对混凝土结构的耐久性的思考：过去、现在与未来

我不想详尽地介绍影响耐久性的因素，也不想摆出各种外部与内部因素，因为这是一篇介绍性的文章，不涉及具体的技术。我认为重要的问题在于认识到不同的因素可能会以超叠的方式起作用。加之，混凝土的劣化很少是由于一个单独的原因所引起，混凝土是一种有耐力的材料，尽管某些条件不利，仍可以表现得令人满意，但若又增加一些不利条件，也可能就要产生劣化。所以我们理所当然地要尽可能好地制备混凝土。特别是当我们要考虑尽量减小侵蚀性介质易于渗入混凝土的问题。当侵蚀性介质是以溶液形式侵蚀时，混凝土受液体的侵入性（penetrability）是最重要的。我用“侵入性”这个术语来概括液体进入混凝土的不同机理。包括：渗透性——压差，通常是水头，作用下的流动；扩散——浓度梯度引起的传输；吸附作用——开口的毛细孔迁移。

2. 过去对耐久性的看法

在有点太长的引言之后，来说说过去对耐久性的看法。我早在1963年出版的“混凝土的性质”那本书第一版里所说是个很好的例子。我讨论了不同的劣化作用，但给人的印象是：在设计阶段，不需要考虑耐久性。书中的拌和物设计方法图里，化学侵蚀影响水泥类型的选择，但不直接影响水灰比选择。

虽然在我的书里讨论了某些特殊形式的侵蚀，我写道：通常制备优质的硬化混凝土首先要求满意的抗压强度。目的不仅在于保证混凝土具有规定的承受抗压荷载能力，并且许多其它所要求的性质是和高强度相伴的。这就是那本书出第一版6年后我所持的观点。1969年，在英国建筑钢筋混凝土实用规范（CP 114）中明确地说：“暴露越严酷，要求混凝土的质量越高”。

我那本书第二版问世于1973年，要好一点。我写道：“合理强度、适当浇注的混凝土，在一般条件下是耐久的。当高强度不必要，而高耐久性很重要时，耐久性要求将决定水灰比。这里没有什么不对，但是仍然会给人以强度与耐久性是相伴而行的印象。这多半与1970年左右波特兰水泥的情况相符。不久，现代水泥厂的生产改变了，对耐久性产生了不良影响。

在谈论这个问题之前，想强调刚才引用的第二版里所述的工作。我所说：“合适地浇注”，显然任何接触过混凝土浇注的人都知道：尽可能地充分捣实是必要的。如果按规定水灰比拌制的一罐混凝土运到现场时已过于干稠，用现行工艺不能够捣实，有必要再加些水，那么它虽然工作度合适了，再坚持原来限定的水灰比，以获得低毛细孔孔隙率可就没用了，现场生产的混凝土要出现大孔隙。如果我们是这样做的，那么理论上硬化水泥石侵入性很低，但实际却有大孔为侵蚀性流体提供易于通过的通道。显然，如果拌和物的工作度与捣实设备和人力不匹配，就需要重新设计拌和物。

在第三版，出版于1981年，我没有多点进展，但不久就意识到：现代水泥性质变化对强度发展，以及对硬化水泥石微结构带来的影响，这是控制混凝土侵入性的控制因素，因此也是一定条件下混凝土耐久性的控制因素。我愿意就此再展开谈谈。

在1985年，我对70年代浇注的混凝土比老混凝土更易于受碳化影响这个问题作了评论，用“新”水泥制备的混凝土的渗透性也比较大。当然，根据水泥厂商的介绍，新水泥强度更高，好像新水泥产品更好，依我的观点，事实肯定不是这样，至少不会如此，是因为工程师没有充分了解这一变化。让我详细说说。

在习惯上，而且通常依然如此，是用标准28d试件强度来限定混凝土拌和物。在1960年和1980年，结构设计者规定同样的28d强度，他们的印象是这样得到的混凝土就完全一样。不合时尚的指令性拌和物设计规程是不经济的，确实如此，代替它的性能规程提供了证据：告诉预拌混凝土供应商你要求的28d强度，而拌和物设计就由他们了。

所以，28d强度没有变，但拌和物的组分变了。为什么？ 答案是现代水泥的性质变了。不是所有国家的所有水泥厂都一下子变的，所以想搞清楚发生了什么变化更是困难。首先，水泥磨得更细了，所以水化更快了，在早期更快达到规定的强度。更重要的是，水泥的化学组成改变了，硅酸三钙多多了，而硅酸二钙少了。这又使得水化和强度发展进一步加速。尤其是这使得28d强度更高，后期强度却明显降低了。可以用两根强度-龄期曲线来描述这一结果：一是新水泥，一是老水泥，在28d他们通过同一点，当然也都通过原点。但是老水泥较慢到达28d强度值，而后发展幅度较大，可能1年龄期还要增长25～30％；而新水泥早期增长迅速，28d后趋平，增长很小（见图1）。

图1 相同28天强度的水泥强度发展

新水泥的曲线形状可以用增大水灰比来改变，仍然达到28d强度，对预拌混凝土供应商，这意味着可以用较低的单方水泥用量，省下钱来，同时仍能满足规定的28d强度。

这对耐久性有什么显著意义？水灰比较高，硬化水泥石有更多的毛细孔，以及更为连通的孔系。所以，侵入性更大，侵蚀性介质更易于进入混凝土。

上述这种变化没有引起了解内情的人的关注，没有人受责备。水泥生产商改进了燃烧设备，通常增加了窑炉的产率；预拌混凝土供应商增加了利润，或者降低了生产满足强度要求的单方混凝土成本。所以事情在继续。所有这些会发生，是因为大多数国家的水泥没有硅酸三钙和细度的上限。事实上，过细很少成为问题是因为细磨熟料的高成本使水泥厂不会去生产过细的水泥。

还要说到另一加快强度发展的动力，来源于提早拆除模板所需要的最低强度。而该强度达到得越早，模板对混凝土保水的作用就越早停止，除非进行湿养护或喷洒养护剂，但这在立面很少进行，因此混凝土表面更多孔、更不耐久。而正是这部分混凝土可能暴露到侵蚀性介质环境中。此外，承包商喜欢新水泥，因为它能加快施工进度。

3. 现在的耐久性观点

按照定义，现在是短暂的，1天或一个月后，现在就成为过去了。这篇文章发表时，将来就成为现在了。所以，如标题所示的过去、现在和将来没有明确的界限，。然而，可以说，现在一定强度混凝土的耐久性不如以前的了。

有人可能会争辩：我们可以指定一个比设计所要求的低一些的水灰比，来补救这种情况。然而，如果我们这样做，就不能在相同时间都达到设计者所要求的强度水平。我这样说的原因是预拌混凝土供应商面对规范中两个不一致条款的困惑：相对低的强度和与其不相关的低水灰比。这样一对规定值的实际上的结果是：强度按28天破型的标准试验试件例行公事地检测，所以预拌混凝土供应商知道他不得把混凝土做的强度太低。另一方面，一旦原材料投入搅拌机，水灰比就不能确知了。所以有一种不大注意水灰比最大值的倾向。随之，如果我们确实想规定一个水灰比最大值，我们就应当确定一个相应的强度值，尽管结构设计者并不要求这个强度。但是，当然，如果我们确定一个高度强度值，则再确定水灰比就没有意义了。而且，

在第四版里，我谈到：“有些情况下，耐久性极为重要”。接着说：混凝土结构在许多暴露条件下，强度和耐久性两者在设计阶段都必须清楚考虑到。强调两者意味着：过于强调强度被过于强调耐久性所代替也是错误的。

4. 未来耐久性的改善

依我的观点，前面叙述适当地选择混凝土的组分，以及高质量的结构混凝土告诉我们所需要知道的就是为了保证在未来耐久的混凝土。材料主要就意味着胶凝材料，因为通常是硬化的水泥石承受劣化。即使在骨料、钢筋也涉及劣化的情况，仍然是硬化水泥浆使侵蚀性介质、离子或二氧化碳从外部传输进入混凝土体内。在没有外部介质卷入时，例如碱-骨料反应中，水对反应的产生是重要的，如果混凝土很干燥，没有水能从外部进入混凝土体，碱-骨料反应就不会继续产生。所以正是混凝土的低渗透性是减小破坏性化学反应产生的关键。

然而我还想强调前面所选择的术语：“高质量的结构混凝土”，在实验室里制备质量好的混凝土完全不费力：环境温度适宜、称量准确、拌和设备良好、压实仔细、养护在可以控制的湿度条件下进行。

在工地就不同了，无须详细介绍现场工人面临中的种种困难。与工厂里的工人不同，他们每几个月要搬迁到另一个新工地。不知道是工作条件的限制，还是历史的原因，他们没有受过良好的培训，与在工厂的工人不同。如果他们不清楚为什么不要在模板里水平移动混凝土，因为会引起离析；如果不理解往混凝土里多加点水是为了使其易于压实；如果他们不知道用锤敲击钢筋调整位置带来的结果；如果他们不站在无支撑的钢筋上让它移位等等，那么他们为什么还要做得更好些？此外，他知道：一旦混凝土浇注完，漏洞就被掩盖了。

在许多国家里，没有公认混凝土工需要培训、考试和认证。通常认为任何站在那里无事干的人都能直接就去浇注或捣实混凝土。我谈这些的目的是今后我们要适当限制从事混凝土浇注的个人，我承认这不可能很快就做到，但是我们要在这个方向上努力而不拖延。一个办法是纳入合同条件，例如任何一群混凝土工，至少要有一个经认证合格的；否则承包商有责任进行罚款。一年之后，可以要求至少1/3的工人具有合格证书；逐渐消除没有合格证的混凝土工，如同没有不合格的焊接工人一样。

这样培训混凝土工的改善，使得能够采用正确的浇注方法、捣实技术、抹面操作、以及养护工作。依我的经验，要获得耐久的混凝土要求所有混凝土工接近完美地操作，这听起来不像高技术建议；但什么才是应用高技术方法呢？是拌和物配合比设计吗，如果一种完美的拌和物没有捣实，实际结构物的混凝土会不会满是蜂窝麻面？答案很清楚。

5. 保养

保养没有包括在文章的题目里，然而它对混凝土继续满足耐久性需要是很重要的。在过去，混凝土的支持者，特别是水泥厂商以混凝土不需要保养而自豪，不像钢材需要不断涂刷油漆。至少在1969年，英国建筑用钢筋混凝土规范CP 114还写道：遵循本规范施工的密实混凝土没必要进行结构保养。

我们现在知道这不真实，而且永远也不会成为事实。正确的保养与防护性的保养两者都是必要的。这对某些人也许难以接受，但事实上任何建筑材料，以及所有天然材料，都会受到潮湿作用和温度变化作用而劣化。

6. 结论

概括起来，本文的中心意思是：应用适当的组分，包括胶凝材料和外加剂，采取良好的操作，从配料、拌和、运输、浇注、捣实、抹面直至养护。我们不能保证获得需要的强度就获得足够的耐久性；同样，也不能保证有了足够的耐久性也就有足够的强度。强度与耐久性是混凝土的两个方面，哪个也不能担保另一个。

有人会责怪我没有提供一个使混凝土具备适当耐久性的配方，本文没有打算提供具体的方案，而是提醒你们过去、现今与以后对耐久性的考虑。这不是给出配方使混凝土在不同暴露条件下都耐久。一旦我们建立起制备耐久混凝土的原则，适当的方法并不难建立：第一步就是阅读混凝土性质的第四版。

摘译自Adam Neville. Consideration of durability of concrete structures: Past, present, and future. 《Materials and Structures March》 2001.pp 114-118.返回搜狐，查看更多