1 前言

　　鋼—混凝土組合結構是在鋼結構和鋼筋混凝土結構基礎上發展起來的一種新型結構，它通過某種方式將鋼和混凝土有效的結合起來，充分利用鋼材的抗拉性能和混凝土的抗壓性能。作為組合結構體系中重要橫向承重構件的鋼-混凝土組合梁在建筑結構及橋梁結構等領域具有廣闊的應用前景。隨著我國房建及橋梁的發展， 鋼—混凝土組合結構在房建及橋梁中得到越來越多的應用。本文將詳細分析影響組合結構耐久性的主要因素，揭示其退化機理，并提出提高鋼-混凝土組合梁耐久性的方法及措施。

　　2 影響耐久性因素及退化機理

　　組合結構的耐久性問題十分復雜，不僅環境作用本身多變，帶有很大的不確定與不確知性，而且結構材料在環境作用下的劣化機理也有諸多問題有待闡明。從混凝土、鋼筋、抗剪連接件(主要采用栓釘)、鋼梁這些材料的物理、化學性質及幾何尺寸的變化，導致組合結構的混凝土破壞和鋼材的銹蝕，重要的是導致上部混凝土與下部鋼梁的界面破壞，使它們之間的界面滑移變大，粘結力變小，混凝土與鋼梁不能很好的共同工作，而且在界面處產生很多裂縫，從而提供了有害物質的侵入，加速構件的破壞，繼而引起鋼-混凝土組合梁承載力衰減，最終會影響整個結構的安全。

　　影響組合梁耐久性因素及退化機理主要是因為溫度、濕度的變化以及二氧化碳、氧、鹽、酸等環境因素對材料及結構的作用，從而導致鋼-混凝土組合梁結構出現了耐久性病害。

　　2.1 氯化物

　　氯離子是鋼-混凝土組合梁結構在使用壽命期間可能遇到的最危險的侵蝕介質，容易造成鋼筋、栓釘及鋼梁銹蝕，導致結構較早損壞。

　　組合梁結構中氯離子的來源通常有兩種途徑：其一是“混入”，如摻有含氯離子的外加劉、使用海砂、施工用水含氯離子、在含鹽環境中拌制澆注混凝土等;其二是“滲入”，環境中的氯離子鹽，如撒化冰鹽、海洋環境等，通過混凝上的宏觀、微觀缺陷，滲入到混凝土中并達到鋼筋表面以及通過混凝土和鋼梁的界面滲入其中對混凝土和栓釘腐蝕。

　　氯離子是極強的去鈍化劑，當氯離子吸附于鋼筋和栓釘表面的鈍化膜處時，可使該處的pH值迅速降低。微觀測試表明，氯離子的局部酸化作用，可使鋼筋和栓釘表面的pH值降低到4以下，從而破壞鋼筋和栓釘表面的鈍化膜。氯離子導致的鋼筋和栓釘銹蝕是一個很復雜的電化學過程，這個過程可比作電池反應。一般認為，混凝土順筋開裂的臨界銹蝕量與混凝土抗拉強度、混凝土保護層厚度及鋼筋直徑有關。同時栓釘也會銹蝕，栓釘傳遞剪力的作用就會降低，鋼梁與混凝土的組合作用就會弱化，甚至使組合梁破壞;另一方面，鋼梁和栓釘銹蝕后，其銹蝕產物比原來的體積增大幾倍，銹蝕物的體積膨脹使周圍的混凝土受拉，這就可能使混凝土板開裂，并且加速了氯離子等其他腐蝕物質的侵入。

　　2.2混凝土碳化

　　一般環境下鋼-混凝土組合梁結構的耐久性影響因素主要包括溫度及濕度的變化和二氧化碳的碳化，其中二氧化碳的碳化又起主導作用。當只考慮溫度及濕度變化的影響時，二氧化碳氣體的擴散速度和碳化反應受溫度影響較大,溫度升高擴散速度加快,碳化速度也加快。試驗表明,濃度10%、相對濕度80%條件下,40℃時的碳化速度是20℃時的2倍。而環境濕度的變化決定著混凝土孔隙水飽和度的大小,濕度較小時,混凝土處于較為干燥或含水率較低的狀態,雖然氣體的擴散速度較快,但由于碳化反應所需水分不足,故碳化速度較慢;濕度較高時,混凝土的含水率較高,阻礙了氣體在混凝土中的擴散,故碳化速度也較慢。在高溫及長期潮濕或接觸水的環境條件下，那么鋼-混凝土組合梁結構的耐久性設計就應考慮混凝土可能發生的堿-骨料反應、鈣礬石延遲反應和軟水對混凝土的溶蝕，鋼筋過早銹蝕，栓釘及鋼梁過快銹蝕、變形，導致承載力下降，在設計中應采取相應的措施。

　　混凝土的碳化造成組合梁結構從新建到最終失效破壞，過程包括: 混凝土中的鋼筋及栓釘失去堿性環境的保護;有害物質進入混凝土內腐蝕鋼筋及栓釘，導致鋼筋及栓釘發生銹蝕;混凝土保護層開始出現順筋裂縫，栓釘承載力下降;裂縫寬度達到不容許值或混凝土保護層銹脹剝落或栓釘破壞等四個階段.

　　當鋼筋和栓釘失去堿性環境保護后，腐蝕物質侵入組合梁內部，使鋼筋銹蝕, 根據試驗可知，鋼-混凝土組合梁的破壞特征與正常構件也有點區別。銹蝕的組合梁在鋼筋屈服前, 受力較高的明顯的受力裂縫, 這時鋼筋已經屈服,構件即將處于破壞狀態。對于鋼梁和埋在混凝土中栓釘的腐蝕，會使栓釘的抗剪能力減弱或因為鐵銹的膨脹而產生掀起現象，導致鋼梁與混凝土的組合作用弱化，甚至使組合梁破壞。組合梁結構一旦出現栓釘界面工作性能的劣化，將很難修復，而且修復效果也不好。大量的修建、拆除和重建將會給我國國民經濟帶來巨大的損失。因此，有必要開展鋼—混凝土組合梁在各種有害物質侵蝕下的耐久性的研究工作，研究其損傷特點和損傷規律，進行壽命預測和找到提高耐久性的措施，以適應社會發展要求，保證國民經濟發展和減少經濟損失。

　　2.3 化學腐蝕

　　化學腐蝕包括各種酸、堿、鹽,各種無機物和各種有機化學介質的腐蝕。常見腐蝕性化學物質，包括土中和地表、地下水中的硫酸鹽和酸類等物質以及大氣中的鹽分、硫化物、氮氧化合物等污染物質。這些物質對組合梁結構的腐蝕主要是化學腐蝕，但鹽類侵入組合梁也有可能產生鹽結晶的物理腐蝕，如對混凝土產生結晶。本小節的化學腐蝕環境不包括氯化物。

　　硫酸鹽對組合梁結構中的混凝土的化學腐蝕是兩種化學反應的結果：一是與混凝土中的水化鋁酸鈣起反應形成硫鋁酸鈣即鈣礬石;二是與混凝土中氫氧化鈣結合形成硫酸鈣(石膏)，兩種反應均會造成體積膨脹，使混凝土開裂。

　　硫酸鹽對組合梁結構中的鋼梁的化學腐蝕，是由于我國的酸雨屬于硫酸型，降水中硫酸根離子是陰離子的主要成分。所以酸雨中硫酸根離子能明顯加快鋼梁的銹蝕速度，在鋼梁表面水膜中形成腐蝕電池， 陽極處于強酸性環境中， 致使Fe的氫氧化物不斷析出，而增大Fe溶解腐蝕， 酸雨的酸性愈強， 反應愈快，腐蝕產物愈多，腐蝕越嚴重。試驗研究表明，二氧化硫和二氧化氮對鋼和鐵的大氣腐蝕存在協同作用，雖然這種協同作用的機理仍然不十分清楚。但鐵或鋼的腐蝕速度加快的簡單原因可能是，二氧化氮溶于水后生成的硝酸使電解質酸性增加，從而加速了鐵或鋼的腐蝕。

　　試驗表明，硫酸鹽的腐蝕對組合梁的鋼梁與混凝土板交界面之間的相對滑移有一定的影響，在侵蝕的早期，隨著侵蝕時間的增長，組合梁的抗滑移能力提高。沿梁縱向的最大滑移并不是總是發生在梁端，而是隨著荷載的增加，位置發生改變，由梁端處向內移至剪跨段，并且隨硫酸根離子腐蝕的時間的增長而提前發生。所以，硫酸鹽對鋼-混凝土組合梁結構的腐蝕是對混凝土板的侵蝕破壞為主，而對鋼梁的侵蝕是一個漫長的過程。

　　3 結論

　　本文從氯化物、混凝土碳化、化學腐蝕3個方面論述了鋼-混凝土組合梁的耐久性影響因素及退化機理。可以看出，大部分情況下，組合梁的性能劣化不是直接由力學因素引起的，而是各種環境因素及材料內部因素物理、化學作用的結果。就目前情況來看，相關組合結構的耐久性問題的研究還不成熟，還有很多地方需要在今后的研究中逐步完善。

　　參考文獻

　　[1] 丁曉玲,何玉紅.銹蝕鋼筋混凝土結構耐久性的分析.內江科技. 2008, 9, 51

　　[2] 張譽,蔣利學,張偉平,屈文俊.混凝土結構耐久性概論.上海:上海科學技術出版社,2003