混凝土耐久性设计的理念和方法

混凝土耐久性设计的理念和方法

1.什么叫高性能混凝土？

高性能混凝土不是混凝土的一个品种高性能混凝土是个学术性名词据现在的理解，高性能混凝土必须具备的性能：（1）针对具体环境下的高耐久性（2）不易开裂性（特别是早期抗裂性）（3）适当的较高强度（4）良好的工作性因为（3）（4）两个要求，目前混凝土技术都能达到。因此所谓高性能主要是耐久性和抗裂性。2.混凝土的早期抗裂性

2.1问题的提出过去只有大体积混凝土，由于内外温差引起的裂缝受到重视。现在早期裂纹是常见病多发病。背景：现代水泥比表面大3300cm2/g，早期强度高；混凝土施工的传统要求早强、早脱模；现代混凝土工艺（高级水泥、高效减水剂、高坍落度）但又不重视早期养护。2.2早期裂纹的原因在完全约束条件下：εE>Rp时，混凝土开裂ε——混凝土变形（收缩、温度变形等）E——弹性模量Rp——抵抗力是抗拉强度或者当ε>Rp/E=ε极限时，混凝土开裂混凝土收缩值ε大致在0.5×10-3，极限拉伸ε极限大致在0.1~0.2×10-3所以，完全约束下，混凝土都开裂在实际构件，最大拉应力决定于温度、湿度分布，ε，E，Rp，ε极限——与养护条件和水化热有关过去的水泥和混凝土：早期收缩值小，收缩值测试原点是3天，现在的混凝土，早期收缩（干缩+自收缩很大）可达0.05×10-3因此必须研究混凝土最早期性能

图1最早期弹性模量随时间的变化图2最早期极限拉应变随时间的变化从图1和图2可见：从成型后4小时至8~10小时，E升至104Mpa，而此时的Rp却还很小，ε极限降至最低值0.05×10-3这是现代混凝土早期开裂最危险的时间越是早强混凝土，越早失去塑粘性，弹性模量增长越快，越易开裂。2.3防止早期开裂最主要两点：（1）降低早期强度R12h<6MPa或R24h<12MPa这是材料本身的因素，混凝土配合比设计问题（2）注意最早期的养护及表面保温减小温、湿度分布梯度，减小拉应力3.混凝土耐久性问题

3.1发达国家从20世纪70年代开始很重视耐久性问题背景：二战后开始大规模建设，70年代出现大量混凝土劣化和结构破坏事例。。比较全面的工程结构破坏的调查和分析。70年代开始重视混凝土耐久性的科研。修订结构、施工规范，对耐久性作了明确严格的规定3.2我国对混凝土结构耐久性的认识经历了几个阶段。20世纪80年代末以前政府部门、工程界、技术界对耐久性普遍不够重视个别学者、高等院校、科研院所坚守自己阵地，进行单个破坏因素的耐久性研究，做基础工作。20世纪90年代专家呼吁，学术界、工程界开始重视耐久性问题背景：大量结构过早破坏事例。20世纪末和21世纪以来开始实行混凝土耐久性设计三峡工程青藏铁路工程2004年《混凝土结构耐久性设计指南》颁布我国比发达国家落后15~20年后果：许多重大工程存在隐患，今后我国将出现混凝土结构修补、加固、拆了重建的高潮。几点经验教训：（1）混凝土随时间劣化是混凝土结构过早破坏的主要原因（2）绝大部分破坏事故是“人为错误”——知识结构的错位，应该可以避免的。结构与材料的分隔（3）从材料研究领域，各专家钻研某单项破坏的研究，分工过细，钻研很深，但缺乏综合考虑，顾此失彼。近几年来，材料人员结合重大工程的材料设计和研究，效果好，大有用武之地。3.3按机构物服务年限设计混凝土国务院颁布的《建设工程管理条例》中规定设计文件上要注明工程的使用年限，按结构物的重要程度，如30、50、100年等。这是对混凝土耐久性设计的一个重大挑战。。过去按强度要求设计混凝土，现在除强度外，还要按耐久性设计混凝土是一个重大改变，不单单是配比设计，涉及质量控制、监理。要做一系列的有关耐久性能的现场测试。。结构工程师提出一个问题：结构设计基于力学计算，因此是可靠的。混凝土耐久性设计可靠吗？。结构设计构件设计基础是力学计算，可靠安全度或安全系数，模糊概念，经验也重要整体设计主要靠经验、设计人员素质。材料耐久性设计单项破坏因素研究较深入，指标和防止措施也较明确，因此较可靠综合设计：分析环境，分析可能的破坏主要因素和次要因素确定耐久性指标，采取综合措施（包括防裂措施）已有发达国家经验，他们比较成熟的耐久性设计标准和规范，我们可以借用我国已颁布与国际接轨的《混凝土耐久性设计指南》，该指南吸取了我国研究成果和经验教训。4.混凝土耐久性设计的方法

4.1设计的任务、要求和步骤投资方提出服务年限的要求设计方对工程的服务年限负责设计方委托材料试验研究做混凝土耐久性设计材料研究方对设计方负责任务：（1）对不同构件、不同的工作环境（大环境、小环境）设计相应的最佳混凝土配比，以满足服务年限的要求。（2）提出相应的混凝土耐久性指标，作为质量检查和判断的依据。（3）提出对原材料的要求和施工的特殊要求。

步骤：（1）查明结构物及其各构件的详细环境资料（气象资料、地下水和土壤化学分析等等）（2）分析可能导致混凝土破坏的主要因素和次要因素（很重要）（3）

提出各种混凝土配比的耐久性指标要求。（4）

确立主要技术措施（包括防裂措施）如强度标号（可能高于结构设计的要求）、工作性、耐久性能指标如水泥品种、砂石质量要求、矿物掺合料及其质量要求、外加剂、含气量等（5）试验方案设计、工作量很大的试验研究工作以及试验结果的汇总及分析（6）

最后得到最优化的指导性配比（7）根据指导性配比、施工方对配合比的复核和微调，必要时对某些耐久性指标复核4.2睬环境版对混修凝土妥破坏驶原因匀的分葱类炎热厦干燥抱气候点收缩极引起赢开裂水泥摧水化挪不充饰分，乐混凝洋土强拨度降捷低干湿余循环辞各种更破坏猾因素滑的促至进作摸用孔溶翼液中断某些胁化合论物结碧晶产营生的陵结晶拨压物理笼作用巨水的摧渗透哪渗水喜影响旅结构真物的环使用柴功能冻融忘交替兔引起江从混物凝土宇表面酒剥落遣开始尽的破朗坏盐的仍结晶票结晶盲压导脉致开元裂盐冻恨盐和稀冻融柳的综炎合作捆用，霞产生刊裂纹脾和剥扁落后盆加速Cl-离子闻的渗靠透硫酸牵盐侵树蚀柜膨搏胀、翠开裂轿、强娘度下例降化学笋介质呀侵蚀布置艳换反饮应籍酸子性介句质破玻坏软水且、溶智蚀化学丽作用穴碱丈——剧集料咏反应混凝焦土本选身的熔原因汽胶趣凝材涛料中算Ca帆O和谦Mg闻O的枯水化洲生宁成水化就物中君过量集的钙引矾石夫膨绍胀性德水化的物大气以中C慨O2引起迅的钢筋铃锈蚀六海水孔、除胆冰盐宣和混挂凝土惨内部他由海租砂、稼外加逐剂带倘入的C报l-离子债引起译的注：菊钢筋筑锈蚀伴本身和是电抚化学棚作用篮，但驼从混祖凝土松保护锣层的牲护筋痕性讨词论主略要是码物理服作用条，碳茎化也挖有化宰学作阶用。4.幕3单在项破便坏因肢素的鸽防止武措施破坏因素主要措施补充措施

钢筋锈蚀碳化提高砼强度（C40~50以上可不考虑）减少粉煤灰掺量保证保护层厚度适当加大水泥用量Cl-离子加大保护层厚度适当引气降低Cl-离子渗透系数（掺加粉煤灰、矿粉适当提高混凝土强度）冻融交替掺合优质引气剂，保证混凝土的含气量

盐冻掺合优质引气剂配筋构件还须补充防Cl-离子钢筋锈蚀措施含气量高于普通冻融交替碱——集料反应选用非活性或低活性集料掺加粉煤灰、矿粉限制混凝土中碱含量硫酸盐侵蚀选用低C3A水泥适当提高强度引气掺加粉煤灰、矿粉渗水提高强度掺加粉煤灰、矿粉引气盐结晶掺加引气剂，保证含气量

4.统4设腊计和庸配制座耐久和防裂榜混凝谱土的乐一般伐通用捧途径耐久是混凝类土应丛该是扑抗裂奋性好供的混拣凝土赵，耐净久混哈凝土哀应该锤考虑模防止讽裂缝耳措施市。而互耐久道和防永裂措病施许礼多是环一致竭的。（1优）选辱用水怪泥低早梯强（敢防裂党要求开R24植h<1耗0~糟12皱Mp耻a）污、低阵水化唤热、财低C3A含赢量、革低含树碱量（2赚）坚浊固耐即久的鼓集料叮，用合锤式鸭破碎斗机破仪碎的咱碎石柱（级做配和轧粒形诵较好良），规冲洗茅干净品。（3铅）尽匀可能姐减少孕胶凝饰材料裂总量觉，为蹈此尽击可能饶降低有单方锁拌和朽水量梦。为够此，渠选择健合适瓦的坍罩落度赤（纠姜正现项在不弟管场香合追姥求2滴0~催22厘cm继高坍牌落度婚）（4弹）掺炊加粉砖煤灰矩、矿挨粉或声两者川复掺（5亮）掺兼加优疾质引遵起剂5.矿物慎掺合斗料粉煤肾灰、旺矿粉坏、硅测灰、环沸石耻粉等仆。现在棚主要窗用粉毅煤灰蹈、矿怒粉。痕硅灰电对耐瓦久性博是很菜好的犹掺合尸料，格很容屋易裂杜纹，础所以胃要慎传用。这里球主要葡讲粉碰煤灰闻和矿年粉。掺粉扶煤灰醋、矿必粉对债多种场破坏宣因素吨的耐稠久性谈是必坝不可牙少或必有利率的5.姥1粉捏煤灰掺粉男煤灰难技术迁是现螺在已坑普遍霜推广对耐火久性淋的好吗处：（1赖）提硬高抗偷Cl-离子过渗透朱（必督需）（2召）提胖高抗购碱—棵—集烧料反季应（3所）提文高抗赢硫酸勤盐侵籍蚀（宇必需千）（4蹄）提高减抗渗栋性（5珠）防止愈早期筑裂纹鸽（必蔬需）对拌静合物嫌工作邮性的椒好处别：工作相性好何，尤简其可压泵性乒好，夹滚珠分效应京沪兵沿线这建立骨粉煤神灰加围工厂笋：通灰西风选Ⅰ级灰由或准Ⅰ级灰球磨Ⅱ级灰粉煤斯灰的艇缺点捕：（1斑）强稻度发弯展慢赔（用驴超量挡取代伐设计讽，2乒8天颗等强核度）（2切）碳顶化速景度有吸所增译加，撕后期扇碳化陡稳定（3紧）质拴量不槐太稳碰定5.砌2矿味粉是最弱近几广年（苍20销00爽年以盾来）喝新兴排建材龟行业目前纷有宝覆钢（替2条肆）、肃首钢瓣、唐针钢、罩鞍钢柳、芜兆湖等娃7条遗自动种化生箩产线拿已投设产，跪每条岭生产伙线年纤产6宋0万准吨。常预期杜最近认几年淡内全饮国能遮达到联年产孔60胁0万虹吨的依生产僻能力选。优点舱：（1炒）比懂粉煤就灰强系度增而长快侮，有脂自硬允性（却C2S）视，能碎等量款取代伞水泥（2龙）耐凝久性厘的好巴处与伏粉煤编灰相荣同缺点痕：（1南）收道缩较芝普通颠混凝伯土稍也大。环随矿烧粉比厨表面灵积增您大，丝式收缩趁值增备大，塌因此邀矿粉苦比表星面不幼宜超瞒过4棒50筐0c谁m2/g自。虽育然收扰缩大泉，但仗早期突抗裂赞性却首不低昂于普无通混略凝土请。（2消）拌坡合料贪在同宗坍落锡度条别件下牧，粘坏度大凳，工润作性鞭、可省泵性颜不如绍粉煤厚灰。应用类趋势绣：矿贫粉、剂粉煤露灰两假者复奴掺，伤比例躺大致咱1：芒1，乐取长抖补短咽，强糖度发优展适旺中，牌解决副了单棕掺矿胖粉的绕工作提性问见题。6.引气阁混凝默土以前疼的认极识，就引气迫是大耍幅度意提高级抗冻寇性和蜜抗盐滚冻的象唯一唉最好拴方法惧。实际喂上，孔引气甲混凝摄土是胞提高略多种甜耐久尺性的楚最有蜡效措戚施。。大否幅度注提高控抗冻洋、抗狼盐冻屑性（进必不这可少呀）。提骄高所存有因籍膨胀均破坏厘的耐奖久性。结隔晶压循破坏泼（必菊需）。碱浑——患集料化反应。抗健硫酸饺盐侵圈蚀（纸必需索）机理励：大些量小盗气泡羡成为歪膨胀河的缓胜冲器蒸，减触小膨炕胀值。提生高抗室Cl-渗透组及抗更水渗止透性原因单切断沿毛细腰管通辨道除耐败久性格外。提罩高工傅作性翁、可删泵性小气耽泡的老滚珠与效应。有培减水件效应鼓（减局水率湾6%故以上牧）。提谦高拉敬压比晃，即既增加系韧性缺点叹：。随袖着含狭气量份的增按大，勺强度音降低优质本引气茄剂每挎增大吴1%序含气宁量，茧强度救降低南3%流，劣音质引霉气剂窝，（缺气泡遮半径肌大）唤，强笼降更炊大。在配界合比俘设计委中，浇