钢筋表面时间就缩短50%[3]。因此，混凝土保护层厚度应根据结构类型、所处环境和有无饰面，在保证功能、节省成本基础上适度增加厚度以提高耐久性。
(6)选用高强度级配良好的集料。集料占棍凝土总体积的75%以上，良好的级配可用较少的加水址制得流动性好、离析泌水少的混合料，并能在相应成型条件下得到均匀的、致密的、高强度的混凝土，级配好的集料可以在混凝土中形成刚性骨架，从而大大改善棍凝土的力学性能，提高混凝土的耐久性。
(7)加强施工质量控制。施工过程中严格控制混凝土坍塌度，坍塌度高的混凝土会降低钢筋与混凝土的粘结强度。特别是振捣要密实以提高其密实度，增强抗渗性，严格禁止盲目追求进度，要按照规程确保养护期。
(8)经常性的结构检查维护。结构在使用階段，应注意检测、维护和修理，对处于露天和恶劣环境下的基础设施工程应建立检测和评估体系，及时发现，及时修理，确保棍凝土结构的正常使用。
(9)进行混凝土耐久性评估。目前，通过对混凝土耐久性影响因素分析来预测结构物的剩余寿命，从而有针对性地提出解决方法来提高混凝土的耐久性。其中BP人工神经网络方法已经得到广泛的应用，文献[6]介绍了其原理和有关应用。此外，1990年Specht提出了概率神经网络，它从多变量模式分类的Bayes准则发展起来的。用概率神经网络进行结构损伤位置识别预测，其神经构造中X=[x1，x2，…xi…，xn]为输入样本参数(最好与损伤程度无关)，模式层节点数为各类别训练样本数之和，累加输出层节点数与可能损伤位置数相同。
f(x)={[z一1]/}/m (3-1)
累加采用神经网络输出值最大的输出节点所对应的损伤位置为识别出的损伤位置[8]。随着计算机技术的普及与推广，耐久性评估应用会越来叔广。
4结束语
影响混凝土耐久性的因素是一个多方面的、综合性的，必须从设计、原材料、外加剂、施工、使用环境及其维护等多种因素综合考虑，使混凝土既满足功能要求，又要满足其耐久性的要求。
.考文献:
[1]黄兴隶.工程结构可靠性设计[}].北京:人民交通出版社，1989.
[2]覃维祖.混凝土耐久性研究的现状和发展动向[J].建筑技术，2001. 1:12-16.
[3]周新刚.混凝土结构的耐久性与损伤防治[J].北京:中国建材工业出版社，1999.
[4]陈雄元.混凝土结构的耐久性设计方法[J].建筑技术。2003, 34 (5) :87-93.
[5]刘春花，岳国峰.提高混凝土结构耐久性的探讨[J].黑龙江水专学报，2004,31(1):22-23.
[6]袁曾任.人工神经网络元及其应用[M].北京:清华大学出版社，1999.
[7]吴莹.谈棍凝土结构的耐久性[J],陕西建筑与科技。2004, 10:41-42.
[8]陈应波，管昌生.混凝土耐久性神经网络预测方法[J].国外建材科技，2004, 2: 46-47.