四混凝土的耐久性

1、四、混凝土的耐久性,DURABILITY of CONCRETE,概,念,混凝土耐久性,混凝土材料在长期使用过程中，抵抗因服役环境,外部因素和材料内部原因造成的侵蚀和破坏，而保,持其原有性能不变的能力,混凝土构筑物的服役寿命,混凝土构筑物受到其服役环境因素的侵蚀和破坏,导致其使用性能下降到最低设计值时，所经历的时,间,年,混凝土耐久性的重要性,保证混凝土构筑物运行的安全性,延长混凝土构筑物的服役寿命,节约混凝土构筑物维护成本,节约自然资源，减少消耗,改善人类居住的环境条件,混凝土耐久性危机,时间,特点,措施,第,1,次,40,年代,盐冻,引气剂,第,2,次,70,年代,离析、泌水,低水胶比,第

2、,3,次,80,年代,早期热裂缝,综合,钢筋混凝土桥梁的侵蚀损毁,混,凝,土,路,面,受,盐,冻,剥,落,冰岛一港口,硫,酸,盐,侵,蚀,引,起,的,大,坝,破,坏,碱,骨料反应引起混凝土的自由变形产生网状裂缝,碱,骨料反应引起混凝土的自由变形产生网状裂缝,Map Cracking,混凝土耐久性的内容,抗渗性,抗冻性,耐腐蚀性,抗碳化性,钢筋锈蚀性,碱,骨料反应,耐火性,耐磨性与抗冲刷性,一、混凝土的抗渗性,Permeability of Concrete,定义,混凝土抵抗压力水,油、液体,渗透的能,力，称为抗渗性,所以水是大多数混凝土耐久性问题的核心,水是混凝土生产过程，同时也是破坏过程,的

3、主要介质。不仅物理劣化过程与水有关，同时,作为传输侵蚀性离子的介质，水又是化学劣化过,程的一个根源,为什么混凝土会渗水,孔隙率、孔隙特征与渗透性的关系,多孔、不渗透材料,高孔隙率、低渗透性,多孔、渗透性材料,低孔隙率、高渗透性,采用较低的,w/c,可以改善混凝土的密实度，使,水泥石中的总孔隙率下降，孔结构细化，并减,少连通孔隙,采用低,w/c,还可以提高混凝土的强度，从而改,善混凝土抵抗内部应力的能力,对混凝土抗渗性起决定作用的因素,w/c,渗,透,性,水,灰,比,的,关,系,临界区,评价指标,抗渗标号,P,以,28d,龄期的混凝土标,准试件，按标准方法进行抗渗试验，以,6,个试件,中,4,个

4、试件未出现渗水时的最大水压确定，计算,式如下,P = 10H -1,式中,P,抗渗标号,H,6,个试件,3,个试件出现渗水时的水压,力,MPa,二、混凝土抗冻性,Frost Resistance of Concrete,定义,在吸水饱和状态下，混凝土能够经,受多次冻融循环而不破坏，也不显著降低,其强度的性能，称为混凝土的抗冻性,冻害破坏的外观模式,剥落,龟裂、分层,构筑物的什么位置最易受损,北方气候,混凝土路面、桥面板、挡土墙,混凝土冻害机理,混凝土的冻融破坏原因与模式,原因,混凝土中大毛细孔里的水结冰时，体积大约要膨胀,9 ,如果体内没有足够的空间容纳，就会产生可能引起开裂,的压力作用于孔缝

5、的壁上，导致孔缝扩展和连接,反复的冻融循环使危害扩大和积累，孔缝不断增多，并,扩展和连通，造成强度下降,破坏模式,表面出现缺棱、掉角、脱皮等现象,质量损失,强度、弹性模量下降,路,面,受,盐,冻,剥,落,铁路桥梁的冻,害剥落破坏,铁路桥梁的冻害,剥落破坏,铁路桥梁的冻,害剥落破坏,影响抗冻性的主要因素,混凝土的密实度,孔隙的构造和数量,孔隙的充水程度,提高混凝土抗冻性的方法,水泥石抗冻性,低水灰比,保证混凝土良好的养护,引气剂,骨料的抗冻性,选用抗冻骨料,密实度和引气对混凝土抗冻性影响,的实例,未掺引气剂,引入,4,空气,引入,6,空气,平,均,质,量,损,失,kg/m,2,水灰比,掺引气剂前

6、,掺引气剂后可提高抗冻性,三、混凝土的侵蚀,当混凝土所处环境中含有侵蚀性介质时,混凝土便会遭受侵蚀,混凝土的抗侵蚀性与所用水泥的品种,混凝土的密实程度和孔隙特征有关,详见水泥的有关内容,五、碱骨料反应,Alkali-Aggregate Reaction (AAR,碱,骨料反应,水泥中的强碱性氧化物和骨料中活性,氧化硅之间的化学作用,反应机理,水泥石中的碱和集料中的活性氧化硅发生,化学反应，在集料表面上生成复杂的碱,硅酸,凝胶。这种凝胶吸水膨胀，导致混凝土开裂,什么是碱骨料反应,最常见、最重要的反应是碱,硅反应,简称,ASR,它是骨料中所含的无定形硅与,孔隙里含碱,钠、钾、钙的氢氧化物,的溶液,

7、反应，生成易于吸水膨胀的碱,硅凝胶，当,结构物暴露在潮湿环境中，混凝土体内相,对湿度超过,85,时，就会出现膨胀，直到引,起混凝土开裂与破坏,扫描电镜下的碱性反应凝胶,常见的碱,骨料反应破坏形式,ASR,破坏实例,ASR,破坏的铁路,轨枕,ASR,破坏的路面,ASR,破坏的防护板,并导致钢筋锈蚀破坏,碱,骨料反应影响因素,水泥或混凝土的含碱量,活性氧化硅含量,骨料粒径,水分来源,环境温度,发生碱,集料反应的三个必要条件,1,混凝土中必须含有相当数量的碱,2,混凝土集料中必须有一定数量能与碱反应,的活性岩石或矿物,3,供应水分的潮湿环境,六、混凝土的抗碳化性,机理,Ca(OH,2,CO,2,nH

8、,2,O= CaCO,3,(n+1)H,2,O,CO,2,钝化膜,碳化区,过程,由表及里向混凝土内部,逐渐扩散的过程,碳化对混凝土性能的影响,使混凝土碱度降低,减弱了对钢筋的保护作,用，可能导致钢筋锈蚀,使混凝土产生收缩,表面收缩对混凝土核心,形成压力，表面碳化层产生压,应力，导致形成细微裂缝，使,混凝土抗拉、抗折强度降低,CO,2,碳化区,失去钝,化膜,影响碳化的因素,养护条件,相同的水灰比下，碳化深度随水泥用量,的提高而减小,二氧化碳的浓度高，碳化速度加快,相对湿度在,50%70,时碳化速度最快,七、混凝土中钢筋的锈蚀,1,碳化引起的锈蚀,条件,CO,2,水分,相对湿度,5070,时最迅速

9、,2,氯化物引起的锈蚀,条件：氯离子扩散、氧与水分；与保护层厚度,水灰比、水泥用量等有关,钢筋锈蚀导致混凝土构件破坏的几种形式,下列几种新措施，可以在原材料选择、配合比设计,保护层厚度与施工过程的基础上，进一步改善对钢材腐,蚀的防护作用,1,在新拌混凝土里掺用阻锈剂，如亚硝酸钙,2,用不锈钢作为配筋，或环氧涂层钢筋,3,混凝土采用涂层保护，减少氯盐与氧的侵入,4,对钢筋进行阴极保护，即外加电压以保持钢筋处于,阴极区,混凝土中钢材锈蚀的防护措施,八、混凝土在海水中的腐蚀,大气区,浪溅区,浸没区,高潮位,暴露于海水中的混凝土柱受损坏的示意图,混凝土,钢筋,钢筋锈蚀引,起的开裂,冻融和温度变,化引起

10、的开裂,低潮位,由于波浪作用，砂、石,浮冰作用引起的物理磨耗,碱骨料反应和硬化,水泥石的分解,化学侵蚀,CO,2,Mg,离子,硫酸盐,一个不透水，但存在非,连续微裂缝，且多孔的,钢筋混凝土结构,环境作用,第一阶段,无可见损伤,1,侵蚀作用,冷热循环、干湿循环,2,荷载作用,循环荷载、冲击荷载,由于微裂缝和孔隙,连通起来，不透水性逐,渐丧失,环境作用,第二阶段,损伤的开始与扩展,水的渗入,O,2,CO,2,渗入,酸性离子,Cl,SO,4,渗入,A,以下原因使孔隙内静水,压增大、混凝土膨胀,钢筋锈蚀、碱,骨料反应,水结冰、硫酸盐侵蚀,B,混凝土强度与刚度降低,开裂、剥落与整体性丧失,混凝土受环境作用产生劣化的“整体性”模型,提高混凝土耐久性的主要措施,混凝土的耐久性主要取决于组成材,料的品质和混凝土本身的密实性及,孔隙特征。因此，提高混凝土的耐,久性应在这两方面采取措施,1,根据工程所处环境及使用条件，合理选择水泥品种,2,选用较小的水灰比，尽量减少拌和用水量，以减少多余水,23,的水泥质