混凝土的耐久性研究摘要：随着城市化建设力度加快，混凝土以价格低廉、性能优越在基础设施中成为了首选的施工材料，具有用量大、用途广等特点。

对于混凝土结构，它的耐久性是施工质量以及安全的重要保障[1]。

碳化、钢筋腐蚀、冻融及碱-骨料反应等构成混凝土耐久性的主要内容, 而耐久性与强度作为混凝土的两个重要指标，在施工与设计中，受各种因素影响，对混凝土耐久性的重视力度明显缺乏。

针对这种情况，为了促进混凝土施工持续发展，必须在环境保护与基础设施上，提高混凝土施工的耐久性。

本文从混凝土的抗冻性、混凝土的碳化、碱集料反应、耐磨性、钢筋锈蚀等5个方面对混凝土耐久性影响因素改善措施等方面进行了深度研究和探索,通过从结构形式、原材料、细节构造、工艺措施等方面进行综合对比，从施工、设计与维修上提升施工质量。

关键词：混凝土耐久性；抗冻性；碳化；钢筋锈蚀；碱骨料反应；Abstract:LiFePO4is an important cathode material for lithium-ion batteries. Regardless of the biphasic reaction between the insulating end members, Li x FePO4, optimization of the nanostructured architecture has substantially improved the power density of positive LiFePO4 electrode. The charge transport that occurs in the interphase region across the biphasic boundary is the primary stage of solid-state electrochemical reactions in which the Li concen-trations and the valence state of Fe deviate significantly from the equilibrium end members. Complex interactions among Li ions and charges at the Fe sites have made understanding stability and transport properties of the intermediate domains difficult. Long-range ordering at metastable intermediate eutectic composition of Li2/3FePO4has now been discovered and its superstructure determined, which reflected predomi-nant polaron crystallization at the Fe sites followed by Li+redistribution to optimize the Li Fe interactions.Keywords: cathode material; LiFePO4; lithium ion battery; metastable mesophase; Li2 / 3FePO4; solid material1 引言1.1 研究背景和意义水泥混凝土以其原材料易得、易浇注成型、适应性强、性价比高、综合能耗低等优点而成为当今世界上应用最广泛、用量最大的建筑材料，对于混凝土结构，它的耐久性是施工质量以及安全的重要保障。

尽管现代材料科学发展日新月异,但仍然没有科学家能预言可替代水泥混凝土的建筑材料新品种。

并且从近几年的混凝土结构设计以及施工过程来看，考虑的最多的是承载力，很多时候却忽略了耐久性，最终对工程使用年限也造成了很大的影响和浪费。

实现混凝土工程的高耐久和长寿命是效益巨大的节能减排和可持续发展之举措, 混凝土的耐久性成为影响混凝土技术未来发展的关键技术已成为共识。

从世界范围看，大量混凝土结构过早出现严重劣化引起了世界范围内对混凝土耐久性的高度关注，不仅是因为需要花费巨资修补加固甚至重建，还在于当今世界人口膨胀、能源供应紧张、环境污染、温室效应导致的气候变暖和生态恶化对可持续发展的迫切需要[2]。

混凝土耐久性成为关注焦点，促进了世界范围内混凝土理论和技术的快速发展和进步，实现混凝土技术的可持续发展成为研究热点。

1.2 混凝土耐久性介绍混凝土的耐久性是指混凝土抵抗气候作用、化学侵蚀、磨损、或任何其它破坏过程的能力，在暴露于环境中时，耐久性混凝土应保持其形态、质量、和使用功能[3]，是混凝土经久耐用的重要性指标。

混凝土耐久性是在规定年限以及各种环境下，不需要任何额外费用能保障正常使用与安全性。

将工程使用周期与混凝土耐久性联系，作为使用期间内部功能正常使用的保障，它不仅体现在混凝土耐久性上，还表现在适用性上，所以提升混凝土耐久性，能帮助国家节省资源、增强使用年限。

1.2.1 混凝土耐久性影响因素从对混凝土造成破坏以及损坏的原因来看，包括内部缺陷、外部环境以及混凝土材料。

外部条件有日晒、风雨、干湿、寒暑等气象环境，以及极端温度的磨蚀、化学介质的影响等；内部缺陷包括混凝土渗透以及碱骨料影响等，在组成料中，不同的水泥石热与骨料会造成不同的体积变化。

因为外观环境是客观的，根本不能改变，所以必须从提高混凝土的耐久性出发，尽量控制混凝土的内部缺陷，保障组成材料的完整性，这样才能提升混凝土施工质量、性能，降低和减少内部缺陷，拉长混凝土的应用年限。

2 混凝土的抗冻性2.1 受冻破坏机理在寒冷地区混凝土的破坏多数与冻融作用或者冻融及钢筋锈蚀的复合作用有关。

混凝土的抗冻性已成为混凝土耐久性中最主要的问题。

在我国北方地区混凝土受冻融作用破坏的实例屡见不鲜。

与国外相比我国在抗冻性方面的研究工作还做得很少 , 存在很大空白急待我们去填补。

2.1.1 静水压假说混凝土在水中,毛细孔首先吸水饱和,混凝土中的空气泡内壁也吸附水份,但在常压内很难达到饱和。

粗孔中的水的冰点为0℃ ,最先结冰。

毛细孔水的蒸汽压小于普通水的蒸汽压 ,因此其冰点低于0℃ ,孔径越小 ,冰点越低。

如混凝土的毛细孔吸满水，在某负温度下，一部分毛细孔水结成冰。

且水变成冰体积膨胀9%，把水推向空气炮方向流动，从而形成水压力。

当其超过混凝土强度时，混凝土结构会被破坏。

2.1.2 渗透压假说冻坏现象不一定与水结成冰的体积膨胀有关，故静水压是冻坏原因之一。

渗透压是由孔内冰和未冻水两相的自由能之差引起的。

冰的蒸气压小鱼水的蒸气压，因此当混凝土中某处孔隙内的水结冰时，蒸气压差使未结冻水向冻结区迁移，从而转化为冰，造成混凝土的破坏。

2.2 影响因素及改善措施2.2.1 影响抗冻性因素影响混凝土抗冻性的因素很多，除外部环境的冻融循环外，主要有一下几个因素：1. 含气率：随着空气泡含量的增加，空气泡间距变小，抗冻性随之增加。

故建议在寒冷地区抗冻性要求高的混凝土中加入适量引气剂。

2. 水灰比：在含气率相同的条件下，随着水灰比的增加，开口孔隙越大，抗冻性降低。

3. 水泥用量：水泥用量是通过改变水灰比影响抗冻性的。

增加水泥用量，降低水灰比，从而提高抗冻性。

4. 水泥水化程度：期龄短的混凝土抗冻性差，不仅是由于混凝土强度低，而且由于毛细孔多。

5. 水泥品种及质量：一般来说水泥标号高，强度大，抗冻性好；掺混合材水泥抗冻性差。

但由于水灰比和龄期的影响，该结论不一定成立。

6. 骨料：其对混凝土抗冻性的影响取决于骨料本身的抗冻性。

2.2.2 改善措施提高混凝土抗冻性的最有效途径是加入引气剂，以4-6%为宜，过多会导致其强度的下降。

其它主要措施有：降低水灰比；选用粒径小的抗冻性好的骨料；使用环境无侵蚀介质等。

3 混凝土的碳化混凝土的碳化是指空气中的酸性气体 CO2与混凝土中的液相碱性物质发生反应，使得混凝土碱性下降和混凝土中化学成分改变的中性化反应过程。

3.1 碳化机理在大气环境下，CO2与混凝土中的碱性物质的反应是一个很复杂的物理化学过程。

混凝土的孔隙水为氢氧化钙饱和液，其pH 值约为12~13，呈强碱性。

在水泥水化过程中，由于化学收缩，自由水蒸发等诸多原因，在混凝土内部形成了许多大小各异的孔隙，大气中的二氧化碳便通过这些孔隙向混凝土内部扩散，并在水的参与下形成碳酸。

碳酸与水泥水化过程中产生的可碳化物质发生反应，生成碳酸钙和其他物质。

（1）由于碳化作用，氢氧化钙变成了碳酸钙，水泥石的强碱性降低，pH 值降至8.5 左右，称这种现象为中性化。

当pH=9.88，这时钢筋表面的钝化膜开始生成，或者说低于此临界值时钢筋表面不可能有钝化膜的存在，即完全处于活化状态；当pH=11.5，这时钢筋表面才能形成完整的钝化膜，或者说低于此临界值时钢筋表面的钝化膜仍是不稳定的。

因此，要使混凝土中的钢筋不锈蚀，则混凝土的pH 值必须大于11.5。

（2）碳化作用能产生游离水，有助于水泥的水化作用，因此使混凝土强度提高。

3.2 影响因素及改善措施3.2.1 影响因素从混凝土碳化的机理可知，影响碳化的最主要因素，是混凝土的渗透性及氢氧化钙等碱性物质的含量。

故影响因素包括水灰比、水泥品种与用量、掺合料、外加剂、骨料品种与级配、混凝土表面覆盖层等，它们主要通过影响混凝土的碱度和密实性来影响混凝土碳化速度。

（1）水灰比的影响水灰比对混凝土碳化速度影响极大。

水泥用量不变的情况下，水灰比越大，混凝土内部的孔隙率也越大，从而促进了二氧化碳的扩散，加速了混凝土的碳化。

（2）水泥品种与用量的影响水泥品种决定了单位体积混凝土中可碳化物质的含量。

增加水泥用量不仅可改善混凝土和易性、提高混凝土密实性，还可增加混凝土的碱性储备。

一般情况下，水泥用量越大，碳化速度越快。

（3）外加剂的影响。

引气剂为混凝土引入大量的微细气泡，初期可以在一定程度上抑制混凝土的碳化，但随着碳化的延续，引气剂在混凝土内部留下的孔隙成为二氧化碳扩散的通道，因而会促进碳化的发展。

（4）骨料品种与级配的影响，粗骨料的粒径越大，在骨料底部越容易形成净浆的离析、沉淀，从而增大了混凝土的渗透性，CO2易从骨料-水泥浆胶结面扩散，使碳化过程加快。

（5）混凝土表面覆盖层的影响，混凝土覆盖层的种类与厚度对混凝土的碳化有着不同程度的影响。

气密性覆盖层使二氧化碳渗入混凝土的数量减少，浓度降低，可提高混凝土的抗碳化性能。

3.2.2 改善措施为减少碳化作用对混凝土的不利影响，采取以下措施来抑制碳化作用的发生。