混凝土由细（砂）和粗（碎石或砾石）骨料和由波特兰水泥和水制成的糊料组成。就体积而言，主要材料是骨料。波特兰水泥是现代混凝土中最常用的粘合剂。它的商业制造方法是将石灰石或白垩与含有氧化铝、二氧化硅、石灰、氧化铁和氧化镁的粘土混合，然后将这些化合物一起加热到高温。硅酸盐水泥和水之间发生的水化过程导致形成碱性糊状物，该糊状物将骨料包围并结合在一起成为固体。
混凝土的质量取决于水与粘合剂的比例；粘合剂含量；健全、耐用且分级良好的骨料；放置时压实；和适当的固化。混合料中使用的水量会影响混凝土的渗透性和强度。使用超出水化过程所需的过量水会导致混凝土的渗透性更高，从而更容易风化和变质。外加剂通常添加到混凝土中以调整混凝土性能，例如凝结或硬化时间、对水的要求、和易性和其他特性。例如，年代加气剂的出现提高了混凝土的耐久性。
在20世纪，随着对化学过程的更好理解和质量控制措施的改进，普通混凝土的强度稳步上升。此外，还承认需要保护嵌入式钢筋免受腐蚀。对钢筋混凝土覆盖层的要求、增加水泥含量、降低水灰比和加气都有助于提高混凝土强度和提高耐久性。
恶化的机制和模式恶化的原因混凝土劣化的发生主要是由于嵌入钢筋的腐蚀、混凝土本身的退化、施工中使用不正确的技术或材料或结构问题。为了选择合适的修复和保护系统，必须了解混凝土劣化的原因。
虽然钢筋在扩大混凝土在20世纪建筑中的应用方面发挥了关键作用，但这种钢筋的腐蚀也导致了许多历史建筑的恶化。嵌入混凝土中的钢筋通常被钝化氧化层包围，当存在该氧化层时，可以保护钢筋免受腐蚀并有助于将钢筋与混凝土结合。当混凝土的正常碱性环境（pH值高于10）受到损害并且钢材暴露于水、水蒸气或高相对湿度时，钢筋就会发生腐蚀。碱度降低是由于碳化作用，当大气中的二氧化碳与混凝土中的氢氧化钙和水分发生反应时，就会发生这种过程。碳化开始于混凝土的暴露表面，但随着时间的推移可能会扩展到钢筋。当碳化到达金属钢筋时，混凝土不再保护钢筋免受腐蚀。
如果在原始施工期间将氯化钙作为促凝剂添加到混凝土中以促进更快的固化，则可能引发并加速嵌入式钢筋的腐蚀。如果混凝土后来暴露在除冰盐中，也可能发生这种情况，如北方气候的冬季可能发生的情况。海水或其他海洋环境也可以提供大量的氯化物，这可能来自未充分清洗的原始骨料或混凝土暴露于海水中。
钢筋混凝土的腐蚀相关损坏是锈蚀的结果，锈蚀是钢腐蚀过程的产物，锈蚀会膨胀，因此在混凝土中需要比安装时钢更多的空间。钢材体积的这种变化会产生膨胀力，从而导致相邻混凝土开裂和剥落（图12）。嵌入钢筋的其他腐蚀迹象包括混凝土分层（平行于表面的平面分离）和钢筋附近混凝土上的锈迹（通常是剥落的前兆）。
缺乏对屋顶和排水系统等建筑构件的适当维护会导致相邻混凝土与水相关的劣化，尤其是当混凝土被水浸透然后暴露于冰冻温度时。当混凝土中的水结冰时，它会膨胀并对相邻的混凝土施加力。反复冻融会导致混凝土开裂和分层。这种损坏表现为表面退化，包括延伸到混凝土中的严重结垢和微裂纹。这种情况最常在混凝土表面附近观察到，但也可能最终发生在混凝土深处。这种类型的恶化通常在接缝、建筑细节和其他表面暴露于天气的区域中最为严重。在二十世纪下半叶，
使用某些骨料也会导致混凝土劣化。碱-骨料反应——在某些情况下，碱-二氧化硅反应(ASR)——发生在水泥中通常存在的碱与某些骨料反应，导致膨胀结晶凝胶的发展。当这种凝胶暴露在湿气中时，它会膨胀并导致骨料和混凝土基体开裂。有害的骨料通常仅在该国的某些地区发现，并且可以通过经验丰富的岩相学家的分析来检测到。如今，新建筑中使用低碱水泥和粉煤灰来防止可能发生此问题的此类反应。
图12。位于夏威夷考艾岛基拉韦厄的基拉韦厄点灯塔的混凝土灯塔建于年左右。当时的混凝土质量优良、强度高，在使用了近一百年后仍处于良好状态。与嵌入式钢筋腐蚀相关的剥落形式的劣化主要发生在装饰性较高的区域，例如突出的带子和支架（见特写照片）。
历史混凝土特别遇到的问题用于建造历史悠久的混凝土结构的材料和工艺，特别是第一次世界大战前建造的那些，有时会带来潜在的问题根源。例如，当骨料由烧煤或碎砖的煤渣组成时，混凝土往往很脆弱且多孔，因为这些骨料会吸收水分。当暴露于湿气和循环冷冻和解冻时，其中一些骨料极易变质。混凝土有时会因包含未用淡水彻底冲洗的海水或沙滩沙子而受损，这种情况在年之前建造的沿海防御工事中更为常见。海水和沙滩沙子中存在的氯化钠会加速钢筋混凝土的腐蚀速度.
历史混凝土遇到的另一个问题是，在浇筑模板或在预制的情况下浇筑模具时，混凝土的固结性较差。这个问题在装饰性很强的单位中尤为普遍。20世纪早期的混凝土经常被夯实或固定到位，类似于用于形成铸石的技术。固化不良的混凝土通常包含空隙（“小孔”或“蜂窝”），这会减少嵌入钢筋上的混凝土保护层、截留水，如果足够大且数量众多，还会降低局部混凝土强度。随着时间的推移，振动技术得到了改进，如今也使用流动性剂来解决这个问题。
在混凝土中观察到的一种常见劣化类型是由于暴露在风、雨、雪和盐水或喷雾中而引起的风化作用。风化表现为水泥浆的侵蚀，这种情况在降水可能呈强酸性的北部地区更为普遍。这导致骨料颗粒暴露在暴露的混凝土表面上。由于暴露的水泥浆体的不同侵蚀或溶解，骨料暴露可能发生变化。侵蚀也可能是由水在混凝土上的机械作用引起的，例如带层和窗台上没有滴水槽，以及排水不畅。此外，清洗时使用高压水也会腐蚀混凝土表面。
在第一次世界大战之前建造的混凝土结构中，由于当时可用的吊装和浇筑技术的限制，混凝土通常以相对较短的垂直升降机浇筑成模板。不同混凝土浇筑之间的接缝（通常称为冷接缝或提升线）有时可能被认为是混凝土构件特性的重要组成部分（图13）。然而，较宽的接缝可能会使水渗入混凝土，导致在寒冷气候下相邻混凝土更快速地腐蚀或冻融变质。
在20世纪初，混凝土有时会被放置在与外表面平行的几层中。首先用模板创建基础混凝土，然后在基础混凝土的暴露垂直面上涂上一层更富含水泥的砂浆层。饰面混凝土中较高的水泥含量提供了更防水的外层和成品表面。富含水泥的顶层的应用，在一些早期的混凝土出版物中被称为“防水”，也被用于混凝土墙的顶面，或作为人行道的顶层。对于这种类型的混凝土结构，随着时间的推移，层间脱粘会导致劣化，并且一旦富含水泥的保护层开始分解，劣化就会非常迅速。
历史混凝土具有高度可变的外观是很常见的，包括颜色和饰面纹理。在暴露的骨料混凝土中经常发现由于糊料侵蚀而导致的不同程度的骨料暴露。历史混凝土外观的这种可变性增加了评估和修复风化混凝土的难度。
图13。位于华盛顿州凯西堡海军部海角的凯西堡建于年。混凝土浇筑的提升线在外墙上清晰可见，是完成外观的特征。
苦恼和恶化的迹象混凝土失效的特征迹象包括开裂、剥落、染色和挠曲。开裂发生在大多数混凝土中，但在深度、宽度、方向、模式和位置方面会有所不同，并且可以是活跃的或休眠的（不活跃的）。活动裂缝可以在混凝土中变宽、加深或迁移，而休眠裂缝的大小保持相对不变。一些休眠裂缝，例如由混凝土在固化过程中的早期老化收缩引起的裂缝，不是结构问题，但如果不加以修复，则会为湿气渗透和随后的损坏提供便利的渠道。随机表面裂纹，由于它们与地图上的线条相似，也称为地图裂纹，通常与早期收缩有关，但也可能表明其他类型的劣化，例如碱硅反应。
结构裂缝可能由暂时或持续的超载、不均匀的地基沉降、地震力或原始设计的不足引起。如果对结构施加过大的载荷、持续超载或持续沉降，结构裂缝就会活跃。如果临时过载已消除或差异沉降已稳定，则这些裂缝处于休眠状态。热致裂缝是由混凝土在温度变化过程中的膨胀和收缩产生的应力引起的。这些裂缝经常发生在旧混凝土结构的端部或凹角处，这些结构在建造时没有使用伸缩缝来缓解这种应力。
剥落（表面材料的损失）通常与冻融以及混凝土覆盖层在嵌入式钢筋上的开裂和分层有关。当钢筋腐蚀并且腐蚀副产品膨胀时，就会发生剥落，从而在相邻的混凝土上产生高应力，从而导致混凝土开裂和移位。当混凝土吸收的水冻结和解冻时，也会发生剥落（图14）。此外，当富水水泥浆（浮浆）上升到表面时，不正确的修整、成型或其他表面现象可能会导致表面剥落或结垢。由此产生的弱材料容易受到薄层剥落或结垢的影响。在某些情况下，混凝土的剥落会降低结构的承载能力。
图14。在为评估现有条件而进行的调查期间，从历史悠久的水箱中移除了从表面剥离（剥落）的建筑混凝土层。
挠度是结构梁、托梁或板的弯曲或下垂，可以表明混凝土的强度和结构稳固性存在缺陷。这种情况可能是由于过载、嵌入式钢筋腐蚀或设计或施工不当（例如使用低强度混凝土或尺寸过小的钢筋）造成的。
混凝土表面的染色可能与大气污染物或其他污染物的污染、污垢积累和有机生长的存在有关。然而，污渍也可能表明更严重的潜在问题，例如嵌入钢筋的腐蚀、先前的表面处理不当、碱集料反应或风化、由于水分迁移导致可溶性盐沉积在混凝土表面。图15)。
图15。混凝土表面上的矿物质沉积物是明显的水分通过混凝土运动的证据。滞留水分的循环冻结和融化以及嵌入式钢筋的腐蚀，也导致了马萨诸塞州菲奇堡克罗克球场由奥姆斯特德兄弟设计的这座围栏上混凝土柱的退化。
混凝土保护规划一座历史悠久的混凝土建筑或结构的重要性——包括它是否对其建筑或工程设计、材料和施工技术或两者都很重要——指导有关维修和（如果需要）更换方法的决策。确定退化的原因也是制定保护和修复计划的核心。对于历史悠久的混凝土建筑，更困难的挑战之一是在规划阶段留出足够的时间来分析混凝土、开发混合料，并提供时间让模型充分老化以匹配原始混凝土。
了解原始施工技术（水泥特性、配合比设计、组装的原始意图、浇筑类型、预制与现浇等）和先前对混凝土进行的修复工作对于确定现有劣化的原因和结构对潜在其他类型恶化的敏感性。例如，放置在短升降机中（单独的混凝土浇筑）或在预制段中建造的混凝土将具有许多可以为渗水提供入口点的接缝。不适当的事先维修，例如使用不兼容的材料安装补丁，可能会影响混凝土的未来性能。此类事先维修可能需要纠正工作。
与其他保护项目一样，对于历史悠久的混凝土结构，通常会考虑三种主要方法：维护、修理或更换。维护和修理最好地实现了最小干预和最大保留现有历史结构的保护目标。但是，如果建筑物的元素严重损坏或材料的固有问题导致持续故障，则可能需要更换。
在规划期间，信息是通过研究、目视调查、检查开口和实验室研究收集的。然后，材料应由在混凝土劣化方面经验丰富的专业人员进行审查，以帮助评估混凝土问题的性质和原因，评估劣化的短期和长期影响，并制定适当的修复方法。
状况评估混凝土建筑物或结构的状况评估应从审查与原始建筑和先前维修相关的所有可用文件开始。虽然旧混凝土建筑的计划和规格并不总是可用，但它们可能是一种宝贵的资源，应尽一切努力找到它们。它们可以提供有关混凝土混合物成分或钢筋类型和位置的信息。如果可用，还应审查与过去维修相关的文件，以了解维修是如何进行的，并有助于评估其预期性能和使用寿命。档案照片还可以提供有关原始建筑的宝贵信息来源。
视觉状况调查将有助于识别和评估痛苦和恶化的程度、类型和模式。美国混凝土协会提供了一些关于如何对混凝土进行目视状况调查的有用指南。通常，状况评估从整体目视调查开始，然后对代表性区域进行近距离调查，以获得有关恶化模式的更详细信息。
许多无损检测方法可用于现场评估隐蔽条件。基本技术包括用手持锤（或对于水平表面，链）探测以帮助识别分层区域。更复杂的技术包括冲击回波测试（图16）、探地雷达、脉冲速度以及其他表征混凝土厚度和定位空隙或分层的方法。磁性检测仪器用于定位预埋钢筋，并可通过校准来识别钢筋的尺寸和深度。可以使用铜-硫酸铜半电池测试或线性极化技术进行腐蚀测量，以确定钢筋主动腐蚀的概率或速率。
为了进一步评估混凝土的状况，可以取出样品进行实验室研究，以确定材料成分和成分以及劣化原因。样本需要代表现有条件，但应取自不显眼的位置。混凝土的实验室研究可能包括按照ASTMC，硬化混凝土岩相检验规程进行的岩相评估.岩相学检查包括由专门评估建筑材料的地质学家进行的显微研究，以确定空气含量、水灰比、水泥含量和一般骨料特性。实验室研究还可以包括化学分析，以确定混凝土的氯化物含量、硫酸盐含量和碱含量；有害聚集体的识别；和碳化深度的测定。可以进行抗压强度研究来评估现有混凝土的强度并为维修工作提供信息。实验室研究提供了原始混凝土成分和骨料的一般鉴定，以及由于各种机制（包括循环冻融、碱-骨料反应性、或硫酸盐攻击。通过实验室研究收集的信息也可用于帮助开发修复混凝土的配合比设计。
图16。对混凝土结构板进行冲击回波测试，以帮助确定损坏的深度。在这种方法中，将短脉冲能量引入结构，安装在结构撞击表面上的换能器接收反射的输入波或回波。分析这些波以帮助识别混凝土中的缺陷和劣化。
打扫与其他历史建筑一样，清洁混凝土结构有几个原因：改善混凝土的外观、作为周期性维护措施或为维修做准备。首先应考虑是否需要对历史悠久的混凝土结构进行清洁。如果需要清洁，则应选择最温和有效的系统。
清洁混凝土使用三种主要方法：水法、研磨表面处理和化学表面处理。低压水（小于psi）或蒸汽清洗可有效去除完好混凝土的表面污垢；但是，需要小心处理易碎或变质的表面。此外，水和蒸汽方法通常无法有效去除污渍或严重污染。有时会使用高压水强力冲洗来清洁或去除坚固的高强度混凝土上的涂层，但高压水冲洗通常会损坏历史建筑上的混凝土，并且不适合用于混凝土。
当使用适当的控制并在非常低的压力（通常为35至75psi）下使用时，使用非常细的颗粒（如白云石灰石粉）的微研磨表面处理有时可以有效清洁。然而，微磨料清洁可能会改变混凝土的质地和表面反射率。即使在非常低的压力下施加细颗粒，一些混凝土也会损坏。
化学表面处理可以有效清洁，但也可能通过漂白混凝土、去除浆糊、蚀刻骨料或以其他方式改变表面来改变混凝土的外观。洗涤剂清洁剂或温和的、稀释的酸性清洁剂可能适用于去除污渍或严重污渍。不应使用含有强酸（例如盐酸（盐酸）或氢氟酸）的清洁产品，它们会损坏混凝土并对人、动物、场地特征和环境有害。
对于任何清洁过程，应在全面实施之前进行试验样品。清洁程序的目的不应该是使结构恢复到新的外观。混凝土可以优雅地老化，只要污染不严重或有害，许多结构仍然可以在不进行大量清洁的情况下欣赏。
