土木工程材料論文

1、土木工程材料論文姓 名： 學(xué) 號(hào)： 系 部： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 混凝土耐久性長(zhǎng)期以來(lái)，混凝土作為土建工程中用途最廣，用量最大的建筑材料之一，在近二百年的發(fā)展中，其強(qiáng)度不斷提高。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家已使用50MPa 甚至100MPa 的高強(qiáng)度混凝土。但是，在提出高強(qiáng)度的同時(shí)， 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題也愈來(lái)愈被人們所關(guān)注。直到20 世紀(jì)70 年代末期，發(fā)達(dá)國(guó)家才逐漸發(fā)現(xiàn)原先建成的基礎(chǔ)設(shè)施工程在一些環(huán)境下出現(xiàn)過(guò)早損壞。我國(guó)大多數(shù)建筑物在使用2530 年后即需大修。因此，提高混凝土耐久性，延長(zhǎng)工程使用壽命，盡量減少維修重建費(fèi)用是建筑行業(yè)實(shí)施可

2、持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵。 近年來(lái), 隨著人們對(duì)混凝土耐久性認(rèn)識(shí)的日益提高,在各種設(shè)計(jì)規(guī)程中, 均把耐久性列為混凝土的一項(xiàng)重要指標(biāo), 尤其在一些大中型建筑物中, 更加重視混凝土的耐久性問(wèn)題。對(duì)建筑業(yè)來(lái)說(shuō), 建筑物必須經(jīng)久耐用, 而且能滿足其在服務(wù)期內(nèi)的各項(xiàng)性能要求?；炷潦谴笞诘慕ㄖ牧? 提高混凝土耐久性具有非常重要的理論意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。所謂混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性, 是指混凝土結(jié)構(gòu)在自然環(huán)境、使用環(huán)境及材料內(nèi)部因素的作用下, 在設(shè)計(jì)要求的目標(biāo)使用期內(nèi), 不需要花費(fèi)大量資金加固處理而能保持其安全

3、、使用功能和外觀要求的能力。 一、影響混凝土耐久性的主要因素和作用機(jī)理 1.影響混凝土耐久性的內(nèi)部機(jī)理 一般混凝土工程的使用年限約為50100 年， 但實(shí)際中有不少工程在使用1020 年，有的甚至在使用幾年后即需要維修，這就是由于混凝土耐久性低（不足）造成的。影響混凝土耐久性的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，造成混凝土耐久性不佳的原因多種多樣,主要可分為:(1)由溫度變化引起的收縮膨脹裂縫,如凍融循環(huán)、除冰鹽分對(duì)混凝土的剝蝕等物理變化:(2)由混凝土內(nèi)部材料引起的堿集料反應(yīng)以及外部侵蝕性離子引起的諸如鋼筋銹蝕、硫酸鹽侵蝕以及碳化等化學(xué)變化;(3)機(jī)械破

4、壞:沖擊、磨損、流動(dòng)淡水溶蝕作用、流動(dòng)氣體的磨蝕、沖蝕等機(jī)械破壞。從以下四個(gè)方面來(lái)分析影響混凝土耐久性的因素。 1.1 混凝土的碳化 混凝土的碳化又稱為混凝土的中性化， 幾乎所有混凝土表面都處在碳化過(guò)程中。它是空氣中二氧化碳與水泥石中的堿性物質(zhì)相互作用，使其成分、組織和性能發(fā)生變化，使用機(jī)能下降的一種很復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。 混凝土的碳化機(jī)理指的是大氣中的CO2或某些酸性氣體與暴露在空氣中的混凝土表面接觸并且不斷地向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散, 與混凝土中的堿性水化物起反應(yīng)的復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。碳化作用使混凝土內(nèi)部堿性降低, 使鋼筋處于中

5、性化環(huán)境(當(dāng)pH 值小于115時(shí)), 從而使鋼筋表面鈍化膜遭到破壞而生銹, 導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開裂和混凝土的粘結(jié)作用降低, 致使構(gòu)件破壞。其化學(xué)反應(yīng)式如下: Ca( OH ) 2- Ca2+ ( aq) + 2OH - ( a q) Ca2+ ( a q) + 2OH - ( aq) + CO2 -CaCO3&

6、#160;+ H 2O 3CaO· 2S iO2  ·3H 2O+ 3CO2-3CaCO3·2SiO2·3H2O 3CaO·SiO2 + 3CO2 + nH2O- S iO2· nH 2O+ 3CaCO3 2CaO· SiO2 + 2CO2 + nH2O- S 

7、;iO2·nH 2O+ 2CaCO3 1.2 混凝土的凍融破壞 混凝土是由水泥砂漿和粗骨料組成的毛細(xì)孔多孔體。在拌制混凝土?xí)r，為了得到必要的和易性，加入的拌和用水總要多于水泥的水化水， 這部分多余的水便以游離水的形式滯留于混凝土中形成連通的毛細(xì)孔，并占有一定的體積，另外，還有一些水泥水化后形成的膠凝孔。這種毛細(xì)孔的自由水就是導(dǎo)致混凝土遭受凍害的主要因素， 因?yàn)樗隼鋬鼋Y(jié)成冰后會(huì)發(fā)生體積膨脹，引起混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞。在反復(fù)凍融循環(huán)后，混凝土中的裂縫會(huì)互相貫通，其強(qiáng)度也會(huì)逐漸減低，最后甚至完全喪失，使混凝土由表及里遭

8、受破壞。 1.3侵蝕性介質(zhì)的腐蝕 在各種侵蝕性介質(zhì)如酸、堿溶液等作用的環(huán)境下，侵蝕性介質(zhì)對(duì)混凝土產(chǎn)生腐蝕，最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。在冬季，為保證公路交通的暢通，道路養(yǎng)護(hù)人員向道路、橋梁及城市立交橋等撒鹽或鹽水，以化雪和放冰，這使得氯離子進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。在混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命期間可能遇到的各種暴露條件中，氯化物是最危險(xiǎn)的侵蝕介質(zhì)，應(yīng)引起高度重視。 1.4 混凝土堿集料反應(yīng) 混凝土堿集料反應(yīng)被許多專家稱為混凝土的“癌癥”。堿集料反應(yīng)是指混凝土集料中某些活性礦物與混凝土微孔中的堿溶液產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)。堿主要來(lái)源于水泥熟料、外加劑，集料中活性材料主要是

9、SiO2和硅酸鹽、碳酸鹽等。 堿- 骨料反應(yīng)( 簡(jiǎn)稱AAR ) 是指混凝土原材料中的水泥、骨料、外加劑、混合料和拌合水中的堿性物質(zhì)( Na2O 或K2O)與骨料中堿活性礦物成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成膨脹物質(zhì)( 或吸水膨脹物質(zhì)), 從而使混凝土在澆筑成型若干年后, 內(nèi)部逐漸產(chǎn)生自膨脹應(yīng)力, 造成混凝土從內(nèi)向外開裂的損毀現(xiàn)象。按與堿反應(yīng)的巖石類型可將堿- 骨料反應(yīng)劃分為三種, 即堿- 硅酸反應(yīng)、堿- 碳酸鹽反應(yīng)和堿- 硅酸鹽反應(yīng)。 1.

10、5 鋼筋銹蝕 混凝土在一種或多種外界作用下， 材料的耐久性能會(huì)發(fā)生衰退，逐漸降低了對(duì)其內(nèi)部鋼筋的保護(hù)作用。當(dāng)鋼筋外面的混凝土中性化或出現(xiàn)開裂等情況時(shí)， 鋼筋失去了堿性混凝土的保護(hù)，鈍化膜破壞并開始銹蝕。銹蝕的鋼筋不但截面積有所損失，材料的各項(xiàng)性能也會(huì)發(fā)生衰退，從而影響混凝土構(gòu)件的承載能力和使用性能。鋼筋銹蝕也是引起混凝土結(jié)構(gòu)耐久性下降的最主要和最直接的因素。 2.影響混凝土耐久性的其他外部因素 2.1原材料方面 (1)水泥。 水泥是混凝土中最主要的膠凝材料,選擇優(yōu)質(zhì)的水泥對(duì)配制高強(qiáng)混凝土尤為重要。水泥石中的水化物穩(wěn)

11、定性不足會(huì)對(duì)耐久性產(chǎn)生不利影響,普通混凝土的水泥石中水化物穩(wěn)定性的不足,是混凝土不能超耐久的一個(gè)主要因素。水泥因?yàn)閺?qiáng)度提高、細(xì)度增大、硬化速度加快等因素,加劇了混凝土結(jié)構(gòu)的開裂問(wèn)題;對(duì)于大體積混凝土,必須引起注意,為了防止溫度裂縫,必要時(shí)需采用低水化熱的水泥或在強(qiáng)度允許的條什下以優(yōu)質(zhì)礦物摻合料大量替代部分水泥。但是往往由于優(yōu)質(zhì)合格的集料資源日趨枯竭,只有采用質(zhì)次或有問(wèn)題的集料,如風(fēng)化砂石等,對(duì)集料的質(zhì)量沒(méi)有引起足夠的重視。 (2)礦物摻合料。 不同種類的礦物摻合料其共性是都具有較大的比表面積,其復(fù)合膠凝效應(yīng)可顯著提高混凝土強(qiáng)度,改善耐久性。新拌和硬化混凝土的力學(xué)性能、耐久性

12、能以及微觀結(jié)構(gòu)都得到不同程度的改善,因而,礦物摻合料已成為配制耐久性混凝土不可缺少的重分,一般摻合料的生產(chǎn)成本低于水泥,用于配制混凝土有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益,主要有粉煤灰、高爐礦渣、天然火山灰以及硅粉等?？梢蕴岣呋炷涟韬臀锏墓ぷ餍?減少用水量。 2.2 設(shè)計(jì)方面 對(duì)混凝土工程耐久性的研究試驗(yàn)工作大部分局限在試驗(yàn)室階段,與實(shí)際使用環(huán)境脫節(jié),更重要的是混凝土工程在設(shè)計(jì)過(guò)程中常常只考慮單一的破壞因素,忽視對(duì)實(shí)際中常發(fā)生的多個(gè)破壞因素引起的綜合破壞作用。即對(duì)混凝土耐久性綜合癥缺少全面的認(rèn)識(shí)。 2.3施工及維護(hù)方面 過(guò)于追求施工進(jìn)度,對(duì)混凝土工程的施工質(zhì)

13、量控制不嚴(yán),若混凝土的密實(shí)性差,周圍環(huán)境惡劣,氯化物、氧和水分很容易會(huì)侵蝕到鋼筋表面,引起腐蝕,鋼筋銹蝕物使混凝與鋼筋產(chǎn)生隔離,久而久之,使混凝土沿鋼筋長(zhǎng)度劈裂剝落,鋼筋裸露,從而大大縮短結(jié)構(gòu)的使用壽命。也不注意對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的養(yǎng)護(hù);在混凝土施工過(guò)程中為了滿足混凝土施工工作性要求,加大用水量、提高水灰比,因而導(dǎo)致混凝土的孔隙率很高,特別是其中毛細(xì)孔占相當(dāng)大部分,毛細(xì)孔是水分、各種侵蝕介質(zhì)、氧氣、二氧化碳及其他有害物質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部的通道,引起混凝土耐久性的不足。  二、提高混凝土耐久性的措施 不論是上述哪一種因素主導(dǎo)著混凝土的劣化過(guò)程，其共同點(diǎn)是混凝土內(nèi)有充

14、足的水分和其他有害物質(zhì)的侵入。要提高混凝土耐久性，滿足耐久性要求，必須降低混凝土的孔隙率，特別是降低毛細(xì)管孔隙率，即混凝土必須有足夠的密實(shí)性并且不出現(xiàn)有害裂縫，從而能夠抵抗水分和侵蝕性介質(zhì)的滲入。針對(duì)影響混凝土耐久性的因素，采取的措施多種多樣，歸納起來(lái)主要有以下兩個(gè)方面 1.從混凝土耐久性損壞機(jī)理來(lái)考慮的話，主要可以歸納為以下幾點(diǎn)： 1.1 提高混凝土抗碳化能力 碳化對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性影響主要是使混凝土堿度降低，進(jìn)而鋼筋脫鈍、銹蝕。為此必須減小、延緩混凝土的碳化。鋼筋外留下足夠的混凝土保護(hù)層厚度是簡(jiǎn)單有效的方法；混凝土配合比將影響碳化速度，足夠的水泥用量

15、、降低水灰比、采用減水劑都可減緩碳化速度。此外，提高混凝土密實(shí)性、增強(qiáng)抗?jié)B性、對(duì)混凝土采用覆蓋面層等措施可減緩或隔離CO2向混凝土內(nèi)部滲透，大大提高混凝土抗碳化能力。 1.2 防止混凝土的凍融破壞 凍融破壞在我國(guó)北方寒冷地區(qū)大量出現(xiàn)。防止凍融破壞主要措施是降低水灰比、使用引氣技術(shù)（加引氣劑）。但是，由于引入空氣微泡會(huì)降低混凝土強(qiáng)度， 加之市場(chǎng)上引氣劑品種繁多，質(zhì)量參差不齊，故在工程使用時(shí)應(yīng)慎重選用。 1.3 預(yù)防侵蝕性介質(zhì)的腐蝕 在我國(guó)侵蝕性介質(zhì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)危害最嚴(yán)重的應(yīng)是氯鹽的影響。提高混凝土抗氯離子滲透能力的措施是限制水

16、灰比，保證最低水泥用量以確保堿度， 摻入適量?jī)?yōu)質(zhì)摻和料（粉煤灰、磨細(xì)礦渣、硅灰）等。 2 施工控制措施探討混凝土耐久性主要有以下幾點(diǎn)： 2.1必需的保護(hù)層厚度 保護(hù)層的作用對(duì)保證鋼筋不被銹蝕起著至關(guān)重要的作用,增加混凝土保護(hù)層厚度可顯著地推遲腐蝕因子滲透到鋼筋表面的時(shí)間,也可提高對(duì)鋼筋銹蝕膨脹的抵抗力?；炷撂蓟_(dá)到鋼筋表面的時(shí)間與保護(hù)層厚度的平方成正比。所以增大保護(hù)層厚度能有效地推遲碳化時(shí)間。在施工時(shí)為保證鋼筋的位置正確以及混凝土保護(hù)層必須滿足設(shè)計(jì)要求等。鋼筋的墊塊,應(yīng)采用細(xì)石混凝土或水泥砂漿制作,有條件時(shí)最好采用定型的塑料墊塊,不得采用石子

17、作墊塊,嚴(yán)禁使用短鋼筋作為墊塊。 2.2原材料控制 實(shí)際使用的各種原材料必須與配合比設(shè)計(jì)相一致。材料進(jìn)場(chǎng)后,按材料控制程序進(jìn)行登記,并收集、保留相關(guān)資料。所有原材料做到先檢后用;集料堆放場(chǎng)地先硬化、分倉(cāng),后堆放原材料;粗集料按要求分級(jí)采購(gòu)、分級(jí)運(yùn)輸、分級(jí)堆放、分級(jí)計(jì)量;并對(duì)其檢驗(yàn)狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)識(shí);膠凝材料、外加劑儲(chǔ)存罐采用頂部搭設(shè)遮陽(yáng)棚和四周棉被包裹防曬。集料在使用前必須進(jìn)行篩洗,嚴(yán)格控制含泥量、級(jí)配,并用鋼結(jié)構(gòu)雨棚覆蓋,降低集料的含水量差異和溫度。 2.3 拌和及澆筑過(guò)程的控制 (1)澆筑前的準(zhǔn)備工作 澆筑混凝土前,指定專人仔細(xì)檢查鋼筋

18、保護(hù)層墊塊的位置、數(shù)量及其緊固程度,并作重復(fù)性檢查,以提高鋼筋保護(hù)層厚度尺寸的質(zhì)量保證率。根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)斷面尺寸、施工環(huán)境、施工條件做好澆筑方案,包括澆筑起點(diǎn)、澆筑進(jìn)展方向和澆筑厚度、振搗器具布置等?；炷翝仓^(guò)程中,嚴(yán)格按事先確定的澆筑方案施工。 (2)混凝土運(yùn)輸。 運(yùn)輸能力應(yīng)適應(yīng)混凝土的凝結(jié)速度和澆筑速度的需要,使混凝土運(yùn)倒?jié)仓攸c(diǎn)時(shí)仍能保持均勻性和坍落度,運(yùn)輸車運(yùn)至澆筑地點(diǎn)后發(fā)生離淅,嚴(yán)重泌水或坍落度不符合要求時(shí),應(yīng)進(jìn)行二次拌和,如必須加水時(shí),應(yīng)加入同比例的水泥,保持水灰比不變,否則不得使用。 (3)澆筑。 澆筑過(guò)程中時(shí)刻注意拌和物的顏色是否均勻,現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常檢查拌和物的坍落度,確?；炷涟韬臀锇韬途鶆?嚴(yán)防混凝土離淅,應(yīng)按一定的厚度和順序分層澆筑和振搗,嚴(yán)格控制振搗時(shí)間“防止偏振和漏振”。這樣才能保證保護(hù)層的密實(shí),并使水泥漿完全覆蓋住鋼筋以形成一層有效的隔離層。施工縫留設(shè)應(yīng)在施工前事先確定,宜留在結(jié)構(gòu)受力和彎矩較小的部位。 (4)養(yǎng)護(hù)。 對(duì)新澆混凝土的早期養(yǎng)護(hù)工作尤為重要。加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)工作,要從養(yǎng)護(hù)方法、時(shí)間和材料等方面下工夫,以保證混凝土在早期盡可能少產(chǎn)生收縮、裂縫。主要是控制好構(gòu)件的濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù),對(duì)于大體積混凝土,有條件時(shí)宜采用蓄水或流水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間為1428天