3．2 环境类别和环境作用等级 3．2．1 根据混凝土材料的劣化机理，本条将环境种类分为5类，分别用大写罗马字母Ⅰ-Ⅴ表示： 1 一般环境(Ⅰ类)，指仅有正常的大气(二氧化碳、氧气等)和温、湿度(水分)作用，不存在冻融、氯化物和其他化学腐蚀物质的影响。一般环境对混凝土结构的侵蚀主要是表层混凝土碳化、氧气和水分共同作用引起的钢筋锈蚀。混凝土呈高度碱性，钢筋在高度碱性环境中会在表面生成一层致密的钝化膜，使钢筋具有良好的稳定性。当空气中的二氧化碳扩散到混凝土内部，会通过化学反应降低混凝土的碱度(碳化)，使钢筋表面失去稳定性并在氧气与水分的作用下发生锈蚀。所有混凝土结构都会受到大气和温湿度作用，所以在耐久性设计中都应予以考虑。 2 冻融环境(Ⅱ类)，会引起混凝土的冻融损伤。当混凝土内部含水量较高时，冻融循环的作用会引起内部或表层的损伤。如果水中含有盐分，损伤程度会加重。因此冰冻地区与雨、水接触的露天混凝土构件应按冻融环境考虑。另外，反复冻融造成混凝土保护层损伤还会缩短内部钢筋开始锈蚀的时间。 3 海洋、除冰盐等氯化物环境(Ⅲ和Ⅳ类)，氯离子可从混凝土表面迁移到混凝土内部，在钢筋表面积累到一定浓度(临界浓度)后会引发钢筋的锈蚀。氯离子引起的钢筋锈蚀程度要比一般环境(Ⅰ类)下单纯由大气作用引起的锈蚀严重得多，是耐久性设计的重点问题之一。 4 化学腐蚀环境(Ⅴ类)，混凝土的劣化主要是土、水中的硫酸盐、酸等化学物质和大气中的硫化物、氮氧化物等对混凝土的化学作用，同时也有盐结晶等物理作用所引起的破坏。 本标准中所指的环境作用，是直接与混凝土表面接触的局部环境作用。同一结构中的不同构件或同一构件中的不同部位，所处的局部环境有可能不同，在耐久性设计中可分别予以考虑。 3．2．2 一般环境(Ⅰ类)的作用是所有结构构件都会遇到和需要考虑的。当同时受到两类或两类以上的环境作用时，通常由作用程度较高的环境类别决定或控制混凝土构件的耐久性要求，但对冻融环境(Ⅱ类)或化学腐蚀环境(Ⅴ类)例外，例如在严重作用等级的冻融环境下可能必须采用引气混凝土，同时在混凝土原材料选择、结构构造、混凝土施工养护等方面也有特殊要求。因此，当结构和构件同时受到多种类别的环境作用时，原则上均应考虑，需满足各自单独作用下的耐久性要求。 3．2．3 本条将环境作用按其对混凝土结构的影响程度定性地划分成6个等级，用大写英文字母A-F表示。一般环境的作用等级从轻微到中度(Ⅰ-A、Ⅰ-B、Ⅰ-C)，其他环境的作用程度则为中度到极端严重。由于腐蚀机理不同，不同环境类别相同作用等级(如Ⅰ-C、Ⅱ-C、Ⅲ-C)的耐久性要求相近、但不完全相同。与各个环境作用等级相对应的具体环境条件，可分别参见本标准第4章到第7章中的规定。 把环境类别细化到环境作用等级完成了耐久性的设计从经验的方法到适度定量方法的过渡。当实际的环境条件处于两个相邻作用等级的界限附近时，有可能出现难以判定的情况，需要设计人员根据当地环境条件和既有工程劣化状况的调查，并综合考虑工程重要性等因素后确定。在确定环境对混凝土结构的作用等级时，还应充分考虑环境作用因素在结构使用期间可能发生的演变。 由于本标准中所指的环境作用是指直接与混凝土表面接触的局部环境作用，所以同一结构中的不同构件或同一构件中的不同部位所承受的环境作用等级可能不同。例如，外墙板室外一侧会受到雨淋受潮或干湿交替，其作用等级可为Ⅰ-B或Ⅰ-C；室内一侧环境作用轻微，其作用等级为Ⅰ-A；此时内外两侧钢筋所需的保护层厚度可取不同。在实际工程设计中还应考虑施工可行性，例如海洋环境中桥梁的同一墩柱可能分别处于水下区、水位变动区、浪溅区和大气区，局部环境作用最严重的应是干湿交替的浪溅区和水位变动区，尤其是浪溅区；这时整个构件中的钢筋保护层最小厚度和混凝土的最大水胶比与最低强度等级，就应该按照统一的作用等级来考虑；如果钢筋和混凝土没有防腐蚀附加措施，就要按浪溅区的环境作用等级Ⅲ-E或Ⅲ-F确定。 3．2．4 混凝土中的碱(Na2O和K2O)与砂、石骨料中的活性硅会发生化学反应，称为碱-硅反应(Aggregate-silica Reaction，简称ASR)；某些碳酸盐类岩石骨料也能与碱起反应，称为碱-碳酸盐反应(Aggregate-carbonate Reaction，简称ACR)。这些碱骨料反应在骨料界面生成的膨胀性产物会引起混凝土开裂，在国内外都发生过此类工程损坏的事例。环境作用下的化学腐蚀反应大多从构件表面开始，但碱-骨料反应却是在内部发生的。碱-骨料反应是一个长期过程，其破坏作用需要若干年后才会显现，而且一旦在混凝土表面出现开裂，往往已严重到无法修复的程度。 发生碱-骨料反应的充分条件是：混凝土有较高的碱含量、骨料有较高的活性、水的同时存在。当骨料有活性时，限制混凝土含碱量、在混凝土中加入适量的粉煤灰、矿渣或沸石岩等掺和料，能够抑制碱骨料反应；采用密实的低水胶比混凝土能有效地阻止水分进入混凝土内部，有利于阻止反应的发生。混凝土含碱量的规定见附录B．2，具体的技术措施可参考现行国家标准《预防混凝土碱骨料反应技术规范》GB/T 50733。 混凝土钙矾石延迟生成(Delayed Ettringite Formation，简写作DEF)也是混凝土内部成分之间发生的化学反应。混凝土中的钙矾石是硫酸盐、铝酸三钙与水反应后的产物，正常情况下在混凝土拌合后水泥的水化初期形成。如果在水化温升条件下钙矾石的形成受到抑制，在混凝土硬化后如与水接触可能会再起反应，延迟生成钙矾石。钙矾石在生成过程中体积会膨胀，导致混凝土开裂。混凝土早期蒸养过度或内部温度较高会增加延迟生成钙矾石的可能性。防止延迟生成钙矾石反应的主要途径是降低养护温度、限制水泥的硫酸盐和C3A含量以及避免混凝土在使用阶段与水分接触。在混凝土中引气也能缓解其破坏作用。 流动的软水能将水泥浆体中的氢氧化钙溶出，使混凝土密实性下降并影响其他含钙水化物的稳定。在长期溶蚀作用下，混凝土材料孔隙溶液的pH值会降低、水化硅酸钙的溶解会导致材料强度下降。材料的溶蚀速率与材料孔隙结构与孔隙溶液成分、环境软水成分以及流动性有很大关系。酸性地下水也有类似的作用。增加混凝土密实性有助于减轻氢氧化钙的溶出。 3．2．5 冲刷、磨损会削弱混凝土构件截面，此时应采用强度等级较高的耐磨混凝土，通常还需要将可能磨损的厚度作为牺牲厚度考虑在构件截面或钢筋的混凝土保护层厚度内。 不同骨料抗冲磨性能大不相同。研究表明，骨料的硬度和耐磨性对混凝土的抗冲磨能力起到重要作用，如花岗岩骨料好于石灰岩骨料。在胶凝材料中掺入硅灰也能有效地提高混凝土的抗冲磨性能。