混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理過程作業(yè)

1、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理過程考核第五次姓名:學(xué)號:專業(yè)班級:成績:教師評語:2011年11 月25 日鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物耐久性分析專題報告摘要:混凝土結(jié)構(gòu)是應(yīng)用非常廣泛的一種結(jié)構(gòu)形式,但是由于其結(jié)構(gòu)自身和使用環(huán)境的特點,使得混凝土存在嚴(yán)重的耐久性問題。通過對國內(nèi)外鋼筋混凝土工程耐久性現(xiàn)狀的介紹,從混凝土的碳化、凍融破壞、侵蝕性介質(zhì)的腐蝕、混凝土堿集料反應(yīng)、鋼筋銹蝕等方面論述了影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素及其對混凝土的破壞機理,并針對性地提出了預(yù)防的措施。關(guān)鍵詞:鋼筋混凝土;耐久性;影響因素長期以來,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,在近百年的發(fā)展中,其強度不斷提高。但是,在提出高強度

2、的同時,混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題也愈來愈被人們所關(guān)注。人們一直以為混凝土是非常耐久的材料,直到20世紀(jì)70年代末期,發(fā)達(dá)國家才逐漸發(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)過早損壞。美國許多城市的混凝土基礎(chǔ)設(shè)施工程和港口工程建成后2030年,甚至在更短的時期內(nèi)就出現(xiàn)劣化。1. 影響鋼筋混凝土耐久性的因素及其破壞機理1.1 混凝土耐久性的概念混凝土耐久性是指混凝土在設(shè)計壽命周期內(nèi),在正常維護(hù)下,必須保持適合于使用,而不需要進(jìn)行維修加固,即指混凝土在抵抗周圍環(huán)境中各種物理和化學(xué)作用下,仍能保持原有性能的能力?；炷凉こ痰哪途眯耘c工程的使用壽命相聯(lián)系,是使用期內(nèi)結(jié)構(gòu)保持正常功能的能力,這一正常功能不僅

3、僅包括結(jié)構(gòu)的安全性,而且更多地體現(xiàn)在適用性上?；炷聊途眯灾饕ㄒ韵聨追矫?1.抗?jié)B性?？?jié)B性對混凝土的耐久性起著重要的作用,因為抗?jié)B性控制著水分滲入的速率,這些水可能含有侵蝕性的化合物,同時控制混凝土受熱或受冷時水的移動。2.抗凍性?；炷恋目箖鲂允侵富炷猎陲査疇顟B(tài)下,經(jīng)受多次抵抗凍融循環(huán)作用,能保持強度和外觀性的能力。在寒冷地區(qū),尤其是在接觸水又受凍的環(huán)境下的混凝土,要求具有較高的抗凍性能。3.抗侵蝕性?；炷帘┞对谟谢瘜W(xué)物質(zhì)的環(huán)境和介質(zhì)中,有可能遭受化學(xué)侵蝕而破壞。一般的化學(xué)侵蝕有水泥漿體組分的浸出、硫酸鹽侵蝕、氯化物侵蝕、碳化等。四是堿集料反應(yīng)。某些含有活性組分的骨料與水泥水化析出

4、的KOH和NaOH 相互作用,對混凝土產(chǎn)生破壞性膨脹,是影響混凝土耐久性最主要的因素之一。1.2 影響混凝土耐久性的主要因素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,使用機能下降的一種很復(fù)雜的物理化學(xué)過程?；炷撂蓟旧韺炷敛o破壞使用,其主要危害是由于混凝土堿性降低使鋼筋表面在高堿環(huán)境下形成的對鋼筋起保護(hù)作用的致密氧化膜遭到破壞,使混凝土失去對鋼筋的保護(hù)作用,使混凝土中鋼筋銹蝕,同時,混凝土的碳化還會加劇混凝土的收縮,這些都可能導(dǎo)致混凝土的裂縫和結(jié)構(gòu)的破壞?；炷潦怯伤嗌皾{和粗骨料

5、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,因為水遇冷凍結(jié)成冰后會發(fā)生體積膨脹,引起混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞。當(dāng)混凝土處于飽水狀態(tài)時,毛細(xì)孔中的水結(jié)冰,膠凝孔中的水處于過冷狀態(tài),這樣使得膠凝孔中的水向毛細(xì)孔中冰的界面處滲透,于是在毛細(xì)孔中又產(chǎn)生一種滲透壓力。此外,膠凝孔向毛細(xì)孔滲透的結(jié)果必然使毛細(xì)孔中冰的體積進(jìn)一步膨脹。由此可見,處于飽水狀態(tài)的混凝土受凍時,其毛細(xì)孔壁同時承受膨脹和

6、滲透兩種壓力。當(dāng)這兩種壓力超過混凝土的抗拉強度時,混凝土就會開裂。在反復(fù)凍融循環(huán)后,混凝土中的裂縫會互相貫通,其強度也會逐漸減低,最后甚至完全喪失,使混凝土由表及里遭受破壞。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,氯化物是最危險的侵蝕介質(zhì),應(yīng)引起高度重視。氯離子侵入混凝土腐蝕鋼筋的機理,一是破壞鈍化膜,氯離子進(jìn)入混凝土到達(dá)鋼筋表面,吸附于局部鈍化膜處時,使該處呈酸性

7、,從而破壞了鋼筋表面的鈍化膜;二是形成腐蝕電池,腐蝕電池作用的結(jié)果使得鋼筋表面產(chǎn)生蝕坑,且蝕坑發(fā)展十分迅速;三是去極化作用,氯離子不僅促成了鋼筋表面的腐蝕電池,而且加速了電池的作用,即凡是進(jìn)入混凝土中的氯離子,會周而復(fù)始地起到破壞作用,這也是氯離子危害的特點之一。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)。堿主要來源于水泥熟料、外加劑,集料中活性材料主要是SiO2和硅酸鹽、碳酸鹽等?；炷翂A集料反應(yīng)分為3種:堿硅反應(yīng),堿碳酸鹽反應(yīng)和堿硅酸鹽反應(yīng)。其中堿硅反應(yīng)最為常見。堿集料反應(yīng)產(chǎn)生的堿硅酸鹽等凝膠遇水膨脹,將在混凝

8、土內(nèi)部產(chǎn)生較大的膨脹應(yīng)力,從而引起混凝土開裂?；炷良显诨炷林谐示鶆蚍植?故裂縫首先在混凝土表面無序、大量產(chǎn)生,隨后將加速其他因素的破壞作用而使混凝土耐久性迅速降低。2、提高混凝土耐久性采取的措施高性能混凝土是一種新型的高技術(shù)采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土,是以耐久性作為設(shè)計的主要指標(biāo) 具有高強度、高彈性摸量、低滲透性和抵抗外界破壞的混凝土;針對不同用途的要求,對耐久性、施工性、適用性、強度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性能有重點地加以保證。高強混凝土本身抗?jié)B性能就高,但還不同于高性能混凝土,高性能混凝土主要指高耐久性。高性能混凝土配制的特點是低水膠比 水與膠結(jié)料的重量比,后者包括水泥及混凝土材料的重

9、量 ,較低的水泥用量,選用優(yōu)質(zhì)材料,除水泥、水、集料外,必須摻加足夠數(shù)量的礦物細(xì)摻料和高效外加劑。采用低水膠比(一般控制在0.240.38之間的目的是降低混凝土水化熱,增強硬化前后混凝土的體積穩(wěn)定性,同時也是摻用礦物細(xì)摻料的要求。摻入優(yōu)質(zhì)礦物細(xì)摻料的目的是為了提高施工性、體積穩(wěn)定性、密實性和抗化學(xué)侵蝕性;同時,因降低水膠比和混凝土水化熱而提高混凝土耐久性,這也是高性能混凝土實現(xiàn)高耐久性目標(biāo)的關(guān)鍵。另外,較低的水泥用量和用水量,以及加入礦物細(xì)摻料也是避免出現(xiàn)有害裂縫的主要手段。高性能混凝土由于其優(yōu)異的施工性能(和易性給施工帶來方便,可消除由于人為振搗不均勻而造成的缺陷,提高混凝土工程外觀質(zhì)量。但

10、是,高性能混凝土的性能對原材料質(zhì)量和配合比的控制、混凝土的拌和時間以及混凝土的養(yǎng)護(hù)工作等非常敏感。這就要求施工技術(shù)人員和管理人員熟悉和掌握這些特征和質(zhì)量控制的技術(shù)。采用低水膠比,提高混凝土的密實性,降低混凝土的孔隙率,提高混凝土的強度;摻入高效減水劑,在保證混凝土拌和物所需流動性的同時,盡可能降低用水量,使混凝土的總孔隙,特別是毛細(xì)管孔隙率大幅度降低;摻入高效活性礦物摻料,改善混凝土中水泥石的膠凝物質(zhì)的組成?；钚缘V物摻料中含有大量活性Si02及活性Al203能和水泥水化過程中產(chǎn)生的游離石灰及高堿性水化矽酸鈣產(chǎn)生二次反應(yīng),生成強度更高、穩(wěn)定性更優(yōu)的低堿性水化矽酸鈣,從而達(dá)到改善水化膠凝物質(zhì)的組成,消除游離石灰的目的,使水泥石結(jié)構(gòu)更為致密,并阻斷可能形成的滲透路;消除混凝土自身的結(jié)構(gòu)破壞因素,限制或消除從原材料引入的堿、S03、C1-等可以引起破壞結(jié)構(gòu)和侵蝕鋼筋物質(zhì)的含量,加強施工控制環(huán)節(jié),避免收縮及