混凝土耐久性技术

1、混凝土耐久性技术黄维蓉重庆交通大学材料实验教学中心内容一、概述二、混凝土碳化三、混凝土钢筋锈蚀四、混凝土冻融破坏五、混凝土化学侵蚀破坏一、概述(续土木工程结构的安全性(2构件的整体牢固性防止自然和人为灾难1976年唐山地震:22万座(建筑物80%、25万人死亡1998年长江洪灾:479万座房屋1999年綦江彩虹桥整体垮塌:40人死亡土木工程结构的安全性混凝土与钢筋等结构材料性能劣化混凝土与钢筋等结构材料性能劣化（环境因 素环境因素一、概述（续.单因素作用冻融冻融、碳化碳化、锈蚀锈蚀、硫酸盐硫酸盐、碱骨料反应碱骨料 反应、磨损多因素作用盐冻破坏盐冻破坏、含盐环境干湿循环含盐环境干湿循环、荷载下的

2、耐久 性一、概述（续混凝土结构的耐久性（1定义混凝土耐久性混凝土耐久性:在实际使用条件下抵抗各种环境因素作用在实际 使用条件下抵抗各种环境因素作用,，一、概述（续混凝土结构的耐久性（2产生耐久性问题的原因混凝土=人造石人造石:耐久耐久、实用实用、价廉内在因素硅酸盐水泥矿相和水化产物硅酸盐水泥矿相和水化产物:高碱高碱、不稳定 混凝土结构混凝土结构:多孔和不均质多孔和不均质，有害物质容易进入一、概述（续2.混凝土结构的耐久性（3工程结构工程结构耐久性耐久性耐久性现状现状混凝土与钢筋等结构材料性能劣化混凝土与钢筋等结构材料性能劣化（环境因 素环境因素哈绥高速公路:1996年亚冬会,一个冬季破坏一、概

3、述（续2.混凝土结构的耐久性（3工程结构工程结构耐久性耐久性耐久性现状现状混凝土与钢筋等结构材料性能劣化混凝土与钢筋等结构材料性能劣化（环境因 素环境因素新疆塔城机场新疆塔城机场:19951995年通航仅半年年通航仅半年年通航仅半 年，跑道严重剥蚀一、背景（续混凝土结构的耐久性（3工程结构工程结构耐久性耐久性耐久性现状现状混凝土与钢筋等结构材料性能劣化混凝土与钢筋等结构材料性能劣化（环境因 素环境因素北京西直门立交桥：10年后严重剥蚀和锈蚀,1999年重建一、背景（续混凝土结构的耐久性（3工程结构耐久性现状二、混凝土碳化空气空气、土壤土壤、水等环境中的酸性气体或液体侵入混凝土并与水化产物进行中

4、和反应导致混凝土中导致混凝土中pH pH pH值降低值降低值降低（中性化过程中性 化过程二、混凝土碳化（续1.碳化机理碳化机理（1（1水泥水化产物水泥水化产物Ca（OH2和CSH CSH凝胶凝胶CSH CSH是不稳定的是不稳定的硅胶硅胶（溶于水溶于水+ + + Ca（OHCa（OH2二、混凝土碳化（续2. 2.影响因素影响因素（1（1材料因素材料因素W/C比：随W/C比增大，碳化增加二、混凝土碳化（续2. 2.影响因素影响因素（1（1材料因素材料因素水泥用量:碳化随水泥用量增加而稍有降低 二、混凝土碳化（续2. 2.影响因素影响因素（1（1材料因素材料因素水泥品种和外加剂二、混凝土碳化（续2.

5、影响因素影响因素（1（1材料因素材料因素强度 051015202530354001020304050607080碳化深度（m m抗压强度（MPa MPa加掺合料基准二、混凝土碳化（续2. 2.影响因素影响因素（2（2环境因素环境因素相对湿度:通过液相进行反应（混凝土内部的饱水度（a湿度很低:CO 2扩散速 度ff,但缺乏液相进行碳化反应（b湿度很高:CO 2扩散速度口二、混凝土碳化(续2. 2.影响因素影响因素(2(2环境因素环境因素CO 2浓度CO 2浓度ff混凝土碳化ff: XC 0.5(a自然环境CO 2浓度:农村0.03%,城市 0.04%,室内0.1%(b碳化试验CO 2浓度:20%

6、二、混凝土碳化混凝土碳化(续2. 2.影响因素影响因素(2(2环境因素环境因素温度温度f,碳化f(反应和扩散速度反应和扩散速度(3(3其它因素其它因素施工质量振捣不密实振捣不密实、蜂窝蜂窝、微裂纹等导致混凝土碳化ff早期养 护条件湿养护时间对碳化影响很大对碳化影响很大（粉煤灰、矿渣等水泥等水泥矿渣 水泥混凝土湿养3d的碳化比湿养7d的大50%二、混凝土碳化（续3.碳化产生的影响碳化产生的影响（1（1素混凝土素混凝土力学性能（强度：明显提高（抗压强度可增加3070%孔结构:总孔隙率明显 降低，孔结构明显粗化渗透性:增加二、混凝土碳化（续3.碳化产生的影响碳化产生的影响（2（2钢筋混凝土钢筋混凝土

7、钢筋锈蚀:碳化因中性化将钢筋钝化膜破坏而增加锈蚀渗透性：因碳化增 加渗透性，有害物质更容易进入三、钢筋混凝土锈蚀三、钢筋混凝土锈蚀钢筋混凝土锈蚀（续1.1.钢筋锈蚀产生的必要条件钢筋锈蚀产生的必要条件钢筋表面钝化膜破坏（先决条件条件有氧气存在有水存在三、钢筋混凝土锈蚀（续2.2.钢筋锈蚀机理钢筋锈蚀机理三、钢筋混凝土锈蚀（续2.2.钢筋锈蚀机理钢筋锈蚀机理三、钢筋混凝土锈蚀（续3.3.钢筋锈蚀的后果钢筋锈蚀的后果三、钢筋混凝土锈蚀（续Cl -离子引起的钢筋锈蚀（1（1Cl Cl -离子浓度缺乏Cl -离子时离子时:pH 11.5，钢筋钝化膜是稳定的当Cl -离子存在时离 子存在时:钢筋钝化膜很

8、容易破坏（2混凝土中Cl -离子的来源原材料引入环境中扩散和渗透进入（3混凝土中Cl -离子的扩散（4影响Cl-离子进入混凝土中的因素W/C比水泥成分掺合料种类三、钢筋混凝土锈蚀钢筋混凝土锈蚀（续影响混凝土钢筋锈蚀的因素三、钢筋混凝土锈蚀钢筋混凝土锈蚀（续5.影响混凝土钢筋锈蚀的因素（1材料参数水泥中C 3A含量三、钢筋混凝土锈蚀钢筋混凝土锈蚀（续5.影响混凝土钢筋锈蚀的因素（1材料参数掺合料三、钢筋混凝土锈蚀钢筋混凝土锈蚀（续5.影响混凝土钢筋锈蚀的因素（2其它参数Cl -离子浓度三、钢筋混凝土锈蚀钢筋混凝土锈蚀（续（2其它参数饱水度三、钢筋混凝土锈蚀钢筋混凝土锈蚀（续三、钢筋混凝土锈蚀钢筋

9、混凝土锈蚀（续四、混凝土冻融和盐冻破坏混凝土冻融和盐冻破坏（续破坏机理破坏机理冻融和盐冻破坏的根本原因冻融和盐冻破坏的根本原因:混凝土有可冻水*混 凝土不含水或很少时:不会因冻融而破坏*混凝土长期冻结混凝土长期冻结:一般破 坏很小四、混凝土冻融破坏混凝土冻融破坏（续破坏机理破坏机理（1普通冻融破坏*水结冰产生9.1%的体四、混凝土冻融破坏混凝土冻融破坏（续破坏机理破坏机理渗透压理论（Powers和Helmuth由孔内冰与未冻水之间的自由能差引起的化学能差（浓度差和物理能差（压力差四、混凝土冻融破坏混凝土冻融破坏（续破坏特征破坏特征*内部微裂纹*表面变酥和剥蚀四、混凝土冻融破坏混凝土冻融破坏（续

10、评定评定抗冻性的方法（1抗冻性试验方法（快速冻融法*试件中心冻结温度-15C溶液*每次循环降温历时1.51.5-2.5小时试件*试件中心最高融解温度8C桶*每次循环升温历时1.01.0-1.5小时*整个冻融历时2.52.5-4.0小时四、混凝土冻融破坏混凝土冻融破坏（续主要影响因素主要影响因素(1(1W/C W/C 比4.4.主要影响因素主要影响因素(2强度主要影响因素主要影响因素(3含气量*非引气混凝土非引气混凝土:抗冻性口*引气混凝土引气混凝土:抗冻性l(W/C影响I(4气泡间距系数平均气泡间距I：抗冻性ff主要影响因素主要影响因素(5水泥品种与矿物掺合料 水泥品种水泥品种:矿物掺合料不同

11、5.5.主要影响因素主要影响因素(6骨料四、混凝土冻融破坏混凝土冻融破坏（续主要影响因素主要影响因素（7养护条件 蒸汽养护四、混凝土冻融破坏混凝土冻融破坏（续主要影响因素主要影响因素（7养护条件 蒸汽养护*预养时间主要影响因素主要影响因素(7养护条件6.6 .抗冻性混凝土的设计技术原则抗冻性混凝土的设计技术原则(2W/C 比*引气剂的使用剂的使用:不能降低对W/C的控制*高抗冻性混凝土高抗冻性混凝 土：W/C 0.456.6 .抗冻性和抗盐冻性混凝土的设计技术原则抗冻性和抗盐冻性混凝土的设计 技术原则（4骨料*混凝土抗冻性和抗盐冻性能混凝土抗冻性和抗盐冻性能:一个重要因素*最 好选用碎石:不宜用卵石*骨料在24