影响高性能混凝土耐久性的原因分析

1、耐久性混凝土施工技术混凝土；耐久性；制约因素；内外部影响摘要： 当前，许多钢筋混凝土结构，特别是处于恶劣环境条件下的基础设施建筑工程项目，由于混凝土耐久性不足，导致结构性能劣化，安全性能降低，造成大量的项目远远达不到预期的使用寿命或预期的使用功能。有的项目在使用过程中不得不投入大量资金经常进行维修，有的甚至发生结构坍塌事故，带来了严重的经济损失和不良的社会影响。因此，建筑工程项目必须充分重视混凝土的耐久性问题，并从工程寿命的角度，对工程项目进行安全评估和经济分析。 概述: 混凝土建造的工程大多是永久性的,因此必须研究混凝土在环境介质的作用下,保持其使用性能的能力,也就是研究混凝土的耐久性问题。

2、随着国民经济的发展和科学技术水平的提高,各种在恶劣环境条件下工作的大型或超大型结构物正在建造之中,这些结构物的初始投资巨大,施工难度也大,使用时一旦出现事故,后果将不堪设想。我国是世界上海岸线最长的国家之一,低温地区广阔,侵蚀性介质分布广。混凝土长期处在各种环境介质中,往往会造成不同程度的损害,甚至完全破坏。造成损害和破坏的原因有外部环境引起的,也有混凝土内部的缺陷及组成材料的特性引起的。前者如气候的作用,极端温度的出现,磨蚀,天然或工业液体或气体的侵蚀等。后者如碱骨料反应,混凝土的渗透性,骨料和水泥石热性能不同引起的热应力等。本文就是来研究一下影响混凝土耐久性的因素。 一、 外部环境的影响1

3、、 混凝土的冻融破坏混凝土是多孔的复合材料，外部的水分可以通过毛细作用进入这些孔隙。当温度降至冰点以下时，孔隙中的水冻结膨胀，体积大约可增加9%。持续冻融的结果使混凝土开裂，甚至崩裂。混凝土的组成、配合比、养护条件和密实度决定了其在饱水状态下抵抗冻融破坏的能力，引气是提高混凝土抗冻性的主要参数。一般引气量4一8，同时，应避免采用吸水率较高的集料，加强排水以免混凝土结构被水饱和。2 、 温度应力裂缝近年来许多大型桥梁采用大体积混凝土结构物，而混凝土中水泥水化反应时要放出热量，导致构件出现温度差而产生应力，该应力大于混凝土当时的抗拉强度，混凝土就会开裂。混凝土构件尺寸越大，发生温度应力裂缝的可能性

4、也越大。减少混凝土的水泥用量和降低混凝土的初始温度及使用低热水泥、减少混凝土温差等措施，很大程度可避免或减少混凝土的开裂，大大提高了混凝土的耐久性能。3 、 氯离子导致的破坏氯离子渗入到钢筋表面，会破坏钢筋表面的氧化铁薄膜(ep钢筋钝化膜)而引起锈蚀，锈蚀反应具有膨胀性，可导致混凝土开裂剥落。氯离子渗入引起钢筋锈蚀的破坏速度快，发生非常普遍，往往成为桥梁寿命的决定因素。大量的研究证明，沿海地区的桥梁，北方冬季使用的路面化冰盐及含有氯离子的减水剂对混凝土的破坏是非常明显的。二、 内部环境的影响 1、碱骨料反应 水泥中的碱和骨料中的活性氧化硅发生化学反应,生成碱一硅酸凝胶并吸水产生膨胀压力,致使混

5、凝土开裂的现象称为碱骨料反应。只有水泥中含有的碱量(折合成na2o)大于06%,而同时骨料中含有活性氧化硅的时候,才可能发生碱骨料反应。目前已经确定含有活性氧化硅的矿物有蛋白石、玉髓、鳞石英、方石英,含活性氧化硅的岩石有玻璃质或隐晶质的流纹岩、安山岩和凝灰岩等。发生碱骨料膨胀反应的充分条件是有水分存在。碱硅酸凝胶在干燥状态下不产生体积膨胀,亦即对混凝土无破坏作用,所以混凝土的渗透性对碱骨料反应也有很大的影响。碱骨料反应通常进行的很慢,因此由碱骨料反应引起的破坏往往要经过若干年后才会出现。但是,一旦由于碱骨料膨胀反应破坏的混凝土将是无法修复的。故碱骨料膨胀反应被称为混凝土的不治之症癌症。 2、提

6、高混凝土的抗冻性 混凝土遭受冻融作用时,其中的可冻水变成冰,体积膨胀率可达9%,冰在毛细管中受到约束而产生巨大的膨胀应力,使内部结构疏松。3、控制硬化混凝土的体积稳定性 随着环境温湿度的变化,组成混凝土的水泥石和骨料会产生胀缩变形。混凝土中发生干缩的主要组分是水泥石,因此减少水泥石的相对含量可以减少混凝土的收缩。骨料起着限制收缩的作用。所以,骨料的数量和弹性模量都对混凝土的收缩有很大的影响。骨料的含量愈多,混凝土的收缩愈小;骨料的弹性模量则决定着对水泥石收缩的限制程度,弹性模量愈大,限制收缩的作用愈大。另外,水泥石和骨料的热膨胀系数也不相同,温度变化,水泥石和骨料必然产生不同的变形值。因此,混

7、凝土中的水泥石和骨料的不均匀变形,在骨料和水泥石的界面上产生分布极不均匀的拉应力,从而形成许多分布很乱的界面裂缝,削弱混凝土的密实性。试验证明,中等的或偏低的强度和弹性模量的骨料对维持混凝土的耐久性很重要。若骨料是可压缩的,则由于湿度和热的原因引起混凝土的体积变化,会在水泥石中产生较低的应力。因此,骨料的可压缩性可减少混凝土的龟裂。此外,粗骨料的粒径尺寸愈大,粘结面积愈小,造成混凝土内部组织的不连续性愈大,特别是水泥用量较多的高强混凝土更为明显。 4、钢筋的锈蚀 混凝土中钢筋腐蚀是一个电化学过程。钢筋由于含有不同的元素(fe、c等),或者由于经过加工而引起内部应力,都会使钢筋各部位的电极电位不

8、同而形成局部电池。 在阳极上,fe失去电子变成fe2+进入溶液, fe-2e fe2+在阴极上,水中h+得到电子而成h2,再和溶解在水中的o2化合成水, 2oh-+2h+2e+12o22oh-+h2o,于是溶液中的fe2+和oh-结合成fe(oh)2。fe (oh)2又和溶解在水中的氧作用成fe(oh)3,即4fe(oh)2+o2+2h2o4fe(oh)3而被腐蚀。一旦表面上生成fe(oh)3,它对下面的铁就成为阴极,更进一步促进腐蚀。铁转化成铁锈时,伴有体积增加,其体积可增大到铁的体积的6倍,致使混凝土保护层沿钢筋膨胀而开裂、起鼓、剥落,钢筋完全失去保护。引发钢筋锈蚀主要有两方面原因: (1

9、)混凝土保护层碳化(中性化) 在水泥水化过程中生成大量的ca(oh)2,使混凝土孔隙中充满饱和的ca(oh)2溶液,其ph值大于12。钢筋在碱性介质中,表面能生成一层稳定致密的氧化物钝化膜,使钢筋难以锈蚀。但是,碳化会降低混凝土的碱度,当ph值小于10时,钢筋表面的钝化膜就开始破坏而失去保护作用,并促进锈蚀过程。混凝土的碳化是伴随着co2向混凝土内部扩散,溶解于混凝土孔隙内的水,再与ca(oh)2等产物发生反应的复杂的物理化学过程。影响混凝土碳化速度的因素有混凝土的密实度,水化物中ca(oh)2的含量等内部因素。 (2)cl-破坏钢筋表面钝化膜 当混凝土中存在cl-且cl-/oh-的摩尔比大于

10、06时,即使ph12,钢筋表面钝化膜也可以被破坏而遭受锈蚀,这可能是由于钢筋表面的氧化物保护膜在这些条件下或者可渗透或者不稳定所致。混凝土中的cl-主要有两个来源:配制混凝土时,原材料或外加剂带入的;外部渗入的,包括含cl-的地下水、工业废水、盐碱地及沿海地区的盐雾侵蚀等。通过将大量的混凝土试件放在实际海水中试验,做出了出人意料的结果:试件表面孔隙中的自由cl-浓度通常是试件周围海水中cl-浓度的两倍。大量的研究表明,提高混凝土的密实度,加大保护层的厚度,能有效阻止外部cl-渗透钢筋表面,避免钢筋锈蚀。但是,混凝土一旦开裂,或者混凝土中本身含有较多cl-,此种方法就无济于事。三、 施工因素造成

11、的影响混凝土材料品质低下和混凝土配合比选择不当导致混凝土性能不良，施工操作粗糙形成的潜在的混凝土缺陷，都极易使混凝土很快受到破坏，这就需要有良好的施工组织管理来杜绝施工环节的不稳定因素。 四、 混凝土养护中存在问题混凝土的养护是影响混凝土耐久性的又一重要因素。混凝土是一种疏松多孔的混合物，新拌混凝土中存在着大量均匀分布的毛细孔，其中充满水，使水泥进一步进行水化作用，使大孔变成小孔增加混凝土的密实度。因毛细孔是相通的，如外界环境湿度低，毛细孔水会向外蒸发，减少了供给水化的水量。如果环境湿度大或继续放在水中，则可通过毛细管向外补给水化用水，混凝土性能就能不断提高。在干旱多风天气，毛细孔水迅速蒸发，

12、水泥不仅因缺水而停止水化作用，还会因毛细管引力作用在混凝土中引起收缩。此时混凝土强度还很低，收缩引起的拉应力很快使混凝土开裂，破坏混凝土结构，造成质量事故。因此混凝土浇捣完毕后必须及时养护。在混凝土的实际生产中，由于缺乏对混凝土养护机理的了解，对养护工序常常重视不够，出现养护不及时、养护湿度不够、养护时问短等情况。尤其对于要求具有较高耐久性的混凝土，如不能加以正确、及时的养护，将严重影响整个建筑物的质量，带来不可估量的损失。五、混凝土耐久性问题的改善方法1.选择性能良好的外加剂提高混凝土的密实性，减少混凝土的渗透性可以提高混凝土的抗侵蚀能力。混凝土的渗透性控制着水及侵蚀性液体或气体渗入的速率，

13、因此，渗透性与混凝土的耐久性有着最为密切的关系，大幅度提高混凝土的抗渗性是改善其耐久性的关键。使用高效减水剂和引气剂，可以较大地提高混凝土的抗渗透性，恰当地使用一些养护剂、阻锈剂等，也可以改善和提高混凝土的耐久性。2.合理选择混凝土材料和配合比（1）合理选择水泥品种，在一般环境条件下，宜选择低水化热和低含碱量的水泥，不宜选择早强水泥。（2）合理选择混凝土的骨料。混凝土的骨料除要求质地坚硬和有足够的强度外，还必须具有稳定的物理和化学性质。（3）控制水胶比和水泥用量。控制水胶比是为了减少混凝土拌和物凝结后多余的水溢出所产生的毛细孔道和孔隙、减小混凝土的渗透性、防止冻融破坏。控制水泥用量也是为了保证混凝土的密实性，从耐久性的角度，应优化混凝土配合比，确定最佳水泥用量和水胶比。（4）选用优质掺和料，配置高耐久性混凝土.掺加部分粉煤灰或细磨矿渣或硅灰是配置高耐久性混凝土必不可少的组分。这可以减少水泥用量，改善混凝土中细微颗粒的级配，提高浆体和界面的致密性;改善混凝土拌和物的施工性能;降低