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文檔簡(jiǎn)介
1、目 錄一、高性能混凝土的定義2二、影響高性能混凝土耐久性的因素31、鋼筋的銹蝕32、混凝土的碳化33、環(huán)境水的侵蝕31) 溶出性侵蝕(軟水侵蝕32) 一般酸性侵蝕43) 硫酸鹽侵蝕44) 鎂鹽侵蝕44、堿集料反應(yīng)45、混凝土的凍融破壞4三、提高耐久性的措施51、摻入高效減水劑52、摻入高效活性礦物摻料63、消除混凝土自身的結(jié)構(gòu)破壞因素64、保證混凝土的強(qiáng)度65、完善混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)76、施工對(duì)耐久性能的保證7影響高性能混凝土耐久性的因素及其提高措施【背景】高性能混凝土是最近十多年才出現(xiàn)的新型高技術(shù)混凝土,它以高強(qiáng)度,良好的工作性,優(yōu)良的耐久性等技術(shù)指標(biāo)為設(shè)計(jì)目標(biāo),保證混凝土有良好的工作性
2、、適用性、力學(xué)強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性,采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土。高性能混凝土不僅是對(duì)傳統(tǒng)混凝土的重大突破,而且在節(jié)能、節(jié)料、工程經(jīng)濟(jì)、勞動(dòng)保護(hù)以及環(huán)境等高面都具有重要意義,是一種環(huán)保型、集約型的新型材料。近年來(lái)它在世界各地被廣泛應(yīng)用于多種建筑結(jié)構(gòu),但實(shí)踐中,混凝土的耐久性已成為國(guó)際工程界普遍關(guān)注的問題,種種事故及驚人的維修費(fèi)用,使人們意識(shí)到了解影響高性能混凝土耐久性的因素及探究耐久性的提高措施己是刻不容緩。【摘要】本文探討了高性能混凝土的耐久性的影響因素,并就其影響因素提出了提高其耐久性的相關(guān)措施?!娟P(guān)鍵詞】混凝土 耐久性 影響因素 碳化 堿集料 【正文】一、高性能混凝土的定義1990
3、年5月在馬里蘭州Gaithersburg城,由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)與美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)(ACT)召開會(huì)議,首次提出“高性能混凝土(HPC)”這個(gè)名詞,認(rèn)為HPC是同時(shí)具有某些性能的勻質(zhì)混凝土,必須采用嚴(yán)格的施工工藝與優(yōu)質(zhì)原材料,配制成便于澆搗、不離析、力學(xué)性能穩(wěn)定、早期強(qiáng)度高,并具有韌性和體積穩(wěn)定等性能的混凝土,在惡劣的使用環(huán)境下壽命長(zhǎng),也就是說HPC要求高的強(qiáng)度、高的流動(dòng)性以及優(yōu)良的耐久性。目前各國(guó)根據(jù)不同要求,對(duì)HPC認(rèn)識(shí)還不大統(tǒng)一,但重視耐久性是大勢(shì)所趨。美國(guó):NIST與ACT認(rèn)為HPC是用優(yōu)質(zhì)水泥、集料、水和活性細(xì)摻料與高效外加劑制成的,同時(shí)具有優(yōu)良耐久性、工作性和強(qiáng)度的勻
4、質(zhì)混凝土。歐洲:重視強(qiáng)度與耐久性,常與高強(qiáng)混凝土并提,(HSC/HPC)。法國(guó)與加拿大正研究開發(fā)超高性能混凝土UHPC.日本:重視工作性與耐久性,有足夠強(qiáng)度即可。我國(guó)著名的吳中偉院士認(rèn)為高性能混凝土是一種新型高技術(shù)混凝土,是在大幅度提高混凝土性能的基礎(chǔ)上,采用現(xiàn)代混凝土技術(shù),選用優(yōu)質(zhì)原材料,在嚴(yán)格的質(zhì)量管理的條件下制成的;除了水泥、水、集料以外,必須摻加足夠數(shù)量的細(xì)摻料與高效外加劑,HPC重點(diǎn)保證下列性能:耐久性、工作性、各種力學(xué)性能、適用性、體積穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)合理性。HPC不僅在性能上對(duì)傳統(tǒng)混凝土有很大突破,在節(jié)約資源、能源、改善勞動(dòng)條件、經(jīng)濟(jì)合理等方面,尤其對(duì)環(huán)境有著十分重大的意義,因此是
5、一種可持續(xù)發(fā)展的綠色材料。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者多數(shù)還認(rèn)為高性能棍凝土必須是高強(qiáng)混凝土(大于C50),但從目前已取得的效果以及從工程安全性與安全使用期等要求來(lái)看,高強(qiáng)混凝土必須是高性能混凝土,因此高強(qiáng)混凝土應(yīng)當(dāng)包括在高性能混凝土之中。單純的高強(qiáng)混凝土不一定就具有高性能;受鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最小斷面的限制,往往也并不需要廣泛采用高強(qiáng)混凝土??傊?,高性能混凝土因其優(yōu)異的綜合性能必將逐步取代過去的普通混凝土,可以預(yù)想,21世紀(jì)將成為高性能混凝土的時(shí)代。二、影響高性能混凝土耐久性的因素1、鋼筋的銹蝕鋼筋銹蝕是造成混凝土結(jié)構(gòu)耐久性損傷的最主要原因。根據(jù)其產(chǎn)生原因可分為:1) 鋼筋在外部介質(zhì)作用下發(fā)生電化反應(yīng),逐步生
6、成氫氧化鐵即鐵銹,體積增大造成混凝土順筋裂縫,便于腐蝕介質(zhì)滲入鋼筋,加快結(jié)構(gòu)的損壞;2) 氯離子對(duì)鋼筋表面鈍化膜有特殊的破壞作用,當(dāng)混凝土中氯含量超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鋼筋會(huì)銹蝕,若混凝土開裂,造成水和氧的通道,形成惡性循環(huán);3) 鋼筋在拉應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)共同作用下形成脆性斷裂,這種破壞可在較低拉應(yīng)力和微弱介質(zhì)作用下產(chǎn)生破壞;4) 鋼筋的氫脆現(xiàn)象。鋼筋銹蝕的直接后果是鋼筋的有效截面面積減小,不均勻銹蝕導(dǎo)致鋼筋表面凹凸不平,產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,使鋼筋的力學(xué)性能退化,如強(qiáng)度降低、脆性增大、延性變差,導(dǎo)致構(gòu)件承載能力降低。2、混凝土的碳化影響碳化速度的因素之一是環(huán)境條件,如相對(duì)濕度、二氧化碳濃度、溫度以及混凝土表
7、面的覆蓋層,混凝土的應(yīng)力狀態(tài),施工質(zhì)量等;二是材料本身的因素,如水灰比,水泥品種、水泥用量、骨料品種與粒徑、外摻加劑、養(yǎng)護(hù)方法與齡期、混凝土強(qiáng)度等級(jí)。除時(shí)間因素外,影響混凝土碳化的因素還包括環(huán)境因素和混凝土材料本身的因素以及混凝土的施工、早期養(yǎng)護(hù)和使用中的維護(hù)等。混凝土碳化到鋼筋表面后,鋼筋表面鈍化膜遭到破壞,當(dāng)有氧和水存在時(shí),鋼筋開始銹蝕,其力學(xué)性能將急劇衰減。3、環(huán)境水的侵蝕1) 溶出性侵蝕(軟水侵蝕):水泥中的水化產(chǎn)物都必須在一定濃度的石灰溶液中才能穩(wěn)定存在,當(dāng)環(huán)境水中的石灰濃度小于該水化產(chǎn)物的極限石灰濃度時(shí),則該水化產(chǎn)物將會(huì)被溶解或分解, 首先是溶解溶解度比較大的氫氧化鈣,直到達(dá)到所需
8、要的極限濃度。2) 一般酸性侵蝕:某些地下水或工業(yè)廢水中含有游離態(tài)的酸,這些酸能夠和混凝土中的氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng),生成相應(yīng)的鈣鹽。所生成的鈣鹽或易溶于水,或松軟無(wú)膠結(jié)力,或在水泥石的孔隙內(nèi)結(jié)晶,體積膨脹,產(chǎn)生破壞作用。3) 硫酸鹽侵蝕:在海水、地下水及鹽沼地礦物水中,常含有大量的硫酸鹽,如硫酸鎂、硫酸鈉等,對(duì)混凝土均有嚴(yán)重的破壞。它們與氫氧化鈣作用生成石膏,石膏在混凝土孔隙中結(jié)合結(jié)晶水,體積膨脹,對(duì)混凝土造成破壞。4) 鎂鹽侵蝕:海水、地下水及其他礦物水中常富含鎂鹽,主要有硫酸鎂及氯化鎂等。它們與水泥石中的氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng),生成溶于水的氯化鎂和松軟無(wú)膠結(jié)力的氫氧化鎂。石膏則產(chǎn)生硫酸鹽侵蝕,都將破
9、壞混凝土的結(jié)構(gòu)。4、堿集料反應(yīng)堿集料反應(yīng)主要是指混凝土中的氫氧根離子與集料中的活性二氧化硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成含有堿金屬的硅凝膠。它具有強(qiáng)烈的吸水膨脹能力,使混凝土發(fā)生不均勻膨脹,造成裂縫、強(qiáng)度和彈性模量下降,影響混凝土耐久性。該反應(yīng)造成的混凝土開裂破壞未有有效的修補(bǔ)方法,因而被稱為混凝土的“癌癥”混凝土在配制時(shí)由原材料帶人或由外界環(huán)境中帶人堿離子,混凝土中同時(shí)存在活性礦物集料活性二氧化硅等, 在有水的條件下,堿離子與二氧化硅反應(yīng)生成堿硅膠, 堿硅膠有強(qiáng)烈的吸水膨脹能力,其形成和成長(zhǎng)常常造成混凝土內(nèi)部的膨脹, 這種膨脹所產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力,使混凝土內(nèi)部形成微裂縫,甚至造成混凝土的嚴(yán)重開裂。堿一集料反
10、應(yīng)發(fā)生需要具備三個(gè)條件活性集料、混凝土堿的含量、水或潮濕的環(huán)境。為了避免堿集料反應(yīng),混凝土應(yīng)采用非活性集料,采用低堿水泥或控制混凝土中其他組分堿的引人,摻用粉煤灰、礦渣、硅灰等摻和料以降低混凝土中堿性。5、混凝土的凍融破壞混凝土是多孔隙的復(fù)合材料。外界水可以通過毛細(xì)作用進(jìn)入混凝土的內(nèi)部。混凝土吸后在低溫下結(jié)冰,體積膨脹約9,在孔隙中產(chǎn)生應(yīng)力,使混凝土承受壓力,產(chǎn)生微裂縫。在凍融循環(huán)作用下,微裂縫逐步發(fā)展,使更多的封閉孔相互連接貫通,進(jìn)一步降低混凝土的抗凍性,加速混凝土的凍融破壞。混凝土的凍融分為早期受凍凝固過程中受凍以及投入使用后受凍。早期受凍是指在混凝土凝固前受凍解凍后重新震搗則不會(huì)影響混凝
11、土的強(qiáng)度。若混凝土在凝固后,強(qiáng)度尚不大時(shí)受凍,則對(duì)混凝土影響最大。水結(jié)冰膨脹在混凝土內(nèi)部留下大量的大孔混凝土凝固后解凍,這些大孔將不可恢復(fù),嚴(yán)重影響混凝土的密實(shí)性和強(qiáng)度,并相應(yīng)影響到混凝土的抗?jié)B性和抗腐蝕能力。混凝土抗凍性的高低與水泥的品種、標(biāo)號(hào)、混凝土的水灰比、外加劑及參合料的品種和摻量,以及骨料的品質(zhì)等有密切的關(guān)系。混凝土中摻人引氣劑時(shí),可顯著提高其抗凍性。在原材料一定的條件下,水灰比的大小是影響抗凍性的主要因素。混凝土的抗凍性隨水灰比的增大而減小,另外水的飽和程度也是影響混凝土抗凍性的主要因素。一般認(rèn)為混凝土中空氣含水量小于孔隙體積的91.7時(shí),不會(huì)引起混凝土的凍壞。三、提高耐久性的措施
12、1、摻入高效減水劑在保證混凝土拌和物所需流動(dòng)性的同時(shí),盡可能降低用水量,減小水灰比,使混凝土的總孔隙,特別是毛細(xì)管孔隙率大幅度降低。水泥在加水?dāng)嚢韬?,?huì)產(chǎn)生一種絮凝狀結(jié)構(gòu)。在這些絮凝狀結(jié)構(gòu)中,包裹著很多拌和水,從而降低了新拌混凝土的工作性。施工中為了保持混凝土拌和物所需的工作性,就必須在拌和時(shí)相應(yīng)的增加用水量,這樣就會(huì)促使水泥石結(jié)構(gòu)中形成過多的孔隙。當(dāng)加入減水劑后,減水劑的定向排列,使水泥質(zhì)點(diǎn)表面均帶有相同電荷,在電性斥力的作用下,不但使水泥水體系處于相對(duì)穩(wěn)定的懸浮狀態(tài),還在水泥顆粒表面形成一層溶劑化水膜,同時(shí)使水泥絮凝狀的絮凝體內(nèi)的游離水釋放出來(lái),因而達(dá)到減水的目的。許多研究表明,當(dāng)水灰比降
13、低到0.38以下時(shí),消除毛細(xì)管孔隙的目標(biāo)便可以實(shí)現(xiàn),而摻入高效減水劑完全可以將水灰比降低到0.38以下。2、摻入高效活性礦物摻料普通水泥混凝土的水泥石中的水化物穩(wěn)定性的不足,是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中摻入活性礦物的目的在于改善混凝土中水泥石的膠凝物質(zhì)的組成?;钚缘V物摻料(硅灰、礦渣、粉煤灰等)中含有大量活性SiO2(及活性Al2O3),它們能和波特蘭水泥水化過程中所產(chǎn)生的游離石灰及高堿性水化硅酸鈣產(chǎn)生二次反應(yīng),生成強(qiáng)度更高、穩(wěn)定性更優(yōu)的低堿性水化硅酸鈣,從而達(dá)到改善水化膠凝物質(zhì)的組成并消除游離石灰的目的。有的超細(xì)礦物摻料,其平均粒徑遠(yuǎn)小于水泥粒子的平均粒徑,它們能填充于水
14、泥粒子之間的空隙中,使水泥石結(jié)構(gòu)更為致密,并阻斷可能形成的滲透通路。此外,它們還能改善集料與水泥石的界面結(jié)構(gòu)和界面區(qū)性能。這些重要的作用,對(duì)增進(jìn)混凝土的耐久性及強(qiáng)度都有本質(zhì)性的貢獻(xiàn)。3、消除混凝土自身的結(jié)構(gòu)破壞因素除了環(huán)境因素引起的混凝土的結(jié)構(gòu)破壞以外,混凝土本身的一些物理化學(xué)因素,也可能引起混凝土結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞,致使混凝土失效。例如,混凝土的化學(xué)收縮和干縮過大引起的開裂,水化熱過快過高引起的溫度裂縫,硫鋁酸鈣的延遲生成,以及混凝土的堿集料反應(yīng)等。因此,要提高混凝土的耐久性,就必須減小或消除這些結(jié)構(gòu)破壞因素。限制或消除從原材料引入的堿、sO3,(21一等可以引起結(jié)構(gòu)破壞和鋼筋銹蝕物質(zhì)的含量,加
15、強(qiáng)施工控制環(huán)節(jié),避免收縮及溫度裂縫產(chǎn)生,提高混凝土的耐久性。4、保證混凝土的強(qiáng)度盡管強(qiáng)度與耐久性是不同的概念,但它們又是密切相關(guān)的。它們之間的本質(zhì)聯(lián)系是基于混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都與水灰比這個(gè)因素直接相關(guān)。在混凝土能充分密實(shí)條件下,隨著水灰比的降低,混凝土的孔隙率降低,混凝土的強(qiáng)度不斷提高,與此同時(shí),隨著孔隙率降低,混凝土的抗?jié)B性提高,因而各種耐久性指標(biāo)也隨之提高。在現(xiàn)代的高性能混凝土中,除摻人高效減水劑外,還摻入了活性礦物摻料,它們不但增加了混凝土的致密性,而且也降低或消除了游離氧化鈣的含量。在大幅度提高混凝土強(qiáng)度的同時(shí),也大幅度地提高了混凝土的耐久性。此外,在排除內(nèi)部破壞因素的條件下,隨著混凝土
16、強(qiáng)度的提高,其抵抗環(huán)境侵蝕因素破壞的作用能力也越強(qiáng)。綜上所述,高性能混凝土在配制上的特點(diǎn)是低水灰比,選用優(yōu)質(zhì)原材料,除水泥、水和骨料外,必須摻加足夠數(shù)量的礦物細(xì)集料和高效減水劑,減少水泥用量,減少混凝土內(nèi)部孔隙率,減少體積收縮,提高強(qiáng)度,提高耐久性。5、完善混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)1) 詳細(xì)勘察結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境條件,從中確定主導(dǎo)破壞因素(如大氣和雨雪造成混凝土干縮循環(huán)和凍融循環(huán)作用、地表水或地下水中的侵蝕性介質(zhì)影響等) ,實(shí)現(xiàn)考慮環(huán)境條件的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2) 嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)規(guī)范的要求,結(jié)構(gòu)布置力求簡(jiǎn)單,合理布置排水及各種結(jié)構(gòu)縫;構(gòu)件截面應(yīng)設(shè)計(jì)成利于潮氣散發(fā)的形狀,惡劣環(huán)境應(yīng)慎用薄肋型構(gòu)件。對(duì)于結(jié)構(gòu)中
17、使用環(huán)境較差的構(gòu)件,宜設(shè)計(jì)成便于檢測(cè)、維護(hù)和更換的構(gòu)件;對(duì)變形縫、施工縫、預(yù)應(yīng)力鋼筋的錨固端等易遭侵蝕的薄弱關(guān)鍵部位應(yīng)采取專門的措施。3) 合理選擇混凝土和鋼筋品種。對(duì)于暴露在侵蝕性環(huán)境中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,宜采用有利于提高結(jié)構(gòu)耐久性的高性能混凝土和鋼纖維混凝土等;針對(duì)鋼筋的腐蝕可采用對(duì)混凝土進(jìn)行表面處理的耐腐蝕鋼筋;混凝土中摻加鋼筋阻銹劑、陰極保護(hù)技術(shù)、電化學(xué)驅(qū)氯和電化學(xué)再堿化等措施。4) 合理確定保護(hù)層厚度。保護(hù)層厚度小,不能保護(hù)鋼筋,也不能滿足鋼筋的有效錨固;保護(hù)層厚度過大,一方面不經(jīng)濟(jì),另一方面可能使裂縫寬度增大。5) 根據(jù)概念設(shè)計(jì)理論,按結(jié)構(gòu)幾何尺寸與荷載可以合理預(yù)防和控制裂縫,保證結(jié)構(gòu)截面
18、尺寸具有足夠的配筋率,控制垂直于主筋方向裂縫;合理選擇鋼筋直徑和混凝土保護(hù)層厚度,控制平行于主筋方向的順筋裂縫。6) 受重復(fù)荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行疲勞驗(yàn)算和磨損驗(yàn)算,并根據(jù)具體情況合理控制裂縫。6、施工對(duì)耐久性能的保證1) 提高施工質(zhì)量、施工技術(shù)工藝水平,完善施工管理工作,強(qiáng)化對(duì)施工過程的監(jiān)督、檢查,嚴(yán)格按照混凝土結(jié)構(gòu)驗(yàn)收規(guī)范要求進(jìn)行施工。2) 從施工的源頭抓起,嚴(yán)把材料質(zhì)量關(guān)。砂、石、水泥、鋼筋必須符合質(zhì)量要求,外加劑必須試驗(yàn)合格后方可使用。不定期對(duì)攪拌時(shí)間及混凝土拌合物的稠度、含氣量、水灰比、水泥含量及均勻性等進(jìn)行測(cè)量,并適時(shí)測(cè)定砂、石的含水率,及時(shí)調(diào)整混凝土配合比。3) 振搗是澆筑混凝土的關(guān)鍵工序,它直接關(guān)
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