钢筋混凝土维修课件

钢筋混凝土维修目视症状猜原因实验室辅助判定检测程度与范围填缝补洞面加铺选择材料看缘份妥定程序成一半析晶碱质与粒料反应钢筋腐蚀破坏症状状况评估判断原因选定修补材料和方法准备规范执行修补工作混凝土结构物修补流程钢筋混凝土劣化型态、成因与改善方法裂缝型态形成原因改善方法大而不规则或与边成特定角度或贯穿结构物结构性裂缝支撑不良超载反复荷重改变设计断面加强支撑补强限制载重劣化型态、成因与改善方法挠曲裂缝剪力裂缝裂缝型态形成原因改善方法大而有规则之间距收缩裂缝水分蒸发速率配合设计热裂缝水化放热温度上升与改变速率劣化型态、成因与改善方法收缩裂缝垂直长边平行束制方向干燥收缩混凝土在干燥的环境会持续缓慢的失水干燥，而产生干燥收缩的现象。水灰比高、水泥用量多、骨材用量少、含水量高、构件尺寸大、相对湿度低、干燥时间长→→收缩量大

裂缝型态形成原因改善方法细且稍有规则的平行版边，或与风向垂直塑性收缩配合设计表面防护提早养护劣化型态、成因与改善方法塑性收缩沉陷裂缝塑性收缩新拌混凝土的失水速率大于泌水速率时，固体颗粒间会产生负的毛细压力使体积收缩的现象。多发生在大面积的混凝土施工。

裂缝型态较细且不深的网状裂缝平行版边、平行束制方向、或垂直风向的裂缝。

预防方法

针对失水过快的原因进行防护

掌握适当的粉光时机适当的时机提前进行养护

塑性收缩裂缝型态形成原因改善方法细且有规则之地图状裂缝，可能裂缝不深过度泌水泌水停止再抹光避免过度抹光塑性收缩配合设计表面防护提早养护劣化型态、成因与改善方法过度泌水网状塑性收缩裂缝型态形成原因改善方法粗且有规则之地图状裂缝，有胶体流出碱质与粒料反应使用低碱水泥避免用活性骨材使用波蜀兰物质做好防水劣化型态、成因与改善方法碱质与粒料反应本土版海外版刚性铺面之碱质与粒料反应裂缝型态形成原因改善方法平行版边或控制缝边缘(Ｄ─裂缝)使用多孔骨材、含水量过高、受冻融影响骨材吸水率混凝土含气量骨材最大粒径劣化型态、成因与改善方法D-Cracking裂缝型态形成原因改善方法沿钢筋位置之裂缝或有锈水流出钢筋腐蚀适当的保护层以减少氧和水分渗入控制氯离子含量劣化型态、成因与改善方法裂缝型态形成原因改善方法混凝土表面剥蚀硫酸盐侵蚀配合设计水泥种类使用矿物掺料劣化型态、成因与改善方法实验室调查岩相分析化学分析物理分析非破坏性检验反弹锤法贯入探针法断裂试验法拉拔试验法直接拔出试验法共振频率法应力波法

超音波波速检测法敲击回音法

短波雷达法红外线温度感测法射线法磁电法保护层量测仪 混凝土电阻系数量测 半电池电位量腐蚀速率测量非破坏性检验选择维修材料与黏结维修材料–混凝土底材缘份、默契、同步变化兼容性维修材料与混凝土底材的兼容性干燥收缩热膨胀潜变弹性模数断面形状维修材料与混凝土底材之兼容性尺寸变形相容化学性质兼容电化学特性兼容渗透性相容弹性模数(E)ＥＲＥＣER＜ECER＞EC弹性模数高→→变形低承重构件：维修材料≒混凝土底材非结构性维修：选用较低弹性模数维修材料，有助于减低张应力，可降低修补材料开裂与脱层现象发生的机率。

弹性模数(E)混凝土底材(TC)维修材料(TR)热膨胀系数(T)TR＜TCTR＞TC维修材料收缩→开裂，膨胀→屈曲或剥落聚合物→6~14倍混凝土底材聚合物+粒料→1.5~5倍混凝土底材热膨胀系数(T)变形宜同步仅适用于温度变化不大处SCSR干缩行为(S)SC≒0，SR＞0混凝土底材不收缩控制维修材料的干缩行为：(1)降低水胶（灰）比；(2)增加粗粒料粒径及用量；(3)添加减缩剂（无收缩剂）；(4)采用降低收缩的施工程序，如干填混凝土和预置粒料混凝土；(5)适当的养护方法。干缩行为CC≒0，CR＝0潜变(C)CＲCＣ结构性维修：维修材料的潜变宜与混凝土底材相近。非结构性维修：维修材料的潜变高较有利，因张力潜变可产生应力松弛减少发生裂缝的机会。潜变

混凝土内水分往表面移动，若维修材料不透气，水分或水气封闭在维修面，易使秥着失效。在大多数的修补，低吸水性与高水气传递特性之材料是需要的。渗透性透气不透水高碱保护钢筋。化学性质抗剪结合抗拉结合抗剪结合机理互锁作用抗拉结合机理互锁作用及化学结合力维修材料结合机理

确实清洁维修面，避免粉尘附着。

形成粗糙的维修面，增加互锁效果。

在维修面形成开放的孔隙结构。

足够的浆体，吸附及进入孔隙系统。施加足够的压力，以密切结合。增加维修材料结合性版块部份深维修版块部份深维修版块部份深维修CO2＋Ca(OH)2→CaCO3＋H2O析晶现象水蒸发溶解氢氧化钙碳酸钙混凝土析晶现象改善对策降低混凝土渗透性，减少裂缝防止水分渗入或渗出稀盐酸与清水清洗CaCO3+HCl→CaCl2+CO2碱质与粒料反应(Alkali-AggregateReaction)简介及其检测与维修粒料中含有碱反应活性的硅质成分，在混凝中受氢氧根离子侵蚀后，结合钠、钾碱金属离子，形成碱硅胶体，在吸水膨胀后使混凝土生成地图状的裂缝。QuebecCity,QC,Canada症状：无筋或少筋混凝土：地图状裂缝承重构件：平行主应力(主钢筋)的裂缝AAR大陆版平行主应力方向之裂缝AAR内部症状碱质与粒料反应之机理与过程活性粒料之结晶构造示意图非活性粒料活性粒料碱质与粒料反应的影响因素

AAR所需持续进行有三个要素：混凝土内部存在反应活性粒料孔隙溶液中有足够之氢氧化碱浓度足够的湿度混凝土碱质与粒料反应的预防方法发生碱质与粒料反应的条件活性粒料(最重要)高碱水泥水分检测方法相关规范搜集现地使用经验无粒料岩相分析ASTMC295或CNS13617粒料化学法活性检测ASTMC289或CNS13618水泥砂浆棒膨胀试验ASTMC227或CNS13619加速水泥砂浆棒膨胀试验ASTMC1260或CSAA23.2-25A混凝土角柱试验ASTMC1293或CSAA23.2-14A卜作岚材料试验ASTMC311、C441及C618水泥含碱量试验ASTMC114或CNS1078检测活性粒料、高碱水泥控制混凝土中的含碱量水泥含碱当量Na2Oeq%＝Na2O%＋0.658K2O%

Na2O和K2O依ASTMC114检测ASTMC150规定含碱当量＜0.6%

英国BS5328混凝土含碱量限制建议粒料种类或组合混凝土总含碱量(Na2Oeq㎏/m3)低碱水泥(Na2Oeq≦0.60﹪)中碱水泥(Na2Oeq≦0.75﹪)高碱水泥(Na2Oeq＞0.75﹪)低反应活性粒料无限制无限制≦5.0中反应活性粒料无限制≦3.5≦3.0高反应活性粒料≦2.5使用卜作岚材料依据规范：

ASTMC311

ASTMC441

ASTMC618膨胀量（﹪）时间（天）水淬炉石粉抑制成效情形使用化学掺料锂化合物锂／钠莫耳比＞0.6添加不足会恶化建议锂化合物添加量，锂/钠莫耳比＞1锂化合物亦可与飞灰共同使用维修策略发生碱质与粒料反应的条件高碱水泥活性粒料水分防止水分侵入

改变反应胶体产物性质

束制或补强

置换

维修策略加速移除混凝土试体内所含之游离态Na+（K+）离子Li+离子送入试体，以改变混凝土性质去除AAR要因抑制AAR改变反应胶体产物性质： 喷洒、灌注、浸泡锂化合物电化学技术＋－定电流PowersupplyOH－K+Na+Ca+2SO4－２Li+OH－Ca+2OH－加速锂离子传输技术(AcceleratedLithiumMigrationTechnique,ALMT)阳阴阳极槽溶液(1N

LiOH)阴极槽溶液(饱和Ca(OH)2)Li＋Li＋Li＋降低含碱量提高Li/Na莫耳比抑制ASR之原理原理：Na＋K＋Ca2＋Li＋Li＋Na＋Li＋Na＋Na＋K＋Ca2＋加速锂离子传输技术(AcceleratedLithiumMigrationTechnique,ALMT)0306090120150030060090012001500时间(hours)阴极槽浓度(×10-3mole/L)非稳态阶段过渡阶段稳态阶段Li+Na+K

+阴极槽阳离子浓度变化移出完成阶段稳定移出阶段通电及未通电试体加速养护之膨胀增量项

目膨胀增加量（％）养护龄期

(天)2890180通电试体-0.252-0.141-0.074未通电试体0.2890.2380.25SpecimensCuredat38℃and100%RHfor1YearUntreatedSampleRLMTTreatedSampleCracks2006FHWA联邦公路局85

文献回顾(实务上的应用)FHWA联邦公路局86

文献回顾(实务上的应用)通电8周，Li＋渗透深度32mm，浓度达203ppm，理论上足以减少ASR之膨胀。87钛网纤维布锂溶液循环利用塑料膜钢筋腐蚀钢筋腐蚀易生腐蚀的部位产生裂缝的张力区水气易聚集或积水的部位其他原因产生裂缝或保护层厚度不足的区域钢筋腐蚀在混凝土内之高碱性环境(pH＝12～13)，钢筋表面会生成钝态之氧化铁保护膜，不会腐蚀碱性来源：氢氧化钙、钠、钾γ-Fe2O3:钝态、紧紧包裹在钢筋表面FeFeOFe3O4Fe2O3Fe(OH)2Fe(OH)3Fe(OH)3‧3H2O01234567体积，（cm3）不同氧化程度铁锈的体积变化在碱性环境下，钢筋表面生成钝态的氧化铁保护膜，钢筋受到保护不会腐蚀。钢筋的腐蚀过程-1当混凝土碱度降低或有氯离子存在时，钝态氧化铁保护膜会被破坏，钢筋开始腐蚀。钢筋的腐蚀过程-2自钢筋放出铁离子，同时产生电子在钢筋内部游动，形成阳极反应：钢筋的腐蚀过程-3Fe→Fe++＋2e-Fe++e-在有水和氧同时存在的部位，加上经钢筋传导过来的电子，反应生成氢氧根离子，形成阴极反应：Fe++e-O2H2OOH-H2O＋1/2O2＋2e-→2OH-钢筋的腐蚀过程-4Fe++向阴极移动，OH-往阳极移动，二者在钢筋表面结合生成氢氧化铁，再继续氧化形成铁锈。Fe++e-Fe(OH)2OH-O2H2OFe＋H2O＋O2→Fe(OH)2钢筋的腐蚀过程-5提供碱性环境使钢筋表面产生钝态保护膜低渗透性，阻隔氧或水

混凝土对钢筋保护的有利因素

混凝土易产生裂缝氯离子(内在或外来)[Cl-]/[OH-]＞0.6会腐蚀混凝土劣化(耐久性问题)

混凝土中性化混凝土对钢筋防蚀不利的因素钢筋腐蚀的条件混凝土产生裂缝、保护层不足，导致钢筋表面之混凝土中性化，破坏γ-Fe2O3保护膜。→形成阳极水和氧同时存在→形成阴极氯离子腐蚀钢筋[FeCl]+

氯化铁错合物Cl-OH-Fe(OH)2＋Cl-O2、H2OFe2O3．nH2O铁锈氯离子重复侵蚀钢筋Fe铁2e-传导至阴极Fe++

铁离子＋氯离子侵蚀钢筋的机理和过程氯离子浓度与pH值对混凝土中钢筋腐蚀的影响[Cl-]/[OH-]＞0.6

即使混凝土的pH值大于11.5，钝态的氧化铁保护膜会受到破坏，使钢筋易于腐蚀。

防止钢筋腐蚀之对策控制氯离子含量

(细粒料、拌合水、新拌混凝土)适当的混凝土配合设计

(材料、水灰比等)CNS1240细粒料中水溶性氯离子含量限制细粒料使用对象最大值(质量%)*(1)预力混凝土(2)其它混凝土0.0120.024新拌混凝土中之水溶性氯离子含量限制构件型式水溶性氯离子含量最大值(kg/m3)(1)预力混凝土(2)钢筋混凝土0.150.3CNS12891对不同暴露环境条件混凝土最高水灰比之规定暴露条件常重混凝土最大水灰比轻质骨材混凝土最低设计强度(kg/cm2