混凝土的耐久性

第20章耐久性

20.1砼结构的耐久性的特点

20.2若干耐久性问题

20.3

结构耐久性设计和评估

20.1结构的耐久性问题及特点1.1工程中的问题：砼的主要原材料使其比木、钢结构更为耐久；工程中也发现个别结构，未达预期使用期限前，因各种原因出现不同程度的损伤和局部破裂现象。如开裂、掉皮，棱角破损，强度下降，钢筋保护层剥落、裸露和锈蚀，构件弯曲下垂等，妨碍结构的继续使用，甚至造成承载力损失，威胁安全。如沿海地区结构受氯盐侵；冬季撒放除冰盐而腐蚀公路和桥梁中的钢筋；砼遭受反复冻融作用而胀裂。以上都属于砼结构耐久性裂化和失效。概念

耐久性：在结构及其各组成部分，在所处的自然环境和使用条件等因素的长期作用下，抵抗材料性能劣化、仍能维持结构的安全和适用功能的能力。

使用寿命：结构在正常使用条件下，不须重大维修而仍能维持安全和适用功能所延续的时间，可作为表达结构耐久性的数量指标。

1.2耐久性失效的特点本质上并非外力所致⑴外界介质或材料内部对混凝土的物理和化学作用的结果（CO2

、CL离子、碱质等）⑵耐久性失效是个缓慢积累的过程

⑶引起失效的诸因素相互关联，相互影响⑷耐久性首先受控于正常使用极限状态，而非承载能力极限状态。1.3混凝土的孔结构

耐久性失效的严重性在很大程度取决于混凝土材料内部结构的多孔性和渗透性。

砼内部空隙是其施工配置和水泥水化凝固过程的必然产物，因其产生原因和条件不同，孔隙尺寸、数量、分布和孔型（封闭或开放式）的区别，对砼的渗透性有很大影响。孔的种类：

1.凝胶孔2.毛细孔3.非毛细孔

影响孔结构和孔隙率的因素：

1.水灰比：越大，孔直径明显增大，总孔隙率就越大

2.水泥品种和细度：水泥中粗颗粒多，凝胶孔、毛细孔的尺寸和体积率都增大。

3.骨料品种：天然岩石粗骨料，内部孔隙率小，封闭；天然和人工轻骨料，本身孔隙率大，多开放孔型。4.配制质量：搅拌、运输、浇筑、振捣操作不善，易产生大孔洞和缺陷

5.养护条件：及时充分，利于水泥水化，减小毛细孔孔径和总孔隙率。加热养护，温湿度都影响毛细孔结构，梯度大而引起内部裂缝，增大孔隙率。20.2若干耐久性问题2.1渗透1.渗透：当混凝土与周围介质存在压力差时，高压一方的气体或液体将向低压方迁移的现象。

渗透性的强弱取决于混凝土结构的孔结构和孔隙率2.抗渗性：混凝土抵抗气体或液体渗透的能力。

混凝土的抗水性：试件在单位时间、单位水头（cm）作用下、通过单位截面积F（cm2）、渗透过L（cm）厚度的渗水量Q（cm3/s）。用渗透系数k（cm/s）作为定量指标。不易渗水的密实砼：对标准试件施加水压，按规定速度（0.1MPa/8h）缓慢增压，当一组试件6个中的3个在背水面出现水珠或湿点，记下水压H（MPa）。抗渗标号计算式：S=10H-1

2.2冻融1.混凝土环境温度的周期性降低和升高，使内部水冻成冰，冰融成水，反复循环。2.冻融循环--损伤积累--裂缝扩张、延伸甚至贯通—破裂由表及里--混凝土强度降低3.混凝土抵抗冻融破损的能力称为抗冻性。砼的抗冻标号：用28天龄期的标准试件进行慢冻法，在每次冻融循环后测定其重量和抗压强度。同时达到重量损失5%和强度损失25%的最大冻融循环次数。如D25,D100。

4.抗冻性主要取决于内部孔结构和孔隙率，含水饱和程度，受冻龄期等。提高抗冻性方法:

降低水灰比，掺加优质粉煤灰和硅粉，合理配比材料，改进施工操作和加强养护，提高砼密实性，减少孔隙率。还有：a最简单有效法：拌合砼时掺加引气剂，在其内部形成大量分布均匀、但互不连通的封闭形微气孔，如图20-2，可吸收毛细水结冰时膨胀作用，减轻对内部结构的破坏程度。b冬季施工，添加防冻剂、早强剂，或升温养护，防止早期受冻，促进凝固硬化过程。2.3碱-骨料反应：定义：混凝土骨料中的某些活性矿物与混凝土孔隙中的碱性溶液（KOH、NaOH）之间发生反应，体积膨胀，在混凝土中产生膨胀应力，导致混凝土开裂和强度降低。碱-骨料反应的必要条件：砼中含碱，骨料有活性和孔隙有水，且各自达一定指标混凝土中总含碱量主要取决于水泥品种所决定的Na2O当量和水泥用量（kg/m3）。碱-骨料反应的可能和严重性——宏观地用单位体积的含碱量（kg/m3）表示。防止和减轻混凝土的碱-骨料反应最有效措施：控制（减少水泥中的含碱量）2.4碳化1.中性化：结构周界的环境介质中所含酸性物质（CO2SO2、HCL等）与砼表面接触，通过各种孔隙渗透至内部，与水泥石的碱性物质发生化学反应，称为混凝土中性化。最普遍发生的形式：空气中砼的碳化有利：碳化后部分凝胶孔和毛细孔被碳化物堵塞，密实性和抗压强度提高不利：碳化降低碱度，一旦碳化层深及钢筋表面，钝化膜被破坏而生锈。碳化的砼加剧了收缩变形，导致裂缝出现、粘结力下降，甚至保护层剥落混凝土表面至碳化层的最大厚度称为碳化深度D（mm）碳化深度快速试验方法：用高浓度CO2测定砼的碳化深度C—CO2浓度（%）t—碳化龄期

—碳化速度系数，反映砼抗碳化能力减轻和延缓混凝土的碳化进度，提高耐久性的措施：

2.5化学腐蚀过程：侵蚀性介质进入混凝土内部→物理或化学作用→混凝土腐蚀、胀裂和剥落、钢筋锈蚀、→结构失效。混凝土腐蚀的原因和机理由于侵蚀介质和环境条件分：①溶蚀型腐蚀②结晶膨胀型腐蚀措施：

1选址，控制侵蚀性介质2设计、材料和施工3.采用抗腐蚀性较强的水泥品种4较低的水灰比，保证水泥用量，添加活性掺和料，提高砼密实性和抗渗性5增大保护层厚度6对结构砼表面涂料或浸渍处理，防止侵蚀性水渗入和减少砼的溶蚀流失2.6钢筋锈蚀

当裂缝、腐蚀和碳化深入到钢筋所在位置，很容易招致钢筋锈蚀，钢筋直径和面积小，锈蚀后强度显著降低，使结构承载力严重折减而出现安全问题。防止和延缓钢筋锈蚀措施：A从环境方面着手B从材料的选用、制作和构造设计方面着手

上面分别介绍了砼结构耐久性劣化和失效的各种现象和主要原因，以及其机理、影响因素和改进措施。

由于各类耐久性劣化之间相互联系，多数都与砼内部的孔隙率和孔结构有密切关系，因而许多改进措施是一致和互利的。如精心施工，即搅拌均匀，运输和浇注防止离析，振捣密实，加强养护，特别是早期龄期养护，减小孔隙率。同时，有的措施具有两面性，即对某些耐久性的劣化现象有利，对另一些现象反而有害。如：水泥中的含碱量适当，可增大pH值，有利于钢筋防锈，而含碱量过高，易产生不利的碱-骨料反应。

故对于提高混凝土耐久性所采取的措施，应做全面深入的分析评估，不能顾此失彼。

20.3结构的耐久性设计和评估

3.1耐久性设计

根据环境类别和设计使用年限，针对影响耐久性的因素提出相应的对策。措施1.环境2.材料3.设计4.施工

3.2已有结构的耐久性检测和评估

已建成混凝土结构，在各种环境因素和周围介质的不利作用下，耐