混凝土耐久性

混凝土耐久性主要内容耐久性概念研究的必要性耐久性现状研究内容提高耐久性的措施耐久性-经久耐用结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下，在设计要求的目标使用期内，不需要花费大量资金加固处理，保持其安全、使用功能和外观要求的能力世界性课题，土木工程领域的关注重点研究的必要性土建基础设施工程主要用混凝土建造基本建设三个阶段：第一阶段大规模新建阶段第二阶段大规模新建与维修改造并重第三阶段维修改造阶段发达国家进入第三阶段统计表明，目前我国处于第二阶段。混凝土结构耐久性不足的问题，要比安全性不足更为严重，更迫切需要解决耐久性研究对新建结构及维修改造都极为重要国外耐久性现状美国1998年美国土木工程学会报告：美国现有29%以上的桥梁和1/3以上的道路老化，有2100个水坝不安全，估计需有1.3万亿美元改善其安全状态。到20世纪末美国共有桥梁约100万座，超过1/4有缺陷。美国每年用于基础设施修复的费用约为这些基础设施总资产的10%。

国外耐久性现状英国，据统计有1/3的桥梁需要修复；1996年英国的损失也超过了6亿英镑。加拿大，为修复其劣化损坏的全部基础设施工程估计需耗费5000亿美元。日本,每年用于房屋结构维修的费用达400亿日元。我国耐久性现状我国现在面临的耐久性问题是发达国家早在二、三十年以前曾经遇到过的宁波北仑港码头混凝土梁―建成后11年就出现大规模开裂现象。

图1宁波北仑港码头混凝土梁-建成后11年图2国内外耐久性病害的工程图片混凝土结构耐久性研究四层次环境层次大气环境海洋环境土壤环境工业环境材料层次钢筋锈蚀碱－集料反应水化产物－化学侵蚀、碳化、火灾损坏、体积稳定性孔结构－抗渗性、氯离子渗透、抗冻性混凝土结构耐久性研究四层次构件层次混凝土锈胀开裂模型粘结性能衰减模型构件承载力变化模型结构层次耐久性设计耐久性评估钢筋锈蚀钢筋在混凝土的高碱性环境中，能在表面形成氧化的钝化膜，隔绝水分、氧气与金属的接触，不会锈蚀。

通过氯离子渗透和碳化作用使钝化膜破坏，钢筋发生锈蚀。氯离子从混凝土表面扩散到钢筋表面并累积到临界浓度，钝化膜破坏。混凝土碳化发展到钢筋表面位置，钝化膜破坏。氯盐引起锈蚀远比碳化锈蚀严重。钢筋锈蚀(Cl-)Cl-通过保护层渗透到钢筋表面，破坏钝化膜，使钢筋由钝化态转为活化态.图3

钝化膜破坏示意图氯离子临界浓度

使钢筋脱钝时的浓度，与混凝土密实性（水胶比）、混凝土湿度（饱水程度）等有关。混凝土的电阻

与混凝土湿度、混凝土密实性等有关。氧气与水分的补充程度

与混凝土密实性、混凝土饱水程度有关。影响钢筋锈蚀的主要因素表1

相对湿度对钢筋锈蚀速率的影响（微米/年）相对湿度碳化引起锈蚀氯离子引起锈蚀50％0970％03680％16190％129895％5012299％233基于材料劣化模型的计算方法RILEM-130委员会报告

《混凝土结构耐久性设计》1996DuraCrete《混凝土耐久性设计指南》2000ACILife-365ComputerProgram2000日本土木学会标准示范书2002迄今只有钢筋的碳化锈蚀和氯离子锈蚀的劣化模型可勉强供工程应用参考

混凝土的碱–骨料反应自身化学腐蚀，混凝土使用了含有活性矿物成分的砂石骨料，遇水后与混凝土中的碱发生化学反应，形成某种胶凝体，体积膨胀，可使混凝土发生胀裂破坏。碱–骨料反应条件：

有潜在活性的骨料有足够的含碱量

有足够的水分混凝土的冻融破坏混凝土中的毛细孔隙水受冻后膨胀，会产生很大压力，造成混凝土损伤、开裂并剥落.反复冻融使毛细孔隙内的饱水程度不断累积，并达到“临界饱和度”，这时的混凝土就会很快冻坏.防止混凝土冻融破坏的最有效手段是加入化学引气剂.盐冻情况下，盐能促使混凝土饱水，还能使水泥浆体在受冻时产生很高的渗透压力和水压力，使混凝土面层起皮剥落或坑蚀.混凝土的化学腐蚀硫酸盐能与水泥水化产物中的氢氧化钙和水化铝酸三钙起作用，分别生成硫酸钙和钙矾石，均造成体积膨胀，使混凝土开裂破坏.硫酸盐在混凝土毛细孔隙水中的浓度不断增加并过度饱和而结晶时，还会产生非常大的压力，使混凝土破坏.

硅酸盐水泥混凝土的抗酸能力差，当接触的水呈酸性（pH值小于6.5）时就会出现问题.混凝土和钢筋的种种劣化过程，都需要有水的参与或以水作为媒介.为阻止水、氧气、二氧化碳等气体和盐、酸等有害分子或离子侵入混凝土内部，最根本的措施就是：

－增加混凝土自身的密实性和抗裂性

－增加钢筋的混凝土保护层厚度，延缓有害物质到达钢筋位置的时间结构耐久性不足的主要原因工程设计的耐久性标准过低

工程施工进度的不适当追求缺乏正常检测与维修构件强度设计的安全设置水准过低

几十年来，水泥性能、混凝土养护和环境条件的巨大改变Tab染.2我国现行胳规范（80年代颁温布）与某国外比鼻较日本规范稍规定的更羽高（最低掀相当于C35，100年寿命匠为C45）

配筋混凝土我国

美国

英国最低强度等级C15C25C30（C25）碳化锈蚀露天雨淋环境下保护层厚度板2cm梁3cm3.8cm（d<16）5.1cm（d>16）C35,3.5cm干湿交替下C40，4cm严重冻融仅水工规范要求要求引气要求引气工程施工斯进度的不狡适当追求养护不良碰使表层混超凝土的抗鼠渗性成倍植降低，使蹈钢筋开始须锈蚀的年斩限成倍缩誓少1天养护扔与7天养护难，可使殊碳化引盼起锈蚀竖年限缩浸减为原喝来的1/4抢工省茄略必要讯检验工蚊序，使贺钢筋位论置出现认偏差钢筋的掩保护层窑厚度如公在施工腥中缩减狸一半，谱出现锈锋蚀年限大将缩减采为原来览的1/4保护层墙厚度的5～10mm施工允差缓，甚至能自使钢筋锈花蚀的年限欺发生成倍汪差别结构各漠种施工屯、连接摄缝和防唤水层是制影响耐鸟久性的伯薄弱环重节，其明质量在贱快速施谣工中最秆不易保章证。图4养护条件妨对不同水赵灰比混凝扇土

空气眼渗透性的谈影响提高混凝杏土耐久性析的措施基础防杏护增大密实拘度加大保季护层厚折度使用外淹加剂使用矿物趟掺合料附加措舰施钢筋涂层虏防护耐蚀钢筋电化学保蜘护法牺牲阳堪极外加电流初保护法混凝土表生层涂层防质护钢筋表面质涂层与耐洽腐蚀钢筋环氧树或脂涂层笛钢筋最广泛谣的工程挠应用防钢筋扛锈蚀的缴有效措互施之一耐蚀钢捏筋日本-合金钢饿钢筋美国，加禁拿大与欧御洲-不锈钢钢阴筋造价相对幻玉较高近年来发主展的新兴晕材料－纤工维塑料筋偿等惰性材捕料品种：碳中纤维、芳遵纶纤维、陷玻璃纤维优良特洽性：耐腐更蚀、重纱量轻、刃强度高坡、无磁婚性表3国际上混兄凝土耐久伞性修复的开目的和方娇法目的定义方法防止介质入侵

减少或防止有害介质入侵

注入表面涂层填充裂缝湿度控制在规定的