摘要：现代混凝土的组分发生了变化，并具有早强、高强的特点。现代混凝土组分的变化导致了温度应力高、收缩变形大，早强和高强也引发了混凝土的早裂和高脆性。同时，不成熟的混凝土外加剂成为其耐久性的重要隐患。上述因素导致现代混凝土耐久性发生了衰减。本文从混凝土的碳化、冻融破坏、侵蚀性介质的腐蚀、混凝土碱集料反应、钢筋锈蚀等方面论述了影响混凝土结构耐久性的因素及其对混凝土的破坏机理，并针对性地提出了预防的措施。
关键词：混凝土耐久性；早强；高强；混凝土外加剂；抗碳化能力；碱集料反应
引言
目前混凝土结构的耐久性已成为世界性问题。我国已明确工程质量终身制，工程项目的管理者也越来越重视重大基础性设施等土木工程的耐久性。
混凝土作为重要的土木工程材料, 应用量越来越大, 应用范围越来越广泛，目前混凝土已成为世界上用量最大的人造材料, 各国的基础设施工程也主要是用混凝土结构建造。在混凝土发展过程中，混凝土材料的各项性能逐渐为人们所了解，同时，工程结构也对混凝土材料提出了越来越高的性能要求，这也是当前混凝土材料的发展方向，突出的表现在：早强、高强、轻质、耐久、低收缩以及小徐变等，然而这些性能都与混凝土的耐久性能息息相关。但一个不争的事实是：一方面，与20 世纪50、60 年代浇筑的传统混凝土相比，现代混凝土理论更深入，设计技术、施工技术得到了很大提高，混凝土的密实性、强度得到了极大改善；另一方面，现代混凝土( 20 世纪80 年代以后浇筑) 实际的耐久性能的提升却比较缓慢，甚至发生了明显的衰减。本文试图从混凝土材料组分变化及早强、高强、外加剂等方面分析现代混凝土耐久性劣化的原因，并提出了提高混凝土耐久性能的一些措施，以期对工程项目管理者提供一定的参考。
1 现代混凝土组份的变化
对工程施工进度的不适当追求, 导致了对混凝土材料的早期强度过分要求，混凝土材料的早强和高强一直是工程设计、施工中最重要的指标, 为了适应实际工程对早强、高强的需求, 材料研发人员对混凝土的组分不断的进行改进, 与早期的混凝土相比, 现代混凝土材料的组分主要发生了以下的变化：
( 1) 水泥的成分变化较大, 水泥颗粒直径越来越细：与早期的低标号水泥相比，近年生产的水泥硅酸三钙、铝酸三钙的含量越来越高，导致在极短时间内的水化反应激烈，直接带来混凝土的高水化热、高温差、高收缩量等问题。水泥在较短时间内放出的大量热量, 大体量结构外围的保温隔热不可能达到理想的状态，内外温差伴随极高的早期强度, 造成混凝土内部微裂缝的出现和开展，劣化混凝土的后期强度及工作性能。
( 2) 混凝土的组成结构发生了很大变化：由于机械化施工、泵送工艺的特殊要求，混凝土的塌落度、骨料粒径都发生了不利于耐久性的变化。混凝土的塌落度的提高, 骨料粒径降低, 势必要求在混凝土中增加水泥浆体的含量, 或者通过各种外加剂提高其和易性。水泥用量的增加，进一步加剧水化热，增加徐变及收缩变形；不成熟的外加剂也是混凝土耐久性的隐患。
( 3) 掺合料已成为现代高性能混凝土不可或缺的组成部分之一： 混凝土掺合料是指以粉煤灰、矿渣微粉、硅灰及其他火山质材料经研磨加工后的矿物超细粉，粒径<10µm。超细矿粉具有以下特性：表面能量高、对水泥孔隙的微观填充作用、化学活性提高。大量试验研究及工程实践表明，掺合料的加入，能改善混凝土微观结构，增加混凝土的密实性，降低透水性和透气性；对减少水化热，降低收缩、徐变作用明显；掺合料还可提高混凝土塌落度，改善混凝土的可施工性能。因此，活性超细矿粉掺合料，是提高现代混凝土耐久性行之有效的措施。但矿物掺合料的加入，会降低混凝土的早期强度，影响施工进度，在一些对施工工期要求较高的工程， 特别是在对预应力箱梁的悬臂浇筑施工中，施工单位往往难以接收采纳，这也客观上造成了近年来大量建造的这些结构，混凝土的耐久性出现了劣化的倾向。
2 早强、高强以及外加剂对混凝土耐久性能的影响
( 1) 早强混凝土至少在以下两个方面造成耐久性损伤：
A．早强混凝土内部存在应力不均匀现象，严重的情况下发生未受荷已开裂的现象：过渡的工期要求导致水泥中早强成分越来越多，早期强度高必然伴随激烈的水泥水化反应，大体量混凝土施工难以保证理想的温控措施，特别是体表面积较大的结构，结构内部各部分的温差，伴随着极高的早期强度，首先可能导致施工阶段温度应力的产生及温度裂缝的出现；在结构温度恢复到常温后，这种温度应力及温度裂缝将永久的保留下来。在结构受荷时，必将加剧截面各部分的应力不均匀程度，使设计人员难以把握结构实际的受力状态，造成设计内力( 应力) 与实际状态大相径庭，为结构留下耐久性乃至安全性的隐患。
B．早强必然伴随早期受荷和多阶段受荷，早期受荷和多阶段受荷必然导致混凝土内部骨架的受力不均匀，增大裂缝出现的概率及既有裂缝的宽度。从微观结构的角度试分析，混凝土内部凝结硬化的过程是逐步的。早期加荷，仅有早期结硬的骨架受力，后期结硬的骨架并未参与承担早期荷载，只有在进一步加载后，后期水化的水泥颗粒才逐步受力，而早期结硬的骨架仍要继续分担后加荷载。显然混凝土内部的受力骨架并非处于一个比较均匀的应力状态，早期水化的水泥胶体承担的应力要远大于后期水化的水泥胶体——必将导致在总体应力水平较低的情况下，早期水化的骨架过早破坏，发生内部微裂缝，成为混凝土耐久性的隐患。
( 2) 高强对混凝土耐久性的影响：
高强混凝土一个明显的特点是塑性差，脆性特点明显。在各种环境因素及荷载条件下，高强混凝土从微观结构角度，调节不均匀应力状态的能力差，这将导致微裂缝过早出现，并加剧已有裂缝的开展，对结构的耐久性不利。与传统的中低强度的混凝土相比，高强混凝土的徐变变形较小，塑性内力( 应力) 重分布的调节能力差，客观上进一步加剧了混凝土内部微结构的应力不均匀现象。从这个意义上讲，混凝土具备一定的徐变变形能力，对调整其内部微结构的应力不均匀、控制微裂缝的过早出现与开展，具有有利的作用。实际工程中，由于对结构长期刚度及变形的严格控制，混凝土在强调早强、高强的同时，对刚度、变形，尤其是徐变变形的控制也愈来愈严格。与20 世纪50 年代至70 年代浇筑的低标号混凝土相比，现代混凝土早强、高强、刚度大、徐变小的特点，客观上造成了近年来修建的大量混凝土基础设施耐久性退化的事实。
( 3) 外加剂对混凝土耐久性的影响：
看到化学外加剂改善混凝土的微观结构、提高密实性、改进施工性能、降低水灰比等方面发挥了巨大作用的同时，还应看到混凝土外加剂在研究开发、生产销售、施工应用中的各个环节存在的问题。一方面, 各类新型外加剂与其他的新生事物一样， 对它的全面认识必须有待长期的、大量的工程实践检验。尤其是混凝土外加剂对其耐久性的影响。近年来我国正处于土木工程项目的大建时期, 一个普遍的现象是对工程施工进度的不适当追求。外加剂的研究开发人员、工程技术人员大都只关注混凝土外加剂的有利作用，忽视外加剂可能存在的对混凝土其他性能不利的隐患，特别是外加剂可能造成的混凝土耐久性劣化，必将直接导致重视早期强度、忽视后期性能的后果。一个典型的实例是20 世纪50 年代, 曾经大量使用过氯化钙、氯化钠等作为混凝土外加剂, 以改善混凝土冬季施工的抗冻性能, 随着时间的推移, 此类外加剂对混凝土结构耐久性造成的损伤才逐渐显现, 实践证明其弊多利少。
3 提高混凝土耐久性主要措施
一般混凝土工程的使用年限约为50-100 年，但实际中有不少工程在使用10-20 年，有的甚至在使用几年后即需要维修，这就是由于混凝土耐久性低或不足造成的。影响混凝土耐久性的原因错综复杂，除去社会因素、人为因素外，技术方面的主要因素有混凝土的碳化、侵蚀性介质的腐蚀、混凝土碱集料反应、钢筋锈蚀等几个方面。混凝土内有充足的水分和其他有害物质的侵入是对混凝土耐久性的最大危害。要提高混凝土耐久性，满足耐久性要求，必须降低混凝土的孔隙率，特别是降低毛细管孔隙率，即混凝土必须有足够的密实性并且不出现有害裂缝，从而能够抵抗水分和侵蚀性介质的渗入。针对影响混凝土耐久性的因素，采取的措施多种多样，归纳起来主要有以下几点：
(1) 提高混凝土抗碳化能力。碳化对混凝土结构耐久性影响构危害最严重的应是氯盐的影响。提高混凝土抗氯离子渗透能力的措施是限制水灰比，保证最低水泥用量以确保碱度，掺入适量优质掺和料（ 粉煤灰、磨细矿渣、硅灰）等。
(2) 减轻混凝土碱集料反应。混凝土碱集料反应危害很大，而且一旦发生很难修复。但在我国由于碱集料反应引起开裂的实例很少见。这是因为我国混凝土强度等级较国外低，水泥用量少，总碱量低。另外，我国水泥中普遍掺有15% 以上碎矿渣、粉煤灰、沸石粉等混合料，有效抑制了可能发生的碱集料反应。但随着混凝土强度提高，水泥用量增加，同时水泥生产工艺的改变，混凝土含碱量已在明显提高。由于大量基建项目的兴建，骨料来源减少，劣质骨料可能被采用，施工队伍素质等问题也将提高碱集料反应几率，故应采取有效预防措施。当混凝土使用有碱活性反应的骨料时，配合比必须控制混凝土中的总碱含量以保证混凝土的耐久性；粉煤灰能抑制碱集料反应，但是如掺量小于10%，有时反而会增加膨胀。外加剂特别是早强剂带来高含量的碱。
(3) 钢筋锈蚀的预防。对钢筋锈蚀问题，可以采用的表面保护措施有：环氧涂层钢筋，采用静电喷涂环氧树脂粉末工艺在钢筋表面形成一定厚度的环氧树脂防腐涂层，这种钢筋保护层即使氯离子、氧等大量侵入混凝土时也能长期保护钢筋使其免遭腐蚀。另外，在混凝土表面涂层也是简便有效的方法，涂料应是耐碱、耐老化和与钢筋表面有良好附着性的材料。此外，自20 世纪60-70 年代起，国内外都开始在混凝土拌和物中掺入亚硝酸钠作为预防恶劣条件下钢筋腐蚀的补充措施。
4 结语
现代混凝土具有的早强、高强、多种外加剂等特征，以及为满足早强、高强的要求而对混凝土( 水泥) 的组分发生的改变，是混凝土耐久性衰减的主要原因。高性能混凝土的发展必须很好地解决这方面的矛盾，对混凝土耐久性的评估及研究应综合考虑早强、高强、多种外加剂等因素的影响，尽可能降低混凝土中氯盐含量。对现有结构物要加强检查、评估、监控、管理维护和及时修复等工作。在委托工程设计时，多考虑环境因素，并对结构材料的选用、结构施工工艺和施工质量控制以及今后使用过程中的正常维修与检测提出要求。最大限度地提高混凝土的密实性、适当增加混凝土的保护层厚度、减少裂缝等措施，是防止钢筋过早腐蚀，提高混凝土耐久性的基本措施。
