混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性

混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性輔導資料內(nèi)容簡介1.概述2.混凝土的碳化3.混凝土中鋼筋的銹蝕4.堿-骨料反應(yīng)5.混凝土的凍融破壞6.化學侵蝕7.混凝土的表面磨損1概述隨著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)服役時間的增加，其結(jié)構(gòu)中會出現(xiàn)各種各樣的病害。如果混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量不佳或者結(jié)構(gòu)物設(shè)計有缺陷等，都會加速這些病害的進一步發(fā)展。混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是指混凝土在設(shè)計壽命周期內(nèi)，在正常維護下能夠使用，而不需要進行維修加固，即指混凝土在抵抗周圍環(huán)境各種因素的作用下，仍能保持原有性能的能力。破壞的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)1概述1991年召開的第二屆混凝土耐久性國際學術(shù)會議上，梅塔教授指出：“當今世界混凝土破壞原因按重要性遞減順序排列是：鋼筋銹蝕、寒冷氣候下的凍害、侵蝕環(huán)境下的物理化學作用?！逼渲校治g環(huán)境下的物理化學作用包括淡水及酸性水侵蝕、混凝土的碳化等?；炷两Y(jié)構(gòu)材料劣化形式分類材料的耐久性劣化自身因素引起環(huán)境條件引起物理作用化學作用物理化學作用化學作用表面磨損凍融破壞機械磨耗沖磨空蝕碳化（中性化）鋼筋銹蝕化學侵蝕堿-骨料反應(yīng)溶出性侵蝕溶解性侵蝕膨脹性侵蝕一般凍融破壞鹽凍破壞碳化（中性化）引起Cl-侵蝕引起雜散電流引起堿-硅酸反應(yīng)堿-碳酸鹽反應(yīng)堿-硅酸鹽反應(yīng)1概述從混凝土結(jié)構(gòu)材料的劣化上來看，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性破壞作用有：混凝土的碳化混凝土中鋼筋的銹蝕堿-骨料反應(yīng)混凝土凍融破壞化學侵蝕混凝土的表面磨損影響結(jié)構(gòu)耐久性能的主要因素內(nèi)部因素外部因素其他因素混凝土的強度、密實度、水泥用量、水灰比、氯離子及堿含量、外加劑用量、保護層厚度等環(huán)境條件，主要包括溫度、濕度、CO2含量、侵蝕劑介質(zhì)等設(shè)計構(gòu)造上的缺陷、施工質(zhì)量差、使用中維修不當?shù)?混凝土的碳化混凝土的中性化過程空氣、土壤、地下水等環(huán)境中的酸性氣體或液體侵入混凝土中，與水泥石中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使混凝土中pH值下降的過程。混凝土的碳化大氣環(huán)境中的CO2引起的中性化過程。2混凝土的碳化混凝土的碳化反應(yīng)結(jié)果有兩個方面：一方面，反應(yīng)生成碳酸鈣和其他固態(tài)物質(zhì)會堵塞在混凝土孔隙中，使混凝土的孔隙率下降，大孔減少，從而減弱了后續(xù)CO2的擴散，使混凝土密實度提高；另一方面，孔隙中的Ca（OH）2濃度及pH值降低，導致鋼筋脫鈍而銹蝕。2.1混凝土碳化的的影響因素材料因素水灰比，水泥泥品種和用量量，骨料種類類和粒徑，外外摻加劑，養(yǎng)養(yǎng)護方法和齡齡期，混凝土土強度。環(huán)境條件因素素相對濕度，CO2濃度，溫度施工質(zhì)量2.2混凝土碳化深深度檢測方法法X射線法用專門的儀器器，不僅能測測試完全碳化化深度，還能能測試部分碳碳化深度，但但這種方法適適用于實驗室室的精確測量量?；瘜W試劑法現(xiàn)場檢測時，，通常在混凝凝土表面鉆洞洞，噴上化學學試劑，根據(jù)據(jù)反應(yīng)的顏色色測量碳化深深度。常用1%濃度的酚酞酒酒精溶液，它它以pH=9為界限，已碳碳化區(qū)呈無色色，未碳化區(qū)區(qū)呈粉紅色，，最終測試完完全碳化的深深度。另有一一種彩虹指示示劑，可以根根據(jù)反應(yīng)的顏顏色判別不同同的pH值，因此可以以測試完全碳碳化深度和部部分碳化深度度。3混凝土中鋼筋筋的銹蝕混凝土中水泥泥水化后，在在鋼筋表面形形成一層致密密的鈍化膜，，因此在正常常情況下鋼筋筋不會銹蝕；；但鈍化膜一一旦破壞，在在有足夠水和和氧氣條件下下會產(chǎn)生電化化學腐蝕?；旎炷林袖摻罱钜坏┌l(fā)生銹銹蝕，在鋼筋筋表面生成一一層疏松的銹銹蝕產(chǎn)物，同同時向周圍混混凝土孔隙中中擴散。鋼筋銹蝕，一一方面會使鋼鋼筋有效截面面減小，另一一方面，銹蝕蝕產(chǎn)物體積膨膨脹使混凝土土保護層脹裂裂甚至脫落，，鋼筋和混凝凝土之間的粘粘結(jié)作用下降降，破壞他們們共同作用的的基礎(chǔ)，從而而嚴重影響混混凝土結(jié)構(gòu)物物的安全性和和正常使用性性能。3.1鋼筋銹蝕機理理鋼筋銹蝕是影影響鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)耐久久性的最關(guān)鍵鍵問題?；炷林械匿摻罱钿P蝕實質(zhì)為為電化學腐蝕蝕。3.2影響混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕蝕的因素pH值溫度Cl-濃度混凝土的電阻阻抗孔隙水飽和度度和相對濕度度水灰比養(yǎng)護齡期保護層厚度水泥品種與摻摻和料當混凝土未碳碳化時，由于于水泥的高堿堿性，鋼筋表表面形成一層層致密的氧化化膜，阻止了了鋼筋銹蝕電電化學過程。。當混凝土被碳碳化，鋼筋表表面的氧化膜膜被破壞，在在有水份和氧氧氣的條件下下，就會發(fā)生生銹蝕的電化化學反應(yīng)。鋼筋銹蝕產(chǎn)生生的鐵銹，體體積比鐵增加加2~4倍，保護層被被擠裂，使空空氣中的水份份更易進入，，促使銹蝕加加快發(fā)展。氧氣和水份是是鋼筋銹蝕必必要條件，混混凝土的碳化化僅是為鋼筋筋銹蝕提供了了可能。當構(gòu)構(gòu)件使用環(huán)境境很干燥（濕濕度<40%），或完全處處于水中，鋼鋼筋的銹蝕極極慢，幾乎不不發(fā)生銹蝕。。而裂縫的發(fā)生生為氧氣和水水份的浸入創(chuàng)創(chuàng)造了條件，，同時也使混混凝土的碳化化形成立體發(fā)發(fā)展。3.3鋼筋銹蝕的非非破損檢測方方法物理法主要是通過測測定鋼筋銹蝕蝕引起電阻、、電磁、熱傳傳導、聲波傳傳播等物理特特性的變化來來反映鋼筋銹銹蝕情況。有有電阻棒法、、渦流探測法法、射線法、、聲發(fā)射探測測法及紅外熱熱像法等。電化學法主要是通過測測定鋼筋混凝凝土腐蝕體系系的電化學特特性來確定混混凝土中鋼筋筋銹蝕程度或或速度。與物物理法比較，，電化學法有有測試速度快快、靈敏度高高、可連續(xù)跟跟蹤和原位測測量等優(yōu)點。。常用的方法法有自然電位位法、交流阻阻抗譜法和極極化測量技術(shù)術(shù)等。4堿-骨料反應(yīng)混凝土中的堿堿與具有堿活活性的骨料間間發(fā)生的膨脹脹性反應(yīng)。這種反應(yīng)引起起明顯的混凝凝土體積膨脹脹和開裂，改改變混凝土的的微結(jié)構(gòu)，使使混凝土的抗抗壓強度、抗抗折強度、彈彈性模量等力力學性能明顯顯下降，嚴重重影響結(jié)構(gòu)的的安全使用性性，而其反應(yīng)應(yīng)一旦發(fā)生很很難阻止，更更不易修補和和挽救，被稱稱為混凝土的的“癌癥”。。4.1堿-骨料反反應(yīng)機機理堿-硅酸反反應(yīng)骨料中中的活活性二二氧化化硅與與堿發(fā)發(fā)生的的膨脹脹反應(yīng)應(yīng)?？煽煞譃闉楣橇狭媳砻婷娴幕罨钚远趸柙谠趬A溶溶液中中的溶溶解、、化學學反應(yīng)應(yīng)生成成硅酸酸鹽凝凝膠、、反應(yīng)應(yīng)生成成物的的體積積膨脹脹、進進一步步反應(yīng)應(yīng)形成成液態(tài)態(tài)溶膠膠等幾幾個階階段。。堿-碳酸鹽鹽反應(yīng)應(yīng)黏土質(zhì)質(zhì)白云云石質(zhì)質(zhì)石灰灰石與與水泥泥中的的堿發(fā)發(fā)生的的反應(yīng)應(yīng)。堿-硅酸鹽鹽反應(yīng)應(yīng)堿與某某些層層狀硅硅酸鹽鹽骨料料反應(yīng)應(yīng)，使使層狀狀硅酸酸鹽層層間距距離增增大，，骨料料發(fā)生生膨脹脹，造造成混混凝土土膨脹脹、開開裂。。4.2堿-骨料反反應(yīng)的的發(fā)生生條件件堿-骨料反反應(yīng)發(fā)發(fā)生所所必備備的三三個條條件：：混凝土土中含含有過過量的的堿骨料中中含有有堿活活性礦礦物混凝土土處在在潮濕濕環(huán)境境中5混凝土土的凍凍融破破壞混凝土土發(fā)生生凍融融破壞壞的條條件混凝土土處于于飽水水狀態(tài)態(tài)混凝土土受凍凍融交交替作作用凍融循循環(huán)產(chǎn)產(chǎn)生的的破壞壞作用用凍脹開開裂表面剝剝蝕5.1凍融循循環(huán)破破壞機機理1945年，Powers提出了了混凝凝土凍凍融破破壞的的靜水水壓假假說，，此后后又與與Helmuth一起提提出了了滲透透壓假假說。。這兩兩個假假說合合在一一起，，較為為成功功地解解釋了了混凝凝土凍凍融破破壞的的機理理，奠奠定了了混凝凝土抗抗凍性性研究究的理理論基基礎(chǔ)。。5.2影響混混凝土土抗凍凍性的的因素素平均氣氣泡間間距水灰比比外加劑劑強度骨料水泥品品種和和用量量混合材材凍結(jié)溫溫度和和降溫溫速度度5.3混凝土土的鹽鹽凍破破壞為防止止高速速公路路和城城市道道路上上冰雪雪致滑滑造成成交通通事故故，經(jīng)經(jīng)常采采用在在路面面撒除除冰鹽鹽（NaCl或CaCl2）的辦辦法，，因為為鹽能能降低低水的的冰點點，達達到自自動融融化雪雪的目目的，，但除除冰鹽鹽的使使用將將引起起路面面混凝凝土剝剝蝕和和鋼筋筋銹蝕蝕。影響混混凝土土抗鹽鹽凍耐耐久性性的因因素含氣量量，水水灰比比，水水泥品品種與與混合合材，，鹽的的種類類6化學侵侵蝕在一些些侵蝕蝕性介介質(zhì)（（包括括酸、、堿、、硫酸酸鹽、、壓力力流動動水等等）中中的混混凝土土，可可能遭遭受化化學侵侵蝕而而破壞壞。化學侵侵蝕分分為三三類：：溶出性性侵蝕蝕溶解性性侵蝕蝕膨脹性性侵蝕蝕6.1溶出性性侵蝕蝕密實性性較差差、滲滲透性性較大大的混混凝土土，在在一定定壓力力的流流動水水中，，水化化產(chǎn)物物Ca（OH）2會不斷斷溶出出并流流失。。Ca（OH）2的溶出出使水水化硅硅酸鈣鈣和水水化鋁鋁酸鈣鈣失去去穩(wěn)定定性而而水解解、溶溶出，，這些些水化化產(chǎn)物物的溶溶出使使混凝凝土的的強度度不斷斷降低低?；炷寥艹龀鲂郧治g速速度主要取取決于混凝凝土的滲透透性、Ca（OH）2含量，水泥泥熟料的礦礦物組成和和摻合料的的成分等。。6.2溶解性侵蝕蝕酸侵蝕實踐表明，，環(huán)境水的的pH值小于6.5時就會對混混凝土造成成酸侵蝕。。這樣的酸酸性水在一一般自然環(huán)環(huán)境中式不不多見的。。堿侵蝕堿的濃度不不大（15%以下），溫溫度不高（（低于50℃）時，堿對對混凝土的的侵蝕作用用很小，但但高濃度的的堿溶液或或熔融狀堿堿會對混凝凝土產(chǎn)生侵侵蝕作用。。6.3膨脹性侵蝕蝕硫酸鹽與混混凝土水化化產(chǎn)物發(fā)生生化學反應(yīng)應(yīng)，對混凝凝土產(chǎn)生膨膨脹破壞作作用，是典典型的膨脹脹性侵蝕。。硫酸鹽侵蝕蝕是混凝土土化學侵蝕蝕中最廣泛泛和最普通通的形式。。硫酸鈉、硫硫酸鉀、硫硫酸鈣、硫硫酸鎂等硫硫酸鹽均會會對混凝土土產(chǎn)生侵蝕蝕作用，通通常是硫酸酸鈉、硫酸酸鈉和硫酸酸鎂的侵蝕蝕。土壤的地下下水是一種種硫酸鹽溶溶液，土壤壤的硫酸鹽鹽濃度超過過一定限值值時就會對對混凝土產(chǎn)產(chǎn)生侵蝕作作用。在污水處理理廠、化纖纖工業(yè)、制制鹽、制皂皂業(yè)等廠房