前言
混凝土是现代建筑常用的建造材料，具有抗压强度高、成本低等显著优点，但是随着建筑物服役年限的增加，混凝土耐久性不足的问题越来越凸显出来。由于混凝土耐久性不足，每年世界各国都要投入大量的财力、物力进行养护维修。混凝土结构耐久性不足的养护维修费用，业内常用美国学者提出的“五倍规律”进行形象说明，即无谓地减少用于提高混凝土结构耐久性的费用1美元，后期就要多增加5美元来进行混凝土结构的养护维修，并且随着病害的加剧，维修费用呈现指数增长趋势。
采用高性能混凝土是提高混凝土结构耐久性的有效手段。本试验重点研究了高性能混凝土的抗冻性、抗渗性、抗碳化能力等耐久性指标，并提出了提高高性能混凝土耐久性的常用技术措施。
1 高性能混凝土耐久性
1.1 抗冻性
混凝土抗冻性是指水分饱和状态下的混凝土，经历一定次数的冻融循环作用后，仍然可以保持其强度和外观完整性的能力。在天气寒冷的地区，冻融循环作用是引起钢筋混凝土结构发生破坏的常见诱因之一。把抗冻性作为混凝土耐久性的一项重要指标，是因为它间接体现了混凝土抵抗周围环境水分侵入和承受冰晶压力的能力，研究高性能混凝土耐久性的一项重要内容就是研究其抗冻性。
按照我国相关规范规定，选用棱柱体作为标准试件，运用快速冻融方法[1]，研究C50普通混凝土与C80、C100高性能混凝土之间的抗冻性差异，试验结果见表1。
从表1可以看出，高性能混凝土的抗冻性明显好于普通混凝土，这主要是因为高性能混凝土通常采用较低的水胶比并添加矿物掺和料，从而使得混凝土内贯通的毛细孔减少，混凝土密实性大大提高。
1.2 抗渗性
在使用过程中，混凝土结构通常会接触到周围环境中的水分、空气和其他侵蚀性物质，这些物质进入到混凝土内部，导致混凝土发生物理反应甚至是化学反应，使得混凝土结构的性能特别是力学性能受到影响。混凝土抵抗其他物质渗入的能力称为抗渗性，抗渗性差的混凝土，往往容易受到周围环境中物质的侵蚀，导致耐久性不良，因此抗渗性是混凝土耐久性的一项重要指标。
对于普通混凝土抗渗性的试验，《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082-2009）中作了具体的规定：普通混凝土抗渗性可采用抗氯离子渗透试验和抗水渗透试验进行测试。
高性能混凝土由于其密实性高，水分很难渗入，因此采用抗水渗透的试验方法往往是不可行的。为此，中国建筑标准化协会批准的《高性能混凝土应用技术规程》（CECS207：2006）建议采用抗氯离子渗透试验来评定高性能混凝土的抗渗性，该方法通过电通量这一指标来表征高性能混凝土的抗渗性。实验室选取直径10cm、高5cm的圆柱体，三个一组来进行试验。进行抗氯离子渗透试验前，试件需先在空气中放置一段时间，待试件表面干燥后，于试件侧面均匀涂覆树脂、硅胶等密封材料，最后对试件进行真空饱水处理。
自高性能混凝土概念被冯乃谦、吴中伟教授引入国内以来，众多学者对高性能混凝土的抗氯离子渗透性进行研究，本文将部分研究结果[2-5]进行了汇总，混凝土配合比设计见表2，电通量测试结果如图1所示。
从图1可以看出，高性能混凝土的电通量相对于普通混凝土的电通量要小很多；同类型混凝土，随着强度的增大，电通量减小。电通量的差异表明高性能混凝土比普通混凝土更加密实，这主要是矿物掺和料的填充效应和火山灰效应的结果，即矿物掺和料的加入使高性能混凝土的抗渗性远好于普通混凝土。同类型混凝土中，高强度等级混凝土抗渗性能好于低强度等级混凝土，这是因为高强度混凝土采用更低的水胶比，混凝土硬化后自由水含量减少，内部孔隙率低，混凝土更加密实。
1.3 抗碳化能力
混凝土碳化简单来讲，就是水泥水化的碱性产物与空气中的二氧化碳发生化学反应，使得混凝土碱性降低的现象。
对于高性能混凝土抗碳化能力的研究多聚焦于掺粉煤灰的高性能混凝土。目前，一些公开发表的文献中[6-8]有不少成果系统研究了粉煤灰掺量对高性能混凝土抗碳化能力的影响，这里借鉴文献[6]来论述粉煤灰的影响，掺粉煤灰高性能混凝土配合比见表3，不同粉煤灰掺量高性能混凝土碳化深度见表4。
从表4可以看出，掺粉煤灰的高性能混凝土的碳化深度随着时间的延续在不断加大，但前期增长较快，后期增长缓慢，这主要是因为前期碳化生成的不溶性碳酸钙等产物改善了混凝土内部孔隙，堵塞了部分二氧化碳扩散通道。粉煤灰的掺入，导致高性能混凝土抗碳化能力减弱，尽管粉煤灰发挥其填充作用可使得高性能混凝土内部更加密实，但是粉煤灰的火山灰效应使得粉煤灰中的铝硅玻璃体与水泥水化产物Ca(OH)2等碱性物质发生化学反应，生成水化铝酸钙和水化硅酸钙，从而使得混凝土的碱性降低，抗碳化能力减弱。粉煤灰的填充效应和火山灰效应，在高性能混凝土抗碳化中，以后者的作用效果为主。
2提高高性能混凝土耐久性的常用技术方法
2.1 添加阻锈剂
阻锈剂通过影响钢筋锈蚀的电化学反应过程起到保护钢筋的作用。一方面可提高钢筋锈蚀临界值，延迟发生钢筋锈蚀的时间；另一方面可减缓钢筋发生电化学反应的反应速率。目前在混凝土结构工程中常用的阻锈剂有阴极型阻锈剂、阳极型阻锈剂、吸附型阻锈剂和复合型阻锈剂等[9]。
添加阻锈剂是沿海混凝土结构常用的增强混凝土耐久性措施，但是这种方法也有一些不尽如人意的地方。通常添加的阻锈剂的量比较大，掺量不足往往不起效果，还会有反作用。不少阻锈剂对混凝土结构有不同程度的副作用，因此，添加阻锈剂的方法只能作为增强高性能混凝土结构耐久性的辅助措施。
2.2 对钢筋进行涂层
通过对钢筋表面涂层将钢筋与腐蚀介质隔离开来从而防止钢筋锈蚀，以增强高性能混凝土结构的耐久性。目前常用的钢筋涂层法有环氧涂层和含锌涂层两种。环氧涂层仅有隔离作用而含锌涂层除了隔离作用外，在涂层破坏时还可起到阴极保护作用。钢筋涂层需保证涂层的完整性，涂层一旦出现破损，其保护作用就不复存在，还会加速钢筋锈蚀。施工过程中必须确保涂层不会出现破损，否则会给施工造成了很大的难度。采用涂层钢筋不仅增加结构工程的材料成本，同时施工成本也大大增加。
2.3 对高性能混凝土涂装涂层
该方法通过在高性能混凝土表面涂覆防护涂料，将整个钢筋混凝土结构与周围侵蚀介质隔离开来，从而提高高性能混凝土结构的耐久性。涂层阻止了有害介质向混凝土结构的扩散，从源头上切断了引起钢筋混凝土结构耐久性不良的诱因。目前常用混凝土涂层材料有环氧树脂、硅烷、聚氨酯、水泥砂浆、石膏等。混凝土表面涂装涂层在应用中的最大的不足是涂层材料本身耐久性差，不能长时间对高性能混凝土结构起到保护作用。
2.4 电化学防护法
该方法运用电化学相关理论，通过牺牲阳极或外加电流的方式来防止钢筋发生锈蚀，提高高性能混凝土结构的耐久性。钢筋锈蚀是铁失去电子被氧化的过程，无论牺牲阳极还是外加电流方法的原理都在于阻止铁元素被氧化。
牺牲阳极的原理在于通过将钢筋与比其更活泼的金属相连接后比铁更活泼的金属更容易失去电子被氧化，从而阻止钢筋被氧化，增强高性能混凝土结构的耐久性。该方法的优点是不需要外加电源和经常性维护，施工方便；不足之处在于提供的电流较小，对电阻率较大的混凝土结构作用有限。
外加电流法是通过外加电路向钢筋提供电子来保护钢筋免受氧化，从而增强高性能混凝土结构耐久性的方法。该方法在工程中应用较多，我国辽河特大桥就采用了该方法来提高钢筋混凝土结构的耐久性。外加电流法的不足之处在于成本明显偏高。
结论
高性能混凝土由于水胶比较低，硬化后混凝土结构更加密实，在抗冻性、抗渗性等耐久性指标方面明显优于普通混凝土，但是抗碳化能力有所下降。采用高性能混凝土是解决钢筋混凝土结构耐久性不足的有效手段。针对当前钢筋混凝土结构耐久性不足的现状，通过添加阻锈剂、对钢筋进行涂层、对高性能混凝土涂装涂层、电化学防护法等方法可进一步提高高性能混凝土的耐久性。
参考文献：
[1]冷发光，丁威，韦庆东等.C60~C100高强高性能混凝土的试验研究[J].建筑结构,2011,41(11): 155 - 158.
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[8] 秦鸿根,潘钢华,孙伟等.掺粉煤灰高性能混凝土耐久性研究[J].混凝土与水泥制品,2000, (05):11-15.
[9] 霍艳华.锈蚀钢筋混凝土简支梁受剪承载力研究[D].南昌:南昌大学,2007.
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