2.混凝土的缺陷与变质

混凝土出现缺陷与变质的原因有很多，在应用混凝土建设项目工程之前必须事先了解这些原因。在前期设计阶段要考虑到各种影响混凝土构件尺寸和外观的因素，以及施工现场的一些特殊挑战。在施工阶段，对混凝土潜在缺陷的了解有助于确定材料及用量的规范使用及现场质量检查。

当现有建筑出现劣化的迹象时，了解有关各种损毁迹象及损坏原因的专业知识对于正确鉴定与随后的维修工作是十分重要的。可能的损坏原因分为如下几类：

· 混凝土成分损坏。

· 不正确的生产制造及施工建设造成的损坏。

· 风化侵蚀作用造成的损坏。

· 外力造成的损坏，如：

♦ 化学作用

♦ 物理作用

· 钢筋劣化造成的损坏。

混凝土通常被认为是一种坚韧、均质、致密的惰性材料。然而，经过仔细检查后发现它是一种不均匀的多孔材料，在某些条件下易受周围环境的影响。

至于钢筋混凝土，它不只是包裹铁栏杆的厚厚混凝土，还是一种化学构成物，这也决定了它对钢筋结构的保护和钝化程度。

混凝土成分损坏

混凝土是由水泥、骨料、水和添加剂之间恰当地反应形成的。混入钢材能够增强其抗拉强度，从而使混凝土满足建筑结构的需要。

混凝土的损坏常常是由于使用了质量差的成分，或者所选的成分不适用于混凝土的最终使用或位置。

混凝土的缺陷与其成分中的缺陷有紧密联系，因此为了避免混凝土短期或长期损坏，了解其遵从的标准是非常重要的。

水泥

水泥是混凝土的基本成分，水泥种类的选择能够大大影响成品混凝土的特性。水量大小在很大程度上决定了混凝土的强度。水泥中的某些碱性化合物也能防止钢筋结构被腐蚀。因此水泥中水的比例及水泥的种类很大程度上决定了钢筋混凝土构件的强度和耐久度。

水泥有很多不同种类，选择时一个决定性因素是混凝土所处环境的腐蚀性。例如，一个相当常见的问题就是水泥中硫酸盐溶于水时造成的腐蚀。虽然使用最密实的混凝土可以减少腐蚀，但避免使用硫酸盐含量高的水泥才是更合理的预防措施。

同样值得注意的是，过去在制造预制混凝土楼板中广泛应用铝酸盐含量丰富的水泥而导致的问题。许多20 世纪40～50 年代的此类建筑，从结构角度看，在特定环境下损坏会扩散且加剧，所以现在已经严格禁止使用此类水泥。

水泥的种类及其成分

钢筋混凝土结构中所使用的水泥是水凝水泥，能够在水合作用下变硬。这些水泥可分成以下8类。

1. 硅酸盐水泥

这是所有水泥之中建造钢筋混凝土结构时最常使用的水泥，尽管在某些情况下其他种类的水泥也许效果更好，例如在硫酸盐含量高的地基中，或者建筑结构处于腐蚀性环境中。

对此类水泥潜在缺陷的研究，有助于了解可能对成品混凝土产生的负面影响。在准备工作、加热或者研磨过程中出现的失误及其成分中任何误差都会造成水泥存在缺陷，并会继续对混凝土造成负面影响。

在混凝土搅拌过程中贮存不当及操作不当也是造成缺陷的原因。

制造硅酸盐水泥要将碎石灰石、黏土或其他出土的原料混合。随后在炉中将混合物加热，一旦达到恰当的温度，便开始发生化学反应，生成硅酸钙。这种加热后的物质被称为“熔渣”，通常呈黑灰色的小颗粒状。紧接着熔渣被冷却，碾碎成一种细腻的粉末，加入少量石膏固定成形。

成品水泥的成分可分为主要成分（或活性成分）及次要成分。前者有助于赋予水泥某种特性，以用于特定用途；后者则会削弱混凝土或砂浆，使混凝土或砂浆的数量尽可能减少。

主要成分：

· 硅酸三钙

· 硅酸二钙

· 铝酸三钙

· 铁铝酸四钙

次要成分：

· 生石灰（氧化钙）

· 游离镁（氧化镁）

· 硫酸盐

· 碱

主要成分中的硅酸盐可以赋予水泥机械强度。

硅酸钙主要负责最初的硬化（凝结）和前期的强度。尽管硅酸三钙和硅酸二钙最后都会达到相同的强度，但它们的硬化曲线却不一样。硅酸二钙起初对混凝土强度并没有太大作用，但28天之后它就与硅酸三钙的效果相同了。

另外两种主要成分铝酸三钙和铁铝酸四钙对水泥的强度并没有太大作用。铝酸盐在最初几小时有加速硬化的作用，但时间一长便会影响混凝土的耐用度，因为其易受硫酸盐的腐蚀。

水合作用和水泥最初的硬化过程（从而形成混凝土），受水泥成分的影响很大，在水合过程中铝酸盐是第一个发生化学反应的化合物，紧接着的是硅酸盐。

“假凝”现象为搅拌开始前几分钟，混合物开始凝结。

由于研磨熟料时温度过高，石膏的部分脱水通常是导致这一现象的原因。假凝现象容易造成混凝土中的水过量，从而降低强度，增加由于收缩而造成裂缝的可能性。

硬化发生在水合作用后，当水泥的机械强度逐渐增强，水泥的各个成分都在不同时间发生不同程度的反应。磷酸三钙铝的反应速度很快，过程结束相当迅速（7～28天之内）。

硅酸三钙对初始强度有很大影响，同时很长时间内持续增加强度。

硅酸二钙一开始对混凝土强度并没有太大作用，但28 天后它就与硅酸盐发挥同样的作用。

铁铝酸四钙仅仅负责在凝结过程中增加强度。

每种成分在不同程度上都有助于“水化热”的过程。

在铝酸三钙产生的热量中，硅酸三钙产生的热量为总热量的一半，硅酸二钙产生的热量为其1/4，而铁铝酸四钙产生的热量则介于1/4～1/2 之间。

了解各种成分的相对数量是很重要的，因而可估计总体温度，从而避免意外的过度缩水而导致出现裂缝。

抗融化、抗风化的能力很大程度上取决于其中的铝酸三钙的比重，增加其含量会增强混凝土的耐久度。

次要成分与主要成分不同，水合过程结束后会产生不稳定的影响。这是因为水合过程产生的细粉具有高膨胀度，这对混凝土不利。

因为生石灰水合物（又称“生石灰”）会发生放热反应，从而使混凝土内部体积膨胀，压力增加，因而会在表面出现裂纹。在某些极端情况下甚至会导致瓦解。水合的产物氢氧化钙（熟石灰）也易于受水中的酸和碱影响。因此富含石灰的水泥难以掌控，缺乏耐久性。

氧化镁的体积也会增大，只不过是在一个较长的时间内。硅酸盐水泥中氧化镁含量不得超过5%。

水泥中的碱会和富含二氧化硅的骨料发生反应导致其膨胀，这对混凝土的耐久度有消极影响，因为它降低了黏合剂与骨料间的粘连程度，可导致混凝土碎裂。因此如果骨料富含二氧化硅时应该使用含碱量低的水泥。

碱不仅因膨胀而带来消极影响，还会导致风化，加速凝结过程，增加干收缩，当玻璃被置于能够直接与混凝土接触的位置时，碱还能腐蚀某些类型的玻璃。

硅酸盐水泥的规格根据实验室测试的28天后的最小抗压强度（kg/cm2）而定。

2. 硅酸盐复合水泥

由至少80% 的硅酸盐水泥熟料和不超过20% 的矿渣或火山灰混合而成。规格同样根据28天后的抗压强度而定。

某些高炉渣具有水合特性，而火山灰作为一种天然产品，当与水中的钙接触时，会形成一种水合物。

3. 高炉水泥

与硅酸盐复合水泥相似，这种水泥也是由硅酸盐水泥熟料制成的。水泥调凝剂保持在总量的20% ～80% 之间。高炉熔渣至少占总量的20%。

4. 火山灰水泥

由硅酸盐水泥熟料及水泥调凝剂（不超过总量的80%）构成，其中火山灰至少占总量的20%。在欧洲标准EN-197 中火山灰水泥被归类为CEM/IV类。

5. 复合水泥

其中含有硅酸盐水泥熟料，水泥调凝剂至少占65%，其余的部分为惰性添加剂（不与水泥和水发生反应），这些类型的水泥不适合在结构混凝土中使用。

6. 天然水泥

由天然水泥的熟料研磨而成，种类很多，规格也根据28天后的抗压强度而定，分为“慢凝”和“速凝”天然水泥。

7. 铝酸钙水泥

由含有水硬性质的铝酸钙熟料研磨而成，铝酸钙由含钙物质（通常为石灰石）与含铝物质（通常为矾土）的混合物熔合而成，因此铝酸钙水泥在成分、生产及特性方面，与由硅酸盐水泥熟料制成的水泥是完全不同的。

8. 有附加属性的水泥

这些水泥不仅符合相关类别水泥的基本要求，而且还拥有额外的特性如下。

高初期强度硅酸盐水泥： 在48 小时内最低抗压强度能达到250kg/cm2。

分类如下：

· P-350 ARI

· P-450 ARI

· P-550 ARI

抗硫酸硅酸盐水泥：由于含有少量的铝酸三钙，因而不易于受溶解于水或者土壤中的硫酸腐蚀。

分类如下：

· P-350 Y

· P-450 Y

· P-550 Y

低热量硅酸盐水泥：在水合作用第七天产生65kcal/g热量，第28 天产生热量75kcal/g的水泥可以为定义为低热量硅酸盐水泥。

白水泥：拥有至少70% 的洁白度，这是基于氧化镁粉的反射，根据参考值，测量光的反射度所得出的结果。

将水泥参考用量作为指南很有必要，不过也需要根据具体情况进行调整。一般情况下混凝土的特性很大程度上取决于水泥的用量。

在生产商规定的水泥剂量基础上增量，能够相应地增强其对钢筋结构的保护，同时增强混凝土与钢筋间的牢固度。

混凝土强度有时也会增加，不过这与水泥的用量不成正比。相反，当用量达到420kg/m3时，强度的增长曲线会出现稳定地下滑，这时再加入更多的水泥对强度完全没有作用。

加入更多水泥的一个负面影响是由于干燥收缩量的增加而更易出现裂纹。

正确贮存水泥至关重要，要将水泥保存在干燥、通风的环境中（确保流通的空气不潮湿），否则水泥及所制成的混凝土会产生缺陷。

骨料

骨料的选择对混凝土强度及耐久度有很大影响。细骨料有两个十分重要的特性：骨料大小和密实度。选择的骨料不能与水泥发生反应，而且要能抵抗外力对混凝土造成的侵蚀。

例如，含有泥浆、黏土或有机物的骨料会对混凝土造成损害，因为这些物质会降低骨料与黏结料之间的粘连度，从而不利于混凝土的水合及硬化。

自然沉积的沙子、砾石，以及碎石和高炉矿渣只要通过实验室检验合格，都可作为合适的骨料。

高炉矿渣只适合作为一种细骨料应用，但事先必须先检验其稳定性（不含有不稳定的硅酸盐和铁化合物）。松软、易碎、多孔的石头，或含有黄铁矿、黏土、铁化合物的石头均不适合作为骨料使用。

某些骨料会与水泥反应，生成易膨胀的化合物，这会在混凝土内部产生内应力，从而降低其强度及耐久度。众多材料中，多晶石英（如猫眼石、方石英、安山石、鳞石英）会产生这种问题。它们与水泥中的碱反应，产生体积更大的化合物，从而破坏混凝土。

同样，含硫化合物可与水发生反应，产生易膨胀的硫铝酸盐。即使在没有液态水的情况下，高湿度仍会导致这种反应。

骨料中含有的黏土是导致混凝土缺陷的常见原因。因此在混凝土浇筑后不久，其表面会出现裂痕，这些裂纹能很快被修复，因而此种损害几乎可以忽略。

黏土的存在通常是由于骨料在提取场所清洁不彻底而导致，通常在采石场或河流处提取。这会导致在加工厂对骨料进行分类时产生混淆，通常对混凝土的质量有负面影响。

黄铁矿和类似的硫基矿物与空气接触氧化后会形成硫酸盐，与水泥中的铝酸三钙发生反应生成易膨胀的钙矾石。一般情况下，硅酸盐水泥制造过程中，研磨时将石膏加入熔渣中，石膏会在24 小时内与铝酸钙发生反应生成钙矾石。但反应若剩余微量铝酸盐，随后可能与硫酸盐反应。

硫酸盐存在于与混凝土接触的骨料或水中，最终会生成易膨胀的钙矾石。

膨胀可能会导致混凝土出现裂纹或瓦解，因为这些反应是在混凝土完全变硬之前发生的。

有以下3种类型的硫铁矿。

· 白铁矿：青黄色，不适于用作骨料，因为其易于受大气中介质的腐蚀。

· 磁黄铁矿：与其他具有磁性的硫铁矿不同，它也易于受大气中介质的腐蚀，而不适合用作骨料。

· 黄铁矿：通常含有杂质，即便可以作为骨料，也不推荐使用。

偶尔将硫铁矿作为混凝土中的骨料，但结果均不理想。所有可查阅的技术文献都表明，最好不要将其作为骨料使用。

混凝土的强度与骨料的密实度直接相关。这种关系可以通过混凝土的实际容积与表观容积之间的差异而衡量。

骨料分布较为密集会使黏合剂的填充空间更小，从而减少水泥的使用量，大大降低成本。更密实的混凝土比骨料较少的混凝土更加“健康”、耐用。因此混凝土构件的密度是衡量其质量的一个基本指标。

骨料的粒度分布是另一个重要因素，不正确地分布会使混凝土密实度欠佳。

此时通常有两种解决办法：一种是加入更多水泥以弥补缺乏的细骨料。这也意味着重要的黏合剂材料只是充当一个填充物的角色。由于这不是水泥应起到的作用，这么做会有两种影响：增加成本和提高水化温度，但会造成几种影响。

另一种方法则是使用更加有效的压实技术，作为对粒度分布不均的补偿。这样还会令混凝土表面光滑，也使其显得更加致密。

这个光滑的表面是水泥薄涂层的顶层，从而构成了混凝土构件的外缘。这是湿水泥通过粗骨料间的缝隙从混凝土构件中心流向模板内层表面的结果。就其本身而言，它意味着混凝土构件的剖面成分存在差异。

粗骨料的形状对混凝土质量也有影响。粒子与球体的体积比例又被称为“粒子的球形度”，如果比值低于0.15，便要对骨料进行额外的测试以检验其适用性。与形状一样，粒子的另一个重要特性是其密度。

一般来说，密度越低的骨料质量越差。因为低密度也就意味着孔隙度高，会降低其强度。

由 于 骨 料 占 到 混 凝 土 体 积 的70% ～80%，其质量很大程度上决定了混凝土的质量。当细骨料中某一颗粒的尺寸小于0.08mm时，便会出现问题，尤其在细骨料的大小与干水泥粒子的大小类似时。

在这种情况下，细骨料的颗粒与水泥颗粒混合在一起，在随后水泥的水合过程中产生不规则物质从而降低了水泥浆与粗骨料之间的黏结度。

骨料颗粒的比表面积大意味着它们吸收了大量的水，减少了水泥水合作用中需要的用水量，这会降低混凝土强度。

为避免出现上述问题，通常的解决方法是增加用水量（水与水泥的比例），以使混凝土达到足够的施工性能。然而这会降低混凝土的机械强度，增加混凝土产生收缩裂缝及孔隙（而吸收有害物质）的可能性。同时也产生了如何避免水合作用中未使用的水溢出问题，因为水随后便上涨至表面。

在水上涨过程中产生细孔，从而使混凝土更易透水。这个问题的严重性取决于最初多余的水量。

水

由于水造成的混凝土缺陷有两个可能原因，第一便是水中含有杂质，这可能造成短期或长期的问题；第二个原因为水的用量，当水在水泥中所占比例太高时产生。

至于上述第一个原因，生成物很大程度上取决于混凝土是否有钢筋结构加固。如果没有钢筋加固，那么在某种程度上，使用有杂质的水就几乎不会造成负面影响，产生肉眼看不见的损害。然而，如果混凝土内部有钢筋结构则可能导致严重后果，因为由于氯化物的存在，水会造成钢筋结构的风化和腐蚀。在固化过程中使用不纯的水，比在搅拌阶段使用造成的伤害更大。

在混凝土建筑过程中如果质疑水的质量问题（例如对水的特性没有事先了解），都必须在使用前进行全面检测。相关规定中包括可取的PH值、杂质含量、硫酸盐、氯化物离子、碳水化合物及可溶性物质的可允许最大值。

海水：在没有钢筋结构的情况下可被用于搅拌混凝土，但需要注意的是，掺入海水会损耗混凝土多达15% 的强度，也可能导致风化在混凝土表面留下污点。在预制混凝土及含有铝酸钙的水泥中绝不可使用海水。

混凝土的水中氯离子的最大含量不超过6g/L。然而，在不造成任何损害的情况下，当水中没有多达20g/L的钢筋结构时，以及当预制混凝土的量达到0.25g/L时便会腐蚀钢筋。

如果超过规定限度6g/L，便会造成钢筋结构的腐蚀。一旦钢筋被腐蚀，其强度会降低，表面的氧化层承受着周围混凝土的压力，从而导致解体。

硫酸盐：对混凝土及钢筋结构都有损害。水中的硫酸盐与水泥中的铝酸三钙反应，生成易膨胀的钙矾石（硫铝酸三钙水合物，即“坎德拉盐”或“水泥杆菌”）。

由于钙矾石的不断膨胀，造成混凝土胀裂。如果水泥中的铝酸盐含量低（如抗硫酸盐的硅酸盐水泥），那么水中可允许存在的硫酸离子含量即可上升到5g/L。硫酸的腐蚀破坏了钢筋表面的保护层，留下脆弱的金属条继续被腐蚀，这也是一个膨胀的过程。

碳水化合物：即使很少数量的碳水化合物也会阻碍水泥的水合过程。因此炼糖的水及含有糖、葡萄糖和其他种类碳水化合物的水坚决不能使用。

含有亚硒酸盐的水很少用来制作混凝土，但当混凝土与含有亚硒酸盐的地下水接触时仍会受到化学腐蚀。

添加剂

添加剂是搅拌过程中加入的产品，可以被认为是混凝土的第4 种成分。它们的作用是在水泥变硬之前及变硬之后改良混凝土的某些特性。

与混凝土中的其他成分不同，目前并没有规则或标准规定添加剂应该具备哪些特性。所以精心挑选一个能保证优质产品的供应商是十分必要的。

为了保证添加剂成分的统一构成，生产过程中的质量控制是至关重要的，因为添加剂必须在整个混凝土构件中产生同样的效果。

添加剂并不是用得越多越好，因此必须根据供应商的指示精确使用。

施工中在使用添加剂前，必须严格按照混凝土样品检测而定的用量精确使用。

由于使用添加剂可能造成的缺陷如下：

· 制造过程中的失误

· 使用不当

· 用量误差

第一点，选择能提供可靠实验结果的优秀生产厂商就足以解决此问题。

正确使用首先取决于产品的正确选择，由于供应商众多，因此事先必须明确需要什么效果的添加剂。

了解其副作用同样重要，因为有时这些副作用会抵消初始的有效作用，这时最好不要使用添加剂。例如，含有氯化钙的变硬加速剂很可能导致钢筋混凝土及预制混凝土被腐蚀。

加速剂同样也会增强干燥收缩作用，因此很可能对裸露的混凝土构件造成一定程度上、超出允许范围之外的裂缝。

增塑剂有时能减缓水合作用，然而有时候却会加速水合。例如，在石膏含量低的水泥中添加大量增塑剂时。

有些加速剂会减弱混凝土的机械强度。如之前所提到的一样，这会增加其干燥收缩，随后增加钢筋结构腐蚀的可能性。

添加剂只能在施工现场使用，且在现场原料的接收、用量及施工过程中有严格的质量控制时才可以使用。

在更加系统的质量控制情况下，添加剂的使用风险才会降低。例如当混凝土在工地外搅拌时或混凝土构件完全为工地外预制时，必须在控制下使用。

总之，以下是使用添加剂的规则：

· 尽量避免使用添加剂。尽量使用其他方法来达到要求的混凝土特性，例如更换原料、改变用量、制造、浇筑或固化。

· 为了达到特殊效果，必须检测出添加剂的全部效果并且严格控制用量。

· 要使用经过检测的优质添加剂，必须检验出其副作用，因此可以最终衡量是否值得使用该添加剂。

· 添加剂必须正确贮存。如果为液态则必须贮存在阴冷的环境中，使用前摇匀以防沉淀。如果为粉末状，则必须贮存在干燥的环境中，避免其聚成块状及其他可能改变其性能的因素。

· 检查产品有效期。添加剂必须均匀分布在整个混凝土构件中，以防由于不均匀分布而对混凝土产生的任何副作用。

· 添加剂可能彼此之间或者与混凝土中的黏合剂材料无法相容。一些添加剂只可以与某些种类的水泥反应，其余的则为不反应。因此事先必须测试出其适用于何种水泥。

· 建议在加入其他固体成分之前将添加剂加入用于搅拌混凝土的水中，以便使添加剂在混凝土中均匀分布。但这不适用于减水剂或颜料。

· 添加剂不均匀分布可能会造成严重损害。例如，如果缓凝剂在混凝土中的某一部分聚集，那么当模板撤除后混凝土很可能崩塌。

· 如果骨料具有吸水性（如某些轻质骨料），那么在加入含有添加剂的水之前必须先用水清洗骨料，否则骨料会吸收部分添加剂，从而削弱效果。

· 减水剂和颜料必须与水泥干混，需完全搅匀，从而使其均匀分布。

· 在使用引气添加剂时在混凝土的压实环节必须格外注意，以确保空气被过度去除，尤其在为了改善抗冻性而使用引气添加剂时。

由于制造和浇筑产生的缺陷

混凝土构件的浇筑方式是其耐用性和稳定性的决定性因素之一。

浇筑过程中产生的失误可能会导致混凝土比预想的脆弱，其外观效果也与预计的不同。这些问题的严重程度取决于原先错误的严重性。

希望项目领导能够了解用量、搅拌，以及浇筑的规则，现场施工人员也非常合格，这样此类问题即可避免。

浇筑过程中会改变混凝土性质失误的最常见原因为：

· 由于人为误差或设备故障而造成的错误用量。水泥的用量及水与水泥的比例为常见原因。

· 运输和浇筑是两个精细的环节，因为它们控制成分的分离，这可能使成品混凝土出现孔洞、骨料过多或密度不足等问题。

· 震荡不足会导致混凝土密度不足。

· 模板形状。模板内壁与钢筋的尺寸与分布之间的宽度是十分重要的。内壁与钢筋栏杆之间必须有足够空间，以供塑性混凝土通过，否则在混凝土无法到达的位置会出现孔洞。模板不透水以防止湿水泥流失。一旦液态水泥外渗便会出现低密度区并且减弱对钢筋结构的保护作用。

混凝土的致密程度及均质程度最容易被这些错误影响。

在混凝土构件的成分在整个构建中相同时，我们即可认为其是均质的。均质的混凝土同时也可能缺乏致密性。

缺乏均质性可能由浇筑混凝土中原料的分离导致。这是因为质量较轻的成分涌向混凝土表面，从而导致质量大的成分过度沉积。

当水泥的种类、用量、水量及添加剂使用错误时同样会出现这两种现象，这种错误出现在混凝土的搅拌阶段。

各种其他操作也会影响混凝土的均质程度，如搅拌水泥的运输、浇筑及压实，钢筋结构的分布和模板的设计。

均质性很大程度上取决于混凝土浇筑后的压实操作，压实是混凝土建造过程中一个重要环节。

混凝土构件的致密性很大程度上取决于正确的成分用量。其中最重要的是水与水泥的比例及骨料与水泥的比例，因此适当的水泥用量十分关键。除了骨料、水泥和水，第4 种成分也在其中发挥一定作用，这就是空气，它会使混凝土产生裂口。

现在会根据这些成分的剂量和用途分析这些成分在混凝土密实性中发挥的作用。

用量

水泥的用量可能是所有混凝土问题的源头。为了获得规定强度的混凝土，通常建议尽可能使用最少量的水泥。这是因为水泥用量大会增加干燥、缩水作用，这会造成内部裂缝及肉眼可见的断裂。

用量大也意味着水合热高。尤其在炎热的季节浇筑混凝土会有很大风险，因为整体的升温会加剧干燥、缩水及裂缝。

含有与水泥颗粒大小类似的惰性添加剂（也称为“填充剂”）的水泥比纯水泥需要更长的硬化时间，这在定量配以混凝土时必须时刻牢记，因为这会影响水泥和水的用量。

建议将钢筋混凝土中的水泥用量保持在低于400kg/m3的水平，预制混凝土中的水泥用量要低于550kg/m3。

在搅拌时根据水泥的量添加水量是最基本的。理论上，当水与水泥的比例为0.18 时就足够水泥中的各种活性成分发生水合。然而为了使搅拌达到足够的可操作性，通常要选择更高的比例。

因此浇筑混凝土时水量必须比黏合剂水合所需的水量多，因为在浇筑时混凝土必须有较好的流动性以完全填入模板，从而使其足够致密。

传统混凝土中，水与水泥的比例通常为0.6～0.8（即混凝土中不含有减水剂，并且现场浇注及压实）。完全水合所需水的质量大约相当于水泥总重的30%。水合后多余的水会被蒸发掉，在混凝土中留下孔洞。变硬后孔隙度低于10% 的混凝土为低孔隙度。空隙度如果超过15%就会影响混凝土的耐久度。

由细孔构成的网状结构会使气体和液体渗入混凝土。

因此，这些细孔便促进产生各类腐蚀，本章稍后将详细说明。浇注过程中过量的水会增加混凝土收缩，削弱其强度。

在修复时常常会发现用水过量的现存混凝土。部分原因是由于当时的混凝土压实技术不如现在先进，只能添加额外的水以使新拌混凝土更易加工。

例如，混凝土中水泥含量为350kg/m3，水与水泥的比例为0.5，需要175L的水用于水合作用。理论上，水合作用只需要63L的水，从而残留了112L的水，必须采取措施将其移除混凝土。

因此每立方米混凝土中含有112000cm3的毛细孔洞网。水和其他腐蚀性物质就通过这些孔洞渗透到混凝土内部。

这个例子说明了混凝土搅拌过程中水的含量是如何影响混凝土的孔隙度因而影响其耐久度的。

空气虽然不是混凝土的成分，但它确实构成了混凝土构件的一部分。空气与混凝土的比例取决于混凝土构件的用途、混凝土成分的正确用量及混凝土的压实程度。有些时候空气会使混凝土达到需要的目的（如轻质混凝土），但在其他情况下则会产生问题，例如建造高强度混凝土。这时空气在提高机械强度方面不发挥作用，会在凝固后的混凝土中产生凹陷。这些凹陷可能在表层（裸孔），也可能隐藏在混凝土内部（密封孔）。

裸孔与密封孔都会令没有结构功能的空气取代一定量的耐腐蚀材料，从而降低混凝土的机械强度。

裸孔还会增加与外部接触的混凝土表面的面积。与更加致密、低孔隙度的混凝土相比，此类混凝土更加脆弱，易腐蚀，与外部接触面积更大，因此不够稳定、耐用。

因此，越致密的混凝土越耐用。然而空气常常被特意加入新拌混凝土中，例如，为了提高混凝土的抗冻耐寒性能而加入空气。

引起添加剂的原理是在混凝土内部产生气泡，打破连续的毛细孔洞网状结构，因此可以降低混凝土吸收腐蚀性物质的风险。

进入混凝土的水量也随之减少，而因为气泡为膨胀提供了足够的空间，当水在寒冷的季节冻结时不会在混凝土内部产生足以造成其损坏的压力。

引气添加剂同时也在新拌混凝土中起到润滑剂的次要作用。引起添加剂能使含水量及含细骨料量较少的湿混凝土更具有流动性。这类添加剂会使混凝土中混入空气，不过其整体上对混凝土的强度还是有益的。

混凝土裂缝

这部分研究的裂纹种类是由于在备料、浇筑、水合及随后的凝固过程中，受到内部或外部的压力所造成的。

这些压力本质上来源于混凝土中的水分，因此本质上可被分类为热 -液 -力压力。

此种类别包括干燥、收缩、裂缝（龟裂），即由温度原因所导致的裂缝及混凝土完全硬化之前，塑性状态下产生的所有裂纹。

我们将这些裂缝按照裂缝出现的时间顺序逐个分析，得出在凝固现象开始之前及之后出现的裂缝差异。

混凝土开始硬化之前出现的裂缝

在当混凝土仍为可塑时，混凝土浇筑后导致这些裂缝扩大的原因出现，从浇筑过后的几分钟内到凝固现象发生之前。

区分两种不同特点的裂缝现象：可塑性物质沉积裂缝和可塑性物质收缩裂缝。

可塑性物质收缩裂缝通常发生在横向混凝土构件中，例如，平板。由于大面积裸露在空气中导致高度挥发作用。可塑性物质沉积裂缝通常出现在混凝土较厚的部分，混凝土泌水是这两种裂缝出现的原因。泌水是指混凝土中的水分在浇筑过后几小时内上升至表面的现象。

湿混凝土中的固体由于重力作用沉积，使水合作用剩下的水裸露在表面，加强压实可以缓解这一现象。

不论选择何种水泥，不同程度的泌水现象在所难免。但表面上过剩的水分只有在未完全蒸发时才能被观察到。

当水分未完全蒸发时，混凝土表面会出现一层很薄、很清澈的水。不要将其误认为浇筑阶段的掺水混合物。

影响泌水程度的因素：

· 水与水泥比例过高比比例过低能够加剧泌水现象。

· 浇筑刚刚完成后，表面蒸发率高，将混凝土压缩会导致泌水量增加。

· 越厚的混凝土构件泌水过程持续时间越长。

· 使用缓凝剂一般能够加剧泌水。

可塑性物质沉积裂缝通常是由于过度泌水造成的。一般出现在浇筑后最初的3小时之内。有时会在浇筑后6～8 小时内出现。它们出现在自然沉淀物被阻碍的位置。

常见的裂缝种类和位置如下：

· 横向钢筋表面的显著裂缝，通常为主钢筋或箍筋。

· 垂直构件中横向裂缝，在箍筋阻碍沉积的位置。

· 构件突然改变造成的裂缝。在格子板中很常见，由于在厚型材与薄型材之间沉淀物存在差异而产生裂缝。

· 薄混凝土型材中的裂缝。当钢筋结构过于接近表面时会出现此种现象，此时沉积物将混凝土分为两层，因为钢筋结构之上的混凝土沉积程度不如钢筋下方的混凝土。

一般来说，这类裂缝在构造上并不十分重要，但是它们有可能会裸露钢筋结构从而腐蚀钢筋。

可塑性物质收缩裂缝出现在混凝土浇筑后的最初8 小时之后，但有时也会在浇筑一天之后出现。

表层的裂缝可能很宽（2～3mm或者更宽），但是裂缝宽度随着深度增加而迅速变窄。通常这些裂缝能够完全穿透地板，这也将其与可塑性物质沉淀物的裂缝现象区分开来。这在地板中很常见，通常沿着某些图案而产生。

这些裂缝能形成对角线，角度大约为45度，其间有1.9～2.4m的间距。它们能形成波纹状的同心圆图案或任意的网状图案。

另一种常见图案是沿着钢筋的线条形成的，或沿构件的某些几何特征（如型材的改变）。它们也能形成阻碍浇筑的圆点。

这些裂缝产生的原因大体上由于泌出水分的快速蒸发，例如，蒸发速度比泌水速度快的情况下。蒸发速率超过每小时1kg/m2即为高蒸发率。

例如，此类速率通常会在以下情况下出现：混凝土内部温度200℃、空气相对湿度80%、风速32km/h，温度为5℃。混凝土的固化（在混凝土表面加上额外的水）能防止裂缝的产生，因为固化过程补偿了在炎热环境下由于高蒸发率损失的水分。

硬化开始之后出现裂缝

最初的热裂纹及龟裂出现在混凝土凝固阶段，在水合作用发生之后。

干燥收缩裂缝出现在从混凝土几乎完全凝固后2～3 年，或建筑完工后更长时间内，最初的热裂纹一般出现在浇筑完成后的1～5天，即当水合作用停止时。它们是由于水泥水合作用产生的热量所引起的。

高温使体积膨胀，从而使混凝土构件冷热部分的压力增大。构件核心温度高，而外围与空气接触的部分或与先前浇筑的混凝土之间接触部分温度低。这部分凝固的混凝土会阻碍新拌混凝土的自然收缩。

在浇筑后1～5天内，混凝土内外温差最大。大体上其内部温度在浇筑后7～14 天内与周围环境温度持平。

这些特征使裂缝能被正确定性，因为干燥收缩裂缝出现得比较迟。影响混凝土与外界环境之间温差的因素有：

· 用来浇筑混凝土的成分及材料的初始温度，与空气温度相比，在寒冷天气中差异更大。

· 混凝土较厚的部分产热更多，虽然此效果在厚度超过一定程度后大大降低。· 拆除模板后不能立即用冷水淋浇混凝土，否则会造成温差冲击，在模板拆除后必须采取措施尽量为混凝土保温。· 当混合物水泥含量高时，水合产生的热量也更高。水合温度也随着所选水泥种类的不同而变化。

· 石灰岩和花岗岩骨料与其他材料相比，温差热膨胀系数更低。轻质骨料比一般骨料在张力作用下更具优势。· 促水合添加剂产热更快。缓凝剂会延缓水合，不过不会改变产热总量。

· 添加钢筋可减少裂缝宽度，尽量使用细钢筋和尽量薄的混凝土覆盖面。

· 木质模板比金属模板保温效果更好，也被当作隔热板，减缓混凝土构件的温度梯度。

· 过早地移除模板，通常会增加温差。

· 内部压力不均的部位更易出现裂缝，例如，横截面突然改变、模板连接处导致的开口或孔洞的角处。

热裂缝常常出现在挡土墙、板材等一些较厚的构件中。当有物体阻碍混凝土自由延展时更加容易产生裂缝。通常会与干燥收缩裂缝相混淆，因为它们出现在相同位置并且某些原因也相同。

网状裂缝是指在混凝土浇筑完成的1～15天内出现的较薄表层裂缝，此时混凝土正在凝固过程中。它们通常宽度在0.05～0.5mm，深度小于10mm。它们形成网状的毛细裂纹，间隔在50～100mm之间。

当混凝土在极端干燥的环境里被浇筑时会产生这种裂纹，在其具有足够的拉伸强度之前迅速收缩，在大风或干燥天气会出现此类现象。

有时这些裂缝会比较细以至于很长时间之后才会被发现，灰尘和泥土的积聚使其更加明显。

形成这些裂缝的其他因素：在裸露的表面附近有物理限制，混凝土构件中有显著地湿度变化。

防止此类裂缝的最佳方法：避免使用含水量或水泥量高的混凝土混合物。更好地压实，避免产生抛光面，因为这会增加接触空气的水泥浆。

干燥收缩裂缝是由于湿度降低而造成的收缩。在最终的凝固阶段水会由于物理和化学作用流失。

与我们研究的其他种类裂缝类似，由于压力超出材料可承受的抗拉伸能力，当混凝土移动被限制时会产生裂缝。

这些裂缝会在混凝土浇筑完成的2～3周内开始出现，并且一般情况下会在1～3 年内持续出现。时间长短取决于混凝土所处环境的干燥程度。

干燥收缩裂缝通常会与最初的热裂缝相混淆，因为它们经常出现在相同位置，并且外观类似，尤其在挡土墙中。干燥收缩裂缝的宽度大致相同，细长并且深度不一，有时能穿透整个构件。

影响它们形成的因素

· 蒸发作用导致的水分流失是干燥、收缩的主要原因。蒸发率很大程度上取决于空气的相对湿度。干燥的空气会加剧干燥、收缩作用，因此更易产生裂缝。

· 凝固，即使不能减少干燥、收缩的总量，也能在混凝土凝固的开始阶段增加其拉伸强度从而减轻裂缝，降低产生裂缝的可能。

· 水与水泥的比例越高，干燥收缩作用越强烈。因为蒸发的水分也会增加。

· 当构件裸露在空气中的表面积与其体积比过大时，也会增加收缩的可能，这是由于蒸发率的增加而导致的。

· 均匀地使用骨料也会降低裂缝的可能。

影响混凝土耐久度的环境因素

如果假设不考虑其他可导致混凝土缺陷的变量，那么最影响其耐久度的因素便是选择与其所用部位的侵蚀性相匹配的混凝土。

然而现实当中，仅仅依靠一个正确的质量指标是不足以保证混凝土耐久度的。因为后期在用量和备料方面出现的错误仍可使其变得脆弱。

施工过程中常常出现这样的情况，指定的混凝土不适用于特定的环境，因此在混凝土凝固后就必须对其进行维护以弥补不足。

值得一提的是此系统可产生一个单纯从结构角度完全适用的因素，在使用得当的情况下，仍可保证混凝土具备较长的使用寿命。

然而这里需要指出，在设计阶段就采取措施提高其耐用性是更简捷、节省及安全的手段，而工程结束再实施补救措施成本会随着时间增加而增加。

在衡量“环境的侵蚀性”时，涉及混凝土结构产生的物理和化学外力，不同于机械活动及造成体积改变的水热因素。

因此，环境可以按如下类别进行分析和描述：轻度腐蚀性（例如，在潮湿的室内或半室内空间中）中度腐蚀性（如裸露在空气和 / 或非腐蚀性土壤的外立面）、高度腐蚀性（如工业或海洋环境，与盐水和 / 或酸性腐蚀性土壤接触时）和化学储备（如接触漂白剂或肥料的化学储备等）。

环境侵蚀性越高越需要混凝土具备更强的抗腐蚀能力。针对这一点需经常调整混凝土的渗透性能。一般来说，更好的抗渗性也就意味着更高的致密程度。

通常建议降低水与水泥的比例，但并不是一直适用，因为这样一来浇筑过程中混凝土需要的可操作性会降低。

因此通常会使用增塑剂来代替。但这也会产生副作用，降低混凝土的强度和耐久度。

其他重要因素有，骨料分布的颗粒大小及在抗渗性测试中所采用的技术。

侵略性环境导致的损害中，特别值得一提的是混凝土在海洋环境、腐蚀性水和酸雨的环境中。

在海洋环境下，由于混凝土接触含有盐、氯化物、硫酸盐的海水及水蒸气，会导致出现问题。如果在混凝土搅拌过程中使用海水，也会造成化学腐蚀。

混凝土表面或内部孔洞的水分一旦蒸发，就会在其表面留下结晶盐。这些隐藏的盐霜会在混凝土内部产生压力导致其变得脆弱，甚至降低平均强度，最终使混凝土解体。

这个过程中还会产生正负极区域，即当存在水时，会产生内部电流从而导致钢筋的电化学腐蚀。

腐蚀性水包括：含有硫酸盐的黑水、沼泽水及地下水。这些水会与混凝土反应产生铝酸盐和石膏。

最终形成的较大颗粒的晶体会产生巨大的内部压力，尤其会在混凝土的边缘及角落部位，从而造成混凝土地基的裂缝和解体。

酸雨也会对混凝土表面产生影响。PH值低于4 的雨水就可被称为“酸雨”。酸雨中含有硫酸、硝酸和重金属。

钢筋结构缺陷造成的损坏

将钢筋与混凝土结合所得到的高强度与高灵活度是钢筋混凝土被作为结构材料而广泛应用的原因。

钢筋的抗拉伸性能在结构中起到了很大作用。

针对于为何钢筋与混凝土能够如此有效地互补，有以下3 个基本因素。

· 热膨胀系数：这两种材料拥有相似的热膨胀系数（钢铁为11×10-6 K -1，混凝土为10×10-6 K -1）。

· 杨氏弹性系数：钢铁与混凝土相比 具 有 较 高 的 弹 性 系 数 钢 铁 为（2.1×106klb/cm2）混 凝 土 为（2.5×105klb/cm2）。

· 混凝土的碱性特质：使其作为一种保护钢筋结构不受腐蚀的保护层而存在。

由于钢筋结构问题所导致混凝土缺陷的种类有很多，并有各自的原因。此种缺陷分类如下：

· 钢筋结构固有缺陷所造成的损害。

· 混凝土内部钢筋结构腐蚀所造成的损害。

· 钢筋结构安装错误所造成的损害。

钢筋结构的固有缺陷

钢制品生产商必须进行实验室测试以保证提供适合钢筋混凝土结构的金属。经过正确测试后基本上即可说明其具有足够的品质。通常生产商会提供钢筋的直径、每米的重量及种类等数据，还会提供有关金属机械特性的详细信息、有关钢筋与混凝土良好黏结的特性及如果是波纹钢筋，还会提供钢筋的几何体。

钢筋常见的基本缺陷：

· 杂质

· 表面缺陷

· 表面腐蚀

杂质

杂质是指在合金铸造的过程中产生的残留物或外来物质或气体进入钢铁所致。前者可能为磷、硫、锰和硅，后两者当超过一定量时便被视为“杂质”。

理论上磷和硫在含量超过0.04% 时便会产生威胁。但事实上，只有当整体钢筋结构中的磷、硫含量持续不断地超出正常水平时才会对钢铁的性能造成严重威胁。

外来杂质是指那些熔点相当高的物质（氧化物、硅酸盐、硫酸盐），因此才会残留在钢铁中。

这些杂质的存在会削弱钢筋的强度并且影响其连续性，从而产生内部压力集中的区域。

在温度很高的情况下气体会侵入钢筋中，尤其是在钢筋熔化时。熔化的钢筋会产生大量的气体，但在冷却过程中这些气体不能被完全排出。残留在钢筋中最常见的是大气中的气体，如氢气、氧气和氮气。

表面缺陷

最常见的缺陷是出现褶皱，这是由于错误地锻造所造成的。钢筋的表面遇热会发生氧化，在没有正确焊接的情况下就会造成钢筋出现薄弱结点，容易发生断裂。

另一种缺陷是在钢筋生产过程中出现的浅表性疤痕，这是由于冷却速度过快所致。

表面腐蚀

之前两种类型的缺陷源于钢筋的制造过程。而表面腐蚀则不同，它是由于钢筋的贮存不当或意外裸露于腐蚀性环境中所致。

通常在等侯使用之前，钢筋会在空气中裸露相当长的一段时间，这时就会发生腐蚀。为方便运输而经常性的弯曲及贮存都会引起钢筋的腐蚀。

钢筋的腐蚀

降低钢筋强度的两种进程为腐蚀和脆化，这是由于与空气接触及混凝土内部湿度较高所致。

合格的钢筋混凝土中，钢筋结构的脆化通常不那么严重，但在预制混凝土中会产生问题。

与含有扩散氢的液体（乳酸雨）或气体（如氰化氢或硫化氢气体）接触都会导致钢筋中含有氢气。一旦钢筋中混入氢气便会变得脆弱且容易断裂。

当钢筋表面出现氧化层时即发生了腐蚀。随着氧化层的累积，对混凝土内部造成压力并最终导致其在压力下解体。

钢筋结构的缺陷影响着其外观、厚度及由此形成的强度。

水或潮湿是腐蚀发生的必要条件，温度的变化也会加剧腐蚀。

因此，了解混凝土所处环境的特性是十分重要的，尤其在衡量腐蚀程度的时候。

从广义上讲，腐蚀的发生有两种方式：化学作用和电化学作用。然而这两种作用也有可能同时发生。

一般来说，化学腐蚀会对整个钢筋结构表面造成影响，而电化学作用会对转化成阳极的部位造成影响。

贮存不当所造成的损害

和混凝土一样，在准备钢筋材料时也要谨慎。操作适当取决于设计阶段作出的决策、钢筋的切割、弯曲及安放位置。钢筋的布置在工程涉及阶段确定，采取必要的结构分析来确定最终的钢筋尺寸、数量及布置。

随后，将布置方案以图纸的方式传达给承包商。钢筋运送到现场时已经切割弯曲完毕。承包商根据图纸将钢筋结构安放到模板中。

以上所提到的阶段均易发生错误。通常是由于对钢筋与混凝土如何相互作用了解不足，缺乏相关技术知识所致。

如果设计者缺乏此类相关知识，那么其方案一定存在问题。最常见的问题是方案中缺乏信息。例如，布局缺乏详细尺寸，那么承包商只能根据图纸测量，这就导致不精确。另一种常见的疏忽则是没有明确说明需要重叠钢筋的位置。

这些疏忽多半是由于现场的决策者缺乏相关技术知识所致，并会造成严重后果。

钢筋切割不当不会造成结构性影响，因此通常不会产生严重后果。

由于钢筋切割不当而造成严重后果的情况，常常是因为超出了钢筋的最大耐受力范围。要解决这一问题需要额外添加钢筋。

在钢筋弯曲加工方面常见的差错为有意或无意地使弯曲钢筋弯曲程度超出所能承受的弯曲半径。

这类情况通常发生在施工现场缺乏正确弯曲及检测直径的工具时。在使用直径超过20mm的厚钢条时也会出现同样的问题。在弯曲内侧会出现肉眼可见的裂缝，特别严重时会致使钢条折断。由于如今广泛使用更加坚固的钢筋，这种损害变得十分常见。

当超出一定承受范围时，钢筋混凝土中钢筋结构的布局错误将是一切问题的源头。例如，当负力矩钢筋分布不均匀时，会造成局部的超重及局部承重不足。

通常会出现在钢筋混凝土中，钢筋之上的混凝土覆盖层厚度不足的情况，这导致结构更易发生腐蚀。这类缺陷可能由于模板连接处缺失所造成，其目的是为了规范模板边缘的空间。

在安置的过程中出现的另一种差错是使用不完全笔直的钢筋，这会影响其拉伸及抗压强度。

钢筋的轻度弯曲会降低其构造形成力。这几乎不会造成整个结构处在受压环境中，因为与混凝土相比，钢筋所提供的抗压强度相对较小。

然而，如果弯曲的钢筋长期处在绷紧状态，那么更易造成混凝土的裂缝。当混凝土构件中的钢筋长期处在压力下，但一部分承重被转移的情况下会产生问题。导致构件释放压力致使钢筋长期处在抗压的状态下。

通常会出现部分区域钢筋密度过大的情况，这会阻止湿混凝土通过，从而在成品混凝土内部造成孔洞。此错误常常由于设计不当所致，未给重叠的钢筋留出足够的空间，或是因为在施工现场连接钢筋时操作不当。

保护

钢筋混凝土的腐蚀开始于钢结构的腐蚀，因此钢筋周围实施足够的保护是十分重要的。钢筋上混凝土的覆盖层可以提供保护并且阻止混凝土内部的毛细渗透，从而增强保护程度。

另外必须牢记一点，预制钢筋的特性决定了它们已经接近其弹性极限，并且易发生电化学腐蚀。在一定环境因素下会发生此类现象。

水盐溶液、酸或碱及氧气缺一不可。如果其中一种因素缺失（如混凝土完全浸没在地下水中或处在完全干燥的环境中），腐蚀现象就不会发生。

由于大多数自然环境都会存在对混凝土有化学损害的物质，因此裸露在空气中的钢筋混凝土构件，在几年内其钢筋结构便会腐蚀。当然，混凝土构件在理想条件中更加耐用。

由于腐蚀会减小厚度，因此钢筋的强度必须足够大，以支撑其周围足够厚度的混凝土覆盖层。

混凝土中的碱会在钢筋周围产生一层钝化层。这层薄薄的氧化层具有低渗透性，从而有效地预防了电化学腐蚀。

这层物质十分敏感，在混凝土渗水性达到一定程度时很容易被破坏。这是因为当空气中的一氧化碳或二氧化碳渗透入混凝土后会与钙发生反应，降低混凝土的碱浓度。可溶性氯化物也会伤害钝化层。

当混凝土浇筑完毕后，即不能看见钢筋结构，其腐蚀发展速度之快难以估量。因此需要采取措施以获得配料恰当的、搅拌后的混凝土，因为在施工中所发生的变化将会最终决定保护层的质量和耐久度。

正是钢筋结构周围的混凝土覆盖层保护了其不受腐蚀性物质侵袭。为了获取有效的保护，其保护层厚度必须为20mm。

混凝土中平行于主钢筋或箍筋的裂缝会导致钢筋结构腐蚀，裂缝的尺寸会随着腐蚀的程度而变化。

如果腐蚀程度严重，由于氧化层所产生的巨大的外部压力会造成巨大的裂口。最多会使钢筋比原先变粗10倍。

促进腐蚀的因素

如果钢筋混凝土施工过程中忽略了一些关键的预防措施，那么腐蚀会迅速产生并加剧。如果在搅拌、浇筑及固化阶段操作不当，则会在混凝土内部产生大量的较大孔隙。这会降低混凝土的机械强度，因为大量的孔隙会集合在一起形成空洞，从而导致湿气侵入混凝土核心部位。

如果此问题产生，钢筋结构将会迅速地裸露在潮湿的环境中，加速氧化过程。

虽然在浇筑混凝土中孔隙的存在在所难免，但空隙必须尽量小，以减少其内部互相连接的可能性，因为这样会阻碍水合作用的发生。

水与水泥的质量比例应为0.4：1。其中40% 为水，25% 为水合作用产生的结晶，15% 增强湿混凝土的可塑性。

在硬化过程中，这40% 的水被周围环境吸收，其蒸发作用正是在混凝土内部产生孔隙的原因。

水与水泥的比例应为0.4：1，不能超出这一数值，否则会使蒸发过程产生更多、更大的孔隙。高孔隙度的负面影响之前已经研究过了，但在这里还需要重申，高孔隙度的主要后果是会增加水和气体的毛细吸收。

在低温环境中则存在冰冻的危险，这会大大降低混凝土的强度。

试验证明，将水与水泥的比例从0.4：1 提高到0.75：1 后，碳化过程会加快4 倍，并且产生孔隙的数量是原来的100多倍。

避免混凝土出现裂缝几乎是不可能的。裂缝的宽度决定了进一步损坏的严重程度。在腐蚀性环境中这些宽裂缝尤其危险。在非腐蚀性环境中，或者混凝土保护层足够厚以抵抗碳化的情况下，宽度小于0.2mm的裂缝并不会造成钢筋氧化。

但如果混凝土所处环境属于高腐蚀性，如海洋或工业地带，那么宽度为0.1mm的裂缝也会产生腐蚀的危险。而水库或水坝的混凝土，即使小于0.1mm的裂缝也足以导致氧化。

环境因素是导致钢筋结构腐蚀的决定性因素。气候变化决定了湿度水平，当与氯化物及硫酸盐结合，便可以决定腐蚀的风险与程度。

化学腐蚀在工业环境中十分常见，雨水及二氧化硫结合生成硫酸及亚硫酸，这不仅会中和混凝土中的碱，也会与碳酸钙发生反应。

这会生成石膏或铝化合物，从而使体积增加，随后导致混凝土解体。

碳化

碳化过程会使混凝土覆盖层的碱含量降低。而碱正是为钢筋结构提供化学保护的物质。大气中的二氧化碳会通过混凝土中的孔隙或发生水合作用的部分与其中的碱性物质发生反应，这会降低混凝土的PH值。在PH低于9.5的警戒线时，便不足以保护钢筋了。

碳化过程从钢筋混凝土的表面开始，逐步扩展到其内部。碳化能影响到的区域取决于时间和深度，而这两个因素由混凝土保护层的厚度决定。

碳化过程能达到的深度也与混凝土质量有关。

毫无疑问，碳化的扩展速度取决于混凝土的孔隙度。石灰含量高的水泥能为钢筋结构提供更好的保护，因为它们富含更多的碱。

因此，在需要更好的保护时，常常推荐使用富含碱性物质的水泥，如高炉渣和火山灰。这也是为什么硅酸盐水泥如此受欢迎的原因。因为它碱浓度高并且具备其他一些有益特性，可以制成优质的水泥。

混凝土配制

氯化物的渗透

氯化物会从外部环境及内部腐蚀混凝土。一块混凝土是含有许多不同物质的混合物。骨料分布在固体混合物中，其中可能含有有害物质，这也是腐蚀在混凝土构件内部扩散的途径之一。另一种可能性是当有氯化钙存在的情况下，在其中充当了水合加速剂的作用。如果发生上述情况之一，就说明钢筋极有可能未发生合理钝化，这时腐蚀便会迅速扩散。

如果氯化物来源于环境中，那么钢筋周围的混凝土保护层只能提供有限的抗腐蚀能力。氯化物渗透是必然的，这将决定腐蚀发生的速度与位置。如果毛细吸收率或扩散率低，则会减缓腐蚀的发生。而使用水与水泥比例较低的混凝土，即高水泥含量混凝土（也有利于致密程度），以及适当的凝固手段可以降低毛细吸收率。

如果混凝土没有任何裂缝，自由的氯离子是唯一可以渗透进混凝土内部的。然而，氯化物可以与硫反应或通过碳化作用生成氯离子。