前言
國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范對(duì)建筑設(shè)計(jì)提出的要求是適用，經(jīng)濟(jì)，安全，美觀，但對(duì)經(jīng)濟(jì)性的評(píng)估往往只是注重考慮建設(shè)成本，而對(duì)于后期的養(yǎng)護(hù)，維修及耐久等的長期綜合成本缺乏考慮。而結(jié)構(gòu)在整個(gè)生命周期中比較重要的卻恰恰是使用時(shí)的性能表現(xiàn)；重視結(jié)構(gòu)的建造而不重視結(jié)構(gòu)的維護(hù)，對(duì)于建筑物的壽命及后期的正常使用影響很大，這樣的例子在我國乃至世界各國屢見不鮮。
美國：據(jù)美國一項(xiàng)調(diào)查顯示，美國的混凝土基礎(chǔ)設(shè)施工程總價(jià)值約為6萬億美元，每年所需維修費(fèi)或重建費(fèi)約為3千億美元。美國50萬座公路橋梁中20萬座已有損壞，平均每年有150-200座橋梁部分或完全坍塌，壽命不足20年!
英國：根據(jù)1988年資料，英國全部建筑和土木工程維修費(fèi)為150億英鎊，其中混凝土工程維修費(fèi)為5億英鎊，約相當(dāng)于人民幣60～70億。
秘魯：據(jù)我國駐秘魯記者報(bào)道，許多海灣國家沿海地區(qū)大批城市建筑，橋梁等迅速破壞，原因是這些地區(qū)高溫，潮濕，晝夜溫差大和海風(fēng)帶來的高含量硫酸鹽和氯化鈉等，導(dǎo)致混凝土耐久性降低，然后導(dǎo)致?lián)p壞。
中國：我國區(qū)域遼闊，地跨溫?zé)岫В鶕?jù)南京水利科學(xué)研究院資料，華南，華東海港碼頭和浙東沿海水閘的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于鋼筋過早銹蝕，發(fā)生順筋開裂，剝落，問題相當(dāng)嚴(yán)重，相當(dāng)普遍。
近年來對(duì)北京地區(qū)的集料的考查證實(shí)了北京地區(qū)集料具有堿活性，在北京立交橋和京秦線，兗石線等鐵路橋梁均遭受明顯破壞。
當(dāng)前不少科學(xué)家均主張力求延長混凝土工程壽命，Gexwick主張主要的橋梁使用壽命應(yīng)按100～125年來設(shè)計(jì)，但實(shí)際情況卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這些要求。我國建設(shè)部于80年代的一項(xiàng)調(diào)查表明，國內(nèi)大多數(shù)工業(yè)建筑物在使用25～30年后即需大修，處于嚴(yán)酷環(huán)境下的建筑物使用壽命僅15～20年。民用建筑和公共建筑的使用環(huán)境相對(duì)較好，一般可維持50年以上。橋梁，港口等基礎(chǔ)設(shè)施工程的耐久性問題則更為嚴(yán)重，由于混凝土保護(hù)層不均勻且密實(shí)性差，許多工程尤其是露天工程，建成后幾年就出現(xiàn)鋼筋銹蝕，混凝土開裂。因此做好混凝土耐久性的防護(hù)工作已刻不容緩。有專家估計(jì)，我國"大干"基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)的高潮還可延續(xù)20年，如果忽視耐久性，迎接我們的將是"大修"20年的高潮，其耗費(fèi)將倍增于當(dāng)初這些工程施工建設(shè)時(shí)的投資!
一、影響混凝土建筑物耐久性的因素
造成混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的原因主要有以下幾個(gè)方面：
a 混凝土的凍融破壞
在負(fù)溫條件下，混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔中的水在結(jié)冰時(shí)就會(huì)產(chǎn)生9%左右的體積膨脹，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，當(dāng)這種膨脹應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就可能產(chǎn)生微細(xì)裂紋，導(dǎo)致水，潮氣滲入，并在反復(fù)凍融作用下，混凝土內(nèi)部的微細(xì)裂縫逐漸增多和擴(kuò)大，然后導(dǎo)致混凝土表面(待別是棱角處)產(chǎn)生酥松剝落，直至完全破壞。右圖為混凝土在凍融作用下，氣泡壁裂縫的電子顯微鏡下的圖片。
b混凝土碳化破壞
混凝土碳化破壞是由于混凝土內(nèi)水化產(chǎn)物Ca(OH)2與空氣中的CO2在一定濕度條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生CaCO3和水的過程。碳化作用一方面使混凝土的收縮增大，導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力而開裂，從而降低混凝土的抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。另一方面碳化作用使混凝土的堿度降低，失去混凝土強(qiáng)堿環(huán)境對(duì)鋼筋銹蝕的保護(hù)作用，導(dǎo)致鋼筋銹蝕膨脹，嚴(yán)重時(shí)，使混凝土保護(hù)層沿鋼筋縱向開裂，進(jìn)一步加速碳化和腐蝕，嚴(yán)重影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和耐久性能。右上圖為日本23國道上的Hokutoh高架橋混凝土由于碳化所造成的明顯的裂縫，寬度為0.1到0.2mm，并且漏水。
c混凝土堿骨料反應(yīng)破壞
堿-骨料反應(yīng)是指混凝土原材料中的水泥，外加劑，摻和料中所含的堿與骨料中的活性SiO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在骨料表面形成堿-硅酸凝膠，凝膠吸水后將產(chǎn)生3倍以上的體積膨脹，這種膨脹反應(yīng)的發(fā)生是在混凝土澆筑成型后若干年(數(shù)年至數(shù)十年)才開始的，將導(dǎo)致混凝土膨脹開裂而破壞。而且堿骨料反應(yīng)引起的破壞一旦發(fā)生后很難修復(fù)，有人形象地將其成為混凝土的"癌癥"。右圖就是一幅通化鐵路分局鴨園線五道江橋混凝土堿骨料反應(yīng)破壞圖片。該橋始建于1985年，是一座鋼筋混凝土簡支橋，T型梁，主橋九孔，橋長為216米；鋼筋混凝土T型梁均出現(xiàn)大量裂縫，裂縫的寬度為0.3mm左右。
d混凝土水泥石被侵蝕破壞
硅酸鹽水泥硬化后，在某些侵蝕性液體或氣體介質(zhì)中，水泥石結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸受到破壞，強(qiáng)度降低，甚至引起整個(gè)工程結(jié)構(gòu)破壞，幾種常見的侵蝕作用有：(1)溶出性侵蝕(軟水侵蝕)(2)硫酸鹽侵蝕(3)鎂鹽侵蝕(4)碳酸侵蝕(5)除冰鹽的侵蝕等，這些侵蝕發(fā)生的主要原因都與混凝土當(dāng)中的堿性物質(zhì)和混凝土的孔隙率有關(guān)，因此長期處于這些介質(zhì)當(dāng)中的混凝土橋梁極易受到損壞。右上圖為混凝土路面由于冬季長期受除冰鹽或融雪劑的侵蝕出現(xiàn)剝蝕的后果。
e混凝土的磨損性破壞
由于混凝土橋梁承受著繁重的交通樞紐任務(wù)，因此長期下來，混凝土路面表層的水泥砂漿層首先被磨損掉，進(jìn)而砂石骨料暴露于環(huán)境之外，缺少了水泥層的保護(hù)，混凝土表層的開口孔隙增加，因此很容易被外界侵蝕性介質(zhì)或冰雪凍融造成破壞。因此耐磨性是橋梁，路面混凝土的重要性能指標(biāo)之一。作為高級(jí)路面的水泥混凝土，必須具有較高的耐磨性能。
f混凝土的變形裂縫
裂縫對(duì)于混凝土耐久性的影響是較為嚴(yán)重的，但是作為一種非勻質(zhì)性材料，除外界因素(如荷載)的作用外，其自身的構(gòu)造特點(diǎn)和性能又不可避免地會(huì)出現(xiàn)裂縫，如我國著名的三峽大壩，也出現(xiàn)過裂縫。這是因?yàn)榛炷猎谀Y(jié)硬化過程和凝結(jié)硬化以后，均將產(chǎn)生一定量的體積變形，主要包括化學(xué)收縮，干濕變形，溫度變形等。這些變形特性使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形裂縫，進(jìn)而影響混凝土的耐久性。右圖為混凝土路面的干縮裂縫。
二、提高混凝土耐久性的技術(shù)途徑
通過影響混凝土耐久性的分析，發(fā)現(xiàn)無論是混凝土凍融，碳化，侵蝕，堿骨料反應(yīng)還是裂縫破壞等耐久性問題的發(fā)生，均與三個(gè)因素有著密切關(guān)系：
混凝土的孔隙率；
混凝土中堿含量；
有水介質(zhì)的存在。
因此如何減少混凝土的孔隙率，堿含量以及做好混凝土防水防腐已經(jīng)成為保證混凝土耐久性的關(guān)鍵問題，通常采取以下措施：
加入亞納米材料；
加入水溶性聚合物；
加入有機(jī)纖維；
采用高效減水劑，降低水灰比，提高混凝土的致密度；
使用加氣劑提高抗凍性；
使用特種水泥和混合材；
對(duì)堿集料反應(yīng)重點(diǎn)在于預(yù)防，采用低堿水泥和混合水泥等，控制混凝土中含堿量。
采用先進(jìn)的施工工藝，以及提高施工質(zhì)量，在一定程度上可以提高了混凝土的耐久性，但是僅局限于混凝土配比設(shè)計(jì)方案階段，即這些措施適用于混凝土澆筑之前或正在澆筑的特定階段，對(duì)于已經(jīng)澆筑的，固化成型后的混凝土則沒有涉及。如本文前面所描述的情況，對(duì)于目前已建成的橋梁混凝土構(gòu)筑物耐久性的保護(hù)已成為刻不容緩的事情，但遺憾的是目前國內(nèi)并沒有重視，并采取有效辦法加以解決。通常的做法是在混凝土出現(xiàn)嚴(yán)重破損時(shí)，用有機(jī)高分子材料進(jìn)行加固修補(bǔ)。但這種方法不能從根本上(混凝土孔隙率，混凝土中堿含量，混凝土遇水時(shí)情況)徹底根除隱患。因?yàn)橛袡C(jī)高分子材料只能對(duì)混凝土的表面加以保護(hù)，而對(duì)于影響混凝土耐久性的兩個(gè)關(guān)鍵因素，孔隙率和堿含量沒有絲毫改變。高分子材料另外一個(gè)致命缺陷在于其老化，一旦材料老化，就容易出現(xiàn)脆裂和粘結(jié)強(qiáng)度下降等問題，進(jìn)而影響混凝土的保護(hù)效果，然后只能是"新三年，舊三年，修修補(bǔ)補(bǔ)又三年"的無奈局面。其維修費(fèi)用之巨大，人力，物力之消耗是十分巨大的。
因此如何解決混凝土(建筑物，橋梁，構(gòu)筑物)的耐久性問題，是世界各國專家學(xué)者們潛心研究的問題，近些年來也被國內(nèi)材料界的專家廣泛研究討論。如美國廣泛采用滲透結(jié)晶型混凝土保護(hù)液DPS(Deep Penetrating Sealer)諸如牌美國CO-MA-SEAL 永凝液等，已從根本上解決了混凝土耐久性問題，并在大量的工程實(shí)踐中得到應(yīng)用推廣。
三、美國混凝土美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS簡介
美國CO-MA-SEAL 永凝液是由美國涂料科技國際有限公司專門研制生產(chǎn)，始于1918年。迄今已在全世界5000多個(gè)地區(qū)與城市廣泛應(yīng)用。
混凝土美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS于1995年進(jìn)入亞洲地區(qū)。香港特區(qū)的國際展覽中心，上海的東方大廈及海底隧道，中國人民銀行云南分行大樓的地下室，清華大學(xué)綜合體育館等，均為應(yīng)用美國CO-MA-SEAL 永凝液防水工程的成功典例。在北京地區(qū)應(yīng)用美國CO-MA-SEAL 永凝液的建筑有國家電力總公司電力調(diào)度中心大樓，總后醫(yī)學(xué)研究院蓄水池，西三旗新康小區(qū)，國家大劇院，安園綜合服務(wù)樓，前門釣魚臺(tái)賓館，腫瘤醫(yī)院，中關(guān)村科貿(mào)大廈等數(shù)十個(gè)國家重點(diǎn)防水工程的保護(hù)使用中，防滲效果十分理想，經(jīng)歷了近年來北京地區(qū)特大暴雨的考驗(yàn)，防屋建筑均無任何滲漏現(xiàn)象。
四、DPS的反應(yīng)機(jī)理以及對(duì)混凝土耐久性的保護(hù)作用
美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS為堿激活的化學(xué)滲透液，屬無機(jī)材料。根據(jù)美國檢測報(bào)告，混凝土內(nèi)部所含的堿量至少是表面區(qū)域的361倍，美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS能夠滲入到混凝土內(nèi)部并與堿在有水條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硅凝膠，覆蓋毛隙孔道。這層硅凝膠經(jīng)水化變成堅(jiān)固，透氣，玻璃針狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)充滿混凝土表面下的所有毛細(xì)孔隙，其生成物成為混凝土永遠(yuǎn)的一部分而不僅僅是表面的涂層。因此只要有水和堿存在的條件下，該過程就會(huì)不斷重復(fù)，直到混凝土完全被密封。因此它可以永久防水防潮，抗凍，抗?jié)B，并緩解混凝土堿骨料反應(yīng)，密封過的混凝土仍然能夠"呼吸"。
從美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS的反應(yīng)機(jī)理中發(fā)現(xiàn)，它解決了一直困擾混凝土耐久性的三個(gè)主要問題：混凝土中的孔隙率，混凝土當(dāng)中的堿含量以及混凝土在有水條件下的耐久性問題。具有十分重要的使用價(jià)值。右圖為美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS固化后的結(jié)晶物，下表為美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS的物理性能表。
混凝土美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS物理性能(滲透型)
檢測依據(jù)：JC/T1018-2006《水性滲透無機(jī)防水材料》II型 DPS
DBJ01-54-2001《界面滲透型風(fēng)扇涂料質(zhì)量檢驗(yàn)》滲透型
PH值：11±1；
外觀：無色無味；
密度：1.07±0.05；
可燃性：不可燃；
冰點(diǎn)：0 °；
沸點(diǎn)：100°；
表面張力：≤36 mN/m；
凝膠化時(shí)間：≤400分鐘；沒有初凝；
滲透深度：3厘米左右（強(qiáng)度C25的混凝土）；
抗?jié)B等級(jí)：≥ P11級(jí)；
抗壓強(qiáng)度：≥ 100%；
48小時(shí)吸水率：≤ 65%；
抗透水壓力比：≥200%；
抗凍性：20°～ - 20°，15次表面無粉化，裂紋；
耐熱性：80°，72小時(shí)，表面無粉化，裂紋；
耐堿性：飽和氫氧化鈣溶液浸泡168小時(shí)，表面無粉化，裂紋；
耐酸性：1%鹽酸溶液浸泡168小時(shí)，表面無粉化，裂紋；
鋼筋腐蝕：無腐蝕；
抗氯離子滲透性：≤1000 C；
保質(zhì)期：大于5年；
環(huán)保性：滿足 GB 18582-2001 《室內(nèi)裝修材料有害物質(zhì)限量》標(biāo)準(zhǔn)。
五、 美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS的性能特點(diǎn)
混凝土美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS為無色透明液體，無味，無毒，不燃燒，貯存時(shí)期不限，易于運(yùn)輸，無保存環(huán)境溫度限制。它先后通過了美國匹斯堡(Pittsburgh)檢測中心及瑞典，加拿大研究室等檢驗(yàn)，由美國農(nóng)業(yè)部和內(nèi)政部批準(zhǔn)。1960年起，美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS可以使用在全聯(lián)邦(美)內(nèi)的食品加工區(qū)域。產(chǎn)品進(jìn)入北京地區(qū)后已通過北京市建筑材料監(jiān)督檢驗(yàn)站的檢驗(yàn)和認(rèn)可。
(1)水為美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS反應(yīng)的重要載體
美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS可以在潮濕基層進(jìn)行施工，而普通防護(hù)材料都要求混凝土界面干燥。這一特性不僅降低了施工難度，而且混凝土的含水反而會(huì)為其耐久性的提高帶來一定程度的好處。
(2)環(huán)保性
美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS屬環(huán)保產(chǎn)品，對(duì)人體及環(huán)境無害，因而使用范圍很廣，美國CO-MA-SEAL 永凝液對(duì)環(huán)境無害，因而施工現(xiàn)場不受限制?？梢栽谳^小或無通風(fēng)條件下的室內(nèi)安全使用，沒有任何污染，該產(chǎn)品的美國CO-MA-SEAL 永凝液公司總裁馬亞士在北京市人民大會(huì)堂多功能廳進(jìn)行產(chǎn)品演示時(shí)，當(dāng)眾喝過美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS!
(3)施工便捷，簡化工序
溶液不必稀釋，無需配料。原液可直接使用刷，滾，涂，噴等任何一種方法施于新，舊混凝土或水泥砂漿面層，即可一次完成。特別適用于部位構(gòu)造復(fù)雜的情況。并且不受潮濕基層影響，迎水面，背水面均可施用。而且不改變原建筑外觀及顏色。施用美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS的混凝土表面，還可以為油漆或其它裝飾層提供優(yōu)良的結(jié)合條件，可以大大延長使用壽命。
(4)質(zhì)量可靠，防水壽命長
混凝土美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS有極良好的滲透性。美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS還能起到養(yǎng)護(hù)混凝土的作用，防止養(yǎng)護(hù)混凝土過程中出現(xiàn)裂縫。對(duì)于已固化后的混凝土裂縫，亦能起到修補(bǔ)作用。另外，該防水層形成后不易受損，表面無需特殊保護(hù)。
(5)優(yōu)良混凝土保護(hù)劑
混凝土美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS的滲入能減少混凝土中的含堿量，減緩水泥中的堿和集料中的堿活性礦物成份發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并在滲透過程中擠出混凝土中的多余水和其他雜質(zhì)，防止外來的有害物的侵入。因而緩解混凝土的碳化過程，減輕了混凝土的鹽堿破壞和腐蝕，因此說，美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS是混凝土的優(yōu)良保護(hù)劑，其應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)不限于防水工程范圍。尤其在混凝土路面，橋梁等工程中使用DPS后可，顯著增強(qiáng)混凝土的抗污染能力，易于容易清除冰雪，可以解決寒冷地區(qū)，處理橋面積雪噴灑大量鹽水等問題。
六、美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS的使用范圍
美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS產(chǎn)品適用于工業(yè)，民用新，舊建筑等各類混凝土墻體，地下室，廁浴間的防水及游泳池，運(yùn)動(dòng)場，道路，橋梁，機(jī)場，水壩等防水，修補(bǔ)滲漏等工程項(xiàng)目，以及混凝土保護(hù)，混凝土構(gòu)件養(yǎng)護(hù)等。
七、美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS使用工具
小型或精細(xì)作業(yè)工程，可用手持型壓縮式噴霧器。較大作業(yè)面的混凝土地面，臺(tái)座，墻體等可采用背負(fù)式噴霧器。機(jī)動(dòng)噴霧器適用于寬大作業(yè)現(xiàn)場，如隧道，運(yùn)動(dòng)場，道路，機(jī)場等。
其他輔助工具有開刀，釬子，鋼絲刷，錘子，抹布，掃把等。
八、結(jié)束語
由于美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS有滲透結(jié)晶的特性，為混凝土耐久性的保護(hù)和剛性防水提供了一條新的途徑，它從根本上解決了影響混凝土耐久性的諸多不利因素，對(duì)延長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的壽命，起到了重要作用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效果，尤其是其簡便易行的施工方法，不但便于操作，易于保證質(zhì)量，而且可以降低施工成本，對(duì)環(huán)境不造成污染，是一種真正綠色建材。如此具有諸多卓越性能的建材產(chǎn)品，相信在今后的工程使用中勢必會(huì)發(fā)揮更大的作用。
參考文獻(xiàn)
1。《預(yù)防混凝土工程堿集料反應(yīng)技術(shù)管理規(guī)定(試行)》 1999。9
2?！端嗷鶑?fù)合材料科學(xué)與技術(shù)》 閻培渝 姚燕 中國建材工業(yè)出版社1999。10
3?！痘炷敛牧峡茖W(xué)概論》 徐定華 徐敏 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社2002。7
4?！督ㄖ牧稀?霍洪媛 等 中央廣播電視大學(xué)出版社2002。3
5《建筑材料》 錢曉倩 詹樹林 金南國 浙江科學(xué)技術(shù)出版社2001。9
6" 美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS" 王澤溶 梁龍 《第八屆防水技術(shù)專業(yè)委員會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集》2004。4
7《混凝土美國CO-MA-SEAL 永凝液防水工程技術(shù)規(guī)程》
附：李紀(jì)創(chuàng)建的，百度百科：
“美國CO-MA-SEAL 永凝液”，“美國美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS”“水性滲透結(jié)晶型無機(jī)防水材料””混凝土保護(hù)劑”等。
李紀(jì)編輯并上傳的，百度文庫：
《怎么判斷美國美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS防水材料的質(zhì)量》，《美國美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS防水材料質(zhì)量的判斷》，《美國美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS防水材料的詳細(xì)介紹》，《美國美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS防水材料的施工方案》，《美國美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS防水材料對(duì)混凝土的保護(hù)》，《簡明比較美國美國CO-MA-SEAL 永凝液DPS和其他防水材料》等等。
