混凝土的耐久性能

1、1混凝土的耐久性能混凝土耐久性相关知识混凝土耐久性检验评定标准混凝土耐久性试验方法123报告提纲混凝土耐久性相关知识第一部分混凝土耐久性的定义混凝土耐久性 混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力。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)。混凝土耐久性相关知识第一部分总体要求：结构耐久性100年混凝土结构耐久性现状第一部分海洋环境（氯盐腐蚀）混凝土耐久性相关知识第一部分混凝土结构耐久性现状冻融环境桥面板冻胀破坏纽约高速公路大桥除冰盐破坏基础结冰冻胀，面板

2、剪坏箱梁底部冻融破坏冻融后梁底外部剥落混凝土耐久性相关知识第一部分混凝土结构耐久性现状盐湖、化学腐蚀西部盐湖地区混凝土损伤青藏公路桥梁墩柱腐蚀破坏混凝土耐久性相关知识硫酸盐侵蚀破坏第一部分混凝土结构耐久性现状碱骨料反应空心板梁梁底因骨料膨胀而产生冲剪裂缝形态，放射形裂缝交点内部有一膨胀源（膨胀骨料） 混凝土耐久性相关知识第一部分混凝土结构耐久性现状结构开裂混凝土耐久性相关知识混凝土耐久性基本理论混凝土耐久性相关知识第一部分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 混凝土耐久性的重要性混凝土耐久性基本理论混凝土耐久

3、性相关知识第一部分混凝土性能劣化的模式组成改变体积膨胀、裂缝表面开裂表面剥落溶蚀磨损结构酥松承载力下降弹性模量降低质量损失体积增长混凝土耐久性基本理论混凝土耐久性相关知识第一部分混凝土耐久性问题的产生原因内在因素 硅酸盐水泥矿相和水化产物：高碱、不稳定 混凝土结构：多孔和不均质，有害物质容易进入外在因素 环境因素：有害离子、冻融和干湿循环（温度、湿度）等 人为因素：设计与施工问题、负荷超标准等混凝土耐久性基本理论混凝土耐久性相关知识第一部分混凝土耐久性基本理论混凝土耐久性相关知识第一部分混凝土的劣化 劣化：材料性能随时间的逐渐衰减。 分为两大类： 第一类，由水、空气和其它侵蚀性介质渗透或扩散进

4、入混凝土的速率所决定。 包括化学的：钢筋锈蚀、碱-骨料反应、硫酸盐、海水和酸的侵蚀；物理的：冻融、盐结晶、火灾等。 第二类，是磨耗、冲磨与空蚀。 混凝土内部可蒸发水的可逆性和随之引起或产生的有害作用是导致混凝土劣化的重要原因。混凝土耐久性相关知识第一部分混凝土耐久性的主要内容混凝土耐久性主要指标碱骨料反应抗渗性抗冻性抗侵蚀性碳化抗氯离子侵蚀、抗硫酸盐侵蚀、化学腐蚀等空气中CO2和混凝土中的碱性物反应冻融环境下混凝土遭到破坏长期处于潮湿和水环境中水泥中碱和骨料中SiO2反应混凝土抗渗性混凝土耐久性相关知识第一部分定义：混凝土抵抗压力水(油、液体)渗透的能力，称为抗渗性。评价指标：抗渗标号P以28

5、d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)。 水的渗透与混凝土的劣化：对许多建筑材料来说，水是它们生产过程的重要原料之一，同时也是它们破坏过程的主要介质。水也是多数结构混凝土出现耐久性问题的核心。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，水又是其化学劣化过程的一个根源。混凝土的抗渗性是反映混凝土耐久性的一个重要指标混凝土抗渗性混凝土耐久性相关知识第一部分为什么混凝土会渗水 混凝土内部存在孔隙通道是其渗水的根本原因！ 孔隙通道包

6、括：混凝土中可蒸发水蒸发后留下的孔道；拌合物泌水时在骨料和钢筋下方形成的水囊与水膜；混凝土各种原因引起的体积变形所产生的收缩裂缝；混凝土在荷载作用下的变形孔隙率、孔隙特征与渗透性的关系混凝土抗渗性混凝土耐久性相关知识第一部分混凝土抗渗性的影响因素工程实践证明： 采用适宜的原材料及良好的生产、浇筑与养护操作，当水泥用量为300350Kg/m3、水灰比0.450.55，制备出28d抗压强度为3540MPa的混凝土，在大多数环境条件下可以呈现足够低的渗透性和良好的耐久性能。 混凝土的配合比水灰比胶凝材料(水泥矿物外加剂)用量浇注成型工艺混凝土的搅拌混凝土的震捣养护条件湿度温度龄期混凝土抗渗性混凝土耐

7、久性相关知识第一部分 最初几周，硬化水泥浆体的渗透性下降几个量级临界区 渗透性水灰比的关系混凝土抗渗性混凝土耐久性相关知识第一部分混凝土的抗渗性与吸水性硬化水泥浆体或混凝土因毛细作用(而不是压力梯度)吸收或吸附水份于其孔隙里的性质，称为吸水性。试验表明：吸水性大小主要反映混凝土靠近表层的抗渗性。混凝土抗冻性混凝土耐久性相关知识第一部分 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。什么引起冻害?混凝土内部孔中的水结冰水结冰使体积膨胀9%。冻害破坏影响到水泥石和骨料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

8、土路面、桥面板、挡土墙混凝土抗冻性混凝土耐久性相关知识第一部分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，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、弹性模量下降混凝土抗冻性混凝土耐久性相关知识第一部分冻害造成D-型裂缝混凝土抗冻性混凝土耐久性相关知识第一部分路面受盐冻剥落混凝土抗冻性混凝土耐久性相关知识第一部分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混凝土抗

9、冻性混凝土耐久性相关知识第一部分混凝土的冻害机理水结冰产生压力的机理：水压渗透压毛细孔中冰结晶生长压混凝土抗冻性混凝土耐久性相关知识第一部分混凝土的冻害机理1、静水压假说混凝土中除了有凝胶孔和孔径大小不等的毛细孔外，还有在搅拌和成型过程中引入的空气，以及掺加引气剂或引气型减水剂引入的空气泡。由于毛细孔力的作用，孔径小的毛细孔容易吸满水，孔径较大的空气泡在常压下不容易吸水饱和。在某个负温下，部分毛细孔水结成冰，体积会随之增大，这个增加的体积产生一个水压力把水推向空气泡方向流动。当冰冻时多余水受水压力推动向附近气泡（逃逸边界）排除时，材料本身将受到推移水分前进的反作用力（后坐力），可能导致材料（孔

10、隙器壁）受拉破坏。混凝土抗冻性混凝土耐久性相关知识第一部分混凝土的冻害机理GFagerlund模型： 设混凝土中某两个空气泡之间的距离为d，两空气泡之间的毛细孔吸水饱和并部分结冰。在空气泡之间的某点，距空气泡为x。由于结冰生成的水压力为。 说明静水压力的模型 混凝土抗冻性混凝土耐久性相关知识第一部分混凝土的冻害机理静水压力水压力的大小取决于结冰处至“逸出边界”的距离（d）、材料的渗透系数（k）以及结冰速率（ ）、降温速度（ ）。 混凝土抗冻性混凝土耐久性相关知识第一部分混凝土的冻害机理2、渗透压假说 渗透压是由孔内冰和未冻水两相的自由能之差引起的。冰的蒸气压小于水的蒸气压，这个压差使附近尚未冻

11、结的水向冻结区迁移，并在该冻结区转变为冰。此外，混凝土中的水含有各种盐类，冻结区水结冰以后，未冻溶液中盐浓度增大，与周围液相中盐的浓度的差别也产生一个渗透压。混凝土抗冻性混凝土耐久性相关知识第一部分混凝土的冻害机理3、毛细孔中冰结晶生长压水泥浆中包含的一般是盐类稀溶液，一旦冰冻后变为纯冰和浓度更高的溶液；随着温度下降，浓度不断提高。另一方面邻近凝胶中水分始终保持不冻，其溶液浓度保持原有的水平，于是在毛细孔溶液和凝胶水之间出现浓度差。浓度差使得溶剂向溶液中自发扩散渗透，即溶质向凝胶水中扩散，而凝胶水向毛细孔中浓溶液转移。其结果毛细孔中水分增加，和冰接触的溶液稀释，冰晶逐渐生长，长大。当毛细孔穴充

12、满冰和溶液时，冰晶进一步生长必将产生膨胀压力，导致破坏。因此，作为施于混凝土的破坏力的渗透压是冰水蒸气压差以及盐浓度差两者引起的。 混凝土抗冻性混凝土耐久性相关知识第一部分混凝土的冻害机理 综上所述：冻结对混凝土的破坏力是水结冰体积膨胀造成的静水压力及冰水蒸气压差和溶液中盐浓度差造成的渗透压两者共同作用的结果。多次冻融交替循环使破坏作用累积，犹如疲劳作用，使冻结生成的微裂纹不断扩大。混凝土抗冻性混凝土耐久性相关知识第一部分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混凝土抗冻性混凝土耐久性相关知识第一部分混凝土中孔隙尺寸和水的存在引入的气孔:

13、搅拌中引入的孔隙孔径为10mm-1cm; 通常是空的。外加剂引入的气孔孔径为0.1-0.2 mm; 一般是干燥的。毛细孔：由可蒸发水挥发留下的孔径为0.01-5mm; 含水; 水的冰点为-1C -8C ，取决于孔隙水中离子浓度。凝胶孔： C-S-H凝胶内部的孔，其孔径为 1-10nm; 含有化学结合水; 由于化学键而抗冻，典型冰点为-78C不是混凝土中的孔都对冻害有利。混凝土抗冻性混凝土耐久性相关知识第一部分水压很高，可使毛细孔间的水泥石破坏引入的气孔可以释放水压，避免高压水的产生大量的空气泡减小了水释放的平均距离引起的气孔有利于混凝土抗冻害性能的改善引气的目的在于增多内部逃逸边界，减少浆层厚

14、度，保证气泡间距小于临界尺寸。引入的气孔作用机理混凝土抗冻性混凝土耐久性相关知识第一部分掺引气剂前掺引气剂后可提高抗冻性混凝土硫酸盐侵蚀混凝土耐久性相关知识第一部分什么导致混凝土硫酸盐侵蚀： 硫酸根离子与混凝土中水泥水化物之间的化学反应，形成有害化合物，而导致混凝土组成和结构的破坏、强度下降、表面剥离等。硫酸根离子的来源：海水有机物环境(垃圾、生活污水)工业废料土壤和地下水水泥熟料混凝土硫酸盐侵蚀混凝土耐久性相关知识第一部分劣化模式 体积膨胀 开裂 (从构件的边缘和角上开始) 表面剥落、质量损失 强度下降 外观劣化发白最易发生的部位大坝桥墩地下基础水工设施混凝土硫酸盐侵蚀混凝土耐久性相关知识第

15、一部分受硫酸盐侵蚀的混凝土或砂浆试件外观劣化混凝土硫酸盐侵蚀混凝土耐久性相关知识第一部分混凝土硫酸盐侵蚀机理钙矾石型石膏型碳硫硅钙石型C-S-H分解型混凝土硫酸盐侵蚀混凝土耐久性相关知识第一部分(1)钙矾石型侵蚀机理外部硫酸根离子渗入水泥石中；与单硫型硫铝酸钙、氢氧化钙、水反应形成钙矾石： C4AH18+2CH+3SO42+12H = C6A3H32 3C3A3CH+3SO42+29H C6A3H32钙矾石体积膨胀产生拉应力拉应力导致混凝土内部开裂破坏混凝土硫酸盐侵蚀混凝土耐久性相关知识第一部分钙矾石形成的膨胀机理结晶压力机理: 膨胀由钙矾石晶体生长引起的，产生结晶压力作用于水泥石内部和骨料表

16、面过渡区肿胀理论 Swelling theory: 膨胀是由孔溶液中钙矾石结晶生长引起的，晶体有很大的表面，吸附水而肿胀，导致膨胀压力。混凝土硫酸盐侵蚀混凝土耐久性相关知识第一部分(2)石膏型侵蚀机理化学反应： 硫酸根离子渗入混凝土中的水泥石内；与氢氧化钙CH反应，形成二水石膏： CH + + H = CH2石膏的形成导致强度降低，接着膨胀、开裂，将水泥石转变为糊状、无胶结力的物质。硫酸盐溶液中阳离子(Na+ 、Mg2+ )的不同，可能将C-S-H凝胶转变为石膏。硫酸钠侵蚀:Na2SO4+CH+2H = CaSO4.2H2O+2NaOH硫酸镁侵蚀：MgSO4+CH+2H = CaSO4.2H2

17、0+Mg(OH)23MgSO4+3C-S-H+18H = 3(CaSO4).2H2O +3Mg(OH)2 +2SiO2.H2O混凝土硫酸盐侵蚀混凝土耐久性相关知识第一部分(3)碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀硫酸根离子SO42侵入硬化混凝土中，在碳酸盐或CO32或CO2的存在下，与C-S-H凝胶反应就形成碳硫硅钙石 ： 3Ca2+ SO42+ CO32+ C-S-H+12H2O Ca3Si(OH)6(CO3) (SO4)12H2O 碳硫硅钙石是一种糊状、松软、毫无胶凝能力的物质,因而能使水泥石变成糊状、无粘结力的物体，严重破坏混凝土的结构，降低混凝土的强度。同时也会伴有膨胀性破坏，但膨胀性破坏不是碳硫硅

18、钙石导致的典型破坏。 混凝土硫酸盐侵蚀混凝土耐久性相关知识第一部分碳硫硅钙石的形成反应机理图混凝土硫酸盐侵蚀46混凝土耐久性相关知识第一部分碳硫硅钙石混凝土硫酸盐侵蚀混凝土耐久性相关知识第一部分碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀最易发生的部位低温环境下的结构物潮湿环境下的结构物地下基础桥墩隧道混凝土硫酸盐侵蚀混凝土耐久性相关知识第一部分(4)C-S-H分解型硫酸盐侵蚀当硫酸盐溶液或含硫酸盐的地下水、污水作用于混凝土，将导致混凝土表面水泥石中C-S-H凝胶分解成硅凝胶： 2CaOSiO21.17H2O + SO42 2.83H2O 2CaSO42H2O + SiO2nH2O + OH 破坏C-S-H的胶凝结

19、构，因而使水泥石丧失了粘结性，混凝土强度降低，表面软化 混凝土硫酸盐侵蚀混凝土耐久性相关知识第一部分4、如何阻止混凝土的硫酸盐侵蚀提高混凝土的质量和抗渗性(减水剂)限制水泥中 C3A 矿物含量5中低热水泥抗硫酸盐水泥 掺加火山灰质矿物外加剂15% 偏高岭土35% 磨细矿渣6% 硅灰 20% 低钙粉煤灰表面涂层保护水泥中C3A含量与混凝土试件体积变化时 间(年)膨胀率()混凝土膨胀率与水灰比的关系时间(年)膨胀率()粉煤灰对混凝土膨胀率的影响时间(年)膨胀率()混凝土碱骨料反应混凝土耐久性相关知识第一部分 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

20、、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，就会出现膨胀，直到引起混凝土开裂与破坏。混凝土碱骨料反应混凝土耐久性相关知识第一部分碱硅反应 (ASR)“混凝土的癌症”碱硅反应是下列物质间的反应 硅酸盐水泥中的碱金属离子 氢氧根离子 骨料中的硅成分混凝土碱骨料反应混凝土耐久性相关知识第一部分碱骨料反应的破坏形式？ASR破坏形式膨胀与开裂 Expansion and cracking损失强度 Loss of strength粘性碱硅物质的溢出 或渗出Pop-outs and exudation of viscous alkali

21、-silicate fluid发生的部位湿环境 (大坝dams, 桥墩bridge piers, 海堤sea walls)暴露环境Exposed environments (道路roads, 建筑物外部结构building exteriors)混凝土碱骨料反应混凝土耐久性相关知识第一部分常见的碱骨料反应破坏形式混凝土碱骨料反应混凝土耐久性相关知识第一部分ASR 膨胀机理氢氧根离子破坏了骨料中的硅氧结构.硅形成碱硅凝胶(AS gel)碱硅凝胶与水接触产生肿胀反应速度取决于：骨料中硅的活性水泥中碱含量 (wt% Na2O 等价.)AS 凝胶是膨胀的主体吸附肿胀理论: 骨料周围形成的碱硅凝胶的吸水肿

22、胀和混凝土孔中水的迁移受阻，因而产生膨胀压。渗透压理论 Osmotic pressure theory: 骨料周围形成的AS 凝胶是一个半透膜，它只允许一个方向流动：碱金属离子和OH离子扩散进入骨料表面，但硅离子不能从骨料表面渗出，产生渗透压。混凝土碱骨料反应混凝土耐久性相关知识第一部分当膨胀压超过混凝土的抗拉强度时，混凝土将开裂。ASR劣化机理混凝土模型： 水泥石paste 活性硅骨料水泥石中的碱金属离子与骨料中的活性硅反应在骨料表面形成碱硅凝胶ASR 膨胀机理当裂缝到达混凝土构件表面，就产生“龟裂” 即“map cracking” .ASR 膨胀机理骨料界面过渡区未受损的混凝土ASR损坏的

23、混凝土碱硅凝胶(AR Gel)ASR 破坏实例ASR破坏的铁路轨枕ASR破坏的桥墩ASR破坏的防护板，并导致钢筋锈蚀破坏ASR破坏的道路路面混凝土碱骨料反应混凝土耐久性相关知识第一部分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。如果碱含量低于0.6%,膨胀不会发生水泥中碱含量对ASR引起的破坏的影响混凝土中的碱含量与其膨胀的关系相对湿度低于80，膨胀很小相对湿度对ASR破坏的影响混凝土碱骨料反应混凝土耐久性相关知识第一部分抑制ASR的措施限制碱含量低碱水泥限制其它来源：盐污染的骨料防止海水渗入化冰盐溶液渗入混凝土中水泥用量限制活性骨料保持干燥混

24、凝土碱骨料反应混凝土耐久性相关知识第一部分利用火山灰质矿物外加剂 25%低钙粉煤灰 40-50%的矿渣 7-15%硅灰 7-15%天然火山灰引气剂 引入气泡缓解膨胀压力，减少有害膨胀结构设计限制水渗入(排水)避免化冰盐的积累提高密实度表面质量混凝土碱骨料反应混凝土耐久性相关知识第一部分抑制碱骨料反应的措施选择非活性骨料；选择含碱量0.6的水泥；掺加活性混合材，如：硅灰、粉煤灰等；提高混凝土的密实性或阻止水分渗入。混凝土抗碳化性能混凝土耐久性相关知识第一部分定义：碳化是指环境中的CO2与混凝土水泥石中的Ca(OH) 2作用生成碳酸钙和水，从而降低混凝土中碱度的现象。危害：由于碱度的降低，混凝土中

25、的钢筋失去保护膜，引起钢筋锈蚀；混凝土表面出现碳化收缩，导致微裂缝的产生，降低混凝土的强度和耐久性。影响因素：CO2浓度、相对湿度、混凝土的密实度、水泥品种和掺和料等。混凝土碳化机理Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O3CaOSiO2 3H2O+CO2 3CaCO3+2SiO2+3H2O3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O+3CO2 3CaCO3+2Al(OH)3+3CaSO4 H2O+23H2O 大气中的CO2通过孔隙向混凝上内部扩散并在孔隙水中溶解，固态Ca(OH)2在孔隙水中溶解并向其浓度低的区域(已碳化区域)扩散；溶解在孔隙水中的CO2与Ca(OH)2发生化学反应生成Ca

26、CO3；同时，CSH、AFt等水化物也在固液界面发生碳化反应： 液相反应，一定湿度条件下发生。完全干燥或完全饱水的混凝土几乎不发生碳化作用。混凝土碳化机理混凝土碳化的影响因素1) 材料因素 水灰比：决定CO2有效扩散系数及混凝土碳化速度的主要因素之一；水灰比增加，混凝土的碳化速度加快。 水泥品种与用量: ) 硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥粉煤灰水泥、火山灰水泥和矿渣水泥；B) 水泥用量越大，混凝土碳化速度越慢。混凝土碳化的影响因素 骨料粒径与级配 : 连续级配、颗粒粒径小的骨料，使混凝土碳化速率减缓。混凝土碳化的影响因素 外加剂: 掺减水剂、引气剂均能有效降低混凝土碳化速度 。混凝土碳化的影响因素

27、养护方法与龄期: 保湿养护龄期越长，混凝土碳化速率越慢。混凝土碳化的影响因素 混凝土强度: 混凝土强度越高，其碳化速度越小；但试验结果离散较大，主要是由于强度难以反映水泥用量等对碳化速率的影响。1.2 混凝土碳化的影响因素 施工质量：密实性差及存在蜂窝、麻顶、漏浆、裂缝等缺陷部位的碳化深度比振捣密实、表面无缺陷部位大得多。施工质量为优、良、一般、差四个等级所对应的碳化速度比为0.5 0.71.0 1.4。混凝土碳化的影响因素2) 环境因素 温、湿度: 温度升高可促进混凝土碳化速度；相对湿度为 5070的中等湿度环境下，混凝土碳化速度最快。混凝土碳化的影响因素 CO2浓度: 碳化速度与空气中CO

28、2浓度的平方根近似成正比关系。 混凝土碳化的影响因素 表面覆盖层: 含可碳化物质的覆盖层(水泥砂浆)，主要通过消耗其中可碳化物质以延缓CO2侵入混凝土速率；不含可碳化物质覆盖层（沥青、涂料、瓷砖等），因其结构致密，能封堵混凝土表面部分开口孔隙，从而延缓碳化速度。混凝土碳化的影响因素 受力状态: 压应力不超过0.7fc (fc为混凝土的抗压强度)时，压应力对碳化起延缓作用；压应力超过0.7fc时会使碳化速度加快；拉应力不超过0.3 ft (ft为混凝土的抗拉强度)时，应力作用不明显；当拉应力超过0.3ft时，应力越大，碳化速率越快。混凝土碳化的影响因素2 混凝土的碳化试验方法介绍1） 试验目的通

29、过实验室快速碳化试验，确定碳化速度方程，以此为混凝土结构耐久性分析提供依据。高压或高浓度快速试验常压、低浓度快速试验2 混凝土的碳化试验方法介绍2） 试验主要设备及要求碳化试验箱CO2供气装置碳化对混凝土性能的影响1) 对混凝土强度的影响：混凝土抗压强度随碳化时间与碳化深度增加而增大。混凝土劈拉强度随碳化时间的增长而提高，但超过一定时间后则有所降低。碳化对混凝土性能的影响碳化前后混凝土受压应力应变曲线受压应力-应变曲线上升和下降段变陡，混凝土脆性变大。碳化对混凝土性能的影响混凝土孔隙率降低，抗渗性能提高。2) 对混凝土渗透性的影响：碳化对混凝土性能的影响碳化对钢筋锈蚀的影响碳化对钢筋锈蚀的影响

30、CO2钢筋表面脱钝、生锈碳化使混凝土中pH值降低9，导致钢筋脱钝而锈蚀。碳化使混凝土中氯离子向未碳化区迁移和浓缩，加速混凝土中钢筋脱钝锈蚀。 3CaO Al2O3 CaCl2 10H2O+3CO2 3CaCO3+2Al(OH)3+CaCl2+7H2O (Friedel复盐)混凝土钢筋锈蚀混凝土耐久性相关知识第一部分由于混凝土内的强碱性使得钢筋表面形成钝化膜，从而钢筋在混凝土中不会锈蚀。如果钢筋表面钝化膜被破坏，则钢筋就会发生电化学腐蚀锈蚀破坏混凝土中钢筋锈蚀，引起体积膨胀27倍，导致混凝土保护层开裂破坏混凝土中钢材的钝化会由于下列原因被破坏：混凝土中的Ca(OH)2被空气里的SO2、NO2、C

31、O2等酸性氧化物中和而失去碱性；道路除冰盐或海水带进来的氯离子的作用。 钢筋腐蚀种类：化学腐蚀 电化学腐蚀(湿腐蚀，主要)条件： 电解质溶液水、溶有CO2的水 局部原电池不同元素和杂质电化学腐蚀过程：阳极区：Fe = Fe+ +2e阴极区：2H2O + 2e + O2 = 2OH +H2O溶液区： Fe+ +2OH = Fe(OH) 2 4 Fe(OH) 2 + O2 + 2H2O = 4 Fe(OH) 3 FeFeOFe2O3Fe3O4Fe(OH)2Fe(OH)3Fe(OH)3 3H2O钢筋锈蚀的后果 在混凝土内部的碱性环境（pH13）中，钢材表面生成一层致密的钝化膜，保护钢材不被锈蚀。钢筋

32、锈蚀产生的必要条件钢筋表面钝化膜破坏（先决条件）有氧气存在有水存在混凝土中钢材的钝化膜由于下列原因而被破坏1）混凝土中的Ca(OH)2被空气里的SO2、NO2、CO2等酸性氧化物中和（pH9）而失去碱性；2）海水或道面撒除冰盐所引入的氯离子的作用。混凝土中钢材的锈蚀Corrosion of Steel in Concrete1）碳化引起的锈蚀（均匀腐蚀）条件：CO2 、水分（相对湿度5080%时最迅速）2）氯化物引起的锈蚀（点蚀）：可溶的氯化铁生成，当氯离子与氢氧根离子浓度比大于0.6时，即使pH高达11.5，钢筋的锈蚀也得不到保证。条件：氯离子扩散速度、氧与水分；与保护层厚度、水灰比、水泥用

33、量等有关。T0：开始锈蚀; T1：混凝土开裂； T0 T11）脱钝介质 (酸性氧化物或氯化物) 到达钢材表面并开始锈蚀的时间T0产生开裂的时间分两个阶段2）锈蚀到达临界水平，即混凝土出现开裂的时间T1钢筋锈蚀导致混凝土构件破坏的几种形式除冰盐所导致的钢筋混凝土桥梁破坏钢筋锈蚀后体积膨胀导致混凝土保护层发生顺筋开裂提高混凝土耐久性的主要措施 混凝土耐久性相关知识第一部分 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 提高混凝土耐久性的主要措施 混凝土耐久性相关知识第一部分1. 减少拌和水及胶凝材料浆体的用量 将拌和水的最大用量

34、作为控制混凝土耐久性质量要求的一种标志，要比用最大水胶比（或水灰比）更为适宜。依靠水胶比的控制尚不能解决混凝土中因浆体过多，而引起收缩和水化热增加的负面影响。提高混凝土耐久性的主要措施 混凝土耐久性相关知识第一部分 在高性能混凝土中，减少浆体量，增大骨料所占的比例，又是提高混凝土抗渗性或抗氯离子扩散性的重要手段。如果控制拌和水用量，则可同时控制浆体用量（浆骨比），就有可能从多个方面体现耐久性要求。对水胶比很低的混凝土一般不宜超过150kg/m3。对水胶比在0.42以下的混凝土，用水量一般应控制在170kg/m3以下。提高混凝土耐久性的主要措施 混凝土耐久性相关知识第一部分 控制混凝土单方用水量

35、就可以控制混凝土中胶凝材料用量，有利于降低混凝土的渗透性，并减少收缩量，所以必须有最高用量的限制。我国对于低水胶比混凝土的胶凝材料用量，过去一直偏高，甚至有的高达550kg/m3以上，其主要原因就是因为骨料品质不好，因此必须特别重视对混凝土骨料的级配以及粗骨料的粒形要求。 提高混凝土耐久性的主要措施 混凝土耐久性相关知识第一部分为达到减少拌和水与水泥浆量的目的，主要途径有：1) 选用良好级配和粒形的粗骨料。2) 添加高效减水剂。3) 添加低需水量比的矿物掺和料。4) 降低水固比（W/S）和浆骨比 提高混凝土耐久性的主要措施 混凝土耐久性相关知识第一部分 对混凝土整体而言，降低拌和水量而增加固态

36、材料的重量，是有益的建议，在高性能混凝土建议水固比（W/S）0.08；控制浆骨比在较低的水平例如中低等级混凝土在0.32以下，高等级混凝土在0.35以下。 提高混凝土耐久性的主要措施 混凝土耐久性相关知识第一部分2、选择合理的胶凝材料体系 在胶凝材料体系中，降低混凝土的水泥用量，增大矿物细粉掺合料的用量，可以提高混凝土结构的化学稳定性和抵抗化学侵蚀的能力，降低内部缺陷，提高密实性。提高混凝土耐久性的主要措施 混凝土耐久性相关知识第一部分 粉煤灰、磨细矿粉的添加，在过去曾被严重误解，以为对混凝土品质会有很大影响，但随着减水剂的应用，当水胶比较低时，大掺量矿物细粉掺合料配制的混凝土各方面品质优良，

37、这一点已被近年的工程实践所证实，并已在1995年版的美国混凝土ACI318结构混凝土规范中被认同，也算平反了粉煤灰、磨细矿渣在混凝土中的行为，2009年5月1号实施的GB50476-2008混凝土结构耐久性设计规范中提出大掺量矿物掺合料混凝土水胶比不宜大于0.40。提高混凝土耐久性的主要措施 混凝土耐久性相关知识第一部分3、降低水胶比 混凝土的强度与密实性很大程度上取决于水胶比，当然今后绿色高性能混凝土是要在掺加大量矿物掺合料的前提下控制水胶比在较低的水平。掺加矿物细粉掺合料，降低水胶比。降低水胶比可以提高长期强度，有效降低界面水胶比，提高密实性，减少氢氧化钙在界面的富集现象，使界面强化。提高

38、混凝土耐久性的主要措施 混凝土耐久性相关知识第一部分4、合理使用水泥 选用低水化热和含碱量偏低的水泥，尽可能避免使用早强水泥、细度过细和高C3A含量的水泥。提高混凝土耐久性的主要措施 混凝土耐久性相关知识第一部分5、掺用引气剂 掺用引气剂，引入微小封闭气泡，不仅可以有效提高混凝土抗渗性、抗冻性，而且可以明显提高混凝土抗化学侵蚀能力。这主要是由于这些微小气泡可以缓解部分内部应力，抑制裂纹生成和扩展。 提高混凝土耐久性的主要措施 混凝土耐久性相关知识第一部分6、控制混凝土总碱含量和氯离子含量 碱含量和卤化物（尤其是氯盐）是混凝土发生碱骨料病害和中钢筋腐蚀的主要原因，因此应注意：(1) 控制混凝土组

39、成材料中的碱含量，混凝土结构耐久性设计规范中规定：对骨料无活性且处于干燥环境条件下的混凝土构件，含碱量不应超过3.5 kg/m ；对于设计使用年限为100年的结构物，宜限制混凝土的含碱量不超过3 kg/m ；对于骨料无活性但处于潮湿环境（相对湿度75%）条件下的混凝土构件，含碱量不超过3 kg/m 。 提高混凝土耐久性的主要措施 混凝土耐久性相关知识第一部分(2) 控制混凝土中的氯离子含量，GB50476-2008混凝土结构耐久性设计规范中规定见下表： 提高混凝土耐久性的主要措施 122混凝土耐久性相关知识第一部分7、加强混凝土质量的生产过程控制 在混凝土施工中，应当均匀搅拌、灌注和振捣密实及

40、加强养护以保证混凝土的施工质量。混凝土耐久性检验评定标准第二部分评价结构耐久性的主要指标与水有关的：抗冻等级、抗冻标号、抗(水)渗等级。与钢筋锈蚀有关的：氯离子迁移系数、电通量、碳化深度。与化学侵蚀有关的：抗硫酸盐等级。与早期开裂有关的：单位面积上总开裂面积。混凝土耐久性检验评定标准第二部分混凝土耐久性检验评定标准第二部分混凝土耐久性检验评定标准第二部分混凝土耐久性检验评定标准第二部分混凝土耐久性检验评定标准第二部分抗冻等级、抗冻标号、 抗水渗等级、抗硫酸盐 等级试验方法本身含有等级 划分业内已习惯应用且已体 现在相关的标准中尊重现实，符合习惯， 协调标准第一部分氯离子迁移系数、电通 量、碳化

41、深度和单位面 积上的总开裂面积划分为五个等级，推荐 意见意见认为：从级 至级，耐久性从“差” 到“很好”依次变化根据设计和施工要求确 定，适合就好第二部分关于耐久性等级划分混凝土耐久性检验评定标准第二部分关于抗冻标号和抗冻等级ACI 318-08和 CSA A23.1-94GB/T 50082关于抗冻标号划分关于抗冻等级划分细化抗冻性试验 方法不细化，综合原 因结 果D25抗冻性能很差慢冻法周期很长以D50取代D25D200以上不再分混凝土耐久性检验评定标准第二部分水工建筑物抗冰冻设计 规范(DL T5082-1998)水运工程混凝土质量控 制标准(JGJ 269-96)公路钢筋混凝土及预应

42、力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62-2004)铁路混凝土结构耐久性 设计暂行规定其他标准规定对有抗冻要求的混凝 土结构，应根据气候 分区、环境条件、结 构构件的重要性以及 用途等情况提出相应 的抗冻等级要求，具 体内容参见相关标准抗冻等级原则关于抗冻等级划分混凝土耐久性检验评定标准第二部分关于抗水渗等级划分各标准均有不同 的划分方法抗水渗透试验方法抗水渗透等级划分细化使用环境依据相应标准原 因结 果逐级加压法有着 广泛的应用基础GB/T 50082和JGJ193S4S12五个等级P4P12和P12混凝土耐久性检验评定标准第二部分工程环境中有较强的硫 酸盐侵蚀时为确保抗硫酸盐侵蚀， 下限值K

43、S30系统试验表明，能够经 历150次以上抗硫酸盐 干湿循环的混凝土，具 有优异的抗硫酸盐性能， 上限值K150等级的上下限值质量耐蚀系数95%时， 或：抗压强度耐蚀系数 75%时，或：干湿循环达到150次停止试验，此时记录的 干湿循环次数即为抗硫 酸盐侵蚀等级GB/T 50082关于抗硫酸盐等级划分混凝土耐久性检验评定标准第二部分GB/T 50082规定龄期： 28d、56d、84dCCES 01-2004混凝 土结构耐久性设计与施 工指南规定龄期： 28dCCES 01-2004规定阈 值：4、5、7、8、1010-12 m2/s龄期和阈值国内外多以84d作为龄 期，故本标准采用不同结构部

44、位控制的阈 值可以不同杭州湾大桥，84d研究表明，84d 的 Cl- 迁移系数1.510-12 m2/s，混凝土具有优良 的抗Cl-渗透性能说 明关于抗Cl-渗透(RCM法)混凝土耐久性检验评定标准第二部分GB/T 50082规定龄期： 28d或56d一般是28d，大掺量矿 物掺合料，可以56d其他标准试验龄期等级划分参照： ASTM C 1202-05基于电通量Cl-渗透性本标准规定关于抗Cl-渗透(电通量法)电通量/CCl-渗透性评价4000高20004000中等10002000低1001000很低100可忽略混凝土耐久性检验评定标准第二部分系统试验表明：快速碳 化的碳化深度20mm 时抗

45、碳化性能较好，可 满足50年耐久性要求工程实际中，碳化发展 规律与上述基本接近一般公认的是：碳化深 度10mm的混凝土，抗碳化性能良好划分依据试验龄期28d碳化深度等级：本标准规定关于碳化深度等级划分深度/mm抗碳化等级30最差20,30较差10,20较好0,10好测不出很好混凝土耐久性检验评定标准第二部分刀口法试验表明：抗裂性能好的混凝土， 单位面积上的总开裂面 积很小，100 mm2/m2当 1000 mm2/m2时， 抗裂性能较差在700 mm2/m2左右时， 抗裂性表现出较为明显据此划分划分依据试验龄期28d抗裂性能等级：本标准规定关于早期抗裂性能等级划分面积/mm2m-2等级1000

46、700,1000400,700100,400100混凝土耐久性检验评定标准第二部分关于评定耐久性等级评定，根据表合格性判定，根据设计、施工合格：必须保证验收批所有项 目全部合格；不合格：专家评审，评审意见按照标准进行耐久性相关项目 的试验，对照表进行等级评定， 无需进行合格性判定评定两个步骤 合格判定 科学研究混凝土耐久性检验评定标准第二部分关于耐久性等级检验评定的声明同一验收批，测试结果可能不处于同一级别第一第二抗Cl-渗透：抗裂性：使用环境检验项目结合实际情况和设计要求确定对哪些耐久 性项目进行检验混凝土耐久性试验方法第三部分抗渗性能试验方法试验仪器混凝土耐久性试验方法第三部分抗渗性能试验

47、方法试验材料烘箱浅盘铁锅钢丝刷螺旋加压器混凝土耐久性试验方法第三部分抗渗性能试验方法试验装模过程混凝土耐久性试验方法第三部分抗渗性能试验方法逐级加压法从水压为0.1Mpa开始，以后每隔8h增加0.1Mpa，并要随时注意观察试件端面的渗水情况； 当试件中有三个试件端面有渗水现象时，即可停止试验，记下当时的水压。在试验过程中，如发现水从试件周围渗出，则停止试验，重新密封。结果评定 抗渗等级以每组6个试件中4个试件未出现渗水时最大水压力计算：P=10H-1 式中：P -抗渗等级 H-6个试件中有3个渗水时的水压力（Mpa）混凝土抗渗标号分级为：P4、P6、P8、P10、P12。混凝土耐久性试验方法第

48、三部分抗渗性能试验方法混凝土耐久性试验方法第三部分抗渗性能试验方法混凝土耐久性试验方法第三部分抗碳化性能试验方法1） 试验目的通过实验室快速碳化试验，确定碳化速度方程，以此为混凝土结构耐久性分析提供依据。高压或高浓度快速试验常压、低浓度快速试验混凝土耐久性试验方法第三部分抗碳化性能试验方法2） 试验主要设备及要求碳化试验箱CO2供气装置混凝土耐久性试验方法第三部分抗碳化性能试验方法3） 试件的成型与养护试件成型：100mm100mm400mm棱柱体试件一组（推荐采用），或150mm150mm1500mm立方体试件四组。 每组三个试件 每组三个试件试件养护：规定标准养护龄期前2天取出（一般标准养

49、护26天）混凝土耐久性试验方法第三部分抗碳化性能试验方法4） 试件的预处理石蜡密封（除成型两侧面）温度60烘干48h画平行线（10mm间距）与成型面相对的两个面不裹蜡利于前期碳化箱内湿度控制149混凝土耐久性试验方法第三部分抗碳化性能试验方法5） 主要试验步骤混凝土耐久性试验方法第三部分抗碳化性能试验方法5） 主要试验步骤试件碳化与破型：碳化至3d、7d、14d和28d破型。破型后试件石蜡密封进行下一个碳化期。混凝土试件切除厚度50mm混凝土耐久性试验方法第三部分抗碳化性能试验方法5） 主要试验步骤测定碳化深度：刷去破型试件表面粉末。喷涂1%浓度的酚酞酒精溶液（酒精溶液含20%的蒸馏水）。钢尺

50、测定碳化深度，精确至0.5mm。（碳化分界线嵌有骨料时，取两侧平均值）。碳化深度测量混凝土耐久性试验方法第三部分抗碳化性能试验方法6） 试件结果计算混凝土耐久性试验方法第三部分抗碳化性能试验方法7） 试件结果处理以三个试件碳化28d的碳化深度算术平均值作为混凝土试件碳化测定值。绘制碳化时间与碳化深度的关系曲线。试件编号碳化深度（mm）测定值（mm）3d7d14d28dP19-14.97.810.513.213.1P19-23.97.09.912.7P19-34.57.610.213.3混凝土耐久性试验方法第三部分抗冻性能试验方法在我国混凝土抗冻性实验方法有快冻法和慢冻法，其中快冻法具有诸多优点

51、，因此快冻法使用较普遍。快冻法试验速度快，一个循环需24h左右。快冻法采用无破损的测试方法，一种混凝土只需成型一组试件，因此试验工作量小，而且试验结果较为准确。混凝土耐久性试验方法第三部分抗冻性能试验方法样品准备测试设备测试方法测试条件DT-16动弹仪、混凝土快速冻融试验机（CABR-HDK 9） 每25次冻融循环对试件检测一次动弹性模量和质量损失率 100mml00mm400mm，养护龄期为28d，实验前泡水4d 冻结温度为-l6-20 融化温度为37 每次冻融循环24h 当试件的动弹性模量下降至60或质量损失率达到5时对应的冻融循环次数作为该混凝土的抗冻等级(以F表示)混凝土耐久性试验方法

52、第三部分抗冻性能试验方法实验仪器称量天平TC10KDT-16动弹仪混凝土快速冻融试验机（CABR-HDK 9）混凝土耐久性试验方法第三部分抗冻性能试验方法首先利用天平称取试块的质量，精确至0.01。在试块的长度中心和离断面5mm处各划一条垂直线，在试件的高度中心划一条水平线与两条垂直线相交得到两个交点。连接好仪器，将两个探头对准划线交点，如下图示。开启仪器点击设置进入设置状态，设定频率上下限：上限2500，下限1000，输入试块质量并点击启动。试块动弹性模量的测量158混凝土耐久性试验方法第三部分抗冻性能试验方法在试验龄期到达之前4天将试块放入水槽，用15-20的水浸泡4天后取出。擦干试块表面

53、水份测量其动弹性模量，然后将试块放入试件盒中并加水至试块顶面5mm左右。将试件盒（115mml15mm500mm）放入冻融试验机的试件槽，其中测温试件桶放在试件槽的中心位置。混凝土快速冻融试验机操作步骤试件盒159混凝土耐久性试验方法第三部分抗冻性能试验方法打开快冻设置系统，设定冻融循环次数，点击启动按钮开始实验，实验过程中不定时观察仪表显示温度是否正常。达到设定冻融次数后，关闭机器并测定试块重量、动弹性模量。将试块重新装入试件盒，并放入试验箱内，重复上述步骤，直到实验结束设定冻融循环次数混凝土耐久性试验方法第三部分抗冻性能试验方法动弹性模量的计算 式中：Pi经N次冻融循环后第i个混凝土试件的

54、动弹性模量（GPa），精确0.1； P经N次动容循环后一组混凝土试件的平均动弹性模量（GPa），精确至0.1。 当最大值或最小值与中间值之差超过中间值的15%时，应剔除此值，并应取其余两值的算术平均值作为测定值；当最大值和最小值与中间值之差均超过中间值的15%时，应取中间值作为测定值。混凝土耐久性试验方法第三部分抗冻性能试验方法试件质量损失率的计算 式中：WniN次冻融循环后第i个混凝土试件的质量损失率（%），精确至0.01； W0i动容循环实验前第i个混凝土试件的质量（g）； WniN次冻融循环后第i个混凝土试件的质量（g）。 式中：WnN次冻融循环后一组混凝土试件的平均质量损失率（%），精

55、确至0.1。 当最大值或最小值与中间值之差超过1%时，应剔除此值，并应取其余两值的算术平均值作为测定值；当最大值和最小值与中间值之差均超过1%时，应取中间值作为测定值。混凝土耐久性试验方法第三部分抗氯离子渗透性能试验方法氯离子渗透性试验方法可分为三大类:自然扩散法、外加电场加速渗透法、压力渗透法。相比之下,氯离子加速渗透法简单、快速, 是目前应用最广泛的方法。混凝土耐久性试验方法第三部分抗氯离子渗透性能试验方法电通量法在混凝土标准试件两端加载直流电压，阳极为NaOH溶液，阴极为NaCl溶液，以通过的电量大小作为定性评价混凝土抗氯离子侵蚀指标。适用范围该法适用于水灰比在0.30.7之间的混凝土，

56、不适用于掺亚硝酸盐和钢纤维等良导电材料的混凝土。混凝土耐久性试验方法第三部分抗氯离子渗透性能试验方法试验结果的影响因素试件尺寸的影响：95mm ，高度502cm；饱水程度的影响：真空饱水处理主要是为氯离子在混凝土中运动提供溶液通道；试验槽储液腔尺寸的影响；垫圈大小的影响；通电电极效率的影响。混凝土耐久性试验方法第三部分抗氯离子渗透性能试验方法RCM法从原理上来看,RCM法与自然浸泡扩散法基本一致,只是驱动离子传输的除了浓度梯度外,还有外加电场的电位梯度,而且在一般情况下,电位梯度是主要的驱动力。RCM法优点能够定量的测量氯离子扩散系数,氯离子的侵蚀深度现象直观、明显;已有的试验结果证明RCM法与自然扩散浸泡法之间有较好的相关性。RCM法缺点RCM法也同样消除不了电极极化问题,而且在现有的计算模型中没有考虑到电渗对试验结果的影响。对于孔隙率比较大的混凝土的抗氯离子性能,RCM法有夸大的作用;对于密实性比较好的混凝土的抗氯离子