引言

混凝土的耐久性是指其抵抗風(fēng)化作用、化學(xué)侵蝕、磨損及其他劣化過程的能力，因此，混凝土的劣化通常被視為混凝土耐久性不足的主要原因?；炷亮踊侵冈趦?nèi)在和外在因素的共同影響作用下，因發(fā)生物理性或化學(xué)性侵蝕而使混凝土產(chǎn)生的膨脹性開裂或連通性孔隙等現(xiàn)象。其中，物理性侵蝕主要包括風(fēng)化作用所引發(fā)的混凝土劣化變質(zhì)、波浪作用或海流作用所導(dǎo)致的混凝土表面磨耗或孔蝕破壞，以及超載、沖擊載重和反覆載重作用所產(chǎn)生的混凝土裂縫等；化學(xué)性侵蝕主要包括侵蝕物質(zhì)（如二氧化碳、氯離子、硫酸根離子等）與硬固水泥漿體所產(chǎn)生的交換反應(yīng)，硬固水泥漿體產(chǎn)生的溶解和析晶反應(yīng)，以及產(chǎn)生膨脹物質(zhì)反應(yīng)等。由此可見，材料選擇、配比設(shè)計(jì)、施工技術(shù)、養(yǎng)護(hù)管理以及周邊環(huán)境等多種因素均會(huì)對(duì)混凝土耐久性產(chǎn)生影響，在實(shí)際工程應(yīng)用中如果處理不當(dāng)，很容易發(fā)生混凝土及其結(jié)構(gòu)物的非預(yù)期破壞。因此，本文旨在通過對(duì)影響混凝土耐久性的多種因素進(jìn)行分析和探討，為混凝土的耐久性設(shè)計(jì)提供參考。

1、組成材料的影響

1.1水泥

混凝土的抗壓強(qiáng)度及其耐久性受水泥水化作用的影響較大。相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，以水灰比為0.45、水泥含量為430kg/m3的試驗(yàn)試體為參考基準(zhǔn)，保持水灰比固定，水泥用量減少50～100kg/m3時(shí)，混凝土試體在抗壓強(qiáng)度上無明顯差異。其中，當(dāng)水泥用量減少到340kg/m3時(shí)，相比參考基準(zhǔn)其通過電荷量增加到約2.1倍，氯離子擴(kuò)散系數(shù)與氣體滲透系數(shù)則分別增加到約1.6和1.7倍，即在相同水灰比下，隨著水泥用量的減少，混凝土耐久性會(huì)隨之降低?；谏鲜隹紤]，美國混凝土協(xié)會(huì)（ACI）就規(guī)定抵抗鋼筋腐蝕的最低水泥用量為356kg/m3；歐洲混凝土協(xié)會(huì)（CEB-FIP）則規(guī)定在海水環(huán)境及其他具有化學(xué)侵蝕性環(huán)境中的構(gòu)造物，最低水泥用量為300kg/m3。但在實(shí)際工程應(yīng)用中，水泥含量也并非越高越好，為避免水泥水化反應(yīng)所引發(fā)的熱應(yīng)力可能導(dǎo)致的混凝土裂縫，英國混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)BS8110規(guī)定最大水泥用量不應(yīng)超過550kg/m3。

1.2骨料

混凝土中骨料的體積往往占其全部體積60%～70%，且通常認(rèn)為骨料的體積穩(wěn)定性與耐久性都要比水泥砂漿高，因此骨料的強(qiáng)度、粒徑及其界面等對(duì)混凝土性質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生一定影響。級(jí)配良好的骨料不僅可以增加混凝土的抗壓強(qiáng)度，還可以提高其水密性，減少有害物質(zhì)的滲入幾率。對(duì)水灰比為0.60、粗骨料粒徑在2.36～9.5mm之間的混凝土試件進(jìn)行的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明：在相同的配比設(shè)計(jì)下，當(dāng)混凝土使用不同粒徑的粗骨料時(shí)，其抗壓強(qiáng)度無明顯差異；但隨著粗骨料粒徑的增大，混凝土的通過電荷量、氯離子擴(kuò)散系數(shù)及氣體滲透系數(shù)會(huì)有所增加?？傮w來看，粗骨料粒徑對(duì)混凝土強(qiáng)度及其耐久性雖有一定影響，但還遠(yuǎn)不如材料配比設(shè)計(jì)、水灰比等因素所產(chǎn)生的影響大。

1.3火山灰質(zhì)混合料

火山灰質(zhì)混合料是天然的及人工的以氧化硅、氧化鋁為主要成分的礦物質(zhì)原料，比如火山灰、硅藻土、粉煤灰等。此類混合料中的硅、鋁成分可以與水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成C-S-H膠體來填充混凝土中的孔隙，從而提高混凝土的致密性并降低其滲透性，進(jìn)而有助于降低混凝土微裂縫的發(fā)生幾率，提升混凝土在惡劣環(huán)境下的耐久性。

2、配合比設(shè)計(jì)的影響

決定混凝土耐久性最重要的因素是混凝土的透水性，這與混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。而混凝土中的孔隙率與水灰比又有著直接關(guān)系，因此水灰比已成為影響混凝土耐久性的一個(gè)關(guān)鍵因素。試驗(yàn)研究結(jié)果表明：混凝土吸水率會(huì)隨水灰比增加而增加，這是由于水灰比的增加會(huì)導(dǎo)致水泥漿體內(nèi)有較多的游離水未參與水化反應(yīng)而形成毛細(xì)孔隙，而毛細(xì)孔隙愈多則其吸水率也越高，反之這也說明水灰比低的混凝土?xí)哂懈旅艿目紫督Y(jié)構(gòu)；同時(shí)，氯離子擴(kuò)散系數(shù)也會(huì)隨水灰比增加而增加，當(dāng)水灰比從0.4增加到0.6時(shí)，氯離子的擴(kuò)散速率能增加4～5倍。出于上述考慮，各國規(guī)范對(duì)腐蝕環(huán)境下的混凝土水灰比均有一定限制。比如ACI318M對(duì)于暴露在腐蝕環(huán)境下的混凝土最大水灰比限制值為0.40，但若最小保護(hù)層厚度提高10mm時(shí)，則最大水灰比可增為0.45；日本土木學(xué)會(huì)（JSCE）對(duì)于水中混凝土的最大水灰比限制值為0.50，暴露在海洋環(huán)境中的混凝土最大水灰比限制值則為0.45。

3、環(huán)境因素的影響

3.1溫度和濕度

混凝土保持干燥時(shí)其氣體滲透性往往會(huì)增加，這主要?dú)w因于混凝土中孔隙體積與孔隙連通性的增加，從而有利于氣體的傳輸。相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果也表明，當(dāng)混凝土試體在高溫環(huán)境下烘干時(shí)，由于試體內(nèi)水氣被蒸發(fā)且孔隙中空無一物，其氣體滲透性也會(huì)增加；在環(huán)境相對(duì)濕度由100%降至65%的過程中，試件的氣體滲透系數(shù)隨之增加，尤其是相對(duì)濕度降至85%時(shí)，氣體滲透系數(shù)增加最為明顯，其中相對(duì)濕度為40%時(shí)的混凝土氣體滲透系數(shù)要比相對(duì)濕度為65%時(shí)高出15%。另外，當(dāng)混凝土毛細(xì)孔隙中只有空氣存在時(shí)，隨著養(yǎng)護(hù)溫度的增加，不僅會(huì)增大混凝土的氣體滲透性，還會(huì)進(jìn)一步增加混凝土的吸水率，這主要是由于溫度增加會(huì)降低水的粘滯性及其表面張力，且溫度效應(yīng)對(duì)吸水率的影響要明顯大于其對(duì)氣體滲透性的影響。

3.2二氧化碳濃度

高二氧化碳濃度所導(dǎo)致的中性化問題已成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物損壞的主要原因之一。中性化一方面會(huì)改變混凝土的化學(xué)性質(zhì)，使混凝土孔隙水溶液的pH值降低，容易引發(fā)鋼筋腐蝕；另一方面也會(huì)改變其物理性質(zhì)，改變混凝土的孔隙率，進(jìn)而影響其表面滲透性。相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明：混凝土的中性化速率會(huì)隨著二氧化碳濃度的增加而有所增加，且水灰比越高，其中性化速率也較大，這主要是因?yàn)樗冶容^低時(shí)，混凝土孔隙孔徑較小且孔隙結(jié)構(gòu)致密，其孔隙中水膜厚度較大甚至已充滿水，故其中性化速率較小。但總體來看，二氧化碳濃度對(duì)中性化速率的影響還是要小于水灰比的影響，這也說明混凝土本身的孔隙結(jié)構(gòu)分布與致密性是影響其中性化速率的主要因素。

3.3氯離子含量

在影響混凝土耐久性的諸多因素中，由于氯離子擴(kuò)散引起鋼筋腐蝕而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)物破壞的情形非常嚴(yán)重[6]，而且氯離子的擴(kuò)散機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜，其擴(kuò)散速率受混凝土孔隙、暴露時(shí)間、溫度、水灰比等多種因素影響。因此，在很多標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中對(duì)混凝土中氯離子的含量都有嚴(yán)格限制，比如ACI318規(guī)定經(jīng)常保持干燥或防止受潮的鋼筋混凝土構(gòu)件，氯離子含量不得超過水泥重量的1%，而暴露在含氯環(huán)境下的鋼筋混凝土構(gòu)件，氯離子含量不得超過水泥重量的0.15%；JIS規(guī)定一般環(huán)境下的鋼筋混凝土構(gòu)件，氯離子含量不得超過0.60kg/m3，若所處環(huán)境含有鹽化物，則氯離子含量不得超過0.30kg/m3。

4、結(jié)語