【混凝土的耐久性提升技術(shù)探析4800字（論文）】

混凝土的耐久性提升技術(shù)研究目錄TOC\o"1-2"\h\u19425引言 120013一、混凝土耐久性研究現(xiàn)狀 218895（一）單因素作用 23718（二）多因素耦合作用 27159二、耐久缺陷原因分析 36546（一）鋼筋的銹蝕 317644（二）施工操作不當(dāng) 321648（三）堿骨料反應(yīng) 413820（四）混凝土碳化 420575三、混凝土耐久性提升技術(shù) 413872（一）增加保護(hù)層厚度 421249（二）施工質(zhì)量控制 52611（三）加強(qiáng)原材料質(zhì)量控制 64700（四）使用改善耐久性的外加劑 711413四、結(jié)論與展望 720988參考文獻(xiàn) 7摘要：混凝土是工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用的材料之一，混凝土的耐久性是當(dāng)前研究的熱點問題。本文對混凝土耐久性研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)分析，結(jié)果表明已有研究多集中在環(huán)境場作用后混凝土的耐久性方面，對于多環(huán)境場和荷載耦合作用下的混凝土微觀結(jié)構(gòu)劣化機(jī)理研究尚淺，研究結(jié)果可為后續(xù)混凝土耐久性研究提供指導(dǎo)。關(guān)鍵詞：混凝土；耐久性；環(huán)境場和荷載耦合作用；微觀結(jié)構(gòu)劣化機(jī)理引言混凝土自問世以來一直是工程建設(shè)中使用最廣泛的材料，隨著科技不斷進(jìn)步發(fā)展，人們活動的范圍和涉及的領(lǐng)域越來越廣，人類的足跡出現(xiàn)在高緯度、高海拔、深海等環(huán)境中，致使混凝土的服役環(huán)境復(fù)雜化，同時鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和耐久性能會隨著時間的推移逐漸退化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的服役年限達(dá)不到預(yù)期。綜上所述，土木工程領(lǐng)域?qū)τ诓牧匣蚪Y(jié)構(gòu)構(gòu)件在非正常條件下的工作要求越來越高。我國國土面積巨大，自然環(huán)境各地區(qū)存在顯著差異，環(huán)境對混凝土耐久性影響較大，我國從20世紀(jì)80年代開始關(guān)注和分析混凝土的耐久性問題，直至今天，混凝土的耐久性仍然是混凝土材料科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的重要研究問題之一。一、混凝土耐久性研究現(xiàn)狀國內(nèi)外對于混凝土耐久性問題的研究主要集中在物理、化學(xué)以及力學(xué)等因素單獨作用或共同作用下。（一）單因素作用1.氯鹽環(huán)境在海洋環(huán)境中，氯離子的侵蝕會引起鋼筋銹蝕，研究氯離子侵蝕混凝土的耐久性能對評估海洋環(huán)境中混凝土的壽命意義重大。鮑玖文等[１]從實驗研究、理論分析和數(shù)值模擬三個角度對氯離子侵蝕混凝土的耐久性研究進(jìn)行綜述，總結(jié)了海洋混凝土抗氯離子侵蝕的相關(guān)研究成果，為混凝土耐久性理論和實際應(yīng)用提供參考依據(jù)。2.硫酸鹽環(huán)境混凝土結(jié)構(gòu)在遭受硫酸鹽侵蝕后會出現(xiàn)大量物理結(jié)晶型損傷，目前關(guān)于硫酸鹽侵蝕混凝土方面的研究主要集中在抗壓強(qiáng)度、彈性模量、抗拉強(qiáng)度等基本力學(xué)性能方面。對硫酸鹽侵蝕混凝土的抗剪性能研究較少，張中亞等對硫酸鹽侵蝕下的混凝土進(jìn)行了微觀掃描和剪切試驗，研究了抗剪強(qiáng)度退化規(guī)律。（二）多因素耦合作用荷載和環(huán)境耦合作用在實際工程中伴隨混凝土的全壽命周期。1.荷載和腐蝕耦合張進(jìn)等[５]的研究結(jié)果表明氯離子的滲透率隨著拉伸應(yīng)變的增大而增大。Banthia等[６]研究了壓力對混凝土氯離子傳輸性的影響。結(jié)果表明當(dāng)壓應(yīng)力較低時，混凝土的氯離子滲透性有所減小，但當(dāng)壓應(yīng)力超過30%的極限壓應(yīng)力，普通混凝土的氯離子傳輸性迅速增大。周勝兵等[７]、何世欽等[８]的研究結(jié)果表明：彎曲荷載和氯離子滲透率并非線性相關(guān)，彎曲荷載較小時，氯離子擴(kuò)散系數(shù)在受拉區(qū)增加幅度較小；當(dāng)荷載進(jìn)一步提高，隨著受拉區(qū)混凝土內(nèi)的微裂縫逐漸增多，擴(kuò)散系數(shù)增速加大。2.荷載和凍融耦合代征征[９]對荷載和凍融循環(huán)作用下混凝土的宏觀損傷進(jìn)行了研究，研究表明：當(dāng)壓應(yīng)力不超過臨界應(yīng)力時混凝土的抗凍融能力略有提高，當(dāng)超過臨界應(yīng)力時耦合作用將加速混凝土的劣化。郭寅川等研究了疲勞荷載和凍融循環(huán)耦合作用下混凝土內(nèi)部初始微裂紋的演化，得到耦合作用下裂紋的演化規(guī)律。3.腐蝕和凍融耦合馮琦等[１１]對不同粉煤灰取代率的再生混凝土在硫酸鹽和凍融耦合作用下試件的相對動彈性模量和質(zhì)量損失率的變化規(guī)律進(jìn)行研究，并建立再生混凝土的壽命預(yù)測模型。二、耐久缺陷原因分析實際工程中混凝土結(jié)構(gòu)并不是在單一環(huán)境或者某兩種環(huán)境條件下工作，是在多環(huán)境場和荷載耦合作用的狀態(tài)下，由于多種因素和荷載同時作用，混凝土的性能劣化機(jī)理更加復(fù)雜，所以目前針對多因素同時作用下混凝土的性能退化和微觀結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理研究較少，是今后耐久性研究的重點方向之一。（一）鋼筋的銹蝕水泥水化生成的氫氧化鈣使得混凝土內(nèi)部的pH值達(dá)到12.5-13.5，鋼筋處于含有大量氫氧根離子的高堿環(huán)境中可生成一層致密的鈍化膜，鈍化膜的存在能夠有效保護(hù)鋼筋，鈍化膜破壞后鋼筋才開始銹蝕[3]。如某進(jìn)水閘門板出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕，深入分析造成銹蝕的原因有：冬季混凝土拌制時摻入的外加劑和水含有一定的氯鹽，料場不凈致使河砂內(nèi)摻入一定量的海砂；此外，長期受海潮沖擊的鋼筋混凝土閘門板，在海水浸泡下氯鹽經(jīng)結(jié)構(gòu)微觀裂縫、宏觀缺陷滲入至鋼筋表面，造成鈍化膜的局部腐蝕，經(jīng)一系列復(fù)雜反應(yīng)鐵轉(zhuǎn)變成鐵銹。與原來鐵的體積相比，鐵銹的體積增加2-4倍，鋼筋體積的增大使得原來致密的混凝土表面脫落或開裂[4]。（二）施工操作不當(dāng)若施工支模時地基處理不好，混凝土澆筑過程中因支撐受力不均勻而發(fā)生沉降，使得構(gòu)件彎曲變形甚至出現(xiàn)裂縫；鋼筋混凝土構(gòu)件尺寸因圖紙掌握不夠精準(zhǔn)而偏離設(shè)計要求，模板孔洞不修補、支撐縫隙過大、骨料施工配合比不合理、澆筑振搗不密實等原因，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生孔洞、麻面、蜂窩、露筋等缺陷；木模板不澆水濕潤、模板內(nèi)雜物清理不干凈、混凝土攪拌不均勻、配合比不合理等造成混凝土強(qiáng)度不足，外加劑未經(jīng)試驗投入使用、混凝土攪拌不計量及拌制前不試配等，使得拌合物的和易性較差；澆筑完成后養(yǎng)護(hù)不到位使得水分蒸發(fā)過快或受凍，造成混凝土出現(xiàn)倆風(fēng)或強(qiáng)度不足。因此，以上因素均可在不同程度上降低水工結(jié)構(gòu)的耐久性。（三）堿骨料反應(yīng)堿骨料反應(yīng)是指原材料中攜帶的堿性物質(zhì)易與骨料中的氧化硅等發(fā)生反應(yīng)，生成的吸水膨脹凝膠導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的下降，進(jìn)而使得混凝土產(chǎn)生脹裂。在長期高速水流和水流中泥沙的空蝕、磨損作用下，北方地區(qū)的水工結(jié)構(gòu)表面局部易出現(xiàn)鋼筋及粗骨料外露、凹痕麻面等破壞，如閘門、涵管、渡槽等部位。（四）混凝土碳化碳化降低了結(jié)構(gòu)內(nèi)部的堿度，從外到內(nèi)碳化至鋼筋表面時將破壞其鈍化膜，鋼筋逐漸發(fā)生腐蝕；碳化導(dǎo)致混凝土收縮明顯增大，內(nèi)部拉應(yīng)力顯著增加以致出現(xiàn)細(xì)微裂縫，大大降低混凝土的抗折、抗壓強(qiáng)度。普通硅酸鹽水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2，能夠占水化產(chǎn)物總量的10%-15%，這是保證混凝土高堿度的物質(zhì)基礎(chǔ)，對鋼筋保護(hù)發(fā)揮著積極作用；同時，也是最不穩(wěn)定的化學(xué)成分易與環(huán)境中的CO2發(fā)生反應(yīng)，內(nèi)部堿度下降致使鋼筋鈍化膜破壞，并逐漸產(chǎn)生銹蝕，鋼筋銹蝕又進(jìn)一步加速混凝土脫落。這種惡性循環(huán)導(dǎo)致鋼筋有效截面不斷減小，外部混凝土大量脫落，大大降低水工結(jié)構(gòu)的耐久性和力學(xué)性能，對構(gòu)筑物的安全穩(wěn)定運行構(gòu)成潛在威脅[5]。三、混凝土耐久性提升技術(shù)（一）增加保護(hù)層厚度通過增加保護(hù)層厚度有效控制氯鹽侵蝕，一般地氯離子滲透深度、碳化深度與時間的平方根成正比，因此增加保護(hù)層厚度可以延長氯離子滲透至鋼筋表面和鋼筋脫鈍的時間。此外，環(huán)氧涂層鋼筋是對鋼筋表面利用靜電粉末噴涂法進(jìn)行加工制作，從而保證鋼筋基體與土層之間的牢固黏結(jié)，增強(qiáng)鋼筋的耐化學(xué)腐蝕性和耐堿性。采用環(huán)氧涂層鋼筋和增加保護(hù)層厚度的方式，實現(xiàn)防潮閘的有效保護(hù)，控制最小保護(hù)層厚度見表1。表1最小保護(hù)層厚度部位構(gòu)件說明保護(hù)層厚度/mm水上部位柱、梁鋪蓋、底板等經(jīng)常露出水面的部位，應(yīng)適當(dāng)增加保護(hù)層厚度35橋面板20變化區(qū)薄壁墻(厚<60cm)經(jīng)常受鹽霧、海水等侵蝕影響，有較高抗沖磨、抗凍要求的部位或構(gòu)件，應(yīng)按列數(shù)據(jù)將保護(hù)層厚度增加10-15cm35墻、墩50水下部位鋪蓋、消力池、底板等保護(hù)層厚度是指構(gòu)件外表至鋼筋外邊尺寸，箍筋直徑超過6mm時應(yīng)加上超出的數(shù)值50（二）施工質(zhì)量控制1)模板設(shè)計。澆筑支模前，做好模板設(shè)計使其具有足夠的穩(wěn)定性、強(qiáng)度和剛度，可靠地承受各種施工荷載和澆筑時的側(cè)向壓力。選用2套小縫墩、1套大縫墩和定型加工制作的鋼模板作為防潮閘閘墩模板，為了保證不漏漿、不跑漿支模時要做到接縫嚴(yán)密，并且確保各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相應(yīng)位置、幾何尺寸和形狀正確，合理處理和預(yù)留施工縫。2)鋼筋綁扎、下料。根據(jù)設(shè)計要求對鋼筋進(jìn)行除銹、防銹處理，進(jìn)料之前要檢查鋼筋規(guī)格、鋼號、種類、試驗單或出廠質(zhì)量證明書等資料，鋼筋采購時應(yīng)按不同規(guī)格、級別進(jìn)行鋼筋抽樣，并做冷彎、延伸率、拉力試驗。鋼筋下料前要準(zhǔn)確計算錨固筋的長度，以防出現(xiàn)下料返工的情況，節(jié)約工料成本。綁扎過程中貫徹執(zhí)行相關(guān)規(guī)范，做到鋼筋焊接、綁扎位置、接頭、間距、直徑、根數(shù)、材質(zhì)等復(fù)核規(guī)范規(guī)定和設(shè)計要求。3)混凝土澆筑。按照設(shè)計配合比和混凝土標(biāo)號進(jìn)行配制，拌制過程中對各種材料用量進(jìn)行精準(zhǔn)控制，保證投料誤差不超過允許的范圍?；炷翑嚢钑r間、塌落度、和易性要符合要求，澆筑前清理干凈模板內(nèi)的雜物，澆筑時安排專人振搗以防出現(xiàn)露筋、麻面、蜂窩等質(zhì)量缺陷?？茖W(xué)處理和留置施工縫，保證接搓的處理、留設(shè)的位置等符合規(guī)定；澆筑完成后按規(guī)定進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，夏季高溫時應(yīng)灑水養(yǎng)護(hù)保持一定的濕度，冬季施工時摻入適量的防凍劑，并做好保溫措施以維持水泥的正常水化，有效防止干縮裂縫的形成。4)混凝土外涂覆層。外涂覆層有各種樹脂、油漆、瀝青焦油、土料、水泥基涂層、浸漬性和滲透性涂層，可采用外涂防銹漆的方式對交通橋梁板、防潮閘閘門板進(jìn)行處理。（三）加強(qiáng)原材料質(zhì)量控制1)水泥質(zhì)量控制。該防潮閘選用抗侵蝕性水泥，不同結(jié)構(gòu)部位所用的水泥標(biāo)號不同，具體見表2。表2不同部位的水泥品種結(jié)構(gòu)部位適宜水泥品種受鹽霧、海水作用的結(jié)構(gòu)礦渣或普通硅酸鹽水泥水上部位的混凝土水上部位的混凝土普通硅酸鹽水泥水下構(gòu)件或不受沖刷部位的混凝土火山灰質(zhì)或粉煤灰、礦渣硅酸鹽水泥的混凝土有抗沖磨、抗凍要求或水位變化區(qū)普通硅酸鹽或硅酸鹽水泥2)細(xì)骨料質(zhì)量控制。采用級配良好、顆粒潔凈、質(zhì)地堅硬的天然河砂作為細(xì)骨料，其細(xì)度模數(shù)為2.2-3.0，主要技術(shù)參數(shù)見表3。表3細(xì)骨料技術(shù)參數(shù)參數(shù)指標(biāo)備注含泥量/%≤3不含有黏土硫酸鹽及硫化物含量(折算成SO3)/%≤1有機(jī)質(zhì)淺于標(biāo)準(zhǔn)色云母含量/%≤2有抗?jié)B、抗凍要求時≤1%堅固性(5次循環(huán)后硫酸鈉溶液損失)/%＜10輕物質(zhì)含量/%≤13)粗骨料質(zhì)量控制。采用級配、粒形良好且質(zhì)地堅硬的碎石作為粗骨料，其主要技術(shù)參數(shù)見表4。表4粗骨料技術(shù)參數(shù)參數(shù)指標(biāo)備注含泥量/%≤1不含有黏土硫化物和硫酸鹽含量(折算成SO3)/%≤0.5有機(jī)質(zhì)淺于標(biāo)準(zhǔn)色針片狀顆粒含量/%≤15堅固性/%＜5或＜3無抗凍要求＜5；無抗凍要求＜3顆粒密度/(t·m-3)＞2.55吸水率/%＜2.5超徑/%＜5遜經(jīng)/%＜10以圓孔篩檢驗（四）使用改善耐久性的外加劑一般地，用于改善耐久性的外加劑有阻銹劑、防水劑和引氣劑等，其中阻銹劑能夠抑制鈍化膜的破壞，有效阻礙氯離子的侵蝕；防水劑能夠有效減少拌合物的泌水離析，通過改善和易性增強(qiáng)混凝土的抗凍性、抗?jié)B性；引氣劑的摻入能夠形成封閉、穩(wěn)定、分布均勻的微小氣泡，主要有烷基苯磺酸鹽、松香皂和松香熱聚物等，引氣劑的使用可以增加混凝土含氣量，在降低混凝土彈性模量的同時提高其抗裂性能。因此，可以在防潮閘混凝土中摻入適量的阻銹劑和引氣劑[6-8]。四、結(jié)論與展望混凝土在荷載和環(huán)境場耦合作用下的耐久性能更符合混凝土結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)，因此，研究混凝土在荷載和多環(huán)境場耦合作用下的耐久性能和微觀結(jié)構(gòu)劣化機(jī)理對于實際工程建設(shè)具有重要意義，同時在理論層面進(jìn)一步補充混凝土耐久性研究理論，為混凝土基本理論研究提供參考依據(jù)。參考文獻(xiàn)[1]王永華．混凝土裂縫控制理論下的水利工程施工技術(shù)[J]．水利技術(shù)監(jiān)，2018(05):132-134．[2]陳風(fēng)英．水利施工中的混凝土裂縫控制[J]．農(nóng)業(yè)科技與信息，2015(14):106-107．[3]張益民．水利施工中混凝土裂縫的分析及控制[J]．中國水能及電氣化，2017(01):10-13．[4]汪海龍．東北地區(qū)季節(jié)性凍土期水工混凝土凍融膨脹觀測試驗研究[J]．水利技術(shù)監(jiān)督，2018(01):15-17，44.[5]劉靜，王元綱．含鋼渣復(fù)合摻合料對高性能混凝土抗氯離子滲透性能的影響[J]．混凝土與水泥制品，2013(08):9-12.[6]張文清．水工混凝土結(jié)構(gòu)耐久性影響因素及控制措施[J]．水利技術(shù)監(jiān)督，2017(06):129-131.[7]鄒斌，詹樹林．剪