四、混凝土的耐久性

1、四、混凝土的耐久性DURABILITY of CONCRETE概 念v混凝土耐久性 混凝土材料在長期使用過程中，抵抗因服役環(huán)境外部因素和材料內(nèi)部原因造成的侵蝕和破壞，而保持其原有性能不變的能力。v混凝土構(gòu)筑物的服役壽命 混凝土構(gòu)筑物受到其服役環(huán)境因素的侵蝕和破壞，導(dǎo)致其使用性能下降到最低設(shè)計值時，所經(jīng)歷的時間(年)?；炷聊途眯缘闹匾詖保證混凝土構(gòu)筑物運行的安全性v延長混凝土構(gòu)筑物的服役壽命v節(jié)約混凝土構(gòu)筑物維護(hù)成本v節(jié)約自然資源，減少消耗v改善人類居住的環(huán)境條件混凝土耐久性危機(jī) 時間 特點 措施第1次 40年代 鹽凍 引氣劑 第2次 70年代 離析、泌水 低水膠比 第3次 80年代 早期熱

2、裂縫 綜合鋼筋混凝土橋梁的侵蝕損毀混凝土路面受鹽凍剝落混凝土路面受鹽凍剝落冰島一港口硫酸鹽侵蝕引起的大壩破壞堿骨料反應(yīng)引起混凝土的自由變形產(chǎn)生網(wǎng)狀裂縫堿骨料反應(yīng)引起混凝土的自由變形產(chǎn)生網(wǎng)狀裂縫Map Cracking混凝土耐久性的內(nèi)容v抗?jié)B性 v抗凍性 v耐腐蝕性 v抗碳化性v鋼筋銹蝕性 v堿骨料反應(yīng) v耐火性v耐磨性與抗沖刷性一、混凝土的抗?jié)B性 Permeability of Concretev定義：混凝土抵抗壓力水(油、液體)滲透的能力，稱為抗?jié)B性。所以水是大多數(shù)混凝土耐久性問題的核心！所以水是大多數(shù)混凝土耐久性問題的核心！ 水是混凝土生產(chǎn)過程，同時也是破壞過程的主要介質(zhì)。不僅物理劣化過程

3、與水有關(guān)，同時作為傳輸侵蝕性離子的介質(zhì)，水又是化學(xué)劣化過程的一個根源。為什么混凝土?xí)B水孔隙率、孔隙特征與滲透性的關(guān)系多孔、不滲透材料高孔隙率、低滲透性多孔、滲透性材料低孔隙率、高滲透性v采用較低的w/c 可以改善混凝土的密實度，使水泥石中的總孔隙率下降，孔結(jié)構(gòu)細(xì)化，并減少連通孔隙 。v采用低w/c 還可以提高混凝土的強(qiáng)度，從而改善混凝土抵抗內(nèi)部應(yīng)力的能力。對混凝土抗?jié)B性起決定作用的因素：對混凝土抗?jié)B性起決定作用的因素：w/cw/c。滲透性水灰比的關(guān)系臨界區(qū)v評價指標(biāo)：評價指標(biāo)：抗?jié)B標(biāo)號P以28d齡期的混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件，按標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行抗?jié)B試驗，以6個試件中4個試件未出現(xiàn)滲水時的最大水壓確定，計算

4、式如下： P = 10H -1 式中：P抗?jié)B標(biāo)號； H6個試件，3個試件出現(xiàn)滲水時的水壓力(MPa)。二、混凝土抗凍性Frost Resistance of Concrete 定義：在吸水飽和狀態(tài)下，混凝土能夠經(jīng)受多次凍融循環(huán)而不破壞，也不顯著降低其強(qiáng)度的性能，稱為混凝土的抗凍性。v凍害破壞的外觀模式剝落 龜裂、分層v構(gòu)筑物的什么位置最易受損?北方氣候混凝土路面、橋面板、擋土墻混凝土凍害機(jī)理混凝土的凍融破壞原因與模式 原因：混凝土中大毛細(xì)孔里的水結(jié)冰時，體積大約要膨脹9 %如果體內(nèi)沒有足夠的空間容納，就會產(chǎn)生可能引起開裂的壓力作用于孔縫的壁上，導(dǎo)致孔縫擴(kuò)展和連接反復(fù)的凍融循環(huán)使危害擴(kuò)大和積累，

5、孔縫不斷增多，并擴(kuò)展和連通，造成強(qiáng)度下降破壞模式：表面出現(xiàn)缺棱、掉角、脫皮等現(xiàn)象質(zhì)量損失強(qiáng)度、彈性模量下降路面受鹽凍剝落鐵路橋梁的凍害剝落破壞鐵路橋梁的凍害剝落破壞鐵路橋梁的凍害剝落破壞影響抗凍性的主要因素 混凝土的密實度 孔隙的構(gòu)造和數(shù)量 孔隙的充水程度提高混凝土抗凍性的方法v水泥石抗凍性：低水灰比保證混凝土良好的養(yǎng)護(hù)引氣劑v骨料的抗凍性選用抗凍骨料密實度和引氣對混凝土抗凍性影響的實例未摻引氣劑未摻引氣劑引入引入4%空氣空氣引入引入6%空氣空氣平均質(zhì)量損失平均質(zhì)量損失 kg/mkg/m2 2水灰比水灰比摻引氣劑前摻引氣劑后可提高抗凍性三、混凝土的侵蝕當(dāng)混凝土所處環(huán)境中含有侵蝕性介質(zhì)時，混凝土

6、便會遭受侵蝕?；炷恋目骨治g性與所用水泥的品種、混凝土的密實程度和孔隙特征有關(guān)。詳見水泥的有關(guān)內(nèi)容。五、堿骨料反應(yīng) Alkali-Aggregate Reaction (AAR)堿骨料反應(yīng)： 水泥中的強(qiáng)堿性氧化物和骨料中活性氧化硅之間的化學(xué)作用。反應(yīng)機(jī)理： 水泥石中的堿和集料中的活性氧化硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在集料表面上生成復(fù)雜的堿-硅酸凝膠。這種凝膠吸水膨脹，導(dǎo)致混凝土開裂。什么是堿骨料反應(yīng)？ 最常見、最重要的反應(yīng)是堿硅反應(yīng)(簡稱ASR)，它是骨料中所含的無定形硅與孔隙里含堿(鈉、鉀、鈣的氫氧化物)的溶液反應(yīng)，生成易于吸水膨脹的堿-硅凝膠，當(dāng)結(jié)構(gòu)物暴露在潮濕環(huán)境中，混凝土體內(nèi)相對濕度超過85%時，

7、就會出現(xiàn)膨脹，直到引起混凝土開裂與破壞。掃描電鏡下的堿性反應(yīng)凝膠常見的堿骨料反應(yīng)破壞形式ASR 破壞實例ASR破壞的鐵路軌枕ASR破壞的路面ASR破壞的防護(hù)板，并導(dǎo)致鋼筋銹蝕破壞堿骨料反應(yīng)影響因素v水泥或混凝土的含堿量 ；v活性氧化硅含量 ；v骨料粒徑 ；v水分來源 ；v環(huán)境溫度。發(fā)生堿集料反應(yīng)的三個必要條件1. 混凝土中必須含有相當(dāng)數(shù)量的堿；2. 混凝土集料中必須有一定數(shù)量能與堿反應(yīng)的活性巖石或礦物；3. 供應(yīng)水分的潮濕環(huán)境。 六、混凝土的抗碳化性 v機(jī)理：vCa(OH)2 + CO2 + nH2O= CaCO3 + (n+1)H2OCO2鈍化膜鈍化膜碳化區(qū)碳化區(qū)v過程：由表及里向混凝土內(nèi)部

8、逐漸擴(kuò)散的過程。碳化對混凝土性能的影響v使混凝土堿度降低v 減弱了對鋼筋的保護(hù)作用，可能導(dǎo)致鋼筋銹蝕；v使混凝土產(chǎn)生收縮v 表面收縮對混凝土核心形成壓力，表面碳化層產(chǎn)生壓應(yīng)力，導(dǎo)致形成細(xì)微裂縫，使混凝土抗拉、抗折強(qiáng)度降低。CO2碳化區(qū)碳化區(qū)失去鈍失去鈍化膜化膜影響碳化的因素v 養(yǎng)護(hù)條件；v相同的水灰比下，碳化深度隨水泥用量的提高而減小；v二氧化碳的濃度高，碳化速度加快；v相對濕度在50%70%時碳化速度最快。七、混凝土中鋼筋的銹蝕1)碳化引起的銹蝕條件：CO2 、水分(相對濕度5070%時最迅速)；2)氯化物引起的銹蝕條件：氯離子擴(kuò)散、氧與水分；與保護(hù)層厚度、水灰比、水泥用量等有關(guān)。 鋼筋銹蝕

9、導(dǎo)致混凝土構(gòu)件破壞的幾種形式鋼筋銹蝕導(dǎo)致混凝土構(gòu)件破壞的幾種形式 下列幾種新措施，可以在原材料選擇、配合比設(shè)計、保護(hù)層厚度與施工過程的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改善對鋼材腐蝕的防護(hù)作用： 1)在新拌混凝土里摻用阻銹劑，如亞硝酸鈣； 2)用不銹鋼作為配筋，或環(huán)氧涂層鋼筋； 3)混凝土采用涂層保護(hù)，減少氯鹽與氧的侵入； 4)對鋼筋進(jìn)行陰極保護(hù)，即外加電壓以保持鋼筋處于陰極區(qū)。 混凝土中鋼材銹蝕的防護(hù)措施八、混凝土在海水中的腐蝕大氣區(qū)大氣區(qū)浪濺區(qū)浪濺區(qū)浸沒區(qū)浸沒區(qū)高潮位高潮位暴露于海水中的混凝土柱受損壞的示意圖暴露于海水中的混凝土柱受損壞的示意圖混凝土混凝土鋼筋鋼筋鋼筋銹蝕引鋼筋銹蝕引起的開裂起的開裂凍融和溫度

10、變凍融和溫度變化引起的開裂化引起的開裂低潮位低潮位由于波浪作用，砂、石、由于波浪作用，砂、石、浮冰作用引起的物理磨耗浮冰作用引起的物理磨耗堿骨料反應(yīng)和硬化堿骨料反應(yīng)和硬化水泥石的分解水泥石的分解化學(xué)侵蝕：化學(xué)侵蝕： COCO2 2MgMg離子離子硫酸鹽硫酸鹽一個不透水，但存在非一個不透水，但存在非連續(xù)微裂縫，且多孔的連續(xù)微裂縫，且多孔的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境作用環(huán)境作用( (第一階段第一階段) )( (無可見損傷無可見損傷) )1. 1. 侵蝕作用侵蝕作用( (冷熱循環(huán)、干濕循環(huán)冷熱循環(huán)、干濕循環(huán)) )2. 2. 荷載作用荷載作用( (循環(huán)荷載、沖擊荷載循環(huán)荷載、沖擊荷載) 由于微裂

11、縫和孔隙由于微裂縫和孔隙連通起來，不透水性逐連通起來，不透水性逐漸喪失漸喪失環(huán)境作用環(huán)境作用( (第二階段第二階段) )( (損傷的開始與擴(kuò)展損傷的開始與擴(kuò)展) )水的滲入水的滲入O O2 2、COCO2 2滲入滲入酸性離子酸性離子(Cl(Cl- - 、 SOSO4 4- -) )滲入滲入A：以下原因使孔隙內(nèi)靜水以下原因使孔隙內(nèi)靜水壓增大、混凝土膨脹：壓增大、混凝土膨脹：鋼筋銹蝕、堿鋼筋銹蝕、堿- -骨料反應(yīng)、骨料反應(yīng)、水結(jié)冰、硫酸鹽侵蝕水結(jié)冰、硫酸鹽侵蝕; ;B：混凝土強(qiáng)度與剛度降低混凝土強(qiáng)度與剛度降低開裂、剝落與整體性喪失開裂、剝落與整體性喪失混凝土受環(huán)境作用產(chǎn)生劣化的混凝土受環(huán)境作用產(chǎn)生劣化的“整體性整體性”模型模型提高混凝土耐久性的主要措施 混凝土的耐久性主要取決于組成材料的品質(zhì)和混凝土本身的密實性及孔隙特征。因此，提高混凝土的耐久性應(yīng)在這兩方面采取措施 1)根據(jù)工程所處環(huán)境及使用條件，合理選擇水泥品種；2)選用較小的水灰比，盡量減少拌和用水量