混凝土是一种由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常用水泥和矿物掺合料作胶凝材料，砂、石作集料，与水和外加剂按一定比例配合，经搅拌而得的混凝土拌合物。它广泛应用于土木工程，是为混凝土结构物提供强度的主要材料。从混凝土应用于土木工程至今约有 150 年的历史，中国的混凝土行业在20 世纪 70 年代开始蓬勃发展。1978 年，常州建筑工程材料公司因陋就简，用翻斗车运送混凝土，走街窜巷，把厂拌混凝土推向了建筑市场，开创了中国混凝土商品化的先河。随着混凝土的商品化和基础设施建设的迅猛发展，商品混凝土得到了快速推广，广泛应用于住宅、道路、桥梁、隧道、港口、机场等工程。混凝土的性能指标不再仅限于强度的要求，更需要满足超高层、大跨度、高压抗渗、高温冷冻等特殊环境下的长期耐久性能。
混凝土长期耐久性，指的是混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力。我国商品混凝土经过 40 多年的发展，混凝土材料的性能研究逐步深入，生产技术及混凝土质量都得到了提高，但对混凝土结构的长期耐久性能研究还存在不足。笔者认为，首先，混凝土材料的应用历史较短，人类对混凝土的微观结构、理化反应、力学性能的认识还不够透彻。其次，国内外对于混凝土结构的设计使用寿命不尽相同，无法定义“长期耐久性”的“长期”到底是多长多久，长期耐久性没有固定的时间标准。再次，混凝土长期耐久性能的研究是一个系统的、长期性的研究课题，需要几代人、跨学科的持续研究和验证。我国住宅设计使用寿命一般为 50 年，桥梁或纪念性建筑的设计使用寿命在100 年左右。如我国的“超级工程”港珠澳大桥的设计使用寿命为 120 年。如何做到在 120 年后去验证大桥的耐久性能将是个跨世纪的难题。
目前，针对混凝土长期耐久性能的检测都基于“加速模拟实验”的单项试验推测，忽略了混凝土结构在使用过程中的长期理化反应、微观结构及受力状态的变化。其结论是否能反映混凝土结构在未来的使用环境中的实际状态，相符度如何？无法确定。笔者认为，研究混凝土的长期耐久性能应从保持混凝土的各项功能特性不消失、不减弱为出发点，包括混凝土的力学性能、抗裂性、抗渗性、耐高温、抗冻性、抗碳化性能、抗化学侵蚀等性能长期正常。笔者在从业十多年的工作中，遇见因混凝土耐久性能差导致结构破坏的多为以下几种情况：
（1）混凝土路面未达到设计使用年限，出现表面磨损或开裂断板破坏。这类破坏多因于路面结构设计抗力的不够，路基施工质量差，超载使用所致，与混凝土耐久性能的关联不大。
（2）暴露在空气中的混凝结构出现开裂，并沿开裂处不断扩大的情况，多出现在桥梁类的工程中。桥梁中的墩、柱、梁、板等结构一般不做抹灰，直接暴露于大气。水泥石中的 Ca(OH)2 与大气中的 CO2 经过长年的碳化反应，由表及里向混凝土内部逐渐扩散。碳化引起水泥石化学组成及结构的变化，从而对混凝土的化学性能和物理力学性能产生影响。碳化虽然使混凝土的抗压强度增长，但是由于混凝土的碳化收缩对核心形成压力，而表面碳化层产生拉应力，会导致微细裂缝的产生。长年累月，混凝土表面薄弱处出现裂缝。裂缝在荷载的作用下不断扩大延伸，出现混凝土的耐久性破坏。
（3）沿海及盐碱地区的钢筋混凝土结构出现钢筋锈蚀，发生早期破坏，如港口、码头等建筑。海洋或盐碱环境中含有大量的 Cl-，由表向里对混凝土逐渐侵蚀，破坏钢筋表面的钝化膜导致钢筋发生锈蚀。或使用含 Cl- 的砂石料，混凝土中的 Cl- 含量过高。氯离子与水泥的水化产物反应生成 CaCl2，会降低混凝土的碱度，导致对钢筋的保护能力下降发生锈蚀。混凝土中的钢筋锈蚀发生体积膨胀，出现混凝土开裂破坏。这是钢筋混凝土耐久性破坏的常见情况。
（4）楼板混凝土出现爆裂脱落破坏，常见于房屋建筑工程中。此类建筑的梁、板、墙属于薄壁结构，混凝土对内部的束缚力有限。当混凝土中所含的碱（Na2O 和 K2O）与骨料中的活性成份发生反应，生成具有吸水膨胀性的产物，在有水的条件下吸水膨胀，导致混凝土开裂破坏，即发生碱—骨料反应破坏。混凝土原材料中混入石灰、钢渣等颗粒，由于其水化反应很缓慢，水化产物膨胀破坏的潜伏期很长，也是造成混凝土楼板开裂脱落的常见因素。
以上所有混凝土结构的耐久性破坏，都伴随混凝土结构开裂的出现，混凝土中缓慢的化学反应、微观结构变化及所受的荷载情况是影响开裂的因素。阻止不利的化学反应，设计合理的微观结构，有效控制结构的使用荷载，提高混凝土的抗裂性能，是增强混凝土结构耐久性的基础。混凝土的碳化、碱—骨料反应、Cl- 的侵入及膨胀性的颗粒都会产生不利的化学反应，对混凝土结构造成破坏。碱—骨料反应、Cl- 的含量及膨胀性的颗粒可以通过原材料的控制很容易解决，混凝土的碳化及Cl- 的侵入是预防的重点，是关系混凝土长期耐久性能好坏的关键因素。
笔者认为，混凝土结构不应直接暴露在大气中，即便存在混凝土保护层厚度。结构设计时可以考虑在混凝土表面涂刷隔离剂或抗渗性砂浆保护层；沿海及盐碱地区适当增大混凝土中钢筋的保护层厚度；混凝土配合比设计上，保证足够的胶材用量，尽量降低水胶比，采用低砂率，提高混凝土表面的密实度。阻断 CO2 和 Cl- 的入侵通道，降低侵入的速度，增加侵入的保护层厚度是提高混凝土结构耐久性能的有效方法。同时，混凝土行业应尽早建立长期耐久性能的研究体系，通过对混凝土结构长期耐久性能的系统检测，绘制出大气环境中的混凝土碳化或 Cl- 侵蚀曲线，为混凝土长期耐久性能设计提供依据。
混凝土耐久性要求是使混凝土结构在其设计使用年限内，满足其各项功能要求，是建筑工程质量控制的重要指标。
混凝土结构耐久性要求主要跟其所处环境条件和最大裂缝宽度密不可分；其次，混凝土结构耐久性跟其原材料的质量，有紧密的联系；最后，混凝土浇筑、养护的施工质量也是混凝土结构耐久性要求的可靠保证。
环境是影响混凝土结构耐久性的外因，混凝土质量是影响混凝土结构耐久性的内因。因此，有效提高混凝土结构的耐久性就必须改善内部因素和外部因素的影响。GB 50010—2010《混凝土结构规范》和 GB/T 50476—2008《混凝土结构耐久性设计规范》根据混凝土构件所处环境对混凝土的最低强度等级、最大水胶比，混凝土保护层厚度、最大裂缝宽度，混凝土中最大氯离子含量和最大碱含量等原材料质量要求，进行了严格规定。
依据混凝土结构所处环境，GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》通过试验来检测混凝土的耐久性能。通过混凝土试件的抗冻融试验、抗水压渗透试验、碳化试验、混凝土中钢筋锈蚀试验、碱骨料反应试验等，推定混凝土结构中混凝土的老化、腐蚀，钢筋的锈蚀等不利因素对混凝土结构使用寿命的影响。
实践证明，只要控制好混凝土原材料和施工的质量要求，满足混凝土结构设计与构造，完全可以达到结构耐久性设计要求。
一般混凝土工程的使用年限约 50～100 年，不少工程在使用 10～20 年后，有的甚至使用 9 年以后，就需要维修。混凝土材料及混凝土结构的耐久性问题引起了重视。
混凝土材料的耐久性等级划分：
（1）混凝土耐久性的等级，如抗冻等级（快冻法）、抗冻强度等级（慢冻法）、抗渗等级、抗硫酸盐等级。具体如下：抗冻等级（快冻法）分为 F50、F100、F150、F200、F250、F300、F350、F400、>F400等几个等级；抗冻强度等级（慢冻法）分为 D50、D100、D150、D200、> D200 等级；抗渗等级分为P4、P6、P8、P10、P12、>P12 等几个等级；抗硫酸盐等级分为 KS30、KS60、KS90、KS120、KS150、>KS150 几个等级。这些耐久性指标多数在国内已有较长的应用历史并已体现在相关的标准中。
（2）测试结果为数值，则根据系统的试验，并参考相关的标准，以测试结果的限值来进行等级的划分，如抗氯离子渗透性能、抗碳化性能和早期抗裂性能。其中，抗氯离子渗透性能又分为两种情况：以 84d 龄期的氯离子迁移系数（RCM 法）的测试结果来表征；以电通量（28d 或 56d）的测试结果来表征。并规定：当混凝土中水泥混合材与矿物掺合料之和超过胶凝材料用量的 50% 时，测试龄期可为 56d。
上述的抗氯离子渗透性能、抗碳化性能和早期抗裂性能均按照试验结果的限值划分了五个等级，分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和来表示。从Ⅰ级到Ⅴ级，表示混凝土的耐久性能越来越高。
检验中的抽样方法和检验频率，从统计学意义上讲，标准应鼓励更多地抽取样品，开展多组试验，以获得最大可能接近真实的试验数据。
混凝土结构耐久性是指在设计确定的环境作用和维修、使用条件下，结构构件在设计使用年限内保持其适用性和安全性的能力。混凝土耐久性检验评定的项目可包括抗冻性能、抗水渗透性能、抗硫酸盐侵蚀性能、抗氯离子渗透性能、抗碳化性能和早期抗裂性能。对于混凝土结构来说，其耐久性失效过程应该包括结构的建造、使用和老化的生命全过程，其耐久性能研究也应涉及结构生命全过程的每个环节，尽管目前国内外关于混凝土的浇筑、养护、硬化等各个早龄期环节对其后期的耐久性影响规律的研究有了一定进展，但却比较零碎，混凝土结构耐久性的不足很大程度上与早龄期混凝土性能相关。陈健文在混凝土及原材料方面就耐久性的检测提出了一些测试方法：无损检测现场钢筋的混凝土保护层实际厚度；混凝土早期抗裂性测试方法；混凝土氯离子扩散系数快速测定方法；氯离子含量测定，对象包括混凝土拌合物、硬化混凝土、砂、外加剂；硫酸根离子含量测定，对象包括硬化混凝土、水、土。
1 混凝土拌合物有关指标的检测及评价
1.1 混凝土含气量与抗冻性的关系
混凝土抗冻性能在拌合物阶段的评价指标主要为拌合物含气量，按 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》第15 章进行检测，有抗冻性要求的掺引气型外加剂的混凝土含气量一般为4.5%～7.0%。经验表明，在混凝土中掺用引气型外加剂适量引气，有利于提高其抗冻性能。
1.2 混凝土拌合物氯离子含量与结构耐久性的关系
混凝土拌合物中水溶性氯离子含量的评价指标按 GB 50164—2011《混凝土质量控制标准》规定执行，按 JTJ 270—98《水运工程混凝土试验规程》规定的检测方法进行测定，可用氯离子含量快速测定仪进行快速测定或其他准确度更好的方法进行测定。由于氯离子的存在，将导致混凝土的钢筋侵蚀破坏，从而导致整个钢筋混凝土的破坏。
1.3 混凝土早期抗裂性与结构耐久性的关系
针对混凝土拌合物阶段的早期抗裂性，按 GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》第 9 章的规定，采用平板试件进行评价。试件浇筑、振实、抹平后，可结合工程对象的具体情况选定试件的养护方法和试验观察的起始与终结时间以及试验过程中的环境条件（温度、湿度、风速），从而评定混凝土包括塑性收缩、干燥收缩和自收缩影响在内的早期开裂倾向。
CCES 01—2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》（2005 年修订版）指出，耐久混凝土的原材料及配合比应在正式施工前的混凝土试配工作中，通过混凝土工作性、强度和耐久性指标的测定，并通过抗裂性能的对比试验后确定。如无条件进行混凝土开裂性能试验，可控制混凝土早期强度，要求12h 抗压强度不大于 8MPa 或 24h 不大于 12MPa，当抗裂要求较高时，宜分别不高于 6MPa 或10MPa。对目前普遍存在的水泥抗裂性较差的现象，施工过程中混凝土早期开裂值得工程技术人员试验和探讨。
2 混凝土结构的耐久性有关指标的检测及评价
根据 CECS220:2007《混凝土结构耐久性评定标准》的规定，混凝土结构耐久性检测应根据结构所处环境、结构的当前技术状况及耐久性评定所需的参数进行，包括构件的几何参数、保护层厚度、混凝土抗压强度、碳化深度、裂缝及缺陷、混凝土氯离子含量及分布情况、混凝土渗透性、钢筋锈蚀、冻融损伤、化学腐蚀等，常见评定参数有混凝土渗透性、保护层厚度、混凝土抗压强度、碳化深度、抗冻性、裂缝及缺陷等。
2.1 混凝土强度指标与结构耐久性的关系
多数混凝土耐久性指标与强度指标有一定相关性，有些耐久性试验本身就是用强度指标来表达，试验报告也需要列出对应的强度等级和实测强度数据，因此，对混凝土耐久性而言强度指标就很重要。杨钱荣、黄士元等人研究表明，对于同类型混凝土，抗压强度与渗透系数存在相关性，即抗压强度基本能反映同类型混凝土的抗渗性能。研究还发现，混凝土的氯离子渗透系数与水渗透系数存在相关性，水渗透系数越小，其氯离子渗透系数和氯离子渗透深度越小，即用混凝土的抗渗性指标可以反映出混凝土的抗氯离子渗透性能，反之，用氯离子渗透系数也可以反映混凝土的抗水渗透性能。混凝土抗水渗透性采用测定硬化混凝土在恒定水压力下的平均渗水高度或通过逐级施加水压力来测定以抗渗等级表示的混凝土抗水渗透性能。
混凝土抗压强度可采用非破损或局部破损的方法进行检测，检测方法有回弹法、钻芯法等。目前我国混凝土结构质量验收规范中，仅以抗压强度作为混凝土施工期的质量验收标准是不科学的，混凝土抗压强度合格并不能保证结构耐久性指标合格[1]。因此，混凝土抗压强度合格只是结构耐久性检验评定的前提，结构耐久性问题的关键在于其渗透性。工程实践同时也表明，混凝土抗压强度满足设计要求的前提下，抗水渗透性的薄弱环节主要体现在裂缝及缺陷，若裂缝或缺陷未作处理或处理不妥，很容易出现结构渗水现象，从而对结构的耐久性能产生不利影响。
2.2 保护层厚度与结构耐久性的关系
混凝土保护层指的是结构构件中钢筋（包括纵向钢筋、箍筋和分布钢筋）外边缘至构件表面范围用于保护钢筋的混凝土，对后张法预应力筋，为套管或孔道外边缘至构件表面的混凝土。保护层厚度对提高钢筋混凝土结构的耐久性起着至关重要的作用，采用非破损或微破损的方法检测，可采用混凝土保护层测定仪进行检测，当采用非破损时，宜用微破损方法校准。混凝土保护层厚度应满足设计及有关验收规范要求，并非越大越好，若保护层厚度过大，钢筋对混凝土的约束作用变小而易产生裂缝。
2.3 混凝土抗碳化性能与结构耐久性的关系
混凝土抗碳化性能以碳化深度表示，影响混凝土碳化性能的宏观性能因素主要为强度和渗透性，通常来说，混凝土碳化深度越小，混凝土结构的耐久性越好。在混凝土碳化初期，表面混凝土碳化生成的CaCO3 可填充水泥石的孔隙，提高密实度，对有害介质的侵入具有一定的抑制作用；但是继续碳化会使 CaCO3 变成微溶的化合物Ca(HCO3)2，溶出后孔隙率增加，从而降低混凝土抵抗化学侵蚀的能力。
2.4 氯离子含量、碳化与钢筋锈蚀的关系
徐亚丁 等人研究表明，钢筋锈蚀是指钢筋表面保护膜破坏，在氧、水分存在时，钢筋表面发生电化学腐蚀，钢筋锈蚀后，有效直径减小，直接危及混凝土结构的安全性；锈蚀生成物的体积膨胀，致使混凝土保护层顺筋开裂，使混凝土品质迅速劣化。混凝土保护层的碳化是导致钢筋锈蚀的一个重要原因，氯离子的存在是导致钢筋锈蚀的另一个重要原因。氯离子是一种极强的钢筋腐蚀因子，有试验结果显示，即使在pH 值为 12.5～13.4 的碱性环境中，氯离子浓度达到一定程度（C[Cl-]/C[OH-]＞0.1）仍能破坏钢筋的钝化膜，使其发生锈蚀。此外，氯离子的扩散能力强，能够通过渗透、毛细吸收、扩散、电迁移四种途径向混凝土内部扩散。
抗氯离子渗透试验分快速氯离子迁移系数法（RCM 法）和电通量法两种。快速氯离子迁移系数法（RCM 法）适用测定氯离子在混凝土中非稳态迁移的迁移系数来确定混凝土抗氯离子渗透性能，用混凝土抗氯离子扩散系数测定仪进行检测。电通量法适用测定以通过混凝土试件的电通量为指标来确定混凝土抗氯离子渗透性能，不适合掺亚硝酸盐和钢纤维等良导电材料的混凝土抗氯离子渗透试验。电通量法对大多数普通混凝土是适用的，而且与其他电测法有较好的相关性，但用于表面经过处理的混凝土时（如采用渗入型密封剂处理的混凝土）应谨慎分析试验结果。
2.5 外观质量缺陷与结构耐久性的关系
现浇结构外观质量缺陷有露筋、蜂窝、孔洞、夹渣、疏松、裂缝、连接部位缺陷、外形缺陷及外部缺陷等。裂缝可采用直尺、卷尺测量其长度，采用混凝土裂缝宽度深度检测仪检测其宽度、深度，同时在混凝土两侧观察裂缝是否为贯穿性裂缝。裂缝检测后应绘制成图，图纸应注明裂缝长度、走向、宽度、深度及是否贯穿等，以便采取相应处理方案进行处理。当混凝土出现其他缺陷时，根据不同缺陷类型采取相应处理方案进行处理。外观质量的严重缺陷会影响到结构性能、耐久性，对已经出现的严重缺陷，由施工单位提出处理方案，经监理单位认可后进行处理，必要时应经过设计单位认可。
2.6 抗硫酸盐侵蚀与结构耐久性的关系
JGJ/T 193—2009《混凝土耐久性检验评定标准》、GB/T 50476—2008《混凝土结构耐久性设计规范》等规范指出，抗硫酸盐侵蚀试验一般只有当工程环境中有较强的硫酸盐侵蚀时才进行该试验。硫酸盐对混凝土的腐蚀主要是化学腐蚀，但盐类侵入混凝土中也有可能产生盐结晶的物理腐蚀。
GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》规定，抗硫酸盐侵蚀试验适用测定混凝土试件在干湿交替环境中，以能够经受的最大干湿循环次数来表示的混凝土抗硫酸盐侵蚀性能，尤其适用强度等级较高的混凝土抗硫酸盐侵蚀试验。混凝土在硫酸盐环境中，同时耦合干湿循环条件的实际环境经常遇到，硫酸盐侵蚀在耦合干湿循环条件对混凝土的损伤程度较大。
2.7 养护、使用环境等与结构耐久性的关系
早期养护对混凝土结构力学性能及耐久性相当重要，GB/T 50476—2008《混凝土结构耐久性设计规范》给出了保证混凝土结构耐久性的不同环境中混凝土的养护制度要求，利用养护时间和养护结束时的混凝土强度来控制现场养护过程。现场混凝土构件的施工养护方法和养护时间需要考虑混凝土强度等级、施工环节的温湿度和风速、构件尺寸、混凝土原材料组成和入模温度等诸多因素。
董方圆等人研究表明，结构工程在服役周期范围内通常同时受环境因素（盐侵蚀、冻融、碳化、酸雨等其中的一种或多种环境共同作用）、压力、疲劳荷载等双重或多重因素耦合作用的影响，研究单种环境要素（冻融循环、氯离子侵蚀或盐侵蚀等）作用下的耐久性能或损伤度具有一定的理论参考价值，但与实际的损伤度相比势必会存在一定的误差。相比而言，考虑多因素相互作用建立的损伤模型和寿命预测模型更加接近结构实际情况。但由于各种因素作用下混凝土的损伤破坏机理非常复杂，所以多因素耦合作用下的混凝土耐久性问题是当前混凝土结构研究方面亟待解决的难题，还需要更加深入的试验及理论研究。
综合有关规范及他人研究成果，初步提出不同环境下混凝土耐久性的评价指标体系：氯盐环境下，可选择快速氯离子迁移系数（RCM 法）或电通量来评价混凝土耐久性；碳化环境下，选用强度和电通量作为混凝土耐久性评价指标，适用粉煤灰掺量≤20% 的混凝土，当混凝土强度大于50MPa 时，可不考虑碳化对混凝土耐久性的影响；冻融环境下，混凝土耐久性评价指标选用含气量和气泡间隔系数，盐冻环境下增加混凝土的抗氯离子渗透性能指标；硫酸盐环境下，混凝土耐久性评价指标选用抗硫酸盐侵蚀性能[7]。提高强度、降低混凝土的渗透性对混凝土耐久性有利，且渗透性对氯离子侵入、碳化、硫酸盐化学侵蚀有相关性，但渗透性与其他一些耐久性如抗冻性、硫酸盐结晶破坏、碱集料反应等关系不大。没有一项综合指标（包括渗透性）可以用于表征混凝土的所有耐久性能。建立双因素或多因素耦合作用下的结构耐久性损伤模型和寿命预测模型才能提高结构耐久性评价模型的可靠度和适用范围。
3 结语
（1）混凝土拌合物含气量、水溶性氯离子含量、早期抗裂性等拌合物阶段的检测项目和方法，可方便快捷、较准确地反映结构耐久性的真实度。
（2）对于同类型混凝土，抗压强度与渗透系数存在相关性；满足设计强度的前提下，混凝土抗水渗透性的薄弱环节主要体现在裂缝及缺陷，对裂缝及缺陷等外观质量控制尤为重要。
（3）保护层厚度、碳化深度、裂缝及缺陷等评价指标与结构耐久性存在相关性，这些评价指标及相应的检测方法方便快捷，较准确的反映混凝土结构耐久性的真实性。
（4）混凝土强度合格是耐久性检验评定的前提条件，结构耐久性控制的关键在于其渗透性。仅以强度作为混凝土施工期的质量验收标准是不科学的，有必要引入其他检测指标进行结构验收，以保证结构耐久性符合设计与规范要求。
（5）单种环境要素（冻融循环、氯离子侵蚀或盐侵蚀等）作用下的耐久性能或损伤度具有一定的理论参考价值，与实际的损伤度相比势必会存在一定的误差。考虑多因素相互作用建立的损伤模型和寿命预测模型更加接近结构实际情况
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