海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性(共6頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性摘要 混凝土的耐久性是指混凝土在實際使用條件下抵抗各種破壞因素的作用，長期保持強度和外觀完整性的能力。處于海洋環(huán)境下的混凝土由于受海洋生物，無機鹽，大氣，水，溫度等的影響造成的耐久性的降低。文章首先分析了混凝土耐久性破壞機理，然后總結(jié)了提高混凝土耐久性的措施。 1. 前言：混凝土的耐久性 混凝土的耐久性是指混凝土的結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用年限以內(nèi)，在各種環(huán)境條件作用下，不需要額外的費用加固處理而保持其安全性、能夠正常使用和有可接受的外觀的能力?，F(xiàn)行國家標準混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50010-2002)中，明確規(guī)定混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計采用極限狀態(tài)設(shè)計方法

2、。但現(xiàn)行的設(shè)計規(guī)范只劃分成兩個極限狀態(tài)，為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，而將耐久性能的要求列入正常使用極限狀態(tài)之中，且以構(gòu)造要求為主?；炷恋哪途眯耘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，這一正常功能不僅包括混凝土結(jié)構(gòu)的安全性，而且更多地體現(xiàn)在適用性上。2. 背景 影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素很多，隨著近些年工程應用中出現(xiàn)的問題和形式的發(fā)展，人們認識到混凝土材料的耐久性應受到高度重視。比如在海洋環(huán)境中混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，國內(nèi)外也有很多由于混凝土破壞問題發(fā)生事故而造成人力和財力的損耗。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，社會的進步，許多投資大、施工長的大型工程（如大跨度橋梁）日益增多，人們對海

3、洋混凝土使用壽命的期待日益提高。而這些混凝土的使用環(huán)境卻十分苛刻，客觀上要求混凝土有優(yōu)異的耐久性。 中國目前處于大規(guī)模建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施時期。臨海城市深水港的建設(shè)已為世人矚目，對沿海城市經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展將起到十分重要的拉動作用。作為深水港重要組成之一的跨海通道（大橋、隧道等），無論是從跨度、連接功能，還是交通紐帶，其建設(shè)和服役環(huán)境（海洋環(huán)境）是建筑物面臨的新挑戰(zhàn)，主要通過提高混凝土的耐久性來實現(xiàn)。本文就海洋環(huán)境中混凝土耐久性的主要影響因素進行總結(jié)并提出合理的技術(shù)措施。3. 海洋中對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性破壞的因素 海港、碼頭、引橋、防浪堤壩等與海水直接接觸的建筑工程中的混凝土建筑物和構(gòu)件由于長期受海水的腐

4、蝕，混凝土中的鋼筋銹蝕現(xiàn)象非常嚴重，導致海港工程達不到設(shè)計使用期限的要求。1995年在對浙江、福建沿海城市的22座使用20余年的海港工程調(diào)查發(fā)現(xiàn)：損壞嚴重不能使用的3座，占87，構(gòu)件損壞嚴重需要大修的8座，占432，局部損壞的8座，占432；基本完好的3座，僅占87。 (1) 對抗侵蝕性的破壞 a. 生物因素（生物侵蝕） 海洋中影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的生物因素主要包括一些大型藻類、水螅、外肛動物、龍介蟲、雙殼類、藤壺和海鞘。近年來，隨著航運、海防、水產(chǎn)養(yǎng)殖以及海濱電廠等的發(fā)展，海洋生物污損所帶來的危害越來越嚴重。 混凝土的失效與微生物的新陳代謝作用有關(guān)，硫氧化菌、硫桿菌和噬混凝土菌等細菌的生存代

5、謝生成生物硫酸導致混凝土腐蝕。海洋中約有細菌1 500多種，每毫升海水最多可有100萬個細菌，并且多數(shù)為附著在海水中物體表面，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)和混凝土、鋼鐵腐蝕有關(guān)的細菌有氧化鐵桿菌、氧化硫桿菌、排硫桿菌、去硫弧菌等可直接和間接控制腐蝕。它們以各種絡合能力不同的金屬絡離子和多種無機、有機配體，構(gòu)成了多種復雜的絡合平衡體系，通過化學作用產(chǎn)生有機酸使混凝土遭受酸腐蝕，而有些嗜酸菌還會跟著有機酸進入混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)并且繁殖，加速其破壞。即使在無氧情況下，也可由厭氧微生物產(chǎn)生的代謝酸進行腐蝕。 b. 無機離子（化學侵蝕）無機離子對混凝土的腐蝕主要有以下兩個方面：一是硫酸鹽和水泥的化學反應，二是Cl離子和水泥

6、膠凝材料的化學結(jié)合。硫酸鹽與混凝土接觸時，產(chǎn)生鈣礬石，造成混凝土膨脹，使它的表層開裂或軟化。而裂縫又助長了硫酸鹽和其它離子的侵蝕滲透，進一步加速了混凝土的破壞。氯化物則是與水泥中的C3 A發(fā)生反應，生成高膨脹性的氯鋁酸鹽。同時，氯離子滲入鋼筋表面，鋼筋銹蝕亦引起體積膨脹，使混凝土保護層脹裂，反過來又加速了鋼筋的腐蝕，從而影響承載力，直至結(jié)構(gòu)被破壞。處于海洋大氣中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，特別是位于浪濺區(qū)部分的混凝土，它的表面不斷處于干濕循環(huán)中，混凝土表面孔隙內(nèi)鹽分濃度在干濕循環(huán)中逐漸增加。在濃差作用下，鹽分進一步向混凝土的內(nèi)表滲入，直至鋼筋表面，造成腐蝕。而當混凝土表面存在缺陷時，則會促使鋼筋混凝土的

7、腐蝕。 c.體積不穩(wěn)定性破壞 混凝土凝結(jié)硬化過程中，由于化學收縮、溫度應力、干燥收縮等原因產(chǎn)生的收縮變形，使混凝土出現(xiàn)初始裂縫，影響混凝土體積穩(wěn)定性。而海洋工程混凝土嚴酷的使用環(huán)境，使任何微小的初始裂縫都可能加速混凝土的劣化。 d.物理破壞 水結(jié)冰時體積增大，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓力，導致混凝土膨脹開裂破壞；潮起潮落于濕交替作用，使海水中鹽類在混凝土內(nèi)析晶，產(chǎn)生鹽類結(jié)晶壓力導致混凝土破壞；海風挾帶砂、冰凌的沖擊磨耗使混凝土表面粗糙，促進水化產(chǎn)物的溶出性侵蝕，加速混凝土保護層破壞。 (2)對抗凍性的破壞 處于寒冷地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)物在水位變動區(qū)，由于凍融循環(huán)作用和冰凌撞擊作用，更容易使混凝土遭受嚴重破壞

8、。因此，位于寒冷地區(qū)的海洋混凝土，其抗凍融性能的好壞，更是直接影響結(jié)構(gòu)物使用壽命的重要因素。海洋混凝土工程因凍融作用而引起破壞的實例屢見不鮮，我國北方的每一個海港中幾乎都發(fā)生混凝土凍害現(xiàn)象?；炷恋膬鋈谄茐?，是指混凝土中的水分受到凍融循環(huán)后，產(chǎn)生微細裂縫，致使表面混凝土剝落，從接近表層的部分開始發(fā)生破壞，從而逐漸發(fā)展到混凝土內(nèi)部損壞的現(xiàn)象?；炷羶?nèi)部存在著連通與不連通的孔隙，這些孔隙是滲水的途徑。當混凝土處于飽水狀態(tài)并遇到負溫時，內(nèi)部水分凍結(jié)，體積膨脹。導致孔隙的周壁上產(chǎn)生相當大的內(nèi)部壓力，當遇到正溫時，雖融化，但孔壁已產(chǎn)生塑性變形。難于恢復到原來大小，如此反復凍融，孔隙逐次加大，凍結(jié)逐次加深

9、，當作用在孔隙的拉應力超過混凝土強度時就開始出現(xiàn)微細裂縫。隨著凍融循環(huán)次數(shù)增多，裂縫逐漸擴展并連接起來，致使混凝土開裂或破壞。（3） 對抗碳化性的破壞 混凝土中的Ca(OH)2受海洋大氣中得CO2作用，生成CaCO3，逐漸失去其堿性，pH值降到8.510。當混凝土pH值低于10時，鋼筋不再處于鈍化狀態(tài)，發(fā)生銹蝕。鐵銹要比鐵的體積膨脹2.5倍，由此，混凝土發(fā)生裂縫，使得二氧化碳、氯離子、鹽分等更易進入，鋼筋的粘結(jié)力降低，保護層剝落。即混凝土被碳化。4. 提高海洋混凝土耐久性措施 (1) 對混凝土原材料進行選取?；炷林袚郊庸璺?、粉煤灰和礦粉摻合料時，可降低CaSi比，；細骨料宜選用級配良好潔凈的

10、中粗砂；粗骨料選用質(zhì)地堅硬、級配良好、針片狀少、孔隙率小、最大粒徑不大于25mm，抗壓強度大于IOOMPa或壓碎指標不大于1O%；減水劑應選用與水泥匹配坍落度損失小，減水率最好大于25%的高效減水劑，摻合料選用I級粉煤灰,摻量不小于2O%，磨細礦渣粉比表面積不低于400m2kg，摻量不低于4O%，如對早期抗氯離子滲透有較高要求可以摻加510%的硅灰；水灰比（W / C）設(shè)計O35。 (2) 表面涂層。涂層封閉防腐是指在混凝土表面涂刷一層封閉液，封閉液滲入混凝土表層一定深度，形成一層憎水層或?qū)⒈砻嫒毕葸M行封閉，有效地阻止了水分和鹽類的侵入。涂層保護措施分為兩類，一類為惰性涂層，具有耐腐抗?jié)B抗裂功

11、能；另一類為功能涂層，具有酸中和或抑菌、殺菌功能。惰性涂層能隔絕混凝土與生物硫酸的接觸，從而避免遭受腐蝕。通常采用耐酸的有機樹脂，如環(huán)氧樹脂、聚醋樹脂、脈醛樹脂、內(nèi)烯酸樹脂、聚氯乙烯、聚乙烯以及瀝青等。 (3) 外加劑技術(shù)，根據(jù)混凝土污損生物腐蝕作用機理，阻止污損生物在混凝土表面和內(nèi)部的生長，直接抑制或減少生物硫酸的生成，是控制混凝土微生物腐蝕最有效的措施，因此，外加劑技術(shù)是近年來混凝土防腐蝕研究中最活躍的領(lǐng)域。在混凝土拌合物中加入適量的混凝土引氣劑 （4）特殊防腐措施：通過環(huán)氧涂層鋼筋、表面硅烷浸漬、陰極保護等防腐措施，進一步改善海洋混凝土耐久性。例如環(huán)氧涂層鋼筋中的滲入型阻銹劑是一種低粘度

12、液體，可以涂(或噴)在混凝土表面，由毛細孔的表面漲力，吸入混凝土表層，達到鋼筋表面，形成保護薄膜。還能將鋼筋表面已有的氯離子置換出來，使鋼筋重新鈍化。這種阻銹劑既可在表面噴涂，又可作為添加劑拌人混凝土中。防腐實例浙江舟山鴨蛋山渡口，以環(huán)氧作底漆，涂二道，呋哺涂料作面漆四道，涂料不適于陽面。 浙江象山蜊門港大橋以環(huán)氧瀝青作底漆，氯化橡膠作面漆，涂料現(xiàn)場配制，并經(jīng)熱化處理2030 rain，涂施間隔l624 h。 汕頭海灣大橋均以N505環(huán)氧封閉漆打底，主塔承臺部分面漆為厚漿環(huán)氧漆二道各100m，丙烯酸厚漿面漆100m，共厚300m，主塔及加勁梁等部位面漆為厚漿環(huán)氧漆一道100m，丙烯酸厚漿面漆二道各80m，總厚280m。結(jié)論 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是一個涉及環(huán)境、材料、設(shè)計、施工等多種因素的復雜問題。而海洋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題，也已經(jīng)越來越受工程界的廣泛重視。關(guān)于這方面的研究，近十年來的發(fā)展很快，提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性已成為延長混凝土建筑物壽命的重要手段。對許多結(jié)構(gòu)來說混凝土的耐久性及長期性比之強度更為重要，而耐久性應由正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇以及嚴格的施工質(zhì)量來保證，同時應注意在使用階段實行必要的管理和維護。只有這樣，才能保證和提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，才能保證我國建筑事業(yè)的可持續(xù)。參考文獻【1】周履，20世紀后期海洋混凝土結(jié)構(gòu)抗腐蝕性能的發(fā)展，中鐵大橋局集