混凝土的耐久性

關(guān)于混凝土的耐久性第一頁，共十五頁，2022年，8月28日主要內(nèi)容1、混凝土由于化學(xué)反應(yīng)造成的劣化2、形成膨脹產(chǎn)物的反應(yīng)3、硫酸鹽的侵蝕4、堿-骨料反應(yīng)5、混凝土中埋入鋼筋的腐蝕第二頁，共十五頁，2022年，8月28日1、混凝土由于化學(xué)反應(yīng)造成的劣化混凝土中化學(xué)反應(yīng)引起的劣化過程，通常包括外界環(huán)境的侵蝕介質(zhì)與水泥漿體組分之間的化學(xué)反應(yīng)；但也有例外，如堿-骨料反應(yīng)，它發(fā)生于水泥漿體中的堿與骨料中某些活性物質(zhì)之間以及延遲鈣礬石，是在硅酸鹽水泥中過量MgO和CaO晶體水化延遲時(shí)形成的。理論上，任何PH值小于12.5的環(huán)境都可歸為侵蝕性條件。因?yàn)榭紫度芤簤A度的降低最終會(huì)導(dǎo)致膠凝性水化產(chǎn)物失去穩(wěn)定性。第三頁，共十五頁，2022年，8月28日第四頁，共十五頁，2022年，8月28日陽離子交換反應(yīng)侵蝕性化學(xué)溶液和硅酸鹽水泥漿體間通過陽離子交換，會(huì)發(fā)生以下三種類型的劣化反應(yīng)：①形成可溶性鈣鹽含陽離子的酸液在工業(yè)生產(chǎn)中會(huì)經(jīng)常遇到，他能形成可溶性鈣鹽。②形成不溶性和非膨脹性鈣鹽侵蝕水中含有的一些陰離子可與水泥漿體反應(yīng)生成不溶性鈣鹽。③含鎂鹽溶液的化學(xué)侵蝕硅酸鹽水泥漿體受鎂離子侵蝕的特點(diǎn)，指侵蝕最后會(huì)擴(kuò)大到水泥的主要膠凝成分水化硅酸鈣。第五頁，共十五頁，2022年，8月28日2、形成膨脹產(chǎn)物反應(yīng)在硬化混凝土中形成膨脹產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng)具有一定的危險(xiǎn)性。起初，膨脹對(duì)混凝土并不產(chǎn)生損傷，僅僅增加內(nèi)應(yīng)力的積累；最后結(jié)構(gòu)的不同部位由于脹縫閉合、變形和位移，造成開裂、剝落和突然爆裂。與膨脹有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)有四種：①硫酸鹽侵蝕②堿-骨料反應(yīng)③游離氧化鈣和氧化鎂的延遲水化④混凝土中鋼筋的銹蝕。第六頁，共十五頁，2022年，8月28日3、硫酸鹽的侵蝕硫酸鹽侵蝕以混凝土的膨脹和開裂形式表現(xiàn)。有時(shí)還會(huì)由于劣化水泥水化產(chǎn)物的黏聚性喪失而表現(xiàn)為強(qiáng)度逐漸降低和質(zhì)量損失。水硬性硅酸鹽水泥漿體中氫氧化鈣和鋁易受硫酸根侵蝕。根據(jù)硫酸鹽溶液中陽離子的種類（即Na+或Mg2+）硅酸鹽水泥漿體中Ca（OH）2和C-S-H會(huì)由于硫酸鹽侵蝕轉(zhuǎn)換為石膏。第七頁，共十五頁，2022年，8月28日延遲鈣礬石的形成蒸養(yǎng)混凝土制品中會(huì)出現(xiàn)延遲鈣礬石生成現(xiàn)象。在溫度高于65℃時(shí)，鈣礬石會(huì)分解形成單硫型水化物。之后，在混凝土使用過程中，當(dāng)硫酸根離子被吸附時(shí)，再次形成鈣礬石，從而引起混凝土膨脹和開裂。第八頁，共十五頁，2022年，8月28日硫酸鹽侵蝕的控制硫酸鹽的影響因素：①硫酸鹽的量和性質(zhì)②地下水位的高低及四季變化③地下水的流動(dòng)和土壤的孔隙率④施工方式⑤混凝土的質(zhì)量混凝土的質(zhì)量，特別是低滲透性，是用來抗硫酸鹽最好的防護(hù)。為了減輕由于干縮、冰凍作用、鋼筋銹蝕或其他原因引起的開裂，使用抗硫酸鹽水泥或復(fù)合水泥的安全性更大。第九頁，共十五頁，2022年，8月28日4、堿-骨料反應(yīng)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度和彈性模量損失的膨脹與開裂，也可能來自硅酸鹽水泥的堿離子、氫氧根離子與經(jīng)常出現(xiàn)在骨料中某些活性硅質(zhì)礦物反應(yīng)的結(jié)果，稱為堿-硅反應(yīng)（ASR）。生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的原材料是水泥中堿的來源，以Na2O當(dāng)量計(jì)一般含0.2%~1.5%。Na2O量≤0.6%稱為低堿水泥（可防止堿-骨料反應(yīng)）Na2O量＞0.6%稱為高堿水泥第十頁，共十五頁，2022年，8月28日膨脹機(jī)理根據(jù)骨料晶體結(jié)構(gòu)的無序程度及其孔隙率和粒徑，當(dāng)存在氫氧根和堿金屬離子時(shí)，會(huì)形成不同化學(xué)組成的堿-硅酸凝膠。當(dāng)堿-硅酸凝膠與水接觸時(shí)，凝膠會(huì)通過滲透壓吸收大量的水而發(fā)生腫脹。水壓的增大使受影響的骨料顆粒、骨料周邊的水泥漿基體膨脹和開裂。堿-硅酸凝膠在水中可溶，是它從骨料內(nèi)部遷移至骨料和混凝土內(nèi)微裂區(qū)域的原因。不斷有水分供給混凝土?xí)r引起其微裂縫擴(kuò)展和延伸，這些裂縫最終會(huì)達(dá)到混凝土的外表面，裂縫呈不規(guī)則形狀，稱為地圖形開裂。第十一頁，共十五頁，2022年，8月28日5、混凝土中埋入鋼筋的腐蝕有金屬埋設(shè)件（如管道、導(dǎo)管和鋼筋以及預(yù)應(yīng)力筋）的混凝土劣化歸因于多種因素的復(fù)合作用，但埋設(shè)金屬的銹蝕一定是其主要原因之一?；炷林袖摻钿P蝕是一個(gè)電化學(xué)過程。電化學(xué)勢(shì)能形成腐蝕電池以兩種形式產(chǎn)生:①兩種不同的金屬埋于混凝土中，表面特性有明顯差異時(shí)可形成組分電池；②由于在鋼筋附近溶解離子的濃度差，可以形成濃差電池。金屬鐵轉(zhuǎn)變?yōu)殍F銹時(shí)，伴有體積增大，其增大量因氧化狀態(tài)而異，可以大到原體積的600%。這種體積增大被認(rèn)為是混凝土膨脹和開裂的主要原因。第十二頁，共十五頁，2022年，8月28日當(dāng)溶液中不存在氯離子時(shí)，只要溶液的pH值保持在11.5以上，鋼材上的保護(hù)膜就處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)溶液中存在氯離子時(shí)，取決于Cl-/OH-比的大小，即使pH高于11.5，很多保護(hù)膜也會(huì)遭到破壞。事實(shí)上，只要混凝土電阻率超過（50-70）×103Ω·cm，就不會(huì)發(fā)生明顯銹蝕?；炷林械穆然锿ǔ碓从谕饧觿Ⅺ}玷污的骨料及化冰鹽溶液或滲入的海水。第十三頁，共十五頁，2022年，8月28日銹蝕的控制水分、氧氣和氯離子對(duì)埋設(shè)鋼筋的銹蝕和混凝土開裂起重要作用，因此混凝土的滲透性是控制各種銹蝕過程的關(guān)鍵。ACI318建筑法規(guī)規(guī)定：①暴露于化冰鹽和海水的普通鋼筋混凝土最大水灰比為0.4；②限制混凝土拌合物中最大氯化物允許含量；③對(duì)