本回答从两个方面论述:
一、现有的案例
说到混凝土的寿命,不得不提到罗马的万神庙了。
以下信息摘自百度百科(图片来自网络,侵删):
古罗马城中心供奉众神的庙宇,建于公元120~124年间,古罗马建筑的代表作之一。
万神庙平面为圆形,上覆穹顶。这个古代世界最大的穹顶直径 43.3米,正中有直径 8.92米的圆洞。基础、墙和穹顶都用火山灰水泥制成的混凝土浇筑。作为骨料的石块,在下面的硬而重,在上面的软而轻。穹顶上部混凝土的比重只有基础比重的三分之二。基础底宽7.30米,墙和穹顶底部厚6米,穹顶顶部厚1.50米。穹顶内表面作凹格以减轻重量,共5排,每排28个。墙上除大门外有7个凹室,也能起减少施工量的作用。墙里和穹顶里都有砖券,结构作用不明显,可能出于施工需要。
二、混凝土的耐久性
以下主要从钢筋混凝土的角度论述。
要延长混凝土结构的使用寿命,其实就是提高混凝土结构的耐久性。影响混凝土结构耐久性的因素主要有:(1)混凝土材料;(2)保护层厚度;(3)裂缝;
根据《混凝土结构耐久性规范》,混凝土结构在设计时首先应考虑工作环境,具体可按下表划分:
然后根据混凝土的环境、需要正常使用的年限,确定混凝土材料、保护层厚度、裂缝控制等级。
1、混凝土材料
混凝土的材料主要是指针对不同的工作环境,选择不同的水泥、添加剂、掺料,以达到相应的功能。例如,掺料采用粉煤灰,可以提高混凝土的抗渗性能,这在很多水工结构及桥墩结构中得到应用。
另外最重要的就是选择合适的水泥,下表即为不同种类水泥的适用情况:
2、保护层厚度
影响混凝土耐久性的几个化学反应主要涉及以下三个概念:氯离子侵蚀、碳化、碱骨料反应。
2.1 氯离子侵蚀
氯离子主要存在于海洋环境,另外就是非法使用海砂。另外还有一种常识性的做法也会对混凝土产生氯离子侵蚀,就是为了化冰而在路面、桥面撒盐。
通常情况下,混凝土内部含有大量氢氧根离子,是呈碱性的,会在钢筋表面形成钝化膜。但由于氯离子侵入,导致氢氧根离子减少,使混凝土的PH值降低,破坏钢筋表面的钝化膜。因为钝化膜的破坏不均匀,在钢筋表面形成电位差,引起钢筋锈蚀。
2.2 碳化
混凝土是利用水泥水化反应与粗细骨料(砂石)胶结形成抗压性能优越的固体材料。由于水化反应是一个漫长的过程,因此内部长期处于碱性状态,对钢筋具有保护作用(见1.1节)。碳化反应与氯离子侵蚀的情况类似,空气中存在的二氧化碳与混凝土中的氢氧根离子中和,破坏钢筋的钝化膜。(注:碳化有利的一面是提高混凝土表面的强度)
混凝土碳化深度可以采用酚酞试剂测试,若表面已经碳化,则酚酞试剂不会变色,可以根据不变色的区域来测定碳化深度。
2.3 碱-骨料反应
碱-骨料反应是指水泥中的碱性氧化物含量较高时,会与骨料中所含的二氧化硅发生化学反应 ,并在骨料表面生成碱-硅酸凝胶,吸水后会产生较大的体积膨胀,导致混凝土胀裂现象。因此要严格控制水泥、外加剂等成分中的碱含量。
2.4 控制保护层厚度
保护层即最外侧钢筋至混凝土结构表面的距离。在无法改变外界环境的情况下(无法避免与氯离子或二氧化碳接触),增加保护层厚度可以有效地延长氯离子和碳化侵入至钢筋表面的时间,这一点可以从《混凝土结构设计规范》控制不同使用年限混凝土结构保护层厚度上看出。环境越差,使用年限越长,保护层就越厚。
2.4 裂缝
混凝土一旦出现裂缝,则氯离子和二氧化碳可以直接与钢筋接触,空气中的氧气和水分也可以直接到达钢筋表面,使钢筋迅速生锈。因此混凝土结构的裂缝控制 尤为重要。通常考虑裂缝时,混凝土结构的截面和钢筋都是受裂缝宽度这个因素控制。
目前已经有人在研究可自愈的混凝土,混凝土中含有一种特殊的菌类,一旦混凝土开裂,水分进入后这些菌就会被激活,填充裂缝部位。我认为这个对提高混凝土耐久性具有很好的作用。
时间比较仓促,就写这么多吧。
19.12.06补充
图片来源:https://www.technology.org/2014/12/16/back-future-roman-architectural-concrete/
图片文字翻译:古罗马混凝土由一种能够抵抗微裂纹的火山灰砂浆将粗糙的火山凝灰岩和砖块粘接在一起形成的,这是混凝土长寿和耐久的关键。
图片是采集自罗马图拉真集市1900年以前的混凝土样本,加州大学伯克利分校和康奈尔大学都有团队在研究。
另外可以参考猪小宝的回答:
至于有人说什么金字塔啊万神庙啊各种古代建筑都是骗局,我表示反对。当然,对现有历史遗迹的修复和保护是无可厚非的。