成都华川公路建设集团有限公司
摘要：从古至今建筑材料随着社会科技的日新月异也在不断的变化，从早期的茅屋、木质、石材、砖墙到如今的主流混凝土，人们一直在探索如何能最大限度的开发混凝土的强度，使其能满足建设需要，尤其是在基础建设飞速发展的今天，而却不能满足物流的实际需要，短短几十年间，有些建筑物就满目疮痍，需要耗费大量的人力、物力对其进行验算、修补、重建，也许大家更多的是认为是建筑是超负荷了，但有些建筑并没有长期处在该种超负荷状态下，也出现了此类相同的问题。人们在初期主要是一直在提高混凝土强度方面研究，从地材的质量优劣控制到外加剂的不断调整，更多的是以混凝土抗压强度的高低来代表其性能的优劣。但随着技术的不断发展，强度度得以提高，也发展成为适用于各种使用功能的混凝土，如防水混凝土、耐火混凝土、保温混凝土等等，但混凝土的强度虽然起来了，但自身的结构问题也突显出来，脆性在不断增大，结构局部或是整体崩塌的质量事故也层出不穷。造成混凝土的质量问题以及耐久性不高，是由多种原因导致的，例如工艺的操作不当，致使混凝土的蜂窝麻面和缺棱断角。保护层厚度不够，出现漏筋现象。为增加混凝土的流动性，工地现场随意加水，降低混凝土强度。为提高模板的周转次数，加快施工进度，在混凝土强度未满足拆模强度时过早拆模，混凝土的徐变量加大，在受拉区发生裂缝，受压区也出现局部破坏，降低构件断面，严重的直接导致混凝土变形。混凝土结构部位由于钢筋密集，施工单位为了方便施工，调整坍落度，致使骨料沉淀，强度不均匀，影响混凝土的承载能力。混凝土浇筑完成后，未严格按照规范要求进行养护，水分流失过快，胶凝材料水化越差，强度损失过大，并且造成混凝土在早期产生不规则裂缝。随之人们也在反思，在提高强度的同时，是否更应该考虑其增加使用寿命。因此，从各个方面进行控制混凝土的质量也就成了首要之事，同时兼顾高强度和耐久性的高性能混凝土便应运而生。
关键词：混凝土耐久性；使用寿命；高性能混凝土
1 混凝土结构耐久性状况
耐久性，其定义还未完成统一，通常认为是结构在运行过程中经受或抵抗各种外部及内部因素所引起的结构物的长期演变，最后失效，失去该结构物的使用功能，需要通过补强或重建的手段来重新达到其使用功能。最初，人们发现结构物丧失其功能，最先怀疑的是混凝土的抗压强度不能满足设计要求而导致，其实并不是强度不足，而是由于耐久性不足。因为混凝土工程的耐久性与很多因素都有关联，很难界定到底是哪种因素直接导致的，包括在施工准备期间的原材料采购、过程中的质量控制和保证，以及在使用过程中受气候变化、化学侵蚀、磨损等各种破坏因素的作用下的正常维修与例行检测。因混凝土结构出现的种种工程事故造成的巨大的生命财产损失及惊人的维修费用，不得不引起人们的重视。中国对结构耐久性劣化病害普查、修补等方面开展了大量的工作。
1.1 桥梁方面
现在的桥梁结构设计过程中，在方案设计和专家评审阶段，中小桥桥梁主要还是考虑其经济性，大型及特大型桥梁除了考虑其经济性，更注重美观问题，综合来说就是在对桥梁设计的经济性评估往往都是对建设成本进行考虑的比较多，而对于后期养护及维修等考虑不充分。而设计中也是考虑强度能否达到要求，对耐久性考虑较少，重视强度极限状态而不怎么重视使用的极限状态，也没有从材料、结构措施及设计程序上怎么保证耐久性，在设计图纸说明中强调在何种维护和使用条件下，桥梁的耐久性能达到哪种程度的条件。
长期以来，设计人员进行桥梁设计更多的是根据规范及强制性标准对结构强度上的安全性进行计算，而忽视从体系、材料、维护从设计阶段至施工阶段的全过程的加强和保证结构的安全性。大量的桥梁病害处治也充分证明，除了原材料的选用和施工过程中的工艺原因外，耐久性不足的因素也包括了结构上自身的缺陷。因为结构的耐久性设计与常规的结构设计有着本质上的区别，这也是目前国内一直在研究的课题，在确保结构满足规范及强标的基础下，最大限度的降低养护和维修成本。
桥梁结构所采用的材料并不是均匀和连续的，存在着很多细小缺陷，因为桥梁工程所承受的荷载都是动荷载，在结构内会产生循环且变化应力，在循环荷载下会逐渐发展，形成损伤，累积程疲劳损伤，出现裂纹，如不重视加以处治，可能会引起脆性断裂。所以重视疲劳损伤和桥梁超载问题的研究是提高耐久性的途径之一。
1.2 隧道方面
近几十年来由于隧道工程的施工复杂性，出现的质量问题也接踵而来。隧道衬砌混凝土开裂、漏水、腐蚀、掉块等问题成出不穷，对后期运营产生了巨大的安全隐患，也大大增加了维护成本。除了个别有设计缺陷外，基本上都是因为施工单位管理有疏漏，一味的追求施工进度，未严格按施工规范进行施工所导致。主要体现在①施工工艺的选择方法与现场的实际情况不相匹配。②施工中质量未达到施工规范标准。③防排水未按设计规范要求处理到位。④养护工作未跟上。⑤运营阶段的振动、空气污染、人为破坏与突发荷载。
2 混凝土结构耐久性能的主要影响因素
对于混凝土结构耐久性到底是由于什么主要原因导致的，目前不好妄下评断，因为混凝土结构的耐久性的降低，参与的因素太多，每一项都可能导致耐久性的降低，不能单一的进行评判。
① 材料因素，选用的水泥、粗集料、细集料、外加剂、焊条等不当，受外部环境影响，材料质量走的是下限标准，富余系数不够或在临界点。
② 设计因素，设计安全系数取值偏小，荷载选用不当，结构布局和构造不合理，计算有所偏差。
③ 施工因素，未严格按照理论配合比推算施工配合比，配料不准确，受外部因素影响更换材料但未随之调整配合比，拌合不均匀，未按规范要求工艺作业，拆模过早，养护不到位等等。
④ 环境因素，如冻害、腐蚀、高温、高热、超载、自然风化等。
⑤ 混凝土的自身因素，控磨损、抗硫酸盐腐蚀、抗渗性、抗碳化、抗碱—集料反应等。
3 高性能混凝土概念与用途
作为一种新型的产品，顾名思义，高性能混凝土的技术含量非常高，与原有普通类型的混凝土相比，它在各个性能方面均有很大程度的提升，并且摒弃了的传统的制作工艺，采用现代化的器械与技术，围绕耐久性这一要点展开相应的设计，最终投入使用。
根据应用目标的不同，对于耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性、经济性，高性能混凝土都必须完全满足，其标志性的特点是水胶比低，而且组成材料优等，额外加入符合要求的矿物细掺料和高效外加剂。
无论国内外，对于重点工程都尤为严谨，从安全、经济的出发点考虑，耐久性都是首要考虑对象，因此，高性能混凝土应运而生，成为高质量项目的中流砥柱，在工程项目中逐渐的得到大量的使用。
3.1 设计过程
（1）无特殊要求的情况下，矿物掺合料成分的用量宜大于等于五分之一胶凝材料的总量；
（2）对于有特殊要求，如在不同的养护条件、不同设计等级的混凝土，所使用的最大水胶比和使用的总的胶凝材料用量，必须要满足规范要求；
（3）对于骨料中的碱-硅酸反应砂浆棒膨胀率，按照规范要求，不应大于10%；
（4）为了提升混凝土的耐久性，混凝土减水剂中应掺加能够满足设计、并且能够提升混凝土耐久性的高效外加剂成分；
（5）混凝土含气量作为检测指标，检测结果要符合规范要求；
3.2配合比设计
① 组成材料
对于高性能混凝土的原材选则：
水泥方面，着重于把控其碱性含量，不宜太高，否则会造成后期的开裂情况，品种只需普通硅酸盐水泥，或者硅酸盐水泥，均可；
粗骨料方面，级配与粒形是强度的保障，而目前，天然的材料便已拥有常用所需的对应指标，不需要很大投入，只需要稍加改善即可进行使用；
细骨料方面，除山砂不宜使用外，河砂或机制砂都可以作为组成材料，重点是控制细集料的级配与粒径，如果级配不良需要再加工，合格后方可允许使用，细集料中中砂优先选择，特殊条件下也可选择粗砂，但必须通过增加砂率与水泥用量来改善混凝土工作性能，另外，需要特别注意材料中淤泥、云母等杂质的含量，保证在允许范围内；
掺合矿物方面，矿渣表面积需重点控制，一般选择比表面积350～500m2 /kg的矿渣；针对粉煤灰，重点控制烧失量的检测指标，烧失量不宜过高；
对于外加剂，则选用高性能混凝土专用的高效型外加剂，该外加剂除了能够减少用水量外，还能提高抗冻性等指标，提高整体的和易性。
3.3施工配合比
工地现场根据前期设计、施工、环境以及项目所需混凝土类型、强度等情况，在对试块56天抗压强度和耐久性等进行检测，达到要求后，最终确定的配合比，即称为施工配合比。
3.4原材料选用
除了额外的矿物掺合料和高效的外加剂，高性能混凝土的材料选择与普通类型的混凝土本质上并无较大差别，但是鉴于高性能混凝土对条件的高敏感性，二者所用的材料在细节处仍然有所不同。
原材料的选用应在早期进行，开工前的准备阶段，对目标材料的场地、经济、质量进行综合考量与深入研究，权衡过后做出合理的判断和选择，此外，货源的持续供给能力要提前知晓，以免影响后期施工进程。
3.5混凝土试配
由于高性能混凝土的特殊性，需要应对各类结构部位、环境条件以及施工特性，所以过程繁琐，部分特定要求的性能试验时间较长，因此，对其的试配工作必须提前开始，以保证在施工之前能够确定使用的施工配合比，避免因完成不及时造成的工期延误，进而造成经济和资源的浪费。
制件须按照施工配合比严格执行，均匀搅拌，穿插振捣，养护时及时提供规范要求的温度、湿度等外部条件，对于混凝土内部，除制作过程外，还应在成型时，在混凝土终凝以前，对表面进行压光处理，尽量减少因表层导致的外界侵蚀，以及渗透到混凝土内部的破坏。
3.6性能要求
（1）达到要求的强度（满足设计即可），具备高抗渗能力；
（2）有良好的工作性能，对于拌合物的流动性能要求较高，混凝土成型过程中没有分层或离析的情况出现，有良好的工作性，方便装模，另外，泵送混凝土需要有良好的可泵性，自密实混凝土需要有良好的自密实性；
（3）高性能混凝土的主要优势在于使用时间，一般来说，应用的结构部位需要安全使用五十到一百年，甚至更久，有些特殊工程、特殊部位，要以耐久性为主要检测指标。
（4）体积稳定性要求良好（前期水化热较低，后期收缩变形较小）。
因此，高性能混凝土既可以显著、极限地增加结构部位的寿命，又能完美契合功能要求与施工特点，节约施工成本，兼顾质量与经济，它的优势是十分明显的，对此，我总结如下：
① 弹性模量高
高性能混凝土会有很好的稳定性，因此，抗形变能力就会显著增强，混凝土刚度大大提高；
② 耐久性好
混凝土耐久性（包括抗渗等性能指标）的提高，使实体部位更加稳固，最大程度上减少了使用期间的损坏，减少维修次数，使用良好者甚至无须重建，从而大大减少了用于结构物维修所需的人力、物力，满足使用性能的前提下，又节省了资金支出。
③ 强度高
相比于很多普通类型的混凝土，在不额外增加成本的情况下，高性能混凝土在强度会明显更高，这使得相同设计要求的结构物，其结构尺寸可以更小，材料使用可以更少，不但能够减少材料成本投入，还减少了混凝土自身重量对结构的压力，从而增加架构物的安全性，增加结果为使用寿命。
根据以上几点，可以看出，对于种类繁多的环境条件和不同的施工特性，高性能混凝土都可以很好地适配，弹性空间大，成本需求少，针对于耐久性而言，高性能混凝土是核心技术，是最为重要的一环，现代工程必不可少，是混凝土工程发展的方向。
4 混凝土耐久性的增强方法
改善混凝土的耐久性，不仅需要施工过程中的严格把关，施工前的准备工作也不容忽视，甚至更为重要。
首先，是施工技术细则的制定，完善的施工质量保证体系、健全的施工质量检验制度，以及清晰的施工质量检验方案，三者相辅相成、缺一不可，对于施工组织设计，有关于耐久性的部分，应该作为重要技术条款指出。
4.1 全过程质量管理理念
4.1.1 产品的质量管理，贯穿了生产、形成和实现的每一道程序，无论是前期的决策还是后期的使用，都应该在管理者的严格控制之下进行，细节决定成败，每一个微小的环节，都是最终呈现结果的一个影响因子，因此，串联起来，逐项管理，综合整治，才能形成完整的质量体系，将产品的质量牢牢抓在手中。
与普通类型的混凝土不同的是，虽然高性能混凝土的使用材料和施工特性并无特殊，但却对施工过程、环境条件等尤为苛刻，一个小小的因素，可能就会产生未知的影响，所以，高性能混凝土需要的不是特殊的工艺，而是更加严谨的态度，更加严格的管理。
因此，质量控制的源头是重中之重，从前期建设开始，渗透到过程的方方面面，通过全面有序的管理体系，提前排除不安全因素，让隐患无处遁形，将一切有损工程质量的条件，“扼杀在摇篮之中”。
全过程质量管理是一种综合的管理模式，是一种具有独立系统的管理理念，必须要做到全员参与，科学化、制度化管理。
4.1.2 全过程质量管理应注意以下一系列的工作:
（1）围绕思想、目标、体系、技术四个方面展开工作；
（2）植入科学、系统的指导思想；
（3）制定一个质量目标，进行界限管理；
（4）形成完整的管理链和质量体系，这是质量目标得以完成的必要条件；
（5）必须全面质量管理还是一套能够控制质量和提高质量管理技术；
（6）基础工作务必要高效完成；
（7）做好各方面的组织协调工作；
（8）重视经济效益，把技术和经济统一起来；
（9）质量成本是质量体系的经济基础；
（10）提高产品质量能带来企业和全社会的经济效益。
4.2 加强施工过程控制
根据上述的理念与措施分析，施工前，需制定控制措施如下：
（1）预应力混凝土结构施工细则；
（2）预应力混凝土连接缝施工细则；
（3）预应力混凝土质量检验方法；
（2）确保混凝土耐久性，制定相关的施工组织设计；
（3）建立健全施工质量保证体系，完善验证制度；
（4）确定原材料各项检测指标控制要求，并根据检测指标明确检验方法；
（5）根据设计文件，查找混凝土配合比设计中是否有特殊要求，根据要求，制定具体的方法、措施；
（6）依据混凝土验收标准，明确施工过程中，混凝土试件取样数量、制件方法、养护条件等做出的要求；
（7）混凝土施工过程中，混凝土搅拌、运输、浇筑、振捣及养护等工序，需制定明确的施工质量控制措施；
（8）如果存在设计和施工技术文件未明确的，需要综合评审，确定混凝土专项的检查方法、检测设备及控制标准；
（9）明确工程实体混凝土质量检验评定方法。
4.3 试验室筹建
在工程建设中，试验室的主要用途有：原材料的检验和控制、调配混凝土配合比。
试验室的设备、试验人员的能力和试验室的管理是工程质量控制和工程进度的重要影响因素，因此，筹建一个设备、相关技术人员齐全，并进行有效管理的试验室极为重要。
4.4 碱-骨料反应的控制和预防
4.4.1 概念：在水泥混凝土中，水泥里的碱性物质和骨料中含有的活性氧化硅在一定条件下会发生化学反应，产生一硅酸凝胶，过程中会有吸水现象，混凝土受到膨胀压力最终导致开裂，这个现象称为碱-骨料反应，碱-骨料反应对混凝土的影响很大，所以，对其的控制和预防十分重要。
4.4.2 反应条件
碱-骨料反应的发生在活性碱、骨料和水之中，当三者共存的时候，便有发生化学反应的可能。
4.4.3 反应类型
（1）ACR（碱碳酸盐反应）；
（2）ASR（碱硅酸反应）。
4.3.4 防止办法
（1）选择碱含量低的水泥；
（2）加入掺合料（粉煤灰等）；
（3）减少使用或不使用易发生反应的材料。
4.5 钢筋锈蚀与解决措施
4.5.1 钢筋的锈蚀
在混凝土中的钢筋，往往容易受到锈蚀，外界的因素有气候的变化等，如混凝土中存在缝隙，即使很小，内部的钢筋也会受到一定程度上的影响，另外，混凝土本身的渗透性也是影响钢筋锈蚀的重要参数，这些条件既改变了混凝土的电阻，又对于电化学腐蚀中的O2和H2O的含量造成了影响，但是这些外部因素又常常被忽视。
至于内部因素，主要为混凝土中存在的氯离子，氯离子会对钢筋表面的消极膜造成负面影响，目前行业公认的钝化条件是混凝土中Cl-/OH-＞0.6，此时的钢筋就会有锈蚀的现象出现。
一般来说，混凝土与其间钢筋的临界处还有一层固体氢氧化钙，这种片状物对消极膜具有保护的作用，从而减少混凝土中氯化物对钢筋的锈蚀。
4.5.2 防治办法
（1）提高钢筋保护层厚度；
（2）提升混凝土密实性；
（3）材料的选用（例如：使用耐腐蚀性较好的钢筋等）；
（4）钢筋表面喷涂防腐剂；
（5）必要时，可使用特种混凝土。
4.6 抗渗性
混凝土耐久性的重要检测指标，起决定性作用的是混凝土的抗渗性，如何提高抗渗性，是改善混凝土耐久性的一条至关重要的控制手段。
抗渗性的影响因素主要是混凝土内部的孔隙和构造，所以它决定了侵蚀性气、液体或水能够进入混凝土的程度和速度。在正常的施工和养护条件下，混凝土内部存在多余的水分，通过蒸发，最终形成了一些互通的毛细管道以及孔隙，进而影响了混凝土的渗透能力。
泌水现象也是管道形成的重要原因，在水泥浆中固相粒子沉淀过程中，混凝土泌水现象同时发生。水泥浆是一个分散的体系，其固体粒子的表面在有一个吸附水层的同时，还有一个扩散水层，当固体粒子达到一定的浓度，固体粒子在分子力的作用下，水膜会互相联结，从而形成一个凝聚空间结构网。
当水泥浆体达到一个确定条件，用水量适当的情况下，混凝土就会形成凝聚结构，就会将原始水泥和水体系的空间填满，这种时候泌水现象就不会产生，一般情况下，水灰比为水泥标准稠度用水量的0.876到1.65倍时，水泥浆中的溶剂化固相粒子在分子力作用下形成的凝聚结构，就会填满水泥和水体系的空间，就不会产生分层现象。
4.7 抗冻性的提升
（1）增加强度
强度的提高是高抗冻性的基础，但并非强度越高越好，在实际建设施工过程中，安全、质量、进程和经济等要综合考虑，无限制提高强度是不现实的方案，而且，混凝土会随着强度的增加，脆性越来越大，会有断裂的风险，所以针对混凝土的强度，可划定适宜的范围，以便保证抗冻能力之余，兼顾其余质量指标。
（2）减小水灰比
水灰比是混凝土性能的核心参数，即使材料相同，养护条件相同，由于水灰比的差异，仍然会造成成型后的区别，包括密实程度或者内部的结构等。
水灰比对于混凝土抗冻性有着一定的影响，若其过大，则蒸发水增多，孔隙增多，抗冻性变差，因此，在其余要求满足的同时，适当调小水灰比，则蒸发水减少，孔隙减少，抗冻性增强。
（3）减少游离水
对于结冰的游离水，可以采用添加减水剂的方式进行消除，与此同时，也可以使水泥充分水化。
或者使用合理大小的干燥沸石粉，具有较高的吸水能力，可将部分游离水转化为沸石水，防止大量的冰晶的形成，同时体积膨胀。
（4）催使水泥水化
通过掺加SiO2含量高、比表面积极大的硅粉、添加早强剂或者加热保温的方式，均可催使水泥的水化过程，以便于混凝土在短时间内形成抗冻结构，减少可冻水的含量，进而达到提高混凝土抗冻性的目的。
（5）水泥的选择
水泥的不同品种与类型，也会对混凝土的抗冻性造成一定的影响，纯熟料的硅酸盐水泥混凝土，在等条件下，通常比掺合料硅酸盐水泥抗冻性更好，尤其是火山灰质和矿渣水泥混凝土，因此，想要提高混凝土的抗冻性，水泥选用，可首先考虑硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥。
（6）降低溶液的冰点
只要在混凝土中有足够的不冻水的情况下，水泥就能继续水化，通常可采用在混凝土中加入无机盐，从而降低溶液的冰点来提高不冻水的数量，达到水泥水化条件。但是无机盐是造成钢筋锈蚀的一个主要因素，通过大量的实践证明，如果混凝土中添加过量的防冻盐，虽然提高了混凝土的抗冻性，但是很容易造成钢筋的锈蚀，从而恶化混凝土的耐久性。
（7）掺用引气剂
混凝土不是完全密实的，也是由固体、水、空隙组成，内部存在毛细孔，通过添加引气剂，可以改变混凝土内部的含气量及其气孔的大小，但只有含气量和气孔尺寸达到一定的合适数量和数值时，才能起到改善混凝土抗冻性的作用，否则可能会适得其反。
5 结束语
当前，我国的基础建设正在如火如荼的进行中，混凝土结构的耐久性直接关系到整个结构的合理寿命，为避免造成若干年后要花费巨资维修或更换过早产生劣化的混凝土结构，无谓的运营成本的增加，建议在采取各种措施确保耐久性提高的同时，尽早考虑在混凝土结构中采用以耐久性为核心的高性能混凝土。
参考文献：
[1]新型混凝土工程施工工艺（徐羽白 编著.化学工业出版社出版发行）.
[2]高性能混凝土的配制与应用（张明征 编著.中国计划出版社）.
[3]混凝土材料实用指南（徐定华 冯文元 编著.中国建材工业出版社）.
[4]《混凝土结构设计规范》.GB50010-2010.
[5]《公路桥涵施工技术规范》.JTG/T 3650-2020.