四、混凝土的耐久性

1、四、混凝土的耐久性DURABILITY of CONCRETE概 念v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。v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v保证混凝土构筑物运行的安全性v延长混凝土构筑物的服役寿命v节约混凝土构筑物维护成本v节约自然资源，减少消耗v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3次 80年代 早期热

2、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v抗渗性 v抗冻性 v耐腐蚀性 v抗碳化性v钢筋锈蚀性 v碱骨料反应 v耐火性v耐磨性与抗冲刷性一、混凝土的抗渗性 Permeability of Concretev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！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主要介质。不仅物理劣化过程

3、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v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 。v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：对混凝土抗渗性起决定作用的因素：w/cw/c。渗透性水灰比的关系临界区v评价指标：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个试件未出现渗水时的最大水压确定，计算

4、式如下： P = 10H -1 式中：P抗渗标号； H6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。v冻害破坏的外观模式剥落 龟裂、分层v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，

5、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v水泥石抗冻性：低水灰比保证混凝土良好的养护引气剂v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未掺引气剂引入引入4%空气空气引入引入6%空气空气平均质量损失平均质量损失 kg/mkg/m2 2水灰比水灰比掺引气剂前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

6、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，

7、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v水泥或混凝土的含碱量 ；v活性氧化硅含量 ；v骨料粒径 ；v水分来源 ；v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 v机理：vCa(OH)2 + CO2 + nH2O= CaCO3 + (n+1)H2OCO2钝化膜钝化膜碳化区碳化区v过程：由表及里向混凝土内部

8、逐渐扩散的过程。碳化对混凝土性能的影响v使混凝土碱度降低v 减弱了对钢筋的保护作用，可能导致钢筋锈蚀；v使混凝土产生收缩v 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。CO2碳化区碳化区失去钝失去钝化膜化膜影响碳化的因素v 养护条件；v相同的水灰比下，碳化深度随水泥用量的提高而减小；v二氧化碳的浓度高，碳化速度加快；v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：CO2 、水分(相对湿度5070%时最迅速)；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

9、导致混凝土构件破坏的几种形式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大气区浪溅区浪溅区浸没区浸没区高潮位高潮位暴露于海水中的混凝土柱受损坏的示意图暴露于海水中的混凝土柱受损坏的示意图混凝土混凝土钢筋钢筋钢筋锈蚀引钢筋锈蚀引起的开裂起的开裂冻融和温度

10、变冻融和温度变化引起的开裂化引起的开裂低潮位低潮位由于波浪作用，砂、石、由于波浪作用，砂、石、浮冰作用引起的物理磨耗浮冰作用引起的物理磨耗碱骨料反应和硬化碱骨料反应和硬化水泥石的分解水泥石的分解化学侵蚀：化学侵蚀： COCO2 2MgMg离子离子硫酸盐硫酸盐一个不透水，但存在非一个不透水，但存在非连续微裂缝，且多孔的连续微裂缝，且多孔的钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构环境作用环境作用( (第一阶段第一阶段) )( (无可见损伤无可见损伤) )1. 1. 侵蚀作用侵蚀作用( (冷热循环、干湿循环冷热循环、干湿循环) )2. 2. 荷载作用荷载作用( (循环荷载、冲击荷载循环荷载、冲击荷载) 由于微裂

11、缝和孔隙由于微裂缝和孔隙连通起来，不透水性逐连通起来，不透水性逐渐丧失渐丧失环境作用环境作用( (第二阶段第二阶段) )( (损伤的开始与扩展损伤的开始与扩展) )水的渗入水的渗入O O2 2、COCO2 2渗入渗入酸性离子酸性离子(Cl(Cl- - 、 SOSO4 4- -) )渗入渗入A：以下原因使孔隙内静水以下原因使孔隙内静水压增大、混凝土膨胀：压增大、混凝土膨胀：钢筋锈蚀、碱钢筋锈蚀、碱- -骨料反应、骨料反应、水结冰、硫酸盐侵蚀水结冰、硫酸盐侵蚀; ;B：混凝土强度与刚度降低混凝土强度与刚度降低开裂、剥落与整体性丧失开裂、剥落与整体性丧失混凝土受环境作用产生劣化的混凝土受环境作用产生劣化的“整体性整体性”模型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