混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性

混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性輔導(dǎo)資料內(nèi)容簡(jiǎn)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(xué)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(shí)間的增加，其結(jié)構(gòu)中會(huì)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(jì)有缺陷等，都會(huì)加速這些病害的進(jìn)一步發(fā)展?；炷两Y(jié)構(gòu)的耐久性是指混凝土在設(shè)計(jì)壽命周期內(nèi)，在正常維護(hù)下能夠使用，而不需要進(jìn)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(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上，梅塔教授指出：“當(dāng)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(xué)作用?！逼渲?，侵蝕環(huán)境下的物理化學(xué)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(xué)作用物理化學(xué)作用化學(xué)作用表面磨損凍融破壞機(jī)械磨耗沖磨空蝕碳化（中性化）鋼筋銹蝕化學(xué)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(xué)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(qiáng)度、密實(shí)度、水泥用量、水灰比、氯離子及堿含量、外加劑用量、保護(hù)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(jì)構(gòu)造上的缺陷、施工質(zhì)量差、使用中維修不當(dāng)?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?；炷恋奶蓟髿猸h(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(gè)方面：一方面，反應(yīng)生成碳酸鈣和其他固態(tài)物質(zhì)會(huì)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(kuò)散，使混凝土密實(shí)度提高；另一方面，孔隙中的Ca（OH）2濃度及pH值降低，導(dǎo)致鋼筋脫鈍而銹蝕。2.1混凝土碳化的影響因素材料因素水灰比，水泥品種和用量，骨料種類和粒徑，外摻加劑，養(yǎng)護(hù)方法和齡期，混凝土強(qiáng)度。環(huán)境條件因素相對(duì)濕度，CO2濃度，溫度施工質(zhì)量2.2混凝土碳化深度檢測(cè)方法X射線法用專門的儀器，不僅能測(cè)試完全碳化深度，還能測(cè)試部分碳化深度，但這種方法適用于實(shí)驗(yàn)室的精確測(cè)量。化學(xué)試劑法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，通常在混凝土表面鉆洞，噴上化學(xué)試劑，根據(jù)反應(yīng)的顏色測(cè)量碳化深度。常用1%濃度的酚酞酒精溶液，它以pH=9為界限，已碳化區(qū)呈無(wú)色，未碳化區(qū)呈粉紅色，最終測(cè)試完全碳化的深度。另有一種彩虹指示劑，可以根據(jù)反應(yīng)的顏色判別不同的pH值，因此可以測(cè)試完全碳化深度和部分碳化深度。3混凝土中鋼筋的銹蝕混凝土中水泥水化后，在鋼筋表面形成一層致密的鈍化膜，因此在正常情況下鋼筋不會(huì)銹蝕；但鈍化膜一旦破壞，在有足夠水和氧氣條件下會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。混凝土中鋼筋一旦發(fā)生銹蝕，在鋼筋表面生成一層疏松的銹蝕產(chǎn)物，同時(shí)向周圍混凝土孔隙中擴(kuò)散。鋼筋銹蝕，一方面會(huì)使鋼筋有效截面減小，另一方面，銹蝕產(chǎn)物體積膨脹使混凝土保護(hù)層脹裂甚至脫落，鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)作用下降，破壞他們共同作用的基礎(chǔ)，從而嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)物的安全性和正常使用性能。3.1鋼筋銹蝕機(jī)理鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的最關(guān)鍵問題?；炷林械匿摻钿P蝕實(shí)質(zhì)為電化學(xué)腐蝕。3.2影響混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕的因素pH值溫度Cl-濃度混凝土的電阻抗孔隙水飽和度和相對(duì)濕度水灰比養(yǎng)護(hù)齡期保護(hù)層厚度水泥品種與摻和料當(dāng)混凝土未碳化時(shí)，由于水泥的高堿性，鋼筋表面形成一層致密的氧化膜，阻止了鋼筋銹蝕電化學(xué)過程。當(dāng)混凝土被碳化，鋼筋表面的氧化膜被破壞，在有水份和氧氣的條件下，就會(huì)發(fā)生銹蝕的電化學(xué)反應(yīng)。鋼筋銹蝕產(chǎn)生的鐵銹，體積比鐵增加2~4倍，保護(hù)層被擠裂，使空氣中的水份更易進(jìn)入，促使銹蝕加快發(fā)展。氧氣和水份是鋼筋銹蝕必要條件，混凝土的碳化僅是為鋼筋銹蝕提供了可能。當(dāng)構(gòu)件使用環(huán)境很干燥（濕度<40%），或完全處于水中，鋼筋的銹蝕極慢，幾乎不發(fā)生銹蝕。而裂縫的發(fā)生為氧氣和水份的浸入創(chuàng)造了條件，同時(shí)也使混凝土的碳化形成立體發(fā)展。3.3鋼筋銹蝕的非破損檢測(cè)方法物理法主要是通過測(cè)定鋼筋銹蝕引起電阻、電磁、熱傳導(dǎo)、聲波傳播等物理特性的變化來反映鋼筋銹蝕情況。有電阻棒法、渦流探測(cè)法、射線法、聲發(fā)射探測(cè)法及紅外熱像法等。電化學(xué)法主要是通過測(cè)定鋼筋混凝土腐蝕體系的電化學(xué)特性來確定混凝土中鋼筋銹蝕程度或速度。與物理法比較，電化學(xué)法有測(cè)試速度快、靈敏度高、可連續(xù)跟蹤和原位測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。常用的方法有自然電位法、交流阻抗譜法和極化測(cè)量技術(shù)等。4堿-骨料反應(yīng)混凝土中的堿與具有堿活性的骨料間發(fā)生的膨脹性反應(yīng)。這種反應(yīng)引起明顯的混凝土體積膨脹和開裂，改變混凝土的微結(jié)構(gòu)，使混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)性能明顯下降，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全使用性，而其反應(yīng)一旦發(fā)生很難阻止，更不易修補(bǔ)和挽救，被稱為混凝土的“癌癥”。4.1堿-骨料反應(yīng)機(jī)理堿-硅酸反應(yīng)骨料中的活性二氧化硅與堿發(fā)生的膨脹反應(yīng)?？煞譃楣橇媳砻娴幕钚远趸柙趬A溶液中的溶解、化學(xué)反應(yīng)生成硅酸鹽凝膠、反應(yīng)生成物的體積膨脹、進(jìn)一步反應(yīng)形成液態(tài)溶膠等幾個(gè)階段。堿-碳酸鹽反應(yīng)黏土質(zhì)白云石質(zhì)石灰石與水泥中的堿發(fā)生的反應(yīng)。堿-硅酸鹽反應(yīng)堿與某些層狀硅酸鹽骨料反應(yīng)，使層狀硅酸鹽層間距離增大，骨料發(fā)生膨脹，造成混凝土膨脹、開裂。4.2堿-骨料反應(yīng)的發(fā)生條件堿-骨料反應(yīng)發(fā)生所必備的三個(gè)條件：混凝土中含有過量的堿骨料中含有堿活性礦物混凝土處在潮濕環(huán)境中5混凝三土的三凍融三破壞混凝三土發(fā)三生凍三融破三壞的三條件混凝三土處三于飽三水狀三態(tài)混凝三土受三凍融三交替三作用凍融三循環(huán)三產(chǎn)生三的破三壞作三用凍脹三開裂表面三剝蝕5.三1凍融三循環(huán)三破壞三機(jī)理19三45年，Po三we三rs提出三了混三凝土三凍融三破壞三的靜三水壓三假說三，此三后又三與He三lm三ut三h一起三提出三了滲三透壓三假說三。這三兩個(gè)三假說三合在三一起三，較三為成三功地三解釋三了混三凝土三凍融三破壞三的機(jī)三理，三奠定三了混三凝土三抗凍三性研三究的三理論三基礎(chǔ)三。5.三2影響三混凝三土抗三凍性三的因三素平均三氣泡三間距水灰三比外加三劑強(qiáng)度骨料水泥三品種三和用三量混合三材凍結(jié)三溫度三和降三溫速三度5.三3混凝三土的三鹽凍三破壞為防三止高三速公三路和三城市三道路三上冰三雪致三滑造三成交三通事三故，三經(jīng)常三采用三在路三面撒三除冰三鹽（Na三Cl或Ca三Cl2）的三辦法三，因三為鹽三能降三低水三的冰三點(diǎn)，三達(dá)到三自動(dòng)三融化三雪的三目的三，但三除冰三鹽的三使用三將引三起路三面混三凝土三剝蝕三和鋼三筋銹三蝕。影響三混凝三土抗三鹽凍三耐久三性的三因素含氣三量，三水灰三比，三水泥三品種三與混三合材三，鹽三的種三類6化學(xué)三侵蝕在一三些侵三蝕性三介質(zhì)三（包三括酸三、堿三、硫三酸鹽三、壓三力流三動(dòng)水三等）三中的三混凝三土，三可能三遭受三化學(xué)三侵蝕三而破三壞。化學(xué)三侵蝕三分為三三類三：溶出三性侵三蝕溶解三性侵三蝕膨脹三性侵三蝕6.三1溶出三性侵三蝕密實(shí)三性較三差、三滲透三性較三大的三混凝三土，三在一三定壓三力的三流動(dòng)三水中三，水三化產(chǎn)三物Ca（OH）2會(huì)不三斷溶三出并三流失三。Ca（OH）2的溶三出使三水化三硅酸三鈣和三水化三鋁酸三鈣失三去穩(wěn)三定性三而水三解、三溶出三，這三些水三化產(chǎn)三物的三溶出三使混三凝土三的強(qiáng)三度不三斷降三低?；炷寥苋鲂匀治g三速度三主要三取決三于混三凝土三的滲三透性三、Ca（OH）2含量三，水三泥熟三料的三礦物三組成三和摻三合料三的成三分等三。6.三2溶解三性侵三蝕酸侵三蝕實(shí)踐三表明三，環(huán)三境水三的pH值小三于6.三5時(shí)就三會(huì)對(duì)三混凝三土造三成酸三侵蝕三。這三樣的三酸性三水在三一般三自然三環(huán)境三中式三不多三見的三。堿侵三蝕堿的三濃度三不大三（15三%以下三），三溫度三不高三（低三于50三℃）時(shí)三，堿三對(duì)混三凝土三的侵三蝕作三用很三小，三但高三濃度三的堿三溶液三或熔三融狀三堿會(huì)三對(duì)混三凝土三產(chǎn)生三侵蝕三作用三。6.三3膨脹三性侵三蝕硫酸三鹽與三混凝三土水三化產(chǎn)三物發(fā)三生化三學(xué)反三應(yīng)，三對(duì)混三凝土三產(chǎn)生三膨脹三破壞三作用三，是三典型三的膨三脹性三侵蝕三。硫酸三鹽侵三蝕是三混凝三土化三學(xué)侵三蝕中三最廣三泛和三最普三通的三形式三。硫酸三鈉、三硫酸三鉀、三硫酸三鈣、三硫酸三鎂等三硫酸三鹽均三會(huì)對(duì)三混凝三土產(chǎn)三生侵三蝕作三用，三通常三是硫三酸鈉三、硫三酸鈉三和硫三酸鎂三的侵三蝕。土壤三的地三下水三是一三種硫三酸鹽三溶液三，土三壤的三硫酸三鹽濃三度超三過一三定限三值時(shí)三就會(huì)三對(duì)混三凝土三產(chǎn)生三侵蝕三作用三。在污三水處三理廠三、化三纖工三業(yè)、三制鹽三、制三皂業(yè)三等廠三房附三近的三地下三水中三，硫三酸鹽三濃度三較高三，經(jīng)三常發(fā)三現(xiàn)混三凝土三結(jié)構(gòu)三物的三硫酸三鹽侵三蝕破三壞現(xiàn)三象。硫酸三鹽也三是海三水的三主要三成分三。7混凝三土的三表面三