混凝土结构的耐久性

混凝土结构构的耐久性性辅导资料内容简介1.概述2.混凝土的碳碳化3.混凝土中钢钢筋的锈蚀蚀4.碱-骨料反应5.混凝土的冻冻融破坏6.化学侵蚀7.混凝土的表表面磨损1概述随着钢筋混混凝土结构构服役时间间的增加，，其结构中中会出现各各种各样的的病害。如如果混凝土土结构的施施工质量不不佳或者结结构物设计计有缺陷等等，都会加加速这些病病害的进一一步发展。。混凝土结构构的耐久性性是指混凝凝土在设计计寿命周期期内，在正正常维护下下能够使用用，而不需需要进行维维修加固，，即指混凝凝土在抵抗抗周围环境境各种因素素的作用下下，仍能保保持原有性性能的能力力。破坏的钢筋筋混凝土结结构1概述1991年召开的第第二届混凝凝土耐久性性国际学术术会议上，，梅塔教授授指出：““当今世界界混凝土破破坏原因按按重要性递递减顺序排排列是：钢钢筋锈蚀、、寒冷气候候下的冻害害、侵蚀环环境下的物物理化学作作用。”其其中，侵蚀蚀环境下的的物理化学学作用包括括淡水及酸酸性水侵蚀蚀、混凝土土的碳化等等。混凝土结构构材料劣化化形式分类类材料的耐久性劣化自身因素引起环境条件引起物理作用化学作用物理化学作用化学作用表面磨损冻融破坏机械磨耗冲磨空蚀碳化（中性化）钢筋锈蚀化学侵蚀碱-骨料反应溶出性侵蚀溶解性侵蚀膨胀性侵蚀一般冻融破坏盐冻破坏碳化（中性化）引起Cl-侵蚀引起杂散电流引起碱-硅酸反应碱-碳酸盐反应碱-硅酸盐反应1概述从混凝土结结构材料的的劣化上来来看，混凝凝土结构耐耐久性破坏坏作用有：：混凝土的碳碳化混凝土中钢钢筋的锈蚀蚀碱-骨料反应混凝土冻融融破坏化学侵蚀混凝土的表表面磨损影响结构耐耐久性能的的主要因素素内部因素外部因素其他因素混凝土的强强度、密实实度、水水泥用量、、水灰比、、氯离子及及碱含量、、外加剂用用量、保护护层厚度等等环境条件，，主要包括括温度、湿湿度、CO2含量、侵蚀蚀剂介质等等设计构造上上的缺陷、、施工质量差差、使用中维修修不当等2混凝土的碳碳化混凝土的中中性化过程程空气、土壤壤、地下水水等环境中中的酸性气气体或液体体侵入混凝凝土中，与与水泥石中中的碱性物物质发生反反应，使混混凝土中pH值下降的过过程。混凝土的碳碳化大气环境中中的CO2引起的中性性化过程。。2混凝土的碳碳化混凝土的碳碳化反应结结果有两个个方面：一方面，反反应生成碳碳酸钙和其其他固态物物质会堵塞塞在混凝土土孔隙中，，使混凝土土的孔隙率率下降，大大孔减少，，从而减弱弱了后续CO2的扩散，使使混凝土密密实度提高高；另一方面，，孔隙中的的Ca（OH）2浓度及pH值降低，导导致钢筋脱脱钝而锈蚀蚀。2.1混凝土碳化化的影响因因素材料因素水灰比，水水泥品种和和用量，骨骨料种类和和粒径，外外掺加剂，，养护方法法和龄期，，混凝土强强度。环境条件因因素相对湿度，，CO2浓度，温度度施工质量2.2混凝土碳化化深度检测测方法X射线法用专门的仪仪器，不仅仅能测试完完全碳化深深度，还能能测试部分分碳化深度度，但这种种方法适用用于实验室室的精确测测量。化学试剂法法现场检测时时，通常在在混凝土表表面钻洞，，喷上化学学试剂，根根据反应的的颜色测量量碳化深度度。常用1%浓度的酚酞酞酒精溶液液，它以pH=9为界限，已已碳化区呈呈无色，未未碳化区呈呈粉红色，，最终测试试完全碳化化的深度。。另有一种种彩虹指示示剂，可以以根据反应应的颜色判判别不同的的pH值，因此可可以测试完完全碳化深深度和部分分碳化深度度。3混凝土中钢钢筋的锈蚀蚀混凝土中水水泥水化后后，在钢筋筋表面形成成一层致密密的钝化膜膜，因此在在正常情况况下钢筋不不会锈蚀；；但钝化膜膜一旦破坏坏，在有足足够水和氧氧气条件下下会产生电电化学腐蚀蚀。混凝土土中钢筋一一旦发生锈锈蚀，在钢钢筋表面生生成一层疏疏松的锈蚀蚀产物，同同时向周围围混凝土孔孔隙中扩散散。钢筋锈蚀，，一方面会会使钢筋有有效截面减减小，另一一方面，锈锈蚀产物体体积膨胀使使混凝土保保护层胀裂裂甚至脱落落，钢筋和和混凝土之之间的粘结结作用下降降，破坏他他们共同作作用的基础础，从而严严重影响混混凝土结构构物的安全全性和正常常使用性能能。3.1钢筋锈蚀机机理钢筋锈蚀是是影响钢筋筋混凝土结结构耐久性性的最关键键问题。混混凝土中的的钢筋锈蚀蚀实质为电电化学腐蚀蚀。3.2影响混凝土土结构钢筋筋锈蚀的因因素pH值温度Cl-浓度混凝土的电电阻抗孔隙水饱和和度和相对对湿度水灰比养护龄期保护层厚度度水泥品种与与掺和料当混凝土未未碳化时，，由于水泥泥的高碱性性，钢筋表表面形成一一层致密的的氧化膜，，阻止了钢钢筋锈蚀电电化学过程程。当混凝土被被碳化，钢钢筋表面的的氧化膜被被破坏，在在有水份和和氧气的条条件下，就就会发生锈锈蚀的电化化学反应。。钢筋锈蚀产产生的铁锈锈，体积比比铁增加2~4倍，保护层层被挤裂，，使空气中中的水份更更易进入，，促使锈蚀蚀加快发展展。氧气和水份份是钢筋锈锈蚀必要条条件，混凝凝土的碳化化仅是为钢钢筋锈蚀提提供了可能能。当构件件使用环境境很干燥（（湿度<40%），或完全全处于水中中，钢筋的的锈蚀极慢慢，几乎不不发生锈蚀蚀。而裂缝的发发生为氧气气和水份的的浸入创造造了条件，，同时也使使混凝土的的碳化形成成立体发展展。3.3钢筋锈蚀的的非破损检检测方法物理法主要是通过过测定钢筋筋锈蚀引起起电阻、电电磁、热传传导、声波波传播等物物理特性的的变化来反反映钢筋锈锈蚀情况。。有电阻棒棒法、涡流流探测法、、射线法、、声发射探探测法及红红外热像法法等。电化学法主要是通过过测定钢筋筋混凝土腐腐蚀体系的的电化学特特性来确定定混凝土中中钢筋锈蚀蚀程度或速速度。与物物理法比较较，电化学学法有测试试速度快、、灵敏度高高、可连续续跟踪和原原位测量等等优点。常常用的方法法有自然电电位法、交交流阻抗谱谱法和极化化测量技术术等。4碱-骨料反应混凝土中的的碱与具有有碱活性的的骨料间发发生的膨胀胀性反应。。这种反应引引起明显的的混凝土体体积膨胀和和开裂，改改变混凝土土的微结构构，使混凝凝土的抗压压强度、抗抗折强度、、弹性模量量等力学性性能明显下下降，严重重影响结构构的安全使使用性，而而其反应一一旦发生很很难阻止，，更不易修修补和挽救救，被称为为混凝土的的“癌症””。4.1碱-骨料反应机机理碱-硅酸反应骨料中的活活性二氧化化硅与碱发发生的膨胀胀反应。可可分为骨料料表面的活活性二氧化化硅在碱溶溶液中的溶溶解、化学学反应生成成硅酸盐凝凝胶、反应应生成物的的体积膨胀胀、进一步步反应形成成液态溶胶胶等几个阶阶段。碱-碳酸盐反应应黏土质白云云石质石灰灰石与水泥泥中的碱发发生的反应应。碱-硅酸盐反应应碱与某些层层状硅酸盐盐骨料反应应，使层状状硅酸盐层层间距离增增大，骨料料发生膨胀胀，造成混混凝土膨胀胀、开裂。。4.2碱-骨料反应的的发生条件件碱-骨料反应发发生所必备备的三个条条件：混凝土中含含有过量的的碱骨料中含有有碱活性矿矿物混凝土处在在潮湿环境境中5混凝土的冻冻融破坏混凝土发生生冻融破坏坏的条件混凝土处于于饱水状态态混凝土受冻冻融交替作作用冻融循环产产生的破坏坏作用冻胀开裂表面剥蚀5.1冻融循环破破坏机理1945年，Powers提出出了了混混凝凝土土冻冻融融破破坏坏的的静静水水压压假假说说，，此此后后又又与与Helmuth一起起提提出出了了渗渗透透压压假假说说。。这这两两个个假假说说合合在在一一起起，，较较为为成成功功地地解解释释了了混混凝凝土土冻冻融融破破坏坏的的机机理理，，奠奠定定了了混混凝凝土土抗抗冻冻性性研研究究的的理理论论基基础础。。5.2影响响混混凝凝土土抗抗冻冻性性的的因因素素平均均气气泡泡间间距距水灰灰比比外加加剂剂强度度骨料料水泥泥品品种种和和用用量量混合合材材冻结结温温度度和和降降温温速速度度5.3混凝凝土土的的盐盐冻冻破破坏坏为防防止止高高速速公公路路和和城城市市道道路路上上冰冰雪雪致致滑滑造造成成交交通通事事故故，，经经常常采采用用在在路路面面撒撒除除冰冰盐盐（（NaCl或CaCl2）的的办办法法，，因因为为盐盐能能降降低低水水的的冰冰点点，，达达到到自自动动融融化化雪雪的的目目的的，，但但除除冰冰盐盐的的使使用用将将引引起起路路面面混混凝凝土土剥剥蚀蚀和和钢钢筋筋锈锈蚀蚀。。影响响混混凝凝土土抗抗盐盐冻冻耐耐久久性性的的因因素素含气气量量，，水水灰灰比比，，水水泥泥品品种种与与混混合合材材，，盐盐的的种种类类6化学学侵侵蚀蚀在一一些些侵侵蚀蚀性性介介质质（（包包括括酸酸、、碱碱、、硫硫酸酸盐盐、、压压力力流流动动水水等等））中中的的混混凝凝土土，，可可能能遭遭受受化化学学侵侵蚀蚀而而破破坏坏。。化学学侵侵蚀蚀分分为为三三类类：：溶出出性性侵侵蚀蚀溶解解性性侵侵蚀蚀膨胀胀性性侵侵蚀蚀6.1溶出出性性侵侵蚀蚀密实实性性较较差差、、渗渗透透性性较较大大的的混混凝凝土土，，在在一一定定压压力力的的流流动动水水中中，，水水化化产产物物Ca（OH）2会不不断断溶溶出出并并流流失失。。Ca（OH）2的溶溶出出使使水水化化硅硅酸酸钙钙和和水水化化铝铝酸酸钙钙失失去去稳稳定定性性而而水水解解、、溶溶出出，，这这些些水水化化产产物物的的溶溶出出使使混混凝凝土土的的强强度度不不断断降降低低。。混凝凝土土溶溶出出性性侵侵蚀蚀速速度度主主要要取取决决于于混混凝凝土土的的渗渗透透性性、、Ca（OH）2含量量，，水水泥泥熟熟料料的的矿矿物物组组成成和和掺掺合合料料的的成成分分等等。。6.2溶解解性性侵侵蚀蚀酸侵侵蚀蚀实践践表表明明，，环环境境水水的的pH值小小于于6.5时就就会会对对混混凝凝土土造造成成酸酸侵侵蚀蚀。。这这样样的的酸酸性性水水在在一一般般自自然然环环境境中中式式不不多多见见的的。。碱侵侵蚀蚀碱的的浓浓度度不不大大（（15%以下下）），，温温度度不不高高（（低低于于50℃℃）时时，，碱碱对对混混凝凝土土的的侵侵蚀蚀作作用用很很小小，，但但高高浓浓度度的的碱碱溶溶液液或或熔熔融融状状碱碱会会对对混混凝凝土土产产生生侵侵蚀蚀作作用用。。6.3膨胀胀性性侵侵蚀蚀硫酸酸盐盐与与混混凝凝土土水水化化产产物物发发生生化化学学反反应应，，对对混混凝凝土土产产生生膨膨胀胀破破坏坏作作用用，，是是典典型型的的膨膨胀胀性性侵侵蚀蚀。。硫酸酸盐盐侵侵蚀蚀是是混混凝凝土土化化学学侵侵蚀蚀中中最最广广泛泛和和最最普普通通的的形形式式。。硫酸酸钠钠、、硫硫酸酸钾钾、、硫硫酸酸钙钙、、硫硫酸酸镁镁等等硫硫酸酸盐盐均均会会对对混混凝凝土土产产生生侵侵蚀蚀作作用用，，通通常常是是硫硫酸酸钠钠、、硫硫酸酸钠钠和和硫硫酸酸镁镁的的侵侵蚀蚀。。土壤壤的的地地下下水水是是一一种种硫硫酸酸盐盐溶溶液液，，土土壤壤的的硫硫酸酸盐盐浓浓度度超超过过一一定定限限值值时时就就会会对对