混凝土耐久性發(fā)展

1、混凝土結構耐久性1 混凝土結構耐久性基本概念 1.1 混凝土結構耐久性混凝土結構耐久性 混凝土結構的耐久性是通過耐久性設計保證混凝土結構具有經(jīng)濟合理的使用年限( 或使用壽命) ，體現(xiàn)節(jié)約資源和可持續(xù)發(fā)展的方針政策。根據(jù)建設部要求，由清華大學會同有關單位編制混凝土結構耐久性設計規(guī)范，作為國內(nèi)混凝土結構耐久性設計的專用技術標準。1 混凝土結構耐久性基本概念 1.2 耐久性極限狀態(tài)耐久性極限狀態(tài) 耐久性作用的特點是時間的積累。從觀感缺陷、影響使用功能、降低承載力、到最終構件解體結構塌垮，很難用現(xiàn)有的極限狀態(tài)作明確的描述。根據(jù)工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準( GB501532008) ，目前暫將其列入正常

2、使用極限狀態(tài)進行設計控制。表現(xiàn)為以下狀態(tài):鋼筋混凝土構件出現(xiàn)銹脹裂縫;預應力筋表面開始銹蝕;構件混凝土表層出現(xiàn)可見的耐久性損傷( 酥裂、粉化等)。當然，如果不及時處理而任由損傷繼續(xù)發(fā)展，還會引起承載力問題，甚至破壞、倒塌。 1 混凝土結構耐久性基本概念 1.3 耐久性的定性設計方法耐久性的定性設計方法 引起材料性能劣化的耐久性影響因素很多，規(guī)律復雜，不確定性太大，而且耐久性試驗研究周期太長，除個別工程根據(jù)實際情況可以進行專門的定量設計以外，目前還只能根據(jù)調(diào)查分析和工程經(jīng)驗進行定性設計。設計內(nèi)容包括四個方面:耐久性環(huán)境分類( 外因) ;對混凝土材料的性能要求( 內(nèi)因) ;防止材料劣化的技術措施(

3、 措施) ;使用期的檢測維護要求( 維修)。 2 影響耐久性的環(huán)境類別影響耐久性的環(huán)境類別 影響混凝土結構耐久性的重要因素是環(huán)境, 環(huán)境類別應根據(jù)其對混凝土結構耐久性的影響確定。 第( 一) 類環(huán)境類別為: 室內(nèi)正常環(huán)境。 第( 二) a 類環(huán)境類別為: 室內(nèi)潮濕環(huán)境。非嚴寒和非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境、與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境。 第( 二) b 類環(huán)境類別為: 嚴寒和非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境、與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境。2 影響耐久性的環(huán)境類別影響耐久性的環(huán)境類別 第( 三) 類環(huán)境類別為: 使用除冰鹽的環(huán)境; 環(huán)境和寒冷地區(qū)冬季水位變動的環(huán)境; 濱海室外環(huán)境。這類環(huán)境在空氣中含有大

4、量的氯離子, 氯離子有很強的活性, 日長月久極易破壞鋼筋表面的鈍化膜而引起鋼筋銹蝕; 水位變動的環(huán)境加上嚴寒和寒冷地區(qū)冬季的反復凍融, 往往對混凝土造成很大的損傷。 第( 四) 類環(huán)境類別為: 海水環(huán)境。如港口碼頭, 燈塔、海島高腳屋等。港口的耐久性規(guī)定詳情見港口工程混凝土結構設計規(guī)范。 第( 五) 類環(huán)境類別為: 受人為或自然的侵蝕性物質(zhì)影響的環(huán)境, 對于人為侵蝕性環(huán)境應根據(jù)工業(yè)建筑防腐蝕設計規(guī)范的有關規(guī)定進行耐久性設計。3液態(tài)介質(zhì)對混凝土結構的破壞形式 3.1 液態(tài)介質(zhì)的腐蝕破壞液態(tài)介質(zhì)的腐蝕破壞 根據(jù)介質(zhì)對混凝土的腐蝕過程和表現(xiàn)形式, 腐蝕破壞可分為如下三類: ( 1) 溶出型破壞 水泥

5、石中的氫氧化鈣在軟水的長期作用下發(fā)生溶解, 使混凝土中的晶體接觸強度受到損失. 在流水及水壓力作用下, 溶解流失加劇, 使混凝土的堿度不斷降低, 導致其它水化產(chǎn)物的分解溶蝕, 最終使混凝土結構破壞.3液態(tài)介質(zhì)對混凝土結構的破壞形式 ( 2) 分解型破壞 主要是某些酸性介質(zhì)( 如碳酸、鹽酸) 和鎂鹽對混凝土的腐蝕. 其破壞形式可用反應式表示如下: Mg2+ + Ca( OH) 2 = Ca2+ + Mg( OH) 2 2H+ + Ca( OH) 2 = Ca2+ + H2O ( 3) 膨脹型破壞 環(huán)境水中的硫酸根離子( 或硫酸鹽生產(chǎn)介質(zhì)) 與水泥水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣、水化鋁酸鈣發(fā)生如下反應: 3

6、CaO Al2O3 6H2O+ 3SO2-4 + 3Ca( OH) 2+ 25H2O3CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O+ 6OH- 生成的高硫型水化硫鋁酸鈣晶體( 即鈣礬石) 因含有大量的結晶水, 使水泥比原有體積增加15倍以上, 在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生膨脹壓力, 造成混凝土開裂.3液態(tài)介質(zhì)對混凝土結構的破壞形式 3.2 液態(tài)介質(zhì)的鹽結晶破壞液態(tài)介質(zhì)的鹽結晶破壞 與混凝土相接觸的鹽溶液或海水, 在毛細張力的作用下, 可被混凝土毛細管提升. 當空氣濕度降低時, 相應毛細孔中的水將向空氣中蒸發(fā), 同時, 毛細孔中的溶液將被濃縮,而形成鹽的結晶, 并按其特有的結晶特征結晶生長. 當這種結晶生長

7、作用受到毛細孔壁限制時, 對孔壁產(chǎn)生巨大的結晶壓力, 致使混凝土開裂破壞. 3.3 鋼筋腐蝕破壞鋼筋腐蝕破壞 鋼筋腐蝕破壞是混凝土保護層覆蓋下鋼筋的電化學腐蝕. 鋼筋腐蝕產(chǎn)物的體積約為原鋼筋的2 4 倍, 其膨脹壓力遠遠大于混凝土的抗拉極限強度, 導致混凝土的開裂和鋼筋失效. 海洋環(huán)境下氯鹽引起的鋼筋腐蝕破壞非常普遍. 在氯離子存在加之前述液態(tài)介質(zhì)侵蝕下, 鋼筋腐蝕更為劇烈. 預應力混凝土結構中的預應力筋在腐蝕介質(zhì)作用下, 發(fā)生腐蝕破壞的后尤為嚴重.4液態(tài)介質(zhì)條件下混凝土結構的耐久性設計液態(tài)介質(zhì)條件下混凝土結構的耐久性設計 4.1 結構形式結構形式 對于暴露的結構部件的幾何形狀、類型、接縫的澆

8、筑、施工縫、連接、支座均應仔細選擇, 使液態(tài)腐蝕性介質(zhì)的局部集中危險減到最小. 液態(tài)腐蝕性介質(zhì)以滲透擴散或毛細作用等方式進入混凝土, 加速對鋼筋的腐蝕, 所以, 結構外露的混凝土表面要充分排水, 并注意如下問題: ( 1) 避免在接縫和止水帶上排水; 承受潮濕、濺水、積水的面積盡可能減到最小; ( 2) 房屋建筑立面上應特別注意易于排水, 并方便清洗; ( 3) 盡可能使結構中的孔洞和空隙能排水和通風; ( 4) 保證良好的、安全的預應力管道灌漿, 預應力筋的錨固區(qū)具有特別的保護;( 5) 避免可能導致大局部裂縫的結構類型( 這種開裂應用適當?shù)臉嬙旖顏硖幚? ; ( 6) 預計腐蝕破壞較嚴重的

9、結構構件, 宜設計成可更換或宜維修的構件.4液態(tài)介質(zhì)條件下混凝土結構的耐久性設計液態(tài)介質(zhì)條件下混凝土結構的耐久性設計 4.2 混凝土材料和保護層厚度混凝土材料和保護層厚度 低滲透性是保持混凝土耐久性的第一道防線. 配制混凝土時, 要考慮拌和物的均勻性、穩(wěn)定性, 以及硬化混凝土的密實度、界面結構、尺寸穩(wěn)定性和所用原材料的品質(zhì)等. 要保證成型密實、均勻、硬化后無原始裂縫, 避免由于溫度應力而產(chǎn)生裂縫, 盡量降低混凝土的干縮.合理進行配合比設計, 在含有氯離子條件下盡量降低水膠比, 選擇良好的骨料, 摻加外加劑以及改善施工方法避免離析及泌水等都可以提高混凝土的密實度, 使混凝土的滲透性變小. 在較低

10、的水膠比下, 粉煤灰活性混合材能產(chǎn)生減水、增漿、分散、活化、微集料等多種效應, 大大提高混凝土的耐久性. 縱向受力鋼筋及預應力鋼筋、鋼絲、鋼絞線的混凝土保護層厚度, 不應小于鋼筋的直徑或并筋的等效直徑; 不應小于骨料最大粒徑的15 倍, 采用預應力高強鋼絲、鋼絞線作受力鋼筋的預應力構件及設計工作壽命為100 年的房屋結構, 混凝土保護層厚度要適當增加.4液態(tài)介質(zhì)條件下混凝土結構的耐久性設計液態(tài)介質(zhì)條件下混凝土結構的耐久性設計 4.3 細部構造細部構造 布筋要保證混凝土的可操作性和密實性, 并盡可能配置三向的鋼筋籠以增加結構混凝土的整體堅固性. 暴露結構部分中的施工縫應適當選擇, 其暴露形式要與環(huán)境適應, 注意縫位置處的應力水平和預見的變異、外觀效果. 盡量限制混凝土接縫和密封處積水, 加強排水, 減少受潮和濺濕的表面積. 對于構件的薄弱部分盡量避開干濕交替頻繁部位和浪濺區(qū). 4.4 裂縫的控制裂縫的控制 暴露于海水或化學侵蝕環(huán)境中的預應力混凝土, 要求在整個使用壽命期間不得使