摘要:

從提高混凝土耐久性和混凝土技術可持續發展方面概述現代混凝土技術的發展趨勢和發展方向。混凝十技術發展的根本方向是堅持可持續發展戰略，在與地球資源環境和諧共生的發展基礎上，最大限度地改善混凝土的耐久性，提高其使用壽命。

混凝土技術發展的一個終極目標是最大限度地延長其使用壽命，也即耐用性(Serviceability)問題。這就對混凝土的長期性能特別是耐久性提出了更高的要求。另外一個很重要的問題是混凝土技術的可持續發展，其目標就是要使混凝土技術的發展與資源、環境等實現良性循環，盡量減少造成修補或拆除的浪費和建筑垃圾，大量利用優質的工業廢棄物和礦石，盡量減少自然資源和能源的消耗，減少對環境的污染。

1 混凝土的耐久性混凝土的耐久性可定義為“在使用過程中經受氣候變化、化學侵蝕、磨蝕等各種破壞因素的作用而能保持其使用功能的能力”。

一般混凝土建筑物的使用壽命要求在50年以上，很多國家對橋梁、水電站大壩、海底隧道、海上采油平臺、核反應堆等重要結構的混凝土耐久性要求在100年以上。氣候條件適中的陸上建筑物，應要求混凝土在200年內安全使用。我國GB 50010——2002《混凝土結構設計規范》規定，混凝土的耐久性設計應按照環境類別和設計使用年限進行，分為50年和100年2個耐久性預期目標，對于重大、重要工程應按照100年壽命來設計混凝土。近幾年來，我國已有不少工程的混凝土設計壽命達到100年，這些工程大都結合環境條件和特點，采取專門有效的措施，以充分保證混凝土工程的耐久性設計要求。比較著名的百年工程有三峽大壩、東海大橋、南京地鐵1號線、崇明越江通道北港橋梁、重慶朝天門大橋空心橋墩、杭州灣大橋等。

但是近幾十年以來，混凝土構筑物因材質劣化造成失效以至破壞崩塌的事故在國內外也是屢見不鮮，并有愈演愈烈之勢。

國際上混凝土的大量使用始于20世紀30年代，到五六十年代達到高峰。許多發達國家每年用于建筑維修的費用都超過新建的費用。

過去，除了大型水利工程外，我國混凝土工程的耐久性問題長期不受重視，混凝土結構沒有達到預期的使用壽命，受環境作用過早破壞的實例很多，由此造成的經濟損失也很大。由于許多工程設計只滿足荷載要求，而沒有提出耐久性的要求，使已建成的混凝土構筑物存在耐久性隱患。我國在50年代興建的水電站大壩有很多已經成為“病壩”，我國的混凝土工程量在改革開放30多年來突飛猛進，可以預見，耐久性不佳的混凝土工程的劣化問題將會日趨嚴重。因此，混凝土耐久性問題越來越受到人們的重視。

1.1 混凝土的耐久性破壞

混凝土耐久性涉及到混凝土性能的方方面面，是影響混凝土使用壽命的首要因素。造成混凝土耐久性不佳的原因多種多樣，主要可分為：(1)物理破壞：由溫度變化引起的收縮膨脹裂縫(這是由于混凝土內骨料和硬化水泥漿體不同的溫度膨脹系數而引起)，如凍融循環、除冰鹽分對混凝土的剝蝕等：(2)化學破壞：由混凝土內部材料引起的堿骨料反應以及外部侵蝕性離子(Gl-)引起的諸如鋼筋銹蝕、硫酸鹽侵蝕以及碳化(CO2)等；(3)機械破壞：沖擊、磨損、流動淡水溶蝕作用、流動氣體的磨蝕、沖蝕等(如道路、水利混凝土)。如何有效地預防和抵抗這些破壞因素的破壞力，是解決混凝土耐久性問題的關鍵。

1.2 混凝土耐久性破壞常見原因

我國已故混凝土權威吳中偉院士早在1991年就指出，近年來混凝土耐久性破壞愈趨嚴重的原因很多，常見的較重要的主要有：

(1)原材料因素：如水泥因為強度提高、細度增大、硬化速度加快等因素，加劇了混凝土結構的開裂問題；優質合格的骨料資源日趨枯竭，只有采用質次或有問題的集料(如海砂、風化砂石、堿活性骨料等)，對集料的質量也缺乏必要的重視；

(2)施工原因：過于追求施工進度，對混凝土工程的施工質量控制不嚴，也不注意對混凝土結構進行必要的養護；

(3)應用原因：現代混凝土的應用范圍不斷擴大，使大量混凝土工程所處的環境與使用條件日益嚴酷，但未認真采取相應的對策以提高其在嚴酷環境下的使用壽命；

(4)設計研究原因：對混凝土工程耐久性的研究試驗工作大部分局限在試驗室階段，與實際使用環境脫節，更重要的是混凝土工程在設計過程中常常只考慮單一的破壞因素，忽視對實際中常發生的2個以上破壞因素引起的綜合破壞作用，即對混凝土耐久性綜合癥缺少認識。

1.3? 混凝土耐久性研究存在的問題

混凝土耐久性問題自20世紀50年代提出，受到世界各國的廣泛重視，幾十年來各國混凝土行業工作者進行了大量的基礎試驗研究工作，獲得了一定的成果，有些成果對一些常見的耐久性問題的解決起到了顯著作用：如引氣劑對提高混凝土抗凍性的作用；限制水泥和混凝土中的堿含量對堿—集料反應的預防；活性礦物摻合料對提高抗滲性和對鹽類侵蝕作用的抵抗以及對減輕碳化作用、保護鋼筋以免銹蝕、抑制混凝土中的堿—集料反應以及防止淡水溶析作用和表面破壞等均提出了有效的措施。為了得到耐久性良好的混凝土，按耐久性設計混凝土和預測混凝土的使用壽命成為耐久性研究的主要內容和最終目標。但是我們也應該看到，由于研究內容的片面性和理論深入不夠以及研究方法存在的局限性和缺陷性，使得大量基礎的耐久性研究成果對解決實際混凝土工程耐久性問題的成效不大，也使當前的混凝土耐久性問題呈現越來越嚴重的趨勢。主要表現在：(1)針對單一破壞的因素研究較多，而忽略了常常在建筑物中出現的多因素共同作用的研究；(2)很多試驗是在實驗室加速試驗條件下得到的，與混凝土實際使用環境相差甚遠，使試驗結果無法進行比對。典型的如骨料堿活性反應快速檢測法(ASTMCl260，南非快速砂漿棒法等)，該方法是將試件浸泡在80℃1N的NaOH溶液中進行測試，試驗條件十分嚴酷，與混凝土實際環境條件相差甚遠；(3)材料因素研究得多，結構因素研究得少，基礎理論的研究更少，缺乏定量研究，更缺少區分不同體系、不同結構的材料在耐久性能上差別的對比。

1.4 常見的耐久性綜合癥

實際混凝土工程中的耐久性問題相對比較復雜，常常不是單一出現的，而是多種因素共同作用的結果，因此，有必要充分了解混凝土中的耐久性綜合作用因素。混凝土工程中出現的常見耐久性綜合癥如下：

(1)碳化與鋼筋銹蝕：

(2)凍融循環(包括海水凍融)與鋼筋銹蝕；

(3)鹽類腐蝕與鋼筋銹蝕；

(4)鹽類腐蝕與凍融循環、機械力破壞；

(5)鹽類腐蝕中SO42-、Mg2+、Cl-作用的綜合疊加效應引起混凝土的快速破壞；

(6)緩慢延續的堿—集料反應與其它破壞作用的綜合和疊加。

研究防治混凝土耐久性綜合癥，必須弄清楚破壞作用的主次和先后，并對幾種因素的共同作用，尤其是疊加效應加以研究。疊加效應相對比較復雜，有時還會出現負疊加，即互相抵消的特殊現象。

混凝土中以堿—集料反應為主因及導因的耐久性綜合癥現象十分普遍，具體表現在：

(1)堿—集料反應十鋼筋銹蝕：前者是導因，堿—集料反應引起開裂導致鋼筋銹蝕，造成嚴重破壞；

(2)堿—集料反應+凍融循環：我國北方有幾處機場跑道因堿—集料反應而開裂，加速了凍融破壞；

(3)堿—集料反應+海水腐蝕：如日本沖繩島海港的混凝土結構破壞：

(4)堿—集料反應+機械力(包括沖擊、磨損、疲勞等)破壞：如日本阪神高速公路梁、柱、橋面等；

(5)堿—集料反應+除冰鹽+鋼筋銹蝕：如北京、天津等地的立交橋破壞等。

因此，在對混凝土按耐久性進行設計和壽命預測方面，應綜合考慮各種不同的破壞因素，并根據經驗、同類材料的性能、快速試驗結果以及混凝土工程暴露的環境條件等，對所設計的混凝土工程的耐久性進行預測。