再谈混凝土缺陷对钢筋混凝土结构耐久性的影响

　　摘要： 本文根据混凝土耐久性的影响因素，阐述了混凝土施工过程中常见的蜂窝、孔洞缺陷对其耐久性的影响。

　　关键词：缺陷、耐久性、损害

　　混凝土耐久性问题一直是世界关注的焦点之一，在经济建设高速发展的今天，混凝土耐久性问题具有普遍性、实际性，是与国民经济和可持续发展紧密相连，是关系到广大人们群众的生命财产安全大问题，是必须要解决的首要问题。人们投入大量人力、物力、财力，来解决这个世界性难题，虽然已取得了长足的进展，但是还需要在技术、管理等方面更进一步，使混凝土结构能够满足人们的生产和生活需要。

　　混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用，长期保持强度和外观完整性的能力。是指结构在规定的使用年限内，在各种环境条件作用下，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力是指混凝土抵抗气候老化、环境侵蚀、冲蚀或其它退化作用的能力。

　　一、对混凝土强度的影响

　　从某种程度上来说，强度和耐久性是两个不同的概念，虽然它们对混凝土来说都是很重要的特征指标。另一方面，对于混凝土的蜂窝、孔洞等缺陷现象，我们认为它会引起混凝土强度的降低，而且直接损害混凝土的耐久性。当我们拆下模板，发现混凝土表面上有蜂窝、孔洞等缺陷现象时，我们不知道蜂窝、孔洞等缺陷现象到底伸进混凝土里有多深，但很显然混凝土的强度在这个点上降低了很多，因为该处混凝土不密实，或者干脆就是一个更大的孔洞，也就意味着该处的构件横截面面积有一定程度的减少。

　　构件横截面面积的减少就意味着构件抗剪能力、抗扭能力和抗压能力等的减小;如果蜂窝正好位于构件的受压区，那么蜂窝也意味着构件抗弯能力的减小。在极端情况下，如果蜂窝大到一定程度，就会导致构件的失效。从耐久性的角度来说，构件已经达到其使用寿命的终点。

　　二、钢筋锈蚀

　　我们首先讨论一下钢筋生锈的原理。一般说来，混凝土中的钢筋在同时满足以下三个条件时就会发生锈蚀。(1)在钢筋表面存在电位差，不同电位的区段之间形成阳极和阴极。(2)阳极区段的钢筋表面处于活化状态，能够发生如下阳极反应: 2Fe - 4e−→ 2Fe++。(3)存在水分和溶解氧，在阴极就会发生如下阴极反应: O2 + 2H2O + 4e−→ 4 OH−。

　　由于混凝土的碱度差异，钢筋中的碳及其它合金元素的偏析，加工引起的钢材内部应力差异等都会引起钢筋表面各处的电位差，因此上述第一个条件总是存在的。如果外部其它状况正好使得其它两个条件也得到满足，钢筋就会发生锈蚀反应：水中的铁离子和氢氧根离子结合生成氢氧化亚铁 2Fe+++ 4 OH−→ 2Fe(OH)2 ，氢氧化亚铁与水中氧进一步作用可以生成氢氧化铁，部分氢氧化铁又可以继续氧化生成红锈和黑锈。

　　另外我们来讨论一下钢筋表面的钝化。我们知道，钢筋与混凝土共同作用的基础是混凝土能够给予钢筋化学和物理的保护。物理保护就是它将钢筋包裹了起来，隔断了水汽、氧和氯等直接接触;而化学保护作用来源于混凝土的强碱性，它能使钢筋表面产生一层氧化膜，从而有效地阻止锈蚀的发生和发展。

　　现在来讨论蜂窝、孔洞等缺陷现象对耐久性的影响。在有些情况下，蜂窝、孔洞等缺陷现象本身就意味着钢筋与空气的直接接触，虽然钢筋暴露在空气中的面积可能会很少，但只要它与空气直接接触，锈蚀就很可能发生。因为它使得锈蚀发生的后两个条件同时得到了满足：蜂窝、孔洞等缺陷现象常常意味着水汽和氧气的存在，蜂窝、孔洞等缺陷现象意味着没有混凝土包裹住钢筋，也就不可能产生钝化保护。所以可以概括地说，蜂窝现象常常意味着钢筋的锈蚀。

　　三、潮气和有害离子容易进入

　　刚才提到有些情况下，蜂窝、孔洞等缺陷现象会导致钢筋直接与空气接触。显然也存在其它的情况，我们可以称之为钢筋保护层厚度的减小和保护层质量的损坏。那么它们与混凝土的耐久性又是什么关系呢?

　　耐久性的损坏可以由混凝土构件以外的介质引起，比如硫酸盐，酸类，海水和氯离子等，也可以由这些介质通过渗透到混凝土构件内部而引起。从保护钢筋避免锈蚀的角度来说，混凝土保护层和它的质量(或者定义为混凝土保护层的抗渗透性能)是抵抗外来攻击介质的关键屏障，特别是在抵抗混凝土碳化和抵抗氯离子的侵蚀上尤其如此。

　　先来讨论一下混凝土的碳化。空气可以某种程度地渗入到混凝土表层中，空气中的二氧化碳会和混凝土中的氢氧化钙发生反应而生产碳酸钙，这个过程就是混凝土的碳化。碳化的后果就是会降低混凝土的碱性，PH值会从通常的12.5降到10或更低。如果混凝土保护层的碳化深度一直延伸到了钢筋表面，钢筋表面的钝化就会被破坏，钢筋就会很容易发生锈蚀现象。调查表明，将保护层加厚一倍，可以延长构件的使用寿命到4倍;同样提高保护层的质量也会降低其碳化的速度。对于蜂窝、孔洞等缺陷现象所在的混凝土来说，混凝土保护层厚度变小了，质量也下降了，那么混凝土的耐久性显然就降低了。

　　其次，让我们讨论一下氯离子的渗入。氯离子本身并不对混凝土产生破坏，但它由多种发生来影响混凝土的耐久性，其中最重要的一条就是它会破坏钢筋表层的钝化膜从而导致钢筋生锈。与混凝土的碳化现象类似，混凝土保护层越厚，则氯离子侵入的速度越慢，所以可以总结说，蜂窝、孔洞等缺陷现象可以通过帮助氯离子等有害元素的侵入而损害混凝土的耐久性。

　　这里主要从混凝土施工缺陷问题探讨一下，更深一层的探讨涉及到广泛的技术、学术领域，必须建立在不断的试验和实践过程中。我国正在进行空前规模的土木工程建设，混凝土用量连续多年来处于世界第一位，混凝土的耐久性是我国面临的重大而迫切的问题之一;同时，我国大量已有的钢筋混凝土结构，达不到设计寿命、过早破坏的问题也凸现出来，特别是在施工过程中形成的缺陷问题，这是需要我们认真对待的。

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文章名称： 再谈混凝土缺陷对钢筋混凝土结构耐久性的影响

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