混凝土結構耐久性的分析

...wd......wd......wd...混凝土構造耐久性的分析內容摘要在我國，混凝土構造的耐久性及耐久性的設計受到高度重視，除在混凝土構造設計標準中制定了耐久性標準以外，近年還專門編制了《混凝土構造耐久性設計標準》〔GB/T50476——2008〕，由于混凝土其構造自身和使用環(huán)境的特點，使得混凝土存在嚴重的耐久性問題?；炷恋哪途眯允侵富炷猎趯嶋H使用條件下抵抗環(huán)境介質和內部惡劣因素作用并長期保持良好的使用性能和外觀完整性，從而維持混凝土構造的安全、正常使用的能力[1]。影響構造耐久性的因素很多，砼質量及其保護層是內在因素，環(huán)境與載荷作用則是外在因素。不同的原因會造成不同的后果?；炷聊途眯袁F已作為建筑工程的焦點。本文主要對混凝土抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性等方面做了簡單論述及簡述影響因素。目錄內容摘要

I引

言

11

緒論

21.1

混凝土耐久性問題的提出

21.2

混凝土耐久性的概念

22

混凝土構造耐久性問題的分析

32.1

混凝土凍融破壞

32.1.1

破壞原因

32.1.2

影響因素

42.2

混凝土滲透破壞

42.2.1

破壞原因

42.2.2

影響因素

52.3

堿骨料反響

52.3.1

破壞原因

52.3.2

影響因素

62.4

混凝土的碳化

62.4.1

破壞原因

62.4.2

影響因素

72.5

鋼筋銹蝕

72.5.1

破壞原因

72.5.2

影響因素

82.6

化學侵蝕

82.6.1

產生原因

82.6.2

影響因素

93

提高混凝土耐久性的措施

103.1

混凝土材料

103.1.1

水泥

103.1.2

粗骨料

103.1.3

細骨料

103.1.4

礦物摻合料

113.1.5

專用復合外劑

113.1.6

拌合和養(yǎng)護用水

113.2

構造設計

113.2.1

混凝土配合比

113.2.2

混凝土保護層

113.2.3

節(jié)點構造設計

123.3

工程施工

123.3.1

混凝土的拌制

123.3.2

混凝土的輸送

123.3.3

混凝土澆筑

133.3.4

混凝土振搗

133.3.5

混凝土養(yǎng)護

133.3.6

混凝土的拆模

144

案例分析

154.1

工程概述

154.2

裂縫出現因素

154.3

出現的主要裂縫成因分析

175

結論與展望

19參考文獻

20引言一直以來，混凝土構造以其整體性好、耐久性強、可塑性強、維修費用少等優(yōu)點廣泛使用于整個20世紀，一些興旺國家的混凝土使用了三四十年后，紛紛進入老化期。人們始料未及的是混凝土材料在不利的環(huán)境、運用條件下，出現了一系列影響構造耐久性的物理、化學現象，如構造混凝土的碳化、保護層剝落、裂縫的開展、鋼筋銹蝕、滲透凍融破壞、混凝土集料的化學腐蝕等等，以及鋼筋與混凝土之間粘結錨固作用的削弱等方面。從短期效果而言，這些問題影響構造的外觀和使用功能；從長遠看則為降低構造安全度，成為發(fā)生事故的隱患，影響構造使用的壽。因而混凝土構造的耐久性問題已成為構造工程師們不容無視的一個重要問題。混凝土耐久性是指構造在規(guī)定的使用年限內，在各種環(huán)境作用下不需要額外的費用加固處理而保持其安全性、正常使用和可承受的外觀能力?；炷聊途眯灾饕福嚎?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性、抗氯離子滲透性、碳化等。我國的構造設計標準長期沒有設計使用年限的要求，在近幾年修訂公布的《建筑構造設計標準》中才明確規(guī)定建筑構造的設計年限分為四類，但這對提高混凝土構造的耐久性起不到太大的作用，雖然構造的使用年限可以通過維修延長，但構造中的個別部件不一定能夠到達設計使用年限，這在橋梁等構造中尤為明顯。例如設計使用30年的拉索往往不到20年就要更換，這無疑會大大縮短構造的使用壽命，應該在設計時加以考慮。另外，由于我國的國情限制，我國的混凝土構造往往達不到興旺國家的設計與施工水平。隨著改革開放的進展，我國的構造設計水平已經逐漸與國際接軌，但不可否認的是，我國的科技水平仍然無法與興旺國家相比，在設計中也就難免有這樣那樣的問題。我國是勞動素質普遍低下，建筑施工大多還是粗放型的建造方式，施工質量難以保證。同時，我國的建筑材料與國外也有不小的差距，例如我國的水泥質量一般要比歐洲差，隨著齡期的開展其后期性能提高可能相對較少，因此在齡期系數的取值上宜偏低取用。而這些也就使我國的混凝土構造耐久性降低于國外水平。下面從影響混凝土構造耐久性的主要因素和提高耐久性的技術措施兩個方面來探討混凝土的耐久性問題。1緒論1.1混凝土耐久性問題的提出我國是一個開展中大國，正在從事著為世界所矚目的大規(guī)模基本建設，我國的根基設施建設工程規(guī)模宏大，投入資金每年高達2萬億元人民幣以上，約30~50年后，這些工程將進入維修期，所需的維修費或重建費用將更為巨大。因此，如何提高混凝土耐久性，延長工程使用壽命，盡量減少維修重建費用是建筑行業(yè)實施可持續(xù)開展戰(zhàn)略的關鍵。而財力有限、能源短缺、資源并不豐富，因此科學合理設計，優(yōu)質的施工質量來提高混凝土構造耐久性及防腐性。延長構造使用壽命是擺在我們面前的一個很重要的課題和任務。強度和耐久性是混凝土構造的兩個重要指標，因此以往工程中習慣上只重視混凝土的強度，或片面追求高強度而無視混凝土的耐久性?；炷恋哪途眯允鞘褂闷谙迌葮嬙毂ＷC正常功能的能力，關系到構造物的使用壽命，隨著構造物老化和環(huán)境污染加重，混凝土耐久性問題已引起了各主管和廣闊設計施工者們重視?；炷烈恢北徽J為是堅硬、密實、能夠長期使用的澆筑石體，其強堿性環(huán)境使內部鋼筋處于保護狀態(tài)下而不會發(fā)生銹蝕。因此，對混凝土、鋼筋混凝土構造的使用壽命期望值很高而忽略了混凝土構造耐久性問題，導致對混凝土構造耐久性研究的相對滯后，為此付出了巨大的代價。1.2混凝土耐久性的概念混凝土除具有設計要求的強度，以保證其能安全地承受設計荷載外，還應根據其周圍的自然環(huán)境以及在使用上的特殊要求，而具有各種特殊性能。把混凝土抵抗環(huán)境介質和內部惡劣因素作用并長期保持其良好性能和外觀完整性，從而維持混凝土構造的安全、正常使用的能力稱為耐久性[1]?；炷翗嬙炷途眯詥栴}主要表現為：混凝土損傷；鋼筋的銹蝕、脆化、疲勞、應力腐蝕；以及鋼筋與混凝土之間粘結錨固作用的消弱等方面。本章將從凍融破壞、滲透破壞、堿骨料反響、碳化、鋼筋銹蝕、侵蝕六個方面對混凝土構造發(fā)生耐久性失效的原因及影響因素進展論述?；炷翗嬙炷途眯运膬热荩嚎?jié)B性：是指混凝土抵抗水、油等液體在壓力作用下滲透的性能；抗凍性：是指混凝土在水飽和狀態(tài)下，經受屢次凍融循環(huán)作用，能保持強度和外觀完整性的能力；抗侵蝕性：是指侵蝕水環(huán)境或侵蝕性土壤環(huán)境會使混凝土遭受侵蝕破壞；抗氯離子滲透性：環(huán)境水、土中的氯離子因濃度差會向混凝土中擴散滲透，當氯離子擴散滲透至混凝土構造中鋼筋外表并到達一定濃度后，將導致鋼筋很快銹蝕，嚴重影響混凝土構造的耐久性；混凝土的碳化〔中性化〕：混凝土的碳化作用是指二氧化碳與水泥石中的氫氧化鈣作用，生成碳酸鈣和水；堿骨料反響：堿骨料反響條件是指混凝土配制時形成的，即配置的混凝土中只有足夠的堿和反響性骨料，在混凝土澆筑后會逐漸反響，在反響產物的數量吸水膨脹和內應力足以使混凝土開裂的時候，工程便開場出現裂縫2混凝土耐久性問題的分析2.1混凝土凍融破壞混凝土凍融破壞是指混凝土在飽水或潮濕的狀態(tài)下，由于環(huán)境中溫度的正負變化，導致混凝土內部松弛產生疲勞應力。反復的凍融循環(huán)造成混凝土由表及里逐漸剝蝕的破壞現象?；炷涟l(fā)生凍融破壞后，破壞作用不斷積累，裂縫不斷擴大和深入，由外向里，直至混凝土破壞，而其現象就是從表層開場向內逐層剝落。當經過反復屢次的凍融循環(huán)以后，損傷逐步積累不斷擴大，開展成互相連通的裂縫，使混凝土的強度逐步降低，最終嚴重影響了構造的長期使用。2.1.1破壞原因混凝土凍害機理的研究始于20世紀30年代?有靜水壓假說、滲透壓假說等。但由于混凝土構造凍害的復雜性,至今尚無公認的、完全反映混凝土凍害機理的理論。直至現在，被廣闊科研學者承受的最有價值的解釋是靜水壓假說和滲透壓假說的結合?這種結合奠定了混凝土抗凍性研究的理論根基。(1)靜水壓假說：硬化混凝土的孔隙有凝膠孔、毛細孔、空氣泡等。各種孔隙之間的孔徑差異很大。水轉變?yōu)楸鶗r體積膨脹9%，在冰凍過程中，混凝土孔隙中的局部孔溶液冰凍膨脹，迫使未結冰的孔溶液從結冰區(qū)向外遷移?？兹芤涸诳蓾B透的水泥漿體構造中移動，必須抑制粘滯阻力，因而產生靜水壓，形成破壞應力[2]。靜水壓假說能解釋成熟混凝土冰凍破壞的許多表現，它在引氣混凝土方面的應用也較成功。但從水壓力本質來理解它的作用應是瞬時性的，隨著時間進展不安全理應逐漸消失才對。然而試驗說明，混凝土冰凍破壞有時隨時間而日益劇烈、嚴重。在水泥漿冰凍時，水分的運動大多不像通常設想那樣遠離冰凍地點而去，而恰恰是趨向冰凍地點；再次冰凍時的膨脹一般情形是隨冷卻速率增加而下降。這些都是靜水壓假說難以解釋的。(2)滲透壓假說：滲透壓假說認為，由于混凝土孔溶液中含有鈉、鉀、鈣等鹽類，大孔中的局部溶液先結冰，后未凍溶液中鹽的濃度上升，周圍較小孔隙中的溶液之間形成濃度差。這個濃度差的存在使小孔中溶液向已局部凍結的大孔遷移。即使是濃度為0的孔溶液，由于冰的飽和蒸汽壓低于同溫下水的飽和蒸汽壓，小孔中的溶液也要向已局部凍結的大孔溶液中遷移。可見滲透壓是孔溶液的鹽濃度差和冰水飽和蒸汽壓差共同形成的。2.1.2影響因素對于影響混凝土凍融破壞的主要因素總結起來大致有以下四個方面：〔1〕水灰比：水灰比越大，使凝土孔隙率越大，導致混凝土的吸水率增大，最終導致混凝土構造凍融破壞嚴重；〔2〕孔構造和孔隙特征：連通毛細孔易吸水飽和，使混凝土凍害嚴重；假設為封閉孔，則不易吸水，凍害就小；〔3〕飽水度：假設混凝土的孔隙非完全吸水飽和，冰凍過程產生的壓力促使水分向孔隙處遷移，從而降低冰凍膨脹應力?對混凝土破壞作用就??；〔4〕混凝土自身強度：在一樣的冰凍破壞應力作用下，混凝土強度越低，凍害程度就越高。2.2混凝土滲透破壞混凝土構造的滲透破壞是指氣體、液體或者離子等有害介質在混凝土中滲透、擴散或遷移，最終導致混凝土構造受到破壞。混凝土構造發(fā)生滲透破壞后，有害介質首先破壞構造表層混凝土，導致混凝土中發(fā)生鋼筋銹蝕、堿骨料反響等變化，而這些變化多數伴隨著體積的膨脹，膨脹產生的應力又使得混凝土進一步開裂，從而進一步加大混凝土的滲透性，使得有害介質的入侵更加迅速，導致混凝土構造循環(huán)往復產生更大范圍的破壞。因此混凝土的滲透性給有害介質提供了入侵的通道，而有害介質與混凝土發(fā)生的破壞性反響則增大了混凝土的滲透性，兩者相互促進，最終嚴重影響混凝土構造的耐久性。2.2.1破壞原因混凝土具有多種粒徑的孔隙?連通的孔隙會成為氣體、液體或有害介質進入混凝土的通道，導致混凝土破壞?；炷恋臐B透機理是水與混凝土外表接觸時，壓力差和毛細孔壓力不斷促使水分向混凝土內部遷移。隨著水分遷移的深入，水與毛細孔壁摩擦阻力增大，滲水速度隨滲透深度的增加成比例下降。當水到達混凝土相反的一側時，毛細孔壓力就會改變方向，阻礙水分的滲出。假設壓力差大于孔壁摩擦阻力和毛細阻力，則水將從混凝土相反的一側滴出；假設壓力差小于摩擦阻力和毛細孔阻力，則水的遷移為毛細孔遷移，此時的遷移速度取決于混凝土背水面水分的蒸發(fā)速度[3]。2.2.2影響因素影響混凝土滲透性的因素主要有水灰比、骨料最大粒徑、混凝土養(yǎng)護方法、水泥品種、外加劑等因素。具體影響情況為：〔1〕混凝土的水灰比會影響混凝土孔隙的大小和數量，進而直接影響混凝土構造的密實性。水灰比越小，混凝土越密實，其抗?jié)B性越好，反之亦然?！?〕由于骨料和水泥漿的界面處易產生裂隙和較大骨料下方易形成孔穴，因此在水灰比一樣時，混凝土骨料的最大粒徑越大，其抗?jié)B性能越差?！?〕蒸汽養(yǎng)護的混凝土，其抗?jié)B性較潮濕養(yǎng)護的混凝土要差。在枯燥條件下，混凝土早期失水過多，容易形成收縮裂縫，因而降低混凝土的抗?jié)B性。而在潮濕環(huán)境中或水中硬化的混凝土，不但總孔隙率降低，而且孔徑也較小。這就增加了混凝土密實性，提高了混凝土的抗?jié)B性?！?〕水泥的品種、性質也影響混凝土的抗?jié)B性能。水泥的細度越大，水泥硬化體孔隙率越小，強度就越高，則其抗?jié)B性越好?！?〕在混凝土中摻入某些外加劑，如減水劑等，可減小水灰比，改善混凝土的和易性，因而可改善混凝土的密實性，即提高了混凝土的抗?jié)B性能。2.3堿骨料反響混凝土中的堿與混凝土中的活性骨料發(fā)生反響，生成膨脹性物質，導致混凝土發(fā)生膨脹破壞，稱為堿骨料反響。這種反響引起明顯的混凝土體積膨脹和開裂，改變混凝土的微構造，使混凝土的抗壓強度、抗折強度、彈性模量等力學性能明顯下降，嚴重影響構造的安全使用性，而其反響一旦發(fā)生很難阻止，更不易修補和挽救，被稱為混凝土的“癌癥〞。2.3.1破壞原因堿骨料反響主要可分為堿與硅酸、堿與碳酸鹽及堿與硅酸鹽三種反響：〔1〕堿-硅酸反響：是分布最廣、研究最多的堿骨料反響，該反響是指混凝土中的堿組分與骨料中的活性SiO2之間發(fā)生的化學反響，其結果是導致骨料被侵蝕，生成堿-硅酸凝膠，并從周圍介質中吸收水分而膨脹，導致混凝土開裂?！?〕堿-碳酸鹽反響：是指混凝土中的堿與碳酸鹽礦物產生化學反響引起混凝土的地圖狀開裂。堿-碳酸鹽反響是孔溶液中的堿與骨料中的白云石之間的反響。這一反響不是發(fā)生在骨料顆粒與水泥砂漿的外表，而是發(fā)生在骨料顆粒的內部，水鎂石Mg〔OH〕2晶體排列的壓力和粘土吸水膨脹，引起混凝土的內部應力，導致混凝土開裂。

〔3〕堿-硅酸鹽反響?是指混凝土中的堿與骨料中某些層狀構造的硅酸鹽發(fā)生反響，使層狀硅酸鹽層間間距增大，骨料發(fā)生膨脹，致使混凝土膨脹開裂。2.3.2影響因素從堿骨料反響發(fā)生的條件出發(fā)，分析該種破壞的影響因素主要是：〔1〕活性骨料：引起混凝土堿骨料反響的主要因素是混凝土中含有堿活性的骨料。因此在施工中盡量選擇無堿活性的骨料，在不得不采用具有堿活性的骨料時，應嚴格控制混凝土中總的堿量?！?〕活性摻合料：摻用活性摻合料，如硅灰、礦渣、粉煤灰、高鈣高堿粉煤灰除外等對堿骨料反響有明顯的抑制效果。活性摻合料與混凝土構造中的堿起反響，反響產物均勻分散在混凝土中，而不是集中在骨料外表，不會發(fā)生有害的膨脹，從而降低了混凝土的含堿量，起到抑制堿骨料反響的作用?！?〕水分：骨料反響要有水分，果沒有水分，反響就會大為減少乃至完全停頓。因此，要防止外界水分滲入混凝土構造中以減輕堿骨料反響的危害。2.4混凝土的碳化混凝土的碳化作用是指空氣中的二氧化碳氣體滲透到混凝土內?與其堿性物質起化學反響生成碳酸鈣和水?使混凝土堿度降低的過程?這一過程又稱混凝土的中性化。2.4.1破壞原因碳化的化學反響式為：Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O混凝土的碳化反響結果有兩個方面,一方面,反響生成碳酸鈣和其他固態(tài)物質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。2.4.2影響因素影響混凝土碳化的因素有很多,但概括其主要因素有兩方面,一方面是材料因素,另一方面是環(huán)境條件因素。(1)材料方面:不同的水泥,其礦物組成、混合材量、外加劑、生料化學成分不同,直接影響水泥的活性和混凝土的堿度,對碳化速度有著重要的影響。一般而言,水泥中熟料越多,則混凝土的碳化速度越慢。不同的骨料品種和粒徑級配不同,其內部孔隙構造差異很大,直接影響混凝土的密實性。其材質致密堅實,級配好的骨料混凝土,其碳化的速度較慢。水灰比的角度,在水泥用量一定的條件下,增大水灰比,其混凝土的孔隙率增加,密實度降低,滲透性增大,空氣中的水分及有害物質較多的侵入混凝土內部,加快混凝土的碳化[4]。(2)環(huán)境條件:溫度對混凝土碳化表現在當溫度下降較大時,混凝土外表收縮產生拉力,一旦超過混凝土的抗拉強度,使得混凝土外表開裂,為二氧化碳和水分滲入創(chuàng)造條件,加速混凝土碳化;另外,溫度高時,二氧化碳在空氣中的擴散系數較大,為其余氫氧化鈣反響提供了有利條件,陽光的照射加速了其反響的碳化速度。另外,影響混凝土碳化程度的因素還有養(yǎng)護方法和齡期、混凝土強度、相對濕度、CO2濃度等等。2.5鋼筋銹蝕混凝土中水泥水化后，會生成堿性的氫氧化鈣，導致混凝土孔隙中的水分有很高的堿性，在鋼筋外表形成一層致密的鈍化膜。因此在正常情況下鋼筋不會銹蝕，但鈍化膜一旦破壞，在有足夠水和氧氣條件下會產生電化腐蝕。混凝土中鋼筋一旦發(fā)生銹蝕，在鋼筋外表生成一層疏松的銹蝕產物，同時向周圍混凝土孔隙中擴散?；炷林械匿摻钿P蝕后，一方面會使鋼筋有效截面減??；另一方面，銹蝕產物體積膨脹使混凝土保護層脹裂甚至脫落，鋼筋混凝土之間的粘結作用下降。2.5.1破壞原因混凝土中鋼筋銹蝕的實質是電化學腐蝕。主要表現為鋼筋在外部介質作用下發(fā)生電化學反響，逐步生成氫氧化鐵，即鐵銹等。鐵銹的體積會比原金屬增大2-4倍，產生膨脹壓力，造成混凝土順筋裂縫，從而成為腐蝕介質滲入鋼筋的通道，加快構造的損壞。2.5.2影響因素鋼筋銹蝕的開場是從鋼筋周圍的鈍化膜破壞開場的，因此影響混凝土構造鋼筋銹蝕的因素主要有：

〔1〕混凝土液相pH值：鋼筋銹蝕速度與混凝土液相pH值有密切關系。當pH值大于10時，鋼筋銹蝕速度很??；而當pH值小于4時，鋼筋銹蝕速度急劇增加[5]?！?〕混凝土密實度和保護層厚度：混凝土越密實，破壞性介質越不容易進入混凝土腐蝕鋼筋，保護層厚度對鋼筋銹蝕的影響呈線性關系。因此世界各國標準對保護層厚度都作了規(guī)定?！?〕水泥品種和摻合料：粉煤灰等礦物摻合料能降低混凝土的堿性，從而影響鋼筋銹蝕破壞。2.6化學侵蝕

一些侵蝕性介質，比方酸、堿、硫酸鹽、壓力動水等，侵入混凝土，可能會造成混凝土的化學腐蝕?；瘜W腐蝕主要有三類，分別為溶出性侵蝕、溶解性侵蝕和膨脹性侵蝕。2.6.1產生原因〔1〕溶出性侵蝕：對于一些密實性較差、滲透性較大的混凝土，在一定壓力的流動水中，水化產物Ca〔OH〕2會不斷溶出并流失。Ca〔OH〕2的溶出使水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣失去穩(wěn)定性而水解、溶出，這些水化產物的溶出使混凝土的強度不斷降低。

〔2〕溶解性侵蝕：溶解性侵蝕分為酸侵蝕和堿侵蝕兩類。當環(huán)境水的PH值小于6.5時，會對混凝土造成酸侵蝕，由于水泥的水化會生成堿性物質，因此混凝土中呈堿性。當堿在一定的濃度〔15%以下〕，溫度〔低于50℃〕時，堿對混凝土的侵蝕作用很小，〔3〕膨脹性侵蝕：硫酸鹽與混凝土的水化產物發(fā)生化學反響，對混凝土產生膨脹破壞作用，是典型的膨脹性侵蝕。2.6.2影響因素構造的密實程度和孔隙特征對混凝土化學侵蝕會有所影響。構造密實和孔隙封閉的混凝土環(huán)境水不易侵入，故其抗侵蝕性較強。3提高混凝土耐久性的措施混凝土在遭受壓力水、冰凍或侵蝕作用的破壞過程，雖然各不一樣，但對提高混凝土的耐久性的措施來說，卻有很多共同之處。除原材料的選擇外，混凝土的密實度是提高混凝土耐久性的一個重要環(huán)節(jié)。一般提高混凝土耐久性的措施有以下幾個方面：合理選擇水泥品種或膠凝材料組成。選用較好的砂、石骨料，技術條件合格的砂、石骨料，是保證混凝土耐久性的重要條件。改善粗細骨料的顆粒級配，在允許的最大粒徑范圍內盡量選用較大粒徑的粗骨料，可減小骨料的空隙率和比外表積，也有助于提高混凝土的耐久性。摻用外加劑和礦物摻合料，摻用引水劑或堿水劑對提高抗?jié)B、抗凍等有良好的作用，摻用礦物摻合料可顯著改善抗?jié)B性、抗氯離子滲透性和抗侵蝕性，并能抑制堿骨料反響，還能節(jié)約水泥。適當控制混凝土的水灰比和水泥用量。水灰比的大小是決定混凝土密實性的重要因素，它不但影響混凝土的強度，而且也嚴重影響其耐久性，故必須嚴格控制水灰比。保證足夠的水泥用量，同樣可以起到提高混凝土密實性和耐久性的作用?！镀胀ɑ炷僚浜媳仍O計規(guī)程》〔JGJ55-2000〕對一般工業(yè)與民用建筑工程所用混凝土的最大水灰比及最小水泥用量作了規(guī)定，見表3-1。對于耐久性要求較高的混凝土構造，混凝土的水灰〔膠〕比及水泥〔膠凝材料〕應符合《混凝土耐久性設計標準》〔GB/T50476-2008〕的要求。加強混凝土質量的生產控制。在混凝土施工中，應保證攪拌均勻、澆灌和振搗密實及加強養(yǎng)護，以保證混凝土的施工質量。從上述分析可知，混凝土的外部環(huán)境、原料、密實度和抗?jié)B性是混凝土耐久性能的重要因素。因此，工程中應根據具體情況，有針對性地采取相應措施，從混凝土的材料、構造設計、工程施工三個方面提高混凝土的耐久性。3.1混凝土材料3.1.1水泥水泥及水泥類材料的強度和工程性能，是通過水泥砂漿的凝結，硬化形成的，水泥石一旦受損，混凝土的耐久性就被破壞，因此水泥的選擇需注意水泥品種的具體性能。采用品質穩(wěn)定、強度等級不低于P.O42.5級的低堿硅酸鹽水泥或低堿普通硅酸鹽水泥〔摻合料僅為粉煤灰或磨細礦碴〕，制止使用其它品種水泥。品質應符合GB175-2007規(guī)定：水泥的比外表積不宜超過350m3/kg，堿含量不應超過0.60%，游離氧化鈣含量不應超過1.5%，水泥熟料中C3A的含量不宜超過8%，強腐蝕環(huán)境下不應大于5%，C4AF含量小于7%、C3S、C23.1.2粗骨料選用質地堅硬、級配良好的石灰?guī)r、花崗巖、輝綠巖等球形、吸水率低、空隙率小的碎石，壓碎指標不大于10%，母巖立方體抗壓強度與梁體混凝土設計強度之比應大于2，含泥量小于0.5%，片狀顆粒含量不大于5%，針、顆粒盡量接近等徑狀。粗骨料粒徑宜為5～20mm，且分兩級儲存、運輸、計量，5～10mm顆粒質量占40±5%，10～20mm顆粒質量占60±5%。選用無堿活性粗骨料，〔因條件所限不得不采用堿—硅酸反響砂漿棒膨脹率為0.10～0.20%的活性骨料時，由各種原材料帶入混凝土中的總堿量不應超過3.0kg/m3〕。3.1.3細骨料細骨料應選擇級配合理、質地均勻穩(wěn)固的天然中粗砂，不宜使用機制砂和山砂，嚴禁使用海砂，細度模數2.6～3.0。嚴格控制云母和泥土的含量，砂的含泥量應不大于1.5%，泥塊含量應不大于0.1%，選用無堿活性細骨料，〔因條件所限不得不采用堿—硅酸反響砂漿棒膨脹率為0.10～0.20%的活性骨料時，由各種原材料帶入混凝土中的總堿量不應超過3.0kg/m3〕。3.1.4礦物摻合料適當摻用優(yōu)質Ⅰ級粉煤灰、磨細礦渣、微硅粉等礦物摻合料或復合礦物摻合料，Ⅰ級粉煤灰和磨細礦渣粉分別應符合GB1596和GB/T18046的規(guī)定，Ⅰ級粉煤灰需水量比不應大于100%，磨細礦渣比外表積應大于450m23.1.5專用復合外劑專用復合外加劑采用具有高效減水、坍落度損失小、適當引氣、能細化混凝土孔構造、能明顯改善或提高混凝土耐久性能的專用復合外加劑，盡量降低拌和水用量，專用復合外加劑必須滿足專用復合外加劑的規(guī)定。3.1.6拌合和養(yǎng)護用水混凝土拌合及養(yǎng)護用水，應考慮其對混凝土強度的影響。水灰比的大小很大程度影響混凝土強度值的大小。拌合水應檢查其雜質情況，防止影響砂漿及混凝土生成時雜質影響其耐久性。海水中含有硫酸鹽、鎂鹽和氯化物，除了對水泥石有腐蝕作用外，對鋼筋的腐蝕也有影響，因此在腐蝕環(huán)境中的混凝土不宜采用海水拌制和養(yǎng)護。拌制和養(yǎng)護混凝土用水應符合國家現行《混凝土拌和用水標準》的要求。凡符合飲用標準的水，即可使用。3.2構造設計3.2.1混凝土配合比混凝土配比的設計在滿足混凝土強度，工作性的同時應考慮盡量減少水泥用量和用水量，降低水化熱，減少收縮裂縫，提高密實度，采用合理的減水劑和引氣劑，改善混凝土內部構造，摻入足量的混合料，提高混凝土耐久性能。3.2.2混凝土保護層混凝土構造中，鋼筋混凝土是由鋼筋和混凝土兩種不同材料組成的復合材料，兩種材料具有良好的粘結性能是它們共同工作的根基，從鋼筋粘結錨固角度對混凝土保護層提出要求，是為了保證鋼筋與其周圍混凝土能共同工作，并使鋼筋充分發(fā)揮計算所需強度。

鋼筋裸露在大氣或者其他介質中，容易受蝕生銹，使得鋼筋的有效截面減少，影響構造受力，因此需要根據耐久性要求規(guī)定不同使用環(huán)境的混凝土保護層最小厚度，以保證構件在設計使用年限內鋼筋不發(fā)生降低構造可靠度的銹蝕。針對不同的腐蝕環(huán)境應設計不同的保護層厚度。如一類環(huán)境〔室內正常環(huán)境〕，設計使用年限為100年的構造混凝土應符合以下規(guī)定：混凝土保護層厚度應按標準的規(guī)定增加40％；當采取有效的外表防護措施時，混凝土保護層厚7度可適當減少?；炷翗嬙旒皹嫾苏w澆筑，不宜留施工縫。當必須有施工縫時，其位置及構造不得有損于構造的耐久性。3.2.3節(jié)點構造設計構造的節(jié)點構造設計也應考慮構件受局部損壞后的整體耐久能力。3.3工程施工3.3.1混凝土的拌制混凝土配合比應考慮強度、彈性模量、初凝時間、工作度等因素并通過實驗來確定?；炷猎牧蠎獓栏癜凑帐┕づ浜媳冗M展準確稱量，稱量最大允許偏差應符合以下規(guī)定按重量計：膠凝材料、水泥、摻合料等±1%；外加劑±1%；骨料±2%；拌和用水±1%。攪拌混凝土前，應嚴格測定細骨料的含水率，準確測定因天氣變化而引起的粗細骨料含水量的變化，以便及時調整施工配合比。混凝土攪拌時投料順序為：先向攪拌機投入細骨料、水泥、礦物摻和料和外加劑，攪拌均勻后，再參加所需用水量，待砂漿充分攪拌后再投入粗骨料，并繼續(xù)攪拌至均勻為止。上述每一階段的攪拌時間不應少于30s，總攪拌時間不應少于2min，也不宜超過3min?；炷涟韬臀锶肽Ｇ斑M展含氣量測試，并控制在2～4%的范圍內。3.3.2混凝土的輸送混凝土采用混凝土輸送泵輸送或混凝土運輸車運送。當采用泵送時，輸送管路的起始水平段長度不小于15m，除出口處采用軟管外，輸送管路其它局部不得采用軟管或錐形管。輸送管路應固定結實，且不得與模板或鋼筋直接接觸?；炷翍B續(xù)輸送，輸送時間間隔不大于45min，且坍落度損失不大于10%。輸送泵接料斗格網上不得堆滿混凝土，要控制供料流量，及時去除超徑的骨料及異物。夏季高溫施工時宜用濕草袋等覆蓋輸送管，防止因輸送管道溫度過高造成混凝土坍落度損失過大影響施工，直至造成混凝土堵管。冬季施工時宜用保溫材料包扎輸送管防止混凝土受凍。3.3.3混凝土澆筑澆筑混凝土前，應針對工程特點、施工環(huán)境條件與施工條件事先設計澆筑方案，包括澆筑起點、澆筑進展方向和澆筑厚度等；混凝土澆筑過程中，不得無故更改事先確定的澆筑方案。應仔細檢查鋼筋型號、數量、間距、保護層厚度及其緊固程度。構件側面和底面的墊塊至少應為４個／m，綁扎墊塊和鋼筋的鐵絲頭不得伸入保護層內?；炷翝仓r的自由傾落高度不得大于２m；當大于２m時，應采用滑槽、串筒、漏斗等器具輔助輸送混凝土，確?；炷敛怀霈F分層離析現象?；炷恋臐仓捎梅謱舆B續(xù)推移的方式進展，間隙時間不得超過90min；混凝土的一次攤鋪厚度不大于300mm混凝土的澆筑應盡量選擇在一天中氣溫適宜時進展，混凝土的入模溫度為5～30℃，夏季氣溫較高時采用冷卻水拌和混凝土，使其入模溫度符合要求。模板的溫度為5～35℃，夏季氣溫較高時采用冷卻水噴灑模板，并采取遮蔭措施。在低溫條件下澆筑混凝土時，應采用適當的保溫防凍措施，防止混凝土受凍。3.3.4混凝土振搗所有混凝土一經灌注，立即進展全面的搗實，使之形成密實、均勻的整體?；炷恋拿軐嵅捎酶哳l插入式振搗棒和附著式振動器聯(lián)合振搗的方式進展。

混凝土振搗采用操作臺統(tǒng)一控制，操作臺由專人負責，統(tǒng)一指揮，嚴格控制振動時間及振動順序。3.3.5混凝土養(yǎng)護混凝土養(yǎng)護要注意濕度和溫度兩個方面。養(yǎng)護不僅是澆水保濕，還要注意控制混凝土的溫度變化。在濕養(yǎng)護的同時，應該保證混凝土外表溫度與內部溫度和所接觸的大氣溫度之間不出現過大的差異。采取保溫和散熱的綜合措施，防止溫降和溫差過大。因此，綜合考慮，蒸汽養(yǎng)護能較好地解決以上兩個方面的問題。

混凝土養(yǎng)護溫度控制的原則是：升溫不要太早和太高；降溫不要太快；混凝土中心和外表之間、新老混凝土之間以及混凝土外表和大氣之間的溫差不要太大。

溫度控制的方法和制度要根據氣溫

季節(jié)

、混凝土內部溫度、構件尺寸、約束情況、混凝土配合比等具體條件來確定。3.3.6混凝土的拆?；炷敛鹉r的強度應符合設計要求，還應考慮拆模時的混凝土溫度，由水泥水化熱引起，不能過高，以免混凝土接觸空氣時降溫過快而開裂，更不能在此時澆注涼水養(yǎng)護?；炷羶炔块_場降溫以前以及混凝土內部溫度最高時不得拆模。一般情況下，構造或構件芯部混凝土與表層混凝土之間的溫差、表層混凝土與環(huán)境之間的溫差大于20℃〔截面較為復雜時，溫差大于15℃〕時不宜拆模。大風或氣溫急劇變化時不宜拆模。在寒冷季節(jié)，假設環(huán)境溫度低于在炎熱和大風枯燥季節(jié)，應采取逐段拆模、邊拆邊蓋的拆模工藝。拆模按立模順序逆向進展，不得損傷混凝土，并減少模板破損。當模板與混凝土脫離后，方可拆卸、吊運模板。拆模后的混凝土構造應在混凝土到達100%的設計強度后，方可承受全部設計荷載。4案例分析4.1工程概述天津濱海新區(qū)某六層磚混構造住宅樓群，建筑面積均為3000平米左右，屋頂為坡屋頂，各建筑砌筑砂漿1～2層均采用M7.5混合砂漿砌筑，3層以上均采用M5混合砂漿砌筑，砌筑磚均為MU1O粘土紅磚。各建筑樓板、樓梯、圈梁及構造柱等現澆混凝土構件，混凝土設計強度等級均為C20.根基混凝土條形根基，根基頂部設有鋼筋混凝土根基圈梁。

上述住宅竣工后居民入住一段時間，逐漸發(fā)現局部樓板、局部過梁、梯梁開裂，其中樓板裂縫寬度大多在0.1mm～0.3mm對于該工程發(fā)生的現澆樓板裂縫，根據檢測調查結果，首先采用排除法分析各種原因：1、排除地震力作用，因為從工程建造到使用整個過程未發(fā)生過地震。

2、排除荷載作用，因為許多發(fā)生裂縫的空置房間在竣工驗收時未產生裂縫，在大半年后才陸續(xù)出現上述裂縫，房間空置期間未有堆積荷載，只有構造自重。

3、排除設計承載力缺乏，因為經復核設計圖符合國家現行設計標準要求。

4、排除地基不均勻沉降影響，因為通過現場觀察，建筑物與排水明溝處未出現由沉降產生的開裂現象，墻體未出現斜裂縫，通過沉降觀測，到目前建筑物未發(fā)現不均勻沉降。

5、排除材料不合格因素，因為所采用的材料均有合格證，且材料經過測試合格。

經過深入調查及分析，專家、建設、監(jiān)理、施工、材料各方認為混凝土收縮及溫度應力的輔助作用是引起現澆樓板出現上述典型裂縫的主要原因。

4.2裂縫出現因素混凝土收縮變形是這種工程材料的固有特性。它主要有澆筑初期〔終凝前〕的凝縮變形；混凝土硬化過程中的干縮變形；混凝土在恒溫絕濕條件下，由凝膠材料的水化作用引起自生收縮變形；溫度下降引起的冷縮變形以及因碳化引起的碳化收縮變形五種。在正常條件下以干縮為主。收縮量隨時間增長而不斷加大，收縮速率隨混凝土齡期的增長而急劇減小。大局部收縮變形一年內完成，90天的收縮為全部收縮量的40％～80％〔以20年的收縮為準〕。影響混凝土收縮的因素主要有水泥品種、骨料品種和含量、混凝土配合比、外加劑種類及摻量、介質溫度和相對濕度、養(yǎng)護條件等?；炷恋南鄬κ湛s量主要取決于水泥品種、用量和水灰比，絕對收縮量除與這些因素有關外還與構件施工時最大連續(xù)邊長相關。不管混凝土的絕對收縮量有多大，只要混凝土板能自由收縮，板內是不會產生拉應力的。但是，實際鋼筋混凝土樓板總是受到其支承構造的約束，從而在板內產生拉應力，當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，就會產生裂縫。本工程產生裂縫主要有以下幾個因素：1、本工程采用425#水泥配制C20混凝土，且甲乙方人員片面地認為水泥標號越高、水泥用量越多越保險，致使水泥用量超過350kg/m3，水灰比到達0.63.另外，配制混凝土所用骨料級配不良，含泥量較高，而且級配不連續(xù)，局部小粒徑石子用細砂代替。眾所周知，混凝土的干縮變形是由于枯燥失水，毛細管內孔隙增大，致使毛細管外表張力增大，從而導致混凝土外觀體積的縮小。如果混凝土內部水灰比增大、水泥用量增多、砂率增大、水泥標號升高，都將大大加大混凝土集料的比外表積，增加其吸附水分的能力，所吸附的水分大大超過了水泥水化所需的水分，造成混凝土內毛細管孔隙也大大增多，從而使得混凝土的體積收縮大大增加?？梢娺@是造成該工程混凝土收縮變形較大的基本原因。

2、該工程位于濱海地區(qū)，年風速較大，樓板混凝土澆筑在7～9月間，環(huán)境氣溫相對較高，最高氣溫達30℃～35℃，澆筑后澆水養(yǎng)護缺乏3、本工程鋼筋混凝土樓板與圈梁整體澆筑，墻體約束圈梁變形，加之，圈梁的收縮變形小于樓板，從而使樓板變形受到較大的約束，產生較大的拉應力。當板內拉應力超過其時混凝土的極限抗拉強度時，就會在板內產生裂縫。這是樓板產生裂縫的另一主要因素。

4、檢測中發(fā)現，一層樓板〔有地下室〕裂縫往往比上部各層嚴重，且裂縫形態(tài)很不規(guī)律，分析發(fā)現原因是一層樓板的底模支撐點地基夯實不夠、不均勻，致便各模板之間相互變形過大而使樓板產生不規(guī)則裂縫。4.3出現的主要裂縫成因分析1、穿線管位置裂縫原因。當前，在混凝土板中預埋電線導管大多采用PVC管。由干PVC管直徑較大，管徑多在20～30mm，彈性較太，外表光滑，與混凝土結合較差，使得板內存在薄弱環(huán)節(jié)。當混凝土樓板較薄時，很容易因混凝土收縮而產生裂縫。本工程混凝土板厚100mm，穿線管直徑約占板厚的1／3，加之混凝土收縮變形較大，假設在該部位布管和澆搗混凝土不善，極易形成沿線管布設走向的裂縫。

2、板角斜裂縫原因。鋼筋混凝土構造在不同的時間季節(jié)和環(huán)境中，其周邊大氣溫度發(fā)生變化，在混凝土構造中產生熱脹冷縮的“溫度變形〞。對于現澆混凝土樓板，由于日夜溫差及季節(jié)溫差的影響，將會產生截面均勻溫差應力，當陽光透過窗照射到室內樓板面，引起樓板上下外表及照射板面不均勻產生溫差應力。

本工程中，樓板與圈梁整體澆注，墻體及圈梁對現澆樓板支承邊具有較強的約束作用，由子混凝上的收縮應力，加上反復溫差應力的輔助作用，在樓板中產生雙向拉應力，混凝上的抗拉強度比抗壓強度低的多，當某一處最大主拉應力到達混凝土的抗裂強度時，混凝土沿與最太主拉應力垂直的方向受拉劈裂，在實際中混凝土的抗裂強度的取值離散性較大，隨著雙向應力比的不同，樓板裂縫出現的形式也不同，即有房間角部出現45度斜裂縫。

3、樓板平行于長邊和短邊的裂縫原因。該工程施工段長45m，樓板混凝上連續(xù)澆筑，形成整體連續(xù)板。按標準狀態(tài)下混凝土收縮變形εy0=3.24×10-4計，該板東西向絕對變形達15mm.而本工程樓板與圈梁整體澆筑，樓板變形受到圈梁約束而在板內產生拉應力。下面采用公式進展估算該工程混凝土的干縮值以及在板內產生的拉應力。

εy〔t〕=εy0.M1.M2…M10〔l－e-0.01t〕

式中εy〔t〕——任意時間的收縮〔mm／mm〕；t——由澆灌時至計算時，以天為單位的時問值，本工程取t=120天：εy0=εy〔∞〕——最終收縮值〔mm／mm〕；M1.M2…M10——考慮各種非標準條件的修正系數；M1——水泥品種，普通水泥取1.0；M2——425#水泥細度4000，取1.13；M3——骨料，取1.0；M4——水灰比0.64，取1.5；M5——水泥漿量為0.35，取1.75；M6——自然養(yǎng)護三天，取1.09；M7——因秋季施工，氣候比較枯燥，環(huán)境相對濕度30％，取1.18；M8——水力半徑倒數，圈梁r0.165cm-l，取0.916；板r0.23

cm-l，取1.01；M9——機械振搗，取1.0；M10——配筋率〔包括不同模量比〕，圈梁為0.06，取0.84；板為0.02，取0.944計算得εy〔120t〕板=9.86×10-4，εy〔120t〕圈梁=7.95×10-4εy，εy〔120t〕板-εy〔120t〕圈梁=1.91×10-4因其垂直裂縫的主應力最大值在板的中部，公式為：бmax=-Eεy’〔1-1/ch〔βL/2〕〕H〔t〕，β=√〔2Cx/H‘E〕。這里，H〔t〕——考慮徐變引起的內力松馳系數，平均取0.5；Cx——水平阻力系數，混凝土板與混凝土圈梁，Cx1.0N／mm3；L——板長，以2#樓一層樓板〔7〕－〔8〕軸間裂縫為例，取L=32400mm；E——混凝土彈性模量，按樓扳測試強度C20計算，取E=2.55×104Mpa；H‘——混凝上換算寬度，考慮兩側對稱約束，當H’≤2×0.2L，H‘H當H’＞2×0.2L，H‘=0.4L。本工程H＝6000mm﹤0.4L12960，取H’=6000mm，代入以上數值計算得樓板中部最大拉應力為：бmax=2.16Mpa，大于C20混凝土的抗拉強度標準值ftk＝l.54MPa.可見，本工程在實際施工條件下樓板中部〔南北向裂縫、東西向裂縫〕產生裂縫確實是由于混凝土收縮變形過大引起的〔上述計算還未考慮降溫差的影響，假設考慮降溫差－10℃，бmax=4.4完畢語從文中可以看出，混凝土構造的耐久性是混凝土構造的重要方面，也將是決定該混凝土構造是否成功的關鍵所在?；炷恋钠茐慕^非某一孤立原因造成的，而是與其它綜合不利因素有關。由于混凝土原材料的復雜多變，施工條件的波動，混凝土構造本身的復雜與不斷開展。環(huán)境條件的多樣性和復合作用等造成混凝土耐久性研究高度復雜。5結論5.1總結本文所論述的影響混凝土構造耐久性的六個方面因素及提高混凝土構造耐久性三個方面措施