混凝土的耐久性

1、第第20章章 耐久性耐久性 20.1 砼砼結(jié)構(gòu)的耐久性結(jié)構(gòu)的耐久性的的特特點點 20.2 若干耐久性問題若干耐久性問題 20.3 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計和評估耐久性設(shè)計和評估 20.1 結(jié)構(gòu)的耐久性問題及特點結(jié)構(gòu)的耐久性問題及特點 1.1工程中的問題工程中的問題： 砼的主要原材料使其比木、鋼結(jié)構(gòu)更為耐久； 工程中也發(fā)現(xiàn)個別結(jié)構(gòu)，未達預(yù)期使用期限前，因各種原因出現(xiàn)不同程度的損傷和局部破裂現(xiàn)象。如開裂、掉皮，棱角破損，強度下降，鋼筋保護層剝落、裸露和銹蝕，構(gòu)件彎曲下垂等，妨礙結(jié)構(gòu)的繼續(xù)使用，甚至造成承載力損失，威脅安全。如沿海地區(qū)結(jié)構(gòu)受氯鹽侵；冬季撒放除冰鹽而腐蝕公路和橋梁中的鋼筋；砼遭受反復(fù)凍融作用

2、而脹裂。 以上都屬于砼結(jié)構(gòu)耐久性裂化和失效。以上都屬于砼結(jié)構(gòu)耐久性裂化和失效。概念概念 耐久性：耐久性：在結(jié)構(gòu)及其各組成部分，在所處的自然環(huán)境和使用條件等因素的長期作用下，抵抗材料性能劣化、仍能維持結(jié)構(gòu)的安全和適用功能的能力。 使用壽命：使用壽命：結(jié)構(gòu)在正常使用條件下，不須重大維修而仍能維持安全和適用功能所延續(xù)的時間，可作為表達結(jié)構(gòu)耐久性的數(shù)量指標。 1.2耐久性失效的特點耐久性失效的特點 本質(zhì)上并非外力所致 外界介質(zhì)或材料內(nèi)部對混凝土的物理和化學作用的結(jié)果（CO2 、CL離子、堿質(zhì)等） 耐久性失效是個緩慢積累的過程 引起失效的諸因素相互關(guān)聯(lián)，相互影響 耐久性首先受控于正常使用極限狀態(tài)，而非承

3、載能力極限狀態(tài)。 1.3混凝土的孔結(jié)構(gòu)混凝土的孔結(jié)構(gòu) 耐久性失效的嚴重性在很大程度取決于混凝土材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的多孔性和滲透性。 砼內(nèi)部空隙是其施工配置和水泥水化凝固過程的必然產(chǎn)物，因其產(chǎn)生原因和條件不同，孔隙尺寸、數(shù)量、分布和孔型（封閉或開放式）的區(qū)別，對砼的滲透性有很大影響。 孔的種類： 1.凝膠孔 2.毛細孔 3.非毛細孔 影響孔結(jié)構(gòu)和孔隙率的因素：影響孔結(jié)構(gòu)和孔隙率的因素： 1.水灰比 ：越大，孔直徑明顯增大，總孔隙率就越大 2.水泥品種和細度：水泥中粗顆粒多，凝膠孔、毛細孔的尺寸和體積率都增大。 3.骨料品種：天然巖石粗骨料，內(nèi)部孔隙率小，封閉；天然和人工輕骨料，本身孔隙率大，多開放孔型

4、。 4.配制質(zhì)量 ：攪拌、運輸、澆筑、振搗操作不善，易產(chǎn)生大孔洞和缺陷 5.養(yǎng)護條件：及時充分，利于水泥水化，減小毛細孔孔徑和總孔隙率。加熱養(yǎng)護，溫濕度都影響毛細孔結(jié)構(gòu)，梯度大而引起內(nèi)部裂縫，增大孔隙率。20.2 若干耐久性問題若干耐久性問題2.1滲透滲透1.滲透：當混凝土與周圍介質(zhì)存在壓力差時，高壓一方的氣體或液體將向低壓方遷移的現(xiàn)象。 滲透性的強弱取決于混凝土結(jié)構(gòu)的孔結(jié)構(gòu)和孔隙率2.抗?jié)B性：混凝土抵抗氣體或液體滲透的能力。 混凝土的抗水性：試件在單位時間、單位水頭（cm）作用下、通過單位截面積F（cm2）、滲透過L（cm）厚度的滲水量Q（cm3/s）。用滲透系數(shù)k（cm/s）作為定量 指標

5、。 不易滲水的密實砼：對標準試件施加水壓，按規(guī)定速度（0.1MPa/8h）緩慢增壓，當一組試件6個中的3個在背水面出現(xiàn)水珠或濕點，記下水壓H（MPa）?？?jié)B標號計算式：S=10H-1 QLkhFhFQkL2.2凍融凍融1.混凝土環(huán)境溫度的周期性降低和升高，使內(nèi)部水凍成冰，冰融成水，反復(fù)循環(huán)。2.凍融循環(huán)-損傷積累-裂縫擴張、延伸甚至貫通破裂由表及里-混凝土強度降低3.混凝土抵抗凍融破損的能力稱為抗凍性。 砼的抗凍標號：用28天齡期的標準試件進行慢凍法，在每次凍融循環(huán)后測定其重量和抗壓強度。同時達到重量損失5%和強度損失25%的最大凍融循環(huán)次數(shù)。如D25,D100。 4.抗凍性主要取決于內(nèi)部孔結(jié)

6、構(gòu)和孔隙率，含水飽和程度，受凍齡期等。提高抗凍性方法: 降低水灰比，摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰和硅粉，合理配比材料，改進施工操作和加強養(yǎng)護，提高砼密實性，減少孔隙率。還有：a最簡單有效法：拌合砼時摻加引氣劑，在其內(nèi)部形成大量分布均勻、但互不連通的封閉形微氣孔，如圖20-2，可吸收毛細水結(jié)冰時膨脹作用，減輕對內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞程度。b冬季施工，添加防凍劑、早強劑，或升溫養(yǎng)護，防止早期受凍，促進凝固硬化過程。2.3堿堿-骨料反應(yīng)：骨料反應(yīng)：定義：混凝土骨料中的某些活性礦物與混凝土孔隙中的堿性溶液（KOH、NaOH）之間發(fā)生反應(yīng)，體積膨脹 ，在混凝土中產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土開裂和強度降低。堿-骨料反應(yīng)的必要條件：

7、砼中含堿，骨料有活性和孔隙有水，且各自達一定指標混凝土中總含堿量主要取決于水泥品種所決定的Na2O當量和水泥用量（kg/m3）。堿-骨料反應(yīng)的可能和嚴重性宏觀地用單位體積的含堿量（kg/m3）表示。防止和減輕混凝土的堿防止和減輕混凝土的堿-骨料反應(yīng)骨料反應(yīng)最有效措施：最有效措施：控制（減少水泥中的含堿量）控制（減少水泥中的含堿量） 2.4碳化碳化1.中性化：結(jié)構(gòu)周界的環(huán)境介質(zhì)中所含酸性物質(zhì)（ CO2 SO2、 HCL等）與砼表面接觸，通過各種孔隙滲透至內(nèi)部，與水泥石的堿性物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)，稱為混凝土中性化。最普遍發(fā)生的形式：空氣中砼的碳化有利：碳化后部分凝膠孔和毛細孔被碳化物堵塞，密實性和抗壓

8、強度提高不利：碳化降低堿度，一旦碳化層深及鋼筋表面，鈍化膜被破壞而生銹。碳化的砼加劇了收縮變形，導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)、粘結(jié)力下降，甚至保護層剝落混凝土表面至碳化層的最大厚度稱為碳化深度D（mm）碳化深度快速試驗方法：用高濃度CO2測定砼的碳化深度CCO2濃度（%）t碳化齡期 碳化速度系數(shù)，反映砼抗碳化能力減輕和延緩混凝土的碳化進度，減輕和延緩混凝土的碳化進度，提高耐久性的措施：提高耐久性的措施： DCtn nnkk kC tDDC t2.5化學腐蝕化學腐蝕過程：侵蝕性介質(zhì)進入混凝土內(nèi)部過程：侵蝕性介質(zhì)進入混凝土內(nèi)部物理或化學作用物理或化學作用混混凝土腐蝕、脹裂和剝落、鋼筋銹蝕、凝土腐蝕、脹裂和剝落、鋼

9、筋銹蝕、結(jié)構(gòu)失效。結(jié)構(gòu)失效?；炷粮g的原因和機理由于侵蝕介質(zhì)和環(huán)境條件分：溶蝕型腐蝕結(jié)晶膨脹型腐蝕措施： 1選址 ，控制侵蝕性介質(zhì) 2設(shè)計、材料和施工 3.采用抗腐蝕性較強的水泥品種 4較低的水灰比，保證水泥用量，添加活性摻和料，提高砼密實性和抗?jié)B性 5增大保護層厚度 6對結(jié)構(gòu)砼表面涂料或浸漬處理，防止侵蝕性水滲入和減少砼的溶蝕流失2.6鋼筋銹蝕鋼筋銹蝕 當裂縫、腐蝕和碳化深入到鋼筋所在位置，很容易招致鋼筋銹蝕，鋼筋直徑和面積小，銹蝕后強度顯著降低，使結(jié)構(gòu)承載力嚴重折減而出現(xiàn)安全問題。防止和延緩鋼筋銹蝕措施：A從環(huán)境方面著手B從材料的選用、制作和構(gòu)造設(shè)計方面著手 上面分別介紹了砼結(jié)構(gòu)耐久性劣

10、化和失效的各種現(xiàn)上面分別介紹了砼結(jié)構(gòu)耐久性劣化和失效的各種現(xiàn)象和主要原因，以及其機理、影響因素和改進措施。象和主要原因，以及其機理、影響因素和改進措施。 由于各類耐久性劣化之間相互聯(lián)系，多數(shù)都與砼內(nèi)部的孔隙率由于各類耐久性劣化之間相互聯(lián)系，多數(shù)都與砼內(nèi)部的孔隙率和孔結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，因而許多改進措施是一致和互利的。和孔結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，因而許多改進措施是一致和互利的。如精心施工，即攪拌均勻，運輸和澆注防止離析，振搗密實，加強養(yǎng)護，特別是早期齡期養(yǎng)護，減小孔隙率。 同時，有的措施具有兩面性，即對某些耐久性的劣化現(xiàn)象有利，同時，有的措施具有兩面性，即對某些耐久性的劣化現(xiàn)象有利，對另一些現(xiàn)象反而有害。對另一些現(xiàn)象反而有害。如：水泥中的含堿量適當，可增大pH值，有利于鋼筋防銹，而含堿量過高，易產(chǎn)生不利的堿-骨料反應(yīng)。 故對于提高混凝土耐久性所采取的措施，應(yīng)做全面故對于提高混凝土耐久性所采取的措施，應(yīng)做全面深入的分析評估，不能顧此失彼。深入的分析評估，不能顧此失彼。 20.3 結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計和評估結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計和評估 3.1耐久性設(shè)計耐久性設(shè)計 根據(jù)環(huán)境類別和設(shè)計使用年限，針對影響耐久性的因素提出相應(yīng)的對策。措施措施 1.環(huán)境 2.材料 3.設(shè)計 4.施工 3.2已有結(jié)構(gòu)的耐久性檢測和評估已有結(jié)構(gòu)的耐久性檢測和評估 已建成混凝土結(jié)構(gòu)，在各種環(huán)境因素和周圍介質(zhì)的不利