试论混凝土结构的耐久性及其检测摘要：混凝土结构是目前应用最广泛的工程结构，因此对现有混凝土结构及正在建设的混凝土结构进行的耐久性检测与评估就显得十分重要。

本文结合作者的工作实际对混凝土结构的耐久性检测与评估过程进行讨论。

1、前言混凝土结构在土木工程中得到应用以来，它的诸多优点已经得到充分体现，因此混凝土结构是目前应用最广泛的结构。

虽然混凝土结构具有寿命长和较长时间无需维护的特点，但任何结构在长期的自然环境和使用环境的双重作用下，其功能将逐步衰减，这是一个不可逆的客观规律。

混凝土结构在外部因素及其自身内在因素作用下，其安全性和使用功能都将有所下降。

在这种情况下，混凝土结构耐久性问题就日益突出。

从混凝土应用于土木工程至今，大量的钢筋混凝土结构由于各种各样的原因而提前失效，达不到预定的服役年限；这其中有的是由于结构设计的抗力不足造成的，有的是由于使用荷载的不利变化引起的，但更多的是由于结构的耐久性不足导致的；特别是沿海及近海地区的混凝土结构，由于海洋环境对混凝土的腐蚀，导致钢筋锈蚀而使结构发生早期损坏，丧失了结构的耐久性能，已成为实际工程中的重要问题。

早期损坏的结构需要花费大量的财力进行维修补强，甚至造成停工停产的巨大经济损失。

所谓混凝土结构耐久性，是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下，在设计要求的目标使用期内，不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力。

国内外经验表明，混凝土对环境作用的抗力不够只是一个方面，施工质量差则是混凝土结构耐久性不良的主要原因之一。

多种环境侵蚀会损害混凝土耐久性，但其中最主要的是钢筋锈蚀应起的混凝土开裂、剥落，钢筋断面减小，粘结力丧失，最终导致混凝土结构破坏，缩短使用寿命。

在施工、设计、维护等都会影响混凝土耐久性。

常见的施工问题如混凝土质量不合格、钢筋保护层厚度不足都有可能导致钢筋提前锈蚀。

另外，在混凝土结构的使用过程中，由于没有合理的维护而造成结构耐久性的降低也是不容忽视的，如对结构的碰撞、磨损以及使用环境的劣化，都会使混凝土结构无法达到预定的使用年限。

一位美国学者通过调查研究得出工程质量风险管理费用的“五倍定律”：对新建项目在钢筋防护方面在五个不同阶段的投资，每推迟一个阶段进行防护，其投入的资金分别是上一阶段的五倍。

这四个阶段是建设阶段，始锈阶段，涨裂阶段，破坏阶段。

所以对混凝土结构的耐久性检测与评估就显示出其重要性与必要性。

我们国家现在正是进入大规模建设的阶段，在建设阶段投入必要的资金对混凝土结构进行必要的耐久性设计与施工控制，将大大减少后期对建筑维护的投资，真正做到使用寿命设计。

2、影响混凝土材料耐久性的机理混凝土结构的耐久性研究应考虑环境、材料和结构等方面的因素，这些因素可分为环境、材料、构件和结构四个层次，在这里我们主要讨论材料方面。

混凝土材料的耐久性机理又可分为混凝土碳化、钢筋锈蚀、碱-集料反应、冻融破坏和腐蚀介质侵蚀等。

我们要对混凝土结构的耐久性进行检测与评估，就必须先了解材料耐久性的机理。

2.1、混凝土碳化及其影响因素在大部分环境中，空气中的二氧化碳都能够与湿混凝土的水化产物反应，中和混凝土的碱度，这一过程称为混凝土的碳化。

空气中的其他酸性气体也能使混凝土中性化，但其作用一般仅限于混凝土表面。

其作用的过程为：在混凝土的硬化过程中，约占水泥用量的三分之一将生成氢氧化钙Ca(OH)2，氢氧化钙在硬化水泥浆体中结晶，或者在其空隙中以饱和水溶液的形式存在。

因为氢氧化钙的饱和水溶液是pH值为12.6的碱性物质，所以新鲜的混凝土呈碱性。

混凝土中碱性物质（Ca(OH)2）使混凝土内的钢筋表明形成氧化膜，它能有效地保护钢筋，防止钢筋锈蚀。

但由于大气中的二氧化碳（CO2）与混凝土中的碱性物质发生反应，使混凝土的Ph值降低。

其他物质，如SO2、H2S，也能与混凝土中的碱性物质发生类似的反应，当混凝土保护层被反应到钢筋表面时，将破坏钢筋表面的氧化膜，引起钢筋的锈蚀。

此外，碳化还会加剧混凝土的收缩，可导致混凝土的开裂。

因此，混凝土的碳化是混凝土结构耐久性的重要问题。

混凝土的碳化从构件表面开始向内发展，到保护层完全碳化，所需要的时间与碳化速度、混凝土保护层厚度、混凝土密实性以及覆盖层情况等因素有关。

2.2、钢筋锈蚀的机理及其影响因素钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的最关键问题。

钢筋锈蚀的产生有一个前提要素就是：钝化膜的破坏。

所谓钝化膜，指的是混凝土水泥水化后在钢筋表面形成的致密层。

故在正常情况下钢筋不会锈蚀，但钝化膜一旦遭到破坏，在有足够水、氧气的条件下钢筋会发生锈蚀。

而能够导致钝化膜破坏的原因有两个：一个是混凝土的碳化，另一个是高浓度的氯离子。

混凝土的碳化会导致钢筋发生普通锈蚀，而氯离子的侵入则会导致钢筋的坑蚀。

前面我们已经讨论过混凝土碳化的机理及其影响因数。

这里我们就主要讨论氯离子对钝化膜的破坏机理及钢筋锈蚀的影响因素。

在钝化膜被破坏的情况下，钢筋锈蚀的产生机理为：钢筋表面存在电位差，即存在连接的阳极与阴极，并且阴极区有氧和水。

其电化学反应如下图：阳极作用过程：铁溶解，铁离子进入溶液，同时把电子留在钢筋上。

Fe→Fe2++2e-阴极作用过程：从阳极传输过来的电子被水和氧吸收生成氢氧离子。

O 2+2H2O+4e-→4OH-最后，经过一系列复杂的反应过程最终形成Fe（OH）3和Fe2O3·2H2O等产物，体积约增加为原钢筋体积的三至六倍。

导致混凝土开裂、脱层、剥落，反过来又加速了腐蚀的发展，形成恶性循环。

从上面的机理中我们可以知道，钢筋的锈蚀与氯离子浓度、温湿度、水和氧的供给，电路桥（阴、阳极，电阻）等因素有的密切的联系。

2.3、碱—集料反应的机理及其影响因素碱—集料反应是混泥土中的碱性氢氧化物与集料中具有碱活性的某些成分发生的膨胀反应。

一般生成胶产物，吸水后体积膨胀，导致混凝土破坏。

其特征为：其开裂破坏是整体性的，目前还没有有效的修补方法。

碱—集料反应主要指的是碱—硅酸反应，其影响条件为：1）有水；2）有反应性二氧化硅；3）高浓度OH-（高PH值）。

2.4、混凝土冻融破坏机理及其影响因素混凝土是由水泥砂浆和粗骨料组成的毛细孔多孔体，在拌制混凝土时，为了得到必要的和易性，加入的拌和水总要多于水泥的水化水，这部分多余的水便以游离水的形式滞留于混凝土中形成连通的毛细孔，并占有一定的体积。

这种毛细孔的自由水遇冷冻结冰会发生体积膨胀，引起混凝土内部结构的破坏。

反复冻融多次，就会使混凝土的损伤累积达到一定程度而引起结构破坏。

这就是混凝土冻融破坏的机理。

从上述机理中我们可以了解到，影响冻融破坏的要素有：混凝土的水灰比（因为水灰比越大，其毛细孔中可冻结的水就越多，破坏自然就更严重）；混凝土的强度（强度越大，抗破坏力自然也越大）等。

2.5、腐蚀介质侵蚀机理及其影响因素腐蚀介质侵蚀根据介质的不同可以分为三类：1）溶出行侵蚀；2）溶解性侵蚀；3）膨胀性侵蚀。

前两种侵蚀虽然也会造成严重的后果，但因其较易预防，本文就不着重讨论了。

这里主要讨论第三种：膨胀性侵蚀。

指的是硫酸盐与混凝土水化产生发生化学反应，对混凝土产生膨胀性破坏作用-膨胀性侵蚀。

其机理与碱—集料反应类似。

硫酸盐与水泥中的化合物产生反应，最终形成一种体积膨胀的新产物，致使混凝土被破坏。

因此其影响要素也类似：水泥本身的成分（反应物），水胶比、施工质量（硫酸盐进入的渠道）等。

3、耐久性相关的检测从上面对混凝土结构耐久性造成影响的机理及因数来看，从大的方面分可分为外因与内因。

外因与环境相关，如二氧化碳含量（影响碳化）、温湿度（影响碳化、锈蚀、冻融）、氯离子含量（影响锈蚀）等。

内因则与混凝土本身有关，如本身的成分（影响碱—集料反应，腐蚀介质侵蚀）、本身的质量（影响二氧化碳进入的通道，氯离子的通道，冻融破坏等）。

因此，对混凝土结构耐久性的评估也应该双方面结合，首先是我们的质量监督部门应该要求设计方提供相关的环境资料，亦或让质检部门提前介入到设计中去，为设计方提供准确的环境数据，让其设计有数可依。

若从施工过程入手的话，对于混凝土结构的耐久性检测，检测的对象就是混凝土。

那么，在我们深圳地区，从设计到施工再到使用维护，在耐久性方面能够进行哪些检测呢？3.1工作环境检测首先，我们必须确定混凝土结构的工作环境。

在深圳地区，存在三种环境：一般大气环境、海洋环境、工业环境。

一般大气环境地区，我们主要的检测内容应该包含：是否存在酸雨、酸雨的浓度；年最高及最低温湿度；空气中二氧化碳含量。

而海洋环境，则需增加空气中氯离子含量，浪潮的冲刷情况。

工业环境则再增加侵蚀性液体、尘埃的流向、浓度等。

3.2混凝土结构物理性能检测抗渗性检测是一般检测部门的常规性检测，是最容易实施的检测内容。

所以将其列为第一项。

另外，抗渗性检测也能够较好地反映出混凝土耐久性方面的性能。

因为其联系着强度、孔隙率、毛细孔道等。

直接影响其对抗碳化、钢筋腐蚀、冻融性破坏、腐蚀介质腐蚀上述五项内容中四项的能力。

足以彰示其重要性。

强度检测同样是检测部门的常规性检测项目，而强度亦是影响其碳化、耐冻融、耐腐蚀的指标。

所以，强度检测也能反应出混凝土的耐久性能。

从抗渗性，耐久性出发可以发现，其实可以在为搅拌站进行配合比设计阶段便进行混凝土的耐久性控制，在标准规定的范围内，尽可能多的增加水泥的数量，按要求使用引气剂、减水剂等辅助材料，便可以较好的提高混凝土的耐久性。

混凝土结构中对钢筋位置、保护层厚度的检测。

对其可采用超声波等非损伤手段进行检测，确保保护层厚度，使得碳化等破坏较晚的影响到钢筋。

3.3耐久性损伤的检测前文3.1与3.2结合可作为设计施工时耐久性的检测及对使用寿命推测的依据。

而3.1与本节结合，则可作为现有建筑的耐久性检测及使用、维护的依据。

根据五倍定律，其实在建设后补救已经不是一个好办法，但是早补救总比晚补救好。

耐久性损伤可以进行得检测有：碳化深度检测；氯离子含量及侵入深度的检测；硫酸盐浓度及侵入深度的检测。

这些检测都能尽早的警醒业主进行维护和加固。

争取在早期解决耐久性的影响要素，减少后期维护的投资。

最后，混凝土结构耐久性检测对于我们检测部门来说仍然是一个较新的课题，我们必须加深对耐久性的了解，及时跟上国家的耐久性设计规范，才能为我国混凝土结构耐久性的发展出一份力。

参考文献：1.刘秉京，混凝土结构耐久性设计，人民交通出版社。