混凝土结构的耐久性

混凝土结构的耐久性辅导资料内容简介1.概述2.混凝土的碳化3.混凝土中钢筋的锈蚀4.碱-骨料反应5.混凝土的冻融破坏6.化学侵蚀7.混凝土的表面磨损1概述随着钢筋混凝土结构服役时间的增加，其结构中会出现各种各样的病害。如果混凝土结构的施工质量不佳或者结构物设计有缺陷等，都会加速这些病害的进一步发展。混凝土结构的耐久性是指混凝土在设计寿命周期内，在正常维护下能够使用，而不需要进行维修加固，即指混凝土在抵抗周围环境各种因素的作用下，仍能保持原有性能的能力。破坏的钢筋混凝土结构1概述1991年召开的第二届混凝土耐久性国际学术会议上，梅塔教授指出：“当今世界混凝土破坏原因按重要性递减顺序排列是：钢筋锈蚀、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境下的物理化学作用。”其中，侵蚀环境下的物理化学作用包括淡水及酸性水侵蚀、混凝土的碳化等。混凝土结构材料劣化形式分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概述从混凝土结构材料的劣化上来看，混凝土结构耐久性破坏作用有：混凝土的碳化混凝土中钢筋的锈蚀碱-骨料反应混凝土冻融破坏化学侵蚀混凝土的表面磨损影响结构耐久性能的主要因素内部因素外部因素其他因素混凝土的强度、密实度、水泥用量、水灰比、氯离子及碱含量、外加剂用量、保护层厚度等环境条件，主要包括温度、湿度、CO2含量、侵蚀剂介质等设计构造上的缺陷、施工质量差、使用中维修不当等2混凝土的碳化混凝土的中性化过程空气、土壤、地下水等环境中的酸性气体或液体侵入混凝土中，与水泥石中的碱性物质发生反应，使混凝土中pH值下降的过程。混凝土的碳化大气环境中的CO2引起的中性化过程。2混凝土的碳化混凝土的碳化反应结果有两个方面：一方面，反应生成碳酸钙和其他固态物质会堵塞在混凝土孔隙中，使混凝土的孔隙率下降，大孔减少，从而减弱了后续CO2的扩散，使混凝土密实度提高；另一方面，孔隙中的Ca（OH）2浓度及pH值降低，导致钢筋脱钝而锈蚀。2.1混凝土碳化的影响因素材料因素水灰比，水泥品种和用量，骨料种类和粒径，外掺加剂，养护方法和龄期，混凝土强度。环境条件因素相对湿度，CO2浓度，温度施工质量2.2混凝土碳化深度检测方法X射线法用专门的仪器，不仅能测试完全碳化深度，还能测试部分碳化深度，但这种方法适用于实验室的精确测量。化学试剂法现场检测时，通常在混凝土表面钻洞，喷上化学试剂，根据反应的颜色测量碳化深度。常用1%浓度的酚酞酒精溶液，它以pH=9为界限，已碳化区呈无色，未碳化区呈粉红色，最终测试完全碳化的深度。另有一种彩虹指示剂，可以根据反应的颜色判别不同的pH值，因此可以测试完全碳化深度和部分碳化深度。3混凝土中钢筋的锈蚀混凝土中水泥水化后，在钢筋表面形成一层致密的钝化膜，因此在正常情况下钢筋不会锈蚀；但钝化膜一旦破坏，在有足够水和氧气条件下会产生电化学腐蚀。混凝土中钢筋一旦发生锈蚀，在钢筋表面生成一层疏松的锈蚀产物，同时向周围混凝土孔隙中扩散。钢筋锈蚀，一方面会使钢筋有效截面减小，另一方面，锈蚀产物体积膨胀使混凝土保护层胀裂甚至脱落，钢筋和混凝土之间的粘结作用下降，破坏他们共同作用的基础，从而严重影响混凝土结构物的安全性和正常使用性能。3.1钢筋锈蚀机理钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的最关键问题。混凝土中的钢筋锈蚀实质为电化学腐蚀。3.2影响混凝土结构钢筋锈蚀的因素pH值温度Cl-浓度混凝土的电阻抗孔隙水饱和度和相对湿度水灰比养护龄期保护层厚度水泥品种与掺和料当混凝土未碳化时，由于水泥的高碱性，钢筋表面形成一层致密的氧化膜，阻止了钢筋锈蚀电化学过程。当混凝土被碳化，钢筋表面的氧化膜被破坏，在有水份和氧气的条件下，就会发生锈蚀的电化学反应。钢筋锈蚀产生的铁锈，体积比铁增加2~4倍，保护层被挤裂，使空气中的水份更易进入，促使锈蚀加快发展。氧气和水份是钢筋锈蚀必要条件，混凝土的碳化仅是为钢筋锈蚀提供了可能。当构件使用环境很干燥（湿度<40%），或完全处于水中，钢筋的锈蚀极慢，几乎不发生锈蚀。而裂缝的发生为氧气和水份的浸入创造了条件，同时也使混凝土的碳化形成立体发展。3.3钢筋锈蚀的非破损检测方法物理法主要是通过测定钢筋锈蚀引起电阻、电磁、热传导、声波传播等物理特性的变化来反映钢筋锈蚀情况。有电阻棒法、涡流探测法、射线法、声发射探测法及红外热像法等。电化学法主要是通过测定钢筋混凝土腐蚀体系的电化学特性来确定混凝土中钢筋锈蚀程度或速度。与物理法比较，电化学法有测试速度快、灵敏度高、可连续跟踪和原位测量等优点。常用的方法有自然电位法、交流阻抗谱法和极化测量技术等。4碱-骨料反应混凝土中的碱与具有碱活性的骨料间发生的膨胀性反应。这种反应引起明显的混凝土体积膨胀和开裂，改变混凝土的微结构，使混凝土的抗压强度、抗折强度、弹性模量等力学性能明显下降，严重影响结构的安全使用性，而其反应一旦发生很难阻止，更不易修补和挽救，被称为混凝土的“癌症”。4.1碱-骨料反应机理碱-硅酸反应骨料中的活性二氧化硅与碱发生的膨胀反应。可分为骨料表面的活性二氧化硅在碱溶液中的溶解、化学反应生成硅酸盐凝胶、反应生成物的体积膨胀、进一步反应形成液态溶胶等几个阶段。碱-碳酸盐反应黏土质白云石质石灰石与水泥中的碱发生的反应。碱-硅酸盐反应碱与某些层状硅酸盐骨料反应，使层状硅酸盐层间距离增大，骨料发生膨胀，造成混凝土膨胀、开裂。4.2碱-骨料反应的发生条件碱-骨料反应发生所必备的三个条件：混凝土中含有过量的碱骨料中含有碱活性矿物混凝土处在潮湿环境中5混凝三土的三冻融三破坏混凝三土发三生冻三融破三坏的三条件混凝三土处三于饱三水状三态混凝三土受三冻融三交替三作用冻融三循环三产生三的破三坏作三用冻胀三开裂表面三剥蚀5.三1冻融三循环三破坏三机理19三45年，Po三we三rs提出三了混三凝土三冻融三破坏三的静三水压三假说三，此三后又三与He三lm三ut三h一起三提出三了渗三透压三假说三。这三两个三假说三合在三一起三，较三为成三功地三解释三了混三凝土三冻融三破坏三的机三理，三奠定三了混三凝土三抗冻三性研三究的三理论三基础三。5.三2影响三混凝三土抗三冻性三的因三素平均三气泡三间距水灰三比外加三剂强度骨料水泥三品种三和用三量混合三材冻结三温度三和降三温速三度5.三3混凝三土的三盐冻三破坏为防三止高三速公三路和三城市三道路三上冰三雪致三滑造三成交三通事三故，三经常三采用三在路三面撒三除冰三盐（Na三Cl或Ca三Cl2）的三办法三，因三为盐三能降三低水三的冰三点，三达到三自动三融化三雪的三目的三，但三除冰三盐的三使用三将引三起路三面混三凝土三剥蚀三和钢三筋锈三蚀。影响三混凝三土抗三盐冻三耐久三性的三因素含气三量，三水灰三比，三水泥三品种三与混三合材三，盐三的种三类6化学三侵蚀在一三些侵三蚀性三介质三（包三括酸三、碱三、硫三酸盐三、压三力流三动水三等）三中的三混凝三土，三可能三遭受三化学三侵蚀三而破三坏。化学三侵蚀三分为三三类三：溶出三性侵三蚀溶解三性侵三蚀膨胀三性侵三蚀6.三1溶出三性侵三蚀密实三性较三差、三渗透三性较三大的三混凝三土，三在一三定压三力的三流动三水中三，水三化产三物Ca（OH）2会不三断溶三出并三流失三。Ca（OH）2的溶三出使三水化三硅酸三钙和三水化三铝酸三钙失三去稳三定性三而水三解、三溶出三，这三些水三化产三物的三溶出三使混三凝土三的强三度不三断降三低。混凝三土溶三出性三侵蚀三速度三主要三取决三于混三凝土三的渗三透性三、Ca（OH）2含量三，水三泥熟三料的三矿物三组成三和掺三合料三的成三分等三。6.三2溶解三性侵三蚀酸侵三蚀实践三表明三，环三境水三的pH值小三于6.三5时就三会对三混凝三土造三成酸三侵蚀三。这三样的三酸性三水在三一般三自然三环境三中式三不多三见的三。碱侵三蚀碱的三浓度三不大三（15三%以下三），三温度三不高三（低三于50三℃）时三，碱三对混三凝土三的侵三蚀作三用很三小，三但高三浓度三的碱三溶液三或熔三融状三碱会三对混三凝土三产生三侵蚀三作用三。6.三3膨胀三性侵三蚀硫酸三盐与三混凝三土水三化产三物发三生化三学反三应，三对混三凝土三产生三膨胀三破坏三作用三，是三典型三的膨三胀性三侵蚀三。硫酸三盐侵三蚀是三混凝三土化三学侵三蚀中三最广三泛和三最普三通的三形式三。硫酸三钠、三硫酸三钾、三硫酸三钙、三硫酸三镁等三硫酸三盐均三会对三混凝三土产三生侵三蚀作三用，三通常三是硫三酸钠三、硫三酸钠三和硫三酸镁三的侵三蚀。土壤三的地三下水三是一三种硫三酸盐三溶液三，土三壤的三硫酸三盐浓三度超三过一三定限三值时三就会三对混三凝土三产生三侵蚀三作用三。在污三水处三理厂三、化三纤工三业、三制盐三、制三皂业三等厂三房附三近的三地下三水中三，硫三酸盐三浓度三较高三，经三常发三现混三凝土三结构三物的三硫酸三盐侵三蚀破三坏现三象。硫酸三盐也三是海三水的三主要三成分三。7混凝三土的三表面三