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混凝土结构耐久性土木工程材料论文（设计） 题 目：混凝土结构耐久性学 校： 专 业： 级土木工程 学 号： 学 生： 指导教师： 日 期： 2016年6月10日内容摘要在我国，混凝土结构的耐久性及耐久性的设计受到高度重视，除在混凝土结构设计规范中制定了耐久性规范以外，近年还专门编制了混凝土结构耐久性设计规范（GB/T504762008），由于混凝土其结构自身和使用环境的特点，使得混凝土存在严重的耐久性问题。混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗环境介质和内部恶劣因素作用并长期保持良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力1。影响结构耐久性的因素很多，砼质量及其保护层是内在因素，环境与载荷作用则是外在因素。不同的原因会造成不同的后果。混凝土耐久性现已作为建筑工程的焦点。本文主要对混凝土抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性等方面做了简单论述及简述影响因素。关键词：混凝土耐久性；影响因素；提高耐久性措施目录内容摘要I引言11绪论21.1混凝土耐久性问题的提出21.2混凝土耐久性的概念22混凝土结构耐久性问题的分析32.1混凝土冻融破坏32.1.1破坏原因32.1.2影响因素42.2混凝土渗透破坏42.2.1破坏原因42.2.2影响因素52.3碱骨料反应52.3.1破坏原因52.3.2影响因素62.4混凝土的碳化62.4.1破坏原因62.4.2影响因素72.5钢筋锈蚀72.5.1破坏原因72.5.2影响因素82.6化学侵蚀82.6.1产生原因82.6.2影响因素93提高混凝土耐久性的措施103.1混凝土材料103.1.1水泥103.1.2粗骨料103.1.3细骨料103.1.4矿物掺合料113.1.5专用复合外剂113.1.6拌合和养护用水113.2结构设计113.2.1混凝土配合比113.2.2混凝土保护层113.2.3节点构造设计123.3工程施工123.3.1混凝土的拌制123.3.2混凝土的输送123.3.3混凝土浇筑133.3.4混凝土振捣133.3.5混凝土养护133.3.6混凝土的拆模144案例分析154.1工程概述154.2裂缝出现因素154.3出现的主要裂缝成因分析175结论与展望19参考文献20引言一直以来，混凝土结构以其整体性好、耐久性强、可塑性强、维修费用少等优点广泛使用于整个20世纪，一些发达国家的混凝土使用了三四十年后，纷纷进入老化期。人们始料未及的是混凝土材料在不利的环境、运用条件下，出现了一系列影响结构耐久性的物理、化学现象，如结构混凝土的碳化、保护层剥落、裂缝的发展、钢筋锈蚀、渗透冻融破坏、混凝土集料的化学腐蚀等等，以及钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的削弱等方面。从短期效果而言，这些问题影响结构的外观和使用功能；从长远看则为降低结构安全度，成为发生事故的隐患，影响结构使用的寿。因而混凝土结构的耐久性问题已成为结构工程师们不容忽视的一个重要问题。混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内，在各种环境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。混凝土耐久性主要指：抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗氯离子渗透性、碳化等。我国的结构设计规范长期没有设计使用年限的要求，在近几年修订颁布的建筑结构设计规范中才明确规定建筑结构的设计年限分为四类，但这对提高混凝土结构的耐久性起不到太大的作用，虽然结构的使用年限可以通过维修延长，但结构中的个别部件不一定能够达到设计使用年限，这在桥梁等结构中尤为明显。例如设计使用30年的拉索往往不到20年就要更换，这无疑会大大缩短结构的使用寿命，应该在设计时加以考虑。另外，由于我国的国情限制，我国的混凝土结构往往达不到发达国家的设计与施工水平。随着改革开放的进行，我国的结构设计水平已经逐渐与国际接轨，但不可否认的是，我国的科技水平仍然无法与发达国家相比，在设计中也就难免有这样那样的问题。我国是劳动素质普遍低下，建筑施工大多还是粗放型的建造方式，施工质量难以保证。同时，我国的建筑材料与国外也有不小的差距，例如我国的水泥质量一般要比欧洲差，随着龄期的发展其后期性能提高可能相对较少，因此在龄期系数的取值上宜偏低取用。而这些也就使我国的混凝土结构耐久性降低于国外水平。下面从影响混凝土结构耐久性的主要因素和提高耐久性的技术措施两个方面来探讨混凝土的耐久性问题。1 绪论1.1 混凝土耐久性问题的提出 我国是一个发展中大国，正在从事着为世界所瞩目的大规模基本建设，我国的基础设施建设工程规模宏大，投入资金每年高达2万亿元人民币以上，约3050 年后，这些工程将进入维修期，所需的维修费或重建费用将更为巨大。因此，如何提高混凝土耐久性，延长工程使用寿命，尽量减少维修重建费用是建筑行业实施可持续发展战略的关键。而财力有限、能源短缺、资源并不丰富，因此科学合理设计，优质的施工质量来提高混凝土结构耐久性及防腐性。延长结构使用寿命是摆在我们面前的一个很重要的课题和任务。 强度和耐久性是混凝土结构的两个重要指标，因此以往工程中习惯上只重视混凝土的强度，或片面追求高强度而忽视混凝土的耐久性。混凝土的耐久性是使用期限内结构保证正常功能的能力，关系到结构物的使用寿命，随着结构物老化和环境污染加重，混凝土耐久性问题已引起了各主管和广大设计施工者们重视。混凝土一直被认为是坚硬、密实、能够长期使用的浇筑石体，其强碱性环境使内部钢筋处于保护状态下而不会发生锈蚀。因此，对混凝土、钢筋混凝土结构的使用寿命期望值很高而忽略了混凝土结构耐久性问题，导致对混凝土结构耐久性研究的相对滞后，为此付出了巨大的代价。1.2混凝土耐久性的概念混凝土除具有设计要求的强度，以保证其能安全地承受设计荷载外，还应根据其周围的自然环境以及在使用上的特殊要求，而具有各种特殊性能。把混凝土抵抗环境介质和内部恶劣因素作用并长期保持其良好性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力称为耐久性1。混凝土结构耐久性问题主要表现为：混凝土损伤；钢筋的锈蚀、脆化、疲劳、应力腐蚀；以及钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的消弱等方面。本章将从冻融破坏、渗透破坏、碱骨料反应、碳化、钢筋锈蚀、侵蚀六个方面对混凝土结构发生耐久性失效的原因及影响因素进行论述。混凝土结构耐久性所包含的内容：抗渗性：是指混凝土抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能；抗冻性：是指混凝土在水饱和状态下，经受多次冻融循环作用，能保持强度和外观完整性的能力；抗侵蚀性：是指侵蚀水环境或侵蚀性土壤环境会使混凝土遭受侵蚀破坏；抗氯离子渗透性：环境水、土中的氯离子因浓度差会向混凝土中扩散渗透，当氯离子扩散渗透至混凝土结构中钢筋表面并达到一定浓度后，将导致钢筋很快锈蚀，严重影响混凝土结构的耐久性；混凝土的碳化（中性化）：混凝土的碳化作用是指二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水；碱骨料反应：碱骨料反应条件是指混凝土配制时形成的，即配置的混凝土中只有足够的碱和反应性骨料，在混凝土浇筑后会逐渐反应，在反应产物的数量吸水膨胀和内应力足以使混凝土开裂的时候，工程便开始出现裂缝2 混凝土耐久性问题的分析2.1混凝土冻融破坏 混凝土冻融破坏是指混凝土在饱水或潮湿的状态下，由于环境中温度的正负变化，导致混凝土内部松弛产生疲劳应力。反复的冻融循环造成混凝土由表及里逐渐剥蚀的破坏现象。混凝土发生冻融破坏后，破坏作用不断积累，裂缝不断扩大和深入，由外向里，直至混凝土破坏，而其现象就是从表层开始向内逐层剥落。当经过反复多次的冻融循环以后，损伤逐步积累不断扩大，发展成互相连通的裂缝，使混凝土的强度逐步降低，最终严重影响了结构的长期使用。2.1.1 破坏原因混凝土冻害机理的研究始于20世纪30年代?有静水压假说、渗透压假说等。但由于混凝土结构冻害的复杂性,至今尚无公认的、完全反映混凝土冻害机理的理论。直至现在，被广大科研学者接受的最有价值的解释是静水压假说和渗透压假说的结合?这种结合奠定了混凝土抗冻性研究的理论基础。(1) 静水压假说：硬化混凝土的孔隙有凝胶孔、毛细孔、空气泡等。各种孔隙之间的孔径差异很大。水转变为冰时体积膨胀9%，在冰冻过程中，混凝土孔隙中的部分孔溶液冰冻膨胀，迫使未结冰的孔溶液从结冰区向外迁移。孔溶液在可渗透的水泥浆体结构中移动，必须克服粘滞阻力，因而产生静水压，形成破坏应力2。静水压假说能解释成熟混凝土冰冻破坏的许多表现，它在引气混凝土方面的应用也较成功。但从水压力本质来理解它的作用应是瞬时性的，随着时间进展危险理应逐渐消失才对。然而试验说明，混凝土冰冻破坏有时随时间而日益剧烈、严重。在水泥浆冰冻时，水分的运动大多不像通常设想那样远离冰冻地点而去，而恰恰是趋向冰冻地点；再次冰冻时的膨胀一般情形是随冷却速率增加而下降。这些都是静水压假说难以解释的。(2) 渗透压假说：渗透压假说认为，由于混凝土孔溶液中含有钠、钾、钙等盐类，大孔中的部分溶液先结冰，后未冻溶液中盐的浓度上升，周围较小孔隙中的溶液之间形成浓度差。这个浓度差的存在使小孔中溶液向已部分冻结的大孔迁移。即使是浓度为0的孔溶液，由于冰的饱和蒸汽压低于同温下水的饱和蒸汽压，小孔中的溶液也要向已部分冻结的大孔溶液中迁移。可见渗透压是孔溶液的盐浓度差和冰水饱和蒸汽压差共同形成的。2.1.2 影响因素对于影响混凝土冻融破坏的主要因素总结起来大致有以下四个方面：（1）水灰比：水灰比越大，使凝土孔隙率越大，导致混凝土的吸水率增大，最终导致混凝土结构冻融破坏严重；（2）孔结构和孔隙特征：连通毛细孔易吸水饱和，使混凝土冻害严重；若为封闭孔，则不易吸水，冻害就小；（3）饱水度：若混凝土的孔隙非完全吸水饱和，冰冻过程产生的压力促使水分向孔隙处迁移，从而降低冰冻膨胀应力?对混凝土破坏作用就小；（4）混凝土自身强度：在相同的冰冻破坏应力作用下，混凝土强度越低，冻害程度就越高。2.2混凝土渗透破坏混凝土结构的渗透破坏是指气体、液体或者离子等有害介质在混凝土中渗透、扩散或迁移，最终导致混凝土结构受到破坏。混凝土结构发生渗透破坏后，有害介质首先破坏结构表层混凝土，导致混凝土中发生钢筋锈蚀、碱骨料反应等变化，而这些变化多数伴随着体积的膨胀，膨胀产生的应力又使得混凝土进一步开裂，从而进一步加大混凝土的渗透性，使得有害介质的入侵更加迅速，导致混凝土结构循环往复产生更大范围的破坏。因此混凝土的渗透性给有害介质提供了入侵的通道，而有害介质与混凝土发生的破坏性反应则增大了混凝土的渗透性，两者相互促进，最终严重影响混凝土结构的耐久性。2.2.1 破坏原因 混凝土具有多种粒径的孔隙?连通的孔隙会成为气体、液体或有害介质进入混凝土的通道，导致混凝土破坏。混凝土的渗透机理是水与混凝土表面接触时，压力差和毛细孔压力不断促使水分向混凝土内部迁移。随着水分迁移的深入，水与毛细孔壁摩擦阻力增大，渗水速度随渗透深度的增加成比例下降。当水达到混凝土相反的一侧时，毛细孔压力就会改变方向，阻碍水分的渗出。若压力差大于孔壁摩擦阻力和毛细阻力，则水将从混凝土相反的一侧滴出；若压力差小于摩擦阻力和毛细孔阻力，则水的迁移为毛细孔迁移，此时的迁移速度取决于混凝土背水面水分的蒸发速度3。 2.2.2 影响因素影响混凝土渗透性的因素主要有水灰比、骨料最大粒径、混凝土养护方法、水泥品种、外加剂等因素。具体影响情况为：（1）混凝土的水灰比会影响混凝土孔隙的大小和数量，进而直接影响混凝土结构的密实性。水灰比越小，混凝土越密实，其抗渗性越好，反之亦然。（2）由于骨料和水泥浆的界面处易产生裂隙和较大骨料下方易形成孔穴，因此在水灰比相同时，混凝土骨料的最大粒径越大，其抗渗性能越差。（3）蒸汽养护的混凝土，其抗渗性较潮湿养护的混凝土要差。在干燥条件下，混凝土早期失水过多，容易形成收缩裂缝，因而降低混凝土的抗渗性。而在潮湿环境中或水中硬化的混凝土，不但总孔隙率降低，而且孔径也较小。这就增加了混凝土密实性，提高了混凝土的抗渗性。（4）水泥的品种、性质也影响混凝土的抗渗性能。水泥的细度越大，水泥硬化体孔隙率越小，强度就越高，则其抗渗性越好。（5）在混凝土中掺入某些外加剂，如减水剂等，可减小水灰比，改善混凝土的和易性，因而可改善混凝土的密实性，即提高了混凝土的抗渗性能。2.3 碱骨料反应混凝土中的碱与混凝土中的活性骨料发生反应，生成膨胀性物质，导致混凝土发生膨胀破坏，称为碱骨料反应。这种反应引起明显的混凝土体积膨胀和开裂，改变混凝土的微结构，使混凝土的抗压强度、抗折强度、弹性模量等力学性能明显下降，严重影响结构的安全使用性，而其反应一旦发生很难阻止，更不易修补和挽救，被称为混凝土的“癌症”。2.3.1 破坏原因碱骨料反应主要可分为碱与硅酸、碱与碳酸盐及碱与硅酸盐三种反应： （1）碱-硅酸反应：是分布最广、研究最多的碱骨料反应，该反应是指混凝土中的碱组分与骨料中的活性SiO2之间发生的化学反应，其结果是导致骨料被侵蚀，生成碱-硅酸凝胶，并从周围介质中吸收水分而膨胀，导致混凝土开裂。（2）碱-碳酸盐反应：是指混凝土中的碱与碳酸盐矿物产生化学反应引起混凝土的地图状开裂。碱-碳酸盐反应是孔溶液中的碱与骨料中的白云石之间的反应。这一反应不是发生在骨料颗粒与水泥砂浆的表面，而是发生在骨料颗粒的内部，水镁石Mg（OH）2晶体排列的压力和粘土吸水膨胀，引起混凝土的内部应力，导致混凝土开裂。（3）碱-硅酸盐反应?是指混凝土中的碱与骨料中某些层状结构的硅酸盐发生反应，使层状硅酸盐层间间距增大，骨料发生膨胀，致使混凝土膨胀开裂。 2.3.2 影响因素从碱骨料反应发生的条件出发，分析该种破坏的影响因素主要是： （1）活性骨料：引起混凝土碱骨料反应的主要因素是混凝土中含有碱活性的骨料。因此在施工中尽量选择无碱活性的骨料，在不得不采用具有碱活性的骨料时，应严格控制混凝土中总的碱量。（2）活性掺合料：掺用活性掺合料，如硅灰、矿渣、粉煤灰、高钙高碱粉煤灰除外等对碱骨料反应有明显的抑制效果。活性掺合料与混凝土结构中的碱起反应，反应产物均匀分散在混凝土中，而不是集中在骨料表面，不会发生有害的膨胀，从而降低了混凝土的含碱量，起到抑制碱骨料反应的作用。（3）水分：骨料反应要有水分，果没有水分，反应就会大为减少乃至完全停止。因此，要防止外界水分渗入混凝土结构中以减轻碱骨料反应的危害。2.4 混凝土的碳化 混凝土的碳化作用是指空气中的二氧化碳气体渗透到混凝土内?与其碱性物质起化学反应生成碳酸钙和水?使混凝土碱度降低的过程?这一过程又称混凝土的中性化。2.4.1 破坏原因碳化的化学反应式为：Ca(OH)2+CO2=CaCO3 +H2O混凝土的碳化反应结果有两个方面,一方面,反应生成碳酸钙和其他固态物质会堵塞在混凝土孔隙中,使混凝土的孔隙率下降,大孔减少,从而减弱了后续CO2的扩散,使混凝土密实度提高;另一方面,孔隙中的Ca(OH)2浓度及PH值降低,导致钢筋脱钝而锈蚀。2.4.2 影响因素影响混凝土碳化的因素有很多,但概括其主要因素有两方面,一方面是材料因素,另一方面是环境条件因素。(1)材料方面:不同的水泥,其矿物组成、混合材量、外加剂、生料化学成分不同,直接影响水泥的活性和混凝土的碱度,对碳化速度有着重要的影响。一般而言,水泥中熟料越多,则混凝土的碳化速度越慢。不同的骨料品种和粒径级配不同,其内部孔隙结构差别很大,直接影响混凝土的密实性。其材质致密坚实,级配好的骨料混凝土,其碳化的速度较慢。水灰比的角度,在水泥用量一定的条件下,增大水灰比,其混凝土的孔隙率增加,密实度降低,渗透性增大,空气中的水分及有害物质较多的侵入混凝土内部,加快混凝土的碳化4。(2)环境条件:温度对混凝土碳化表现在当温度下降较大时,混凝土表面收缩产生拉力,一旦超过混凝土的抗拉强度,使得混凝土表面开裂,为二氧化碳和水分渗入创造条件,加速混凝土碳化;另外,温度高时,二氧化碳在空气中的扩散系数较大,为其余氢氧化钙反应提供了有利条件,阳光的照射加速了其反应的碳化速度。另外,影响混凝土碳化程度的因素还有养护方法和龄期、混凝土强度、相对湿度、CO2浓度等等。2.5 钢筋锈蚀混凝土中水泥水化后，会生成碱性的氢氧化钙，导致混凝土孔隙中的水分有很高的碱性，在钢筋表面形成一层致密的钝化膜。因此在正常情况下钢筋不会锈蚀，但钝化膜一旦破坏，在有足够水和氧气条件下会产生电化腐蚀。混凝土中钢筋一旦发生锈蚀，在钢筋表面生成一层疏松的锈蚀产物，同时向周围混凝土孔隙中扩散。混凝土中的钢筋锈蚀后，一方面会使钢筋有效截面减小；另一方面，锈蚀产物体积膨胀使混凝土保护层胀裂甚至脱落，钢筋混凝土之间的粘结作用下降。2.5.1 破坏原因混凝土中钢筋锈蚀的实质是电化学腐蚀。主要表现为钢筋在外部介质作用下发生电化学反应，逐步生成氢氧化铁，即铁锈等。铁锈的体积会比原金属增大2-4倍，产生膨胀压力，造成混凝土顺筋裂缝，从而成为腐蚀介质渗入钢筋的通道，加快结构的损坏。2.5.2 影响因素钢筋锈蚀的开始是从钢筋周围的钝化膜破坏开始的，因此影响混凝土结构钢筋锈蚀的因素主要有：（1）混凝土液相pH值：钢筋锈蚀速度与混凝土液相pH值有密切关系。当pH值大于10时，钢筋锈蚀速度很小；而当pH值小于4时，钢筋锈蚀速度急剧增加5。 （2）混凝土密实度和保护层厚度：混凝土越密实，破坏性介质越不容易进入混凝土腐蚀钢筋，保护层厚度对钢筋锈蚀的影响呈线性关系。因此世界各国规范对保护层厚度都作了规定。（3）水泥品种和掺合料：粉煤灰等矿物掺合料能降低混凝土的碱性，从而影响钢筋锈蚀破坏。2.6 化学侵蚀一些侵蚀性介质，比如酸、碱、硫酸盐、压力动水等，侵入混凝土，可能会造成混凝土的化学腐蚀。化学腐蚀主要有三类，分别为溶出性侵蚀、溶解性侵蚀和膨胀性侵蚀。2.6.1 产生原因（1）溶出性侵蚀：对于一些密实性较差、渗透性较大的混凝土，在一定压力的流动水中，水化产物Ca（OH）2会不断溶出并流失。Ca（OH）2的溶出使水化硅酸钙和水化铝酸钙失去稳定性而水解、溶出，这些水化产物的溶出使混凝土的强度不断降低。（2）溶解性侵蚀：溶解性侵蚀分为酸侵蚀和碱侵蚀两类。当环境水的PH值小于6.5时，会对混凝土造成酸侵蚀，由于水泥的水化会生成碱性物质，因此混凝土中呈碱性。当碱在一定的浓度（15%以下），温度（低于50）时，碱对混凝土的侵蚀作用很小，但是对于高浓度的碱溶液或者熔融状碱会对混凝土产生侵蚀作用。 （3）膨胀性侵蚀：硫酸盐与混凝土的水化产物发生化学反应，对混凝土产生膨胀破坏作用，是典型的膨胀性侵蚀。2.6.2 影响因素结构的密实程度和孔隙特征对混凝土化学侵蚀会有所影响。结构密实和孔隙封闭的混凝土环境水不易侵入，故其抗侵蚀性较强。3 提高混凝土耐久性的措施混凝土在遭受压力水、冰冻或侵蚀作用的破坏过程，虽然各不相同，但对提高混凝土的耐久性的措施来说，却有很多共同之处。除原材料的选择外，混凝土的密实度是提高混凝土耐久性的一个重要环节。一般提高混凝土耐久性的措施有以下几个方面：（1） 合理选择水泥品种或胶凝材料组成。（2） 选用较好的砂、石骨料，技术条件合格的砂、石骨料，是保证混凝土耐久性的重要条件。改善粗细骨料的颗粒级配，在允许的最大粒径范围内尽量选用较大粒径的粗骨料，可减小骨料的空隙率和比表面积，也有助于提高混凝土的耐久性。（3） 掺用外加剂和矿物掺合料，掺用引水剂或碱水剂对提高抗渗、抗冻等有良好的作用，掺用矿物掺合料可显著改善抗渗性、抗氯离子渗透性和抗侵蚀性，并能抑制碱骨料反应，还能节约水泥。（4） 适当控制混凝土的水灰比和水泥用量。水灰比的大小是决定混凝土密实性的重要因素，它不但影响混凝土的强度，而且也严重影响其耐久性，故必须严格控制水灰比。保证足够的水泥用量，同样可以起到提高混凝土密实性和耐久性的作用。普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2000）对一般工业与民用建筑工程所用混凝土的最大水灰比及最小水泥用量作了规定，见表3-1。对于耐久性要求较高的混凝土结构，混凝土的水灰（胶）比及水泥（胶凝材料）应符合混凝土耐久性设计规范（GB/T 50476-2008）的要求。（5） 加强混凝土质量的生产控制。在混凝土施工中，应保证搅拌均匀、浇灌和振捣密实及加强养护，以保证混凝土的施工质量。从上述分析可知，混凝土的外部环境、原料、密实度和抗渗性是混凝土耐久性能的重要因素。因此，工程中应根据具体情况，有针对性地采取相应措施，从混凝土的材料、结构设计、工程施工三个方面提高混凝土的耐久性。3.1 混凝土材料3.1.1 水泥水泥及水泥类材料的强度和工程性能，是通过水泥砂浆的凝结，硬化形成的，水泥石一旦受损，混凝土的耐久性就被破坏，因此水泥的选择需注意水泥品种的具体性能。采用品质稳定、强度等级不低于P.O42.5级的低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥（掺合料仅为粉煤灰或磨细矿碴），禁止使用其它品种水泥。品质应符合GB175-2007规定：水泥的比表面积不宜超过350m3/kg，碱含量不应超过0.60%，游离氧化钙含量不应超过1.5%，水泥熟料中C3A的含量不宜超过8%，强腐蚀环境下不应大于5%，C4AF含量小于7%、C3S、C2S含量宜在40%45%之间的水泥。选择碱含量小，水化热低，干缩性小，耐热性，抗水性，抗腐蚀性，抗冻性能好的水泥，并结合具体情况进行选择。3.1.2 粗骨料选用质地坚硬、级配良好的石灰岩、花岗岩、辉绿岩等球形、吸水率低、空隙率小的碎石，压碎指标不大于10%，母岩立方体抗压强度与梁体混凝土设计强度之比应大于2，含泥量小于0.5%，片状颗粒含量不大于5%，针、颗粒尽量接近等径状。粗骨料粒径宜为520mm，且分两级储存、运输、计量，510mm颗粒质量占405%，1020mm颗粒质量占605%。选用无碱活性粗骨料，（因条件所限不得不采用碱硅酸反应砂浆棒膨胀率为0.100.20%的活性骨料时，由各种原材料带入混凝土中的总碱量不应超过3.0kg/m3）。3.1.3 细骨料细骨料应选择级配合理、质地均匀坚固的天然中粗砂，不宜使用机制砂和山砂，严禁使用海砂，细度模数2.63.0。严格控制云母和泥土的含量，砂的含泥量应不大于1.5%，泥块含量应不大于0.1%，选用无碱活性细骨料，（因条件所限不得不采用碱硅酸反应砂浆棒膨胀率为0.100.20%的活性骨料时，由各种原材料带入混凝土中的总碱量不应超过3.0kg/m3）。3.1.4矿物掺合料适当掺用优质级粉煤灰、磨细矿渣、微硅粉等矿物掺合料或复合矿物掺合料，级粉煤灰和磨细矿渣粉分别应符合GB1596和GB/T18046的规定，级粉煤灰需水量比不应大于100%，磨细矿渣比表面积应大于450m2/kg。矿物掺合料掺量不超过水泥用量的30%，粉煤灰与磨细矿渣复合使用时，两者之比为1：1。3.1.5 专用复合外剂专用复合外加剂采用具有高效减水、坍落度损失小、适当引气、能细化混凝土孔结构、能明显改善或提高混凝土耐久性能的专用复合外加剂，尽量降低拌和水用量，专用复合外加剂必须满足专用复合外加剂的规定。3.1.6拌合和养护用水混凝土拌合及养护用水，应考虑其对混凝土强度的影响。水灰比的大小很大程度影响混凝土强度值的大小。拌合水应检查其杂质情况，防止影响砂浆及混凝土生成时杂质影响其耐久性。海水中含有硫酸盐、镁盐和氯化物，除了对水泥石有腐蚀作用外，对钢筋的腐蚀也有影响，因此在腐蚀环境中的混凝土不宜采用海水拌制和养护。拌制和养护混凝土用水应符合国家现行混凝土拌和用水标准的要求。凡符合饮用标准的水，即可使用。3.2 结构设计3.2.1 混凝土配合比混凝土配比的设计在满足混凝土强度，工作性的同时应考虑尽量减少水泥用量和用水量，降低水化热，减少收缩裂缝，提高密实度，采用合理的减水剂和引气剂，改善混凝土内部结构，掺入足量的混合料，提高混凝土耐久性能。3.2.2 混凝土保护层混凝土结构中，钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种不同材料组成的复合材料，两种材料具有良好的粘结性能是它们共同工作的基础，从钢筋粘结锚固角度对混凝土保护层提出要求，是为了保证钢筋与其周围混凝土能共同工作，并使钢筋充分发挥计算所需强度。钢筋裸露在大气或者其他介质中，容易受蚀生锈，使得钢筋的有效截面减少，影响结构受力，因此需要根据耐久性要求规定不同使用环境的混凝土保护层最小厚度，以保证构件在设计使用年限内钢筋不发生降低结构可靠度的锈蚀。针对不同的腐蚀环境应设计不同的保护层厚度。如一类环境（室内正常环境），设计使用年限为100年的结构混凝土应符合下列规定：混凝土保护层厚度应按规范的规定增加40；当采取有效的表面防护措施时，混凝土保护层厚7度可适当减少。混凝土结构及构件宜整体浇筑，不宜留施工缝。当必须有施工缝时，其位置及构造不得有损于结构的耐久性。3.2.3节点构造设计结构的节点构造设计也应考虑构件受局部损坏后的整体耐久能力。3.3工程施工3.3.1混凝土的拌制混凝土配合比应考虑强度、弹性模量、初凝时间、工作度等因素并通过实验来确定。混凝土原材料应严格按照施工配合比进行准确称量，称量最大允许偏差应符合下列规定按重量计：胶凝材料、水泥、掺合料等1%；外加剂1%；骨料2%；拌和用水1%。搅拌混凝土前，应严格测定细骨料的含水率，准确测定因天气变化而引起的粗细骨料含水量的变化，以便及时调整施工配合比。混凝土搅拌时投料顺序为：先向搅拌机投入细骨料、水泥、矿物掺和料和外加剂，搅拌均匀后，再加入所需用水量，待砂浆充分搅拌后再投入粗骨料，并继续搅拌至均匀为止。上述每一阶段的搅拌时间不应少于30s，总搅拌时间不应少于2min，也不宜超过3min。混凝土拌和物入模前进行含气量测试，并控制在24%的范围内。3.3.2混凝土的输送混凝土采用混凝土输送泵输送或混凝土运输车运送。当采用泵送时，输送管路的起始水平段长度不小于15m，除出口处采用软管外，输送管路其它部分不得采用软管或锥形管。输送管路应固定牢固，且不得与模板或钢筋直接接触。混凝土应连续输送，输送时间间隔不大于45min，且坍落度损失不大于10%。输送泵接料斗格网上不得堆满混凝土，要控制供料流量，及时清除超径的骨料及异物。夏季高温施工时宜用湿草袋等覆盖输送管，防止因输送管道温度过高造成混凝土坍落度损失过大影响施工，直至造成混凝土堵管。冬季施工时宜用保温材料包扎输送管防止混凝土受冻。3.3.3混凝土浇筑浇筑混凝土前，应针对工程特点、施工环境条件与施工条件事先设计浇筑方案，包括浇筑起点、浇筑进展方向和浇筑厚度等；混凝土浇筑过程中，不得无故更改事先确定的浇筑方案。应仔细检查钢筋型号、数量、间距、保护层厚度及其紧固程度。构件侧面和底面的垫块至少应为个m，绑扎垫块和钢筋的铁丝头不得伸入保护层内。混凝土浇筑时的自由倾落高度不得大于m；当大于m时，应采用滑槽、串筒、漏斗等器具辅助输送混凝土，确保混凝土不出现分层离析现象。混凝土的浇筑应采用分层连续推移的方式进行，间隙时间不得超过90min；混凝土的一次摊铺厚度不大于300mm。混凝土的浇筑应尽量选择在一天中气温适宜时进行，混凝土的入模温度为530，夏季气温较高时采用冷却水拌和混凝土，使其入模温度符合要求。模板的温度为535，夏季气温较高时采用冷却水喷洒模板，并采取遮荫措施。在低温条件下浇筑混凝土时，应采用适当的保温防冻措施，防止混凝土受冻。3.3.4 混凝土振捣所有混凝土一经灌注，立即进行全面的捣实，使之形成密实、均匀的整体。混凝土的密实采用高频插入式振捣棒和附着式振动器联合振捣的方式进行。混凝土振捣采用操作台统一控制，操作台由专人负责，统一指挥，严格控制振动时间及振动顺序。3.3.5混凝土养护混凝土养护要注意湿度和温度两个方面。养护不仅是浇水保湿，还要注意控制混凝土的温度变化。在湿养护的同时，应该保证混凝土表面温度与内部温度和所接触的大气温度之间不出现过大的差异。采取保温和散热的综合措施，防止温降和温差过大。因此，综合考虑，蒸汽养护能较好地解决以上两个方面的问题。混凝土养护温度控制的原则是： 升温不要太早和太高； 降温不要太快； 混凝土中心和表面之间、新老混凝土之间以及混凝土表面和大气之间的温差不要太大。温度控制的方法和制度要根据气温季节、混凝土内部温度、构件尺寸、约束情况、混凝土配合比等具体条件来确定。3.3.6混凝土的拆模混凝土拆模时的强度应符合设计要求，还应考虑拆模时的混凝土温度，由水泥水化热引起，不能过高，以免混凝土接触空气时降温过快而开裂，更不能在此时浇注凉水养护。混凝土内部开始降温以前以及混凝土内部温度最高时不得拆模。一般情况下，结构或构件芯部混凝土与表层混凝土之间的温差、表层混凝土与环境之间的温差大于20（截面较为复杂时，温差大于15）时不宜拆模。大风或气温急剧变化时不宜拆模。在寒冷季节，若环境温度低于0时不宜拆模。在炎热和大风干燥季节，应采取逐段拆模、边拆边盖的拆模工艺。拆模按立模顺序逆向进行，不得损伤混凝土，并减少模板破损。当模板与混凝土脱离后，方可拆卸、吊运模板。拆模后的混凝土结构应在混凝土达到100%的设计强度后，方可承受全部设计荷载。4案例分析4.1工程概述天津滨海新区某六层砖混结构住宅楼群，建筑面积均为3000平米左右，屋顶为坡屋顶，各建筑砌筑砂浆12层均采用M7.5混合砂浆砌筑，3层以上均采用M5混合砂浆砌筑，砌筑砖均为MU1O粘土红砖。各建筑楼板、楼梯、圈梁及构造柱等现浇混凝土构件，混凝土设计强度等级均为C20.基础混凝土条形基础，基础顶部设有钢筋混凝土基础圈梁。上述住宅竣工后居民入住一段时间，逐渐发现部分楼板、局部过梁、梯梁开裂，其中楼板裂缝宽度大多在0.1mm0.3mm，长度不等，主要表现于楼板角45斜裂缝，楼板中部平行裂缝（平行于长短边）和穿线管处裂缝。经权威部门检测，本工程实例所产生的裂缝属于非受力裂缝，即非荷载作用引起的裂缝，裂缝虽然不影响结构安全，但影响结构的耐久性和正常使用，必须进行封闭处理。对于该工程发生的现浇楼板裂缝，根据检测调查结果，首先采用排除法分析各种原因：1、排除地震力作用，因为从工程建造到使用整个过程未发生过地震。2、排除荷载作用，因为许多发生裂缝的空置房间在竣工验收时未产生裂缝，在大半年后才陆续出现上述裂缝，房间空置期间未有堆积荷载，只有结构自重。3、排除设计承载力不足，因为经复核设计图符合国家现行设计规范要求。4、排除地基不均匀沉降影响，因为通过现场观察，建筑物与排水明沟处未出现由沉降产生的开裂现象，墙体未出现斜裂缝，通过沉降观测，到目前建筑物未发现不均匀沉降。5、排除材料不合格因素，因为所采用的材料均有合格证，且材料经过测试合格。经过深入调查及分析，专家、建设、监理、施工、材料各方认为混凝土收缩及温度应力的辅助作用是引起现浇楼板出现上述典型裂缝的主要原因。4.2裂缝出现因素混凝土收缩变形是这种工程材料的固有特性。它主要有浇筑初期（终凝前）的凝缩变形；混凝土硬化过程中的干缩变形；混凝土在恒温绝湿条件下，由凝胶材料的水化作用引起自生收缩变形；温度下降引起的冷缩变形以及因碳化引起的碳化收缩变形五种。在正常条件下以干缩为主。收缩量随时间增长而不断加大，收缩速率随混凝土龄期的增长而急剧减小。大部分收缩变形一年内完成，90天的收缩为全部收缩量的4080（以20年的收缩为准）。影响混凝土收缩的因素主要有水泥品种、骨料品种和含量、混凝土配合比、外加剂种类及掺量、介质温度和相对湿度、养护条件等。混凝土的相对收缩量主要取决于水泥品种、用量和水灰比，绝对收缩量除与这些因素有关外还与构件施工时最大连续边长相关。不论混凝土的绝对收缩量有多大，只要混凝土板能自由收缩，板内是不会产生拉应力的。但是，实际钢筋混凝土楼板总是受到其支承结构的约束，从而在板内产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，就会产生裂缝。本工程产生裂缝主要有以下几个因素：1、本工程采用425#水泥配制C20混凝土，且甲乙方人员片面地认为水泥标号越高、水泥用量越多越保险，致使水泥用量超过350kg/m3，水灰比达到0.63.另外，配制混凝土所用骨料级配不良，含泥量较高，而且级配不连续，部分小粒径石子用细砂代替。众所周知，混凝土的干缩变形是由于干燥失水，毛细管内孔隙增大，致使毛细管表面张力增大，从而导致混凝土外观体积的缩小。如果混凝土内部水灰比增大、水泥用量增多、砂率增大、水泥标号升高，都将大大加大混凝土集料的比表面积，增加其吸附水分的能力，所吸附的水分大大超过了水泥水化所需的水分，造成混凝土内毛细管孔隙也大大增多，从而使得混凝土的体积收缩大大增加。可见这是造成该工程混凝土收缩变形较大的根本原因。2、该工程位于滨海地区，年风速较大，楼板混凝土浇筑在79月间，环境气温相对较高，最高气温达3035，浇筑后浇水养护不足3天，养护期过后在高温和日照以及风等作用下，楼板表面失水较快，增加了混凝土早期收缩。由于混凝土早期抗拉强度较低，楼板在周边约束下，极易产生细微裂缝。同时，楼板浇筑后四个月内气温下降较大以及采用高标号水泥，造成较大的降温差，从而迸一步增大了混凝土的收缩。这些早期塑性裂缝在混凝土硬化后期收缩。徐变、气温变化影响下逐渐开展而形成较大裂缝，甚至贯穿楼板。3、本工程钢筋混凝土楼板与圈梁整体浇筑，墙体约束圈梁变形，加之，圈梁的收缩变形小于楼板，从而使楼板变形受到较大的约束，产生较大的拉应力。当板内拉应力超过其时混凝土的极限抗拉强度时，就会在板内产生裂缝。这是楼板产生裂缝的另一主要因素。4、检测中发现，一层楼板（有地下室）裂缝往往比上部各层严重，且裂缝形态很不规律，分析发现原因是一层楼板的底模支撑点地基夯实不够、不均匀，致便各模板之间相互变形过大而使楼板产生不规则裂缝。4.3出现的主要裂缝成因分析1、穿线管位置裂缝原因。当前，在混凝土板中预埋电线导管大多采用PVC管。由干PVC管直径较大，管径多在2030mm，弹性较太，表面光滑，与混凝土结合较差，使得板内存在薄弱环节。当混凝土楼板较薄时，很容易因混凝土收缩而产生裂缝。本工程混凝土板厚100mm，穿线管直径约占板厚的13，加之混凝土收缩变形较大，若在该部位布管和浇捣混凝土不善，极易形成沿线管布设走向的裂缝。2、板角斜裂缝原因。钢筋混凝土结构在不同的时间季节和环境中，其周边大气温度发生变化，在混凝土结构中产生热胀冷缩的“温度变形”。对于现浇混凝土楼板，由于日夜温差及季节温差的影响，将会产生截面均匀温差应力，当阳光透过窗照射到室内楼板面，引起楼板上下表面及照射板面不均匀产生温差应力。本工程中，楼板与圈梁整体浇注，墙体及圈梁对现浇楼板支承边具有较强的约束作用，由子混凝上的收缩应力，加上反复温差应力的辅助作用，在楼板中产生双向拉应力，混凝上的抗拉强度比抗压强度低的多，当某一处最大主拉应力达到混凝土的抗裂强度时，混凝土沿与最太主拉应力垂直的方向受拉劈裂，在实际中混凝土的抗裂强度的取值离散性较大，随着双向应力比的不同，楼板裂缝出现的形式也不同，即有房间角部出现45度斜裂缝。3、楼板平行于长边和短边的裂缝原因。该工程施工段长45m，楼板混凝上连续浇筑，形成整体连续板。按标准状态下混凝土收缩变形y0=3.2410-4计，该板东西向绝对变形达15mm.而本工程楼板与圈梁整体浇筑，楼板变形受到圈梁约束而在板内产生拉应力。下面采用公式进行估算该工程混凝土的干缩值以及在板内产生的拉应力。y（t）=y0.M1.M2M10（le-0.01t）式中y（t）任意时间的收缩（mmmm）；t由浇灌时至计算时，以天为单位的时问值，本工程取t=120天：y0=y（）最终收缩值（mmmm）；M1.M2M10考虑各种非标准条件的修正系数；M1水泥品种，普通水泥取1.0；M2425#水泥细度4000，取1.13；M3骨料，取1.0；M4水灰比0.64，取1.5；M5水泥浆量为0.35，取1.75；M6自然养护三天，取1.09；M7因秋季施工，气候比较干燥，环境相对湿度30，取1.18；M8水力半径倒数，圈梁r0.165cm-l，取0.916；板r0.23cm-l，取1.01；M9机械振捣，取1.0；M10配筋率（包括不同模量比），圈梁为0.06，取0.84；板为0.02，取0.944计算得y（120t）板=9.8610-4，y（120t）圈梁=7.9510-4y，y（120t）板-y（120t）圈梁=1.9110-4因其垂直裂缝的主应力最大值在板的中部，公式为：max=-Ey（1-1/ch（L/2）H（t），=（2Cx/HE）。这里，H（t）考虑徐变引起的内力松驰系数，平均取0.5；Cx水平阻力系数，混凝土板与混凝土圈梁，Cx1.0Nmm3；L板长，以2#楼一层楼板（7）（8）轴间裂缝为例，取L=32400mm；E混凝土弹性模量，按楼扳测试强度C20计算，取E=2.55104Mpa；H混凝上换算宽度，考虑两侧对称约束，当H20.2L，HH当H20.2L，H=0.4L。本工程H6000mm0.4L12960，取H=6000mm，代入以上数值计算得楼板中部最大拉应力为：max=2.16Mpa，大于C20混凝土的抗拉强度标准值ftkl.54MPa.可见，本工程在实际施工条件下楼板中部（南北向裂缝、东西向裂缝）产生裂缝确实是由于混凝土收缩变形过大引起的（上述计算还未考虑降温差的影响，若考虑降温差10，max=3.48Mpa）。4.4结束语 从文中可以看出，混凝土结构的耐久性是混凝土结构的重要方面，也将是决定该混凝土结构是否成功的关键所在。混凝土的破坏绝非某一孤立原因造成的，而是与其它综合不利因素有关。由于混凝土原材料的复杂多变，施工条件的波动，混凝土结构本身的复杂与不断发展。环境条件的多样性和复合作用等造成混凝土耐久性研究高度复杂。5 结论5.1 总结本文所论述的影响混凝土结构耐久性的六个方面因素及提高混凝土结构耐久性三个方面措施并不是独立的，它们之间相互联系、相互影响。提高混凝土结构耐久性的问题现在并不仅是从单一方面对其进行预防和维护就能起到很好的作用。随着混凝土结构使用范围和环境的日异变化，混凝土结构的耐久性问题会越来越复杂。5.2 展望从混凝土的耐久性研究现状可以看出，耐久性的研究今后应从以下几方面入手。（1）有必要在地方政府的领导和扶持下，集中有限的人力、物力和财力，成立一个以研究混凝土