高强与高性能混凝土03耐久性-关键.doc

耐久性——影响未来的关键问题 P. K. Mehta 进入20世纪以来，以混凝土为建筑材料的工程结构物得到飞速发展，它已成为桥梁、大坝、公路和城市运输系统——现代化的标志的首选材料。据统计，当今每年消耗的混凝土量约为88亿吨，而且可望在下一世纪继续稳定地增长。 公众对于缺乏耐久性的关注，使混凝土结构未来发展受到威胁。下面主要想分析产生问题的原因，以及一些解决办法，这些分析对于正处于世纪之交的我们，无疑具有特别重要的意义。 混凝土耐久性问题的严重性 在本世纪30年代，当混凝土结构刚开始大力兴建时，人们普遍认为混凝土结构物设计使用寿命为40—50年，而基本无须维护，还是绰绰有余的。直到70年代，混凝土过早劣化的现象，仍被看作是例外，是由于规范存在问题，或者材料与施工不当所引起。混凝土耐久性问题在美国引起轰动，是由1987年国家材料顾问委员会提交的报告所导致。该报告报道大约253000座混凝土桥梁的桥面板，其中部分仅使用不到20年，就已经不同程度地破坏，而且每年还将增加35000座。 同年Litvan 和Bickley发表了对于加拿大停车场的检测报告，他们发现大量停车场在远比预计的服务寿命要早出现破坏的现象。Gerwick、Khanna和Shayan、Quick等人分别报道了一些国家的海底隧道、海洋桩基和铁路轨枕过早出现严重劣化的现象。研究表明：这些结构物的设计、材料和施工都是符合现代技术发展水平的。 由于70年代美国混凝土桥面板普遍出现开裂，因此转向使用更高强度的混凝土，但是看来这无济于事。根据国家公路合作研究计划最近的检查结果，表明100000座混凝土桥面板是在混凝土浇筑后一个月内就出现了间隔1~3米的贯穿性裂缝。 主要由于经济因素，现在比以往更加注视混凝土耐久性。预计修补和翻修现有基础设施的费用数以10亿美元计。许多公共机构已经为此耗去他们年建设投资相当大的比例，这部分是由于现在材料与施工高额费用的结果。因此，与更新相比，延长现有结构使用寿命，而只需很少维护费用的经济意义就越发重要。看来今天这种经济关系是发展更耐久的结构物，100年或者更长的使用寿命的重要起因。 流行的方法和关键问题 长期以来，一直认为混凝土强度与其耐久性之间直接相关，这种观念主宰着耐久混凝土的配合比设计方法。经验表明：采用适合的材料与良好的操作，制备出28天抗压强度为35~40MPa的混凝土，在大多数环境条件下，呈现足够低的渗透性和良好的性能。这种混凝土的水泥用量通常为300~350Kg/cm3，水灰比在0.45~0.55范围。混凝土胶凝材料用量再小，W/C再大，则会出现孔隙率大、抗渗透性不良等问题。 70年代以来高效减水剂的应用，为采用更高的水泥用量（400~500Kg/cm3）和非常低的水灰比（0.25~0.35），从而强度非常高的混凝土提供了可行性。高早强、低渗透的混凝土应用于侵蚀性环境，例如暴露在海水、化冰盐等条件下具有吸引力。这种办法是基于强度越高，混凝土在严酷环境下就越耐久为出发点的，这种出发点需要讨论。 在认识和控制混凝土劣化的主要原因，包括钢筋锈蚀、冰冻作用、碱—骨料膨胀和硫酸盐侵蚀方面，已经取得很大进展。然而基于现代知识基础上的材料规范以及试验方法，还是依据对于涉及耐久性问题的混凝土科学的简化。这个问题需要进一步考查，是因为根据规范、指南建造的许多结构物，在远未达到预计的使用寿命之前就已经破坏了。如果我们的结构设计、材料标准和施工实践都符合要求，为何还面临如此众多的耐久性问题呢？ 另一个需要讨论的重要问题，是比较采用传统的廉价技术与昂贵的新技术（可以提高暴露在严酷环境中运行耐久性的技术）之间，费用与利益之间的关系。钢筋混凝土结构的耐久性能提高多少？利用新材料和新方法，例如高效减水剂、超级火山灰掺合料、环氧阻锈涂层、阻锈剂与阴极保护等需要多大代价。 裂缝、微裂缝与耐久性 通常认为引起混凝土劣化的主要原因，依此排列为钢筋锈蚀、冻融循环、碱—骨料反应和硫酸盐侵蚀。上述4种原因里，膨胀和开裂的原因都和水有牵连；同时水也是侵蚀性介质（例如氯盐、硫酸盐）在混凝土体内扩散的载体。 适当的组分、浇筑和养护的混凝土基本上是不透水的，应该在大部分环境条件下具有足够长的使用寿命。然而，由于环境的作用，出现开裂，结构物因此丧失了运行时的水密性，也就是对于上述劣化过程的抵抗力。现代混凝土结构开裂的事实说明：人们没有对混凝土技术上控制开裂的基本道理给予足够的重视。 Basheer和 Idorn等 对引起硬化混凝土开裂的原因写过很好的综述[10]。这里以Mehta和 Monteiro写的教材[11]对此所做简单的叙述进行讨论： 产生开裂的首要原因 通常，宽度在0.1~1mm的裂缝，主要由于包括冰冻时产生的温度梯度、湿度梯度、结构过载和化学原因，如钢筋锈蚀和碱—骨料反应。