高性能混凝土概況

1、高性能混凝土概況 自高性能混凝土概念的出現(xiàn)至今也只有 10 余年, 不同 國家不同學(xué)者依照各自的認(rèn)識實(shí)踐、應(yīng)用范圍和目的要求的 差異，對高性能混凝土的定義和解釋也不盡相同。不少人認(rèn) 為，高性能混凝土也應(yīng)該是高強(qiáng)混凝土，或者更確切的如美 國學(xué)者 Mehta 提出的，高性能混凝土應(yīng)具有高強(qiáng)度（ 60MPa 以上）、高工作度（流態(tài)、可泵） 、高體積穩(wěn)定性（硬化過程 中不開裂、收縮徐變小）和高抗?jié)B性（耐久）。 1992 年法國Malier Y. A. 認(rèn)為，高性能混凝土也提出與此相似的強(qiáng)度要 求，其特點(diǎn)在于有良好的工作性、高的強(qiáng)度和早期強(qiáng)度、工 程經(jīng)濟(jì)性高和耐久性好，并將強(qiáng)度超過100MPa 并具有良

2、好工作度和其它優(yōu)良特性的混凝土稱為高性能混凝土， 而 1990 年5月，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）和美國混凝土協(xié)會（ ACI ）主辦的討論會上，高性能混凝土被定義為具有 所要求的性質(zhì)和均勻性的混凝土，靠采用傳統(tǒng)的組分和施工 方法（一般的攪拌、澆注和養(yǎng)護(hù)方法）是不可能制備出這種 混凝土的。 HPC 所具有的性質(zhì)包括：易于澆注、密實(shí)而不離 析的工作性；高的并且能夠長期保持的力學(xué)性能；高早期強(qiáng) 度；高韌性；高體積穩(wěn)定性；在嚴(yán)酷的環(huán)境中具有長久的壽 命。三年后，加拿大學(xué)者 Aitcin 又闡述了 HPC與高強(qiáng)混凝 土的不同，指出，高強(qiáng)混凝土就是強(qiáng)度高的混凝土。這正如 Birchall 和 K

3、elly 能夠制造含聚醋酸乙烯酯的超高強(qiáng)水泥基材料制品，但這種材料的耐濕性和耐久性不能令人滿意；同樣Roy和Gouda通過加壓技術(shù)在試驗(yàn)室制備出470MPa的水泥砂漿，但這種材料根本沒有辦法進(jìn)行現(xiàn)場澆注，僅強(qiáng)調(diào)強(qiáng) 度并不是高性能混凝土特征。高性能混凝土在實(shí)際應(yīng)用中， 許多情況下強(qiáng)調(diào)的不是抗壓強(qiáng)度，而是要求其它方面的性 能。例如，高彈性模量，高密實(shí)度，低滲透性或?qū)δ撤N侵蝕 破壞的抵抗能力。1992 年日本的學(xué)者等認(rèn)為： 高性能混凝土應(yīng)具有高工作 性（高的流動性、粘聚性與可澆筑性） ，低溫升、低干縮率、 高抗?jié)B性和足夠的強(qiáng)度。在我國，吳中偉則概括地認(rèn)為，高性能混凝土是一種新 型高技術(shù)混凝土，是在大

4、幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上 采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，它以耐久性作為設(shè)計(jì)的 主要指標(biāo)。針對不同用途要求，高性能混凝土對下列性能有 重點(diǎn)地予以保證：耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn) 定性、 經(jīng)濟(jì)性。 蒲心誠認(rèn)為， 高性能混凝土應(yīng)具有大流動性， 高強(qiáng)度，高耐久性。一、高性能混凝土的特性與普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下獨(dú)特的性 能：1高性能混凝土具有一定的強(qiáng)度和高抗?jié)B能力，但不一定具有高強(qiáng)度，中、低強(qiáng)度亦可。2高性能混凝土具有良好的工作性，混凝土拌和物應(yīng) 具有較高的流動性，混凝土在成型過程中不分層、不離析， 易充滿模型；泵送混凝土、自密實(shí)混凝土還具有良好的可泵 性、自密實(shí)性能。3

5、高性能混凝土的使用壽命長，對于一些特護(hù)工程的 特殊部位， 控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不是混凝土的強(qiáng)度， 而是耐久性。 能夠使混凝土結(jié)構(gòu)安全可靠地工作50100年以上，是高性能混凝土應(yīng)用的主要目的。4高性能混凝土具有較高的體積穩(wěn)定性，即混凝土在 硬化早期應(yīng)具有較低的水化熱，硬化后期具有較小的收縮變 形。概括起來說，高性能混凝土就是能更好地滿足結(jié)構(gòu)功能 要求和施工工藝要求的混凝土，能最大限度地延長混凝土結(jié) 構(gòu)的使用年限，降低工程造價。二、高性能混凝土的配備及應(yīng)用1 高性能混凝土的配備原則在高性能混凝土按配合比拌制之前, 必須對原材料進(jìn)行檢驗(yàn), 尤其要控制好集料 , 水泥和礦物摻合料的質(zhì)量 , 主要的 技術(shù)指標(biāo)

6、必須達(dá)到施工規(guī)范提出的要求。由于高性能混凝土 用水量少 , 水膠比低 , 拌合時較稠 , 因此在具體的操作中 , 應(yīng) 需要采用拌合性能好的攪拌設(shè)備。配制的基本原則是 : 采用 低水膠比 , 選用優(yōu)質(zhì)原材料 , 且必須摻加足夠數(shù)量的礦物細(xì)摻料和高效外加劑如硅灰、粉煤灰、礦渣等, 并從混凝土拌和物的流動性、施工工藝方面考慮 , 以獲得高流態(tài)、低離析、 質(zhì)量均勻的高強(qiáng)混凝土。粉煤灰能有效地提高混凝土的抗?jié)B 性, 顯著改善混凝土拌合物的工作性 , 拌合用水采用無污染、 無雜質(zhì)的飲用純凈水。另外 , 制備高性能混凝土?xí)r , 各種原材 料的計(jì)量應(yīng)盡量準(zhǔn)確。2高性能混凝土的應(yīng)用范圍隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展 ,

7、 耐久性、養(yǎng)護(hù)的難易程度以 及建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性已成為工程建設(shè)的目標(biāo) . 高性能混凝土具有 易于澆注、 搗實(shí)而不離析、 高超的、 能長期保持的力學(xué)性能 , 早期強(qiáng)度高 , 韌性高和體積穩(wěn)定性好 , 在惡劣的使用條件下 壽命長、高強(qiáng)度、高流動性與優(yōu)異的耐久性。目前 , 高性能 混凝土廣泛用于很多離岸結(jié)構(gòu)物和長大跨橋梁的建造 , 包括 長大跨橋梁所用的拌合物。 它們主要用于主梁、 墩部和墩基 , 硅粉混合水泥。另外 , 由于高性能混凝土可以顯著降低結(jié)構(gòu) 的重量 , 顯著提高受彎構(gòu)件剛度 , 在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中則可施加 更高的預(yù)應(yīng)力值 , 并可利用早強(qiáng)特點(diǎn)提高張拉。并且 , 高性能 混凝土還具有較強(qiáng)的抵抗大氣

8、環(huán)境作用和化學(xué)物質(zhì)侵蝕的 能力以及耐磨能力 , 可以廣泛應(yīng)用于露天工程或地下工程以 及道路橋梁工程當(dāng)中。三、高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)原則 根據(jù)混凝土受力過程及混凝土強(qiáng)度理論?；炷翉?qiáng)度主 要受混凝土中水泥石的密實(shí)度決定的，即無論是水灰比強(qiáng)度 公式、 Powers 的膠空比理論， 還是葛里非斯的脆性材料斷裂 理論都是以混凝土中水泥石為研究對象，都是從不同的角度 研究混凝土的密實(shí)度對混凝土強(qiáng)度的影響。配制高強(qiáng)混凝土 的技術(shù)途徑很多，例如：采用化學(xué)外加劑、超細(xì)礦粉、機(jī)械 壓實(shí)、纖維增強(qiáng)、聚合物增強(qiáng)及蒸壓養(yǎng)護(hù)等措施。實(shí)現(xiàn)高強(qiáng) 混凝土的手段，一般認(rèn)為是由膠凝材料本身的高強(qiáng)化，增強(qiáng) 膠凝材料與集料的界面粘結(jié)

9、力及選擇最佳集料三要素組成。在高耐久混凝土配合比設(shè)計(jì)中主要考慮的影響因素有：工作性。良好的工作性是使混凝土質(zhì)量均勻、獲得高 性能且安全可靠的前提。沒有良好的工作性就不可能有良好 的耐久性。高性能混凝土拌和物具有高流動性、可泵性。同 時，拌和物還應(yīng)具有體積穩(wěn)定、不離析、不泌水等特性。為 了保證施工的質(zhì)量，配制時還要考慮減小流動性損失。影響 高性能混凝土拌和物工作性的因素主要有水泥砂漿用量（包 括水膠比、膠凝材料用量以及砂率） 、集料級配、減水劑品 種及用量等；強(qiáng)度。影響強(qiáng)度的主要因素有水膠比和礦物細(xì)摻料的 用量等。受界面的影響，粗集料粒徑、砂率和漿體數(shù)量也會 對強(qiáng)度有一定的影響；耐久性。高性能混

10、凝土配制的最終目標(biāo)主要是優(yōu)良的耐 久性，而用于承重結(jié)構(gòu)， 則同時強(qiáng)度應(yīng)滿足不同構(gòu)件的要求。因?yàn)榇蠖鄶?shù)造成混凝土劣化的（物理的或化學(xué)的）侵蝕都是 有害介質(zhì)通過水的滲入而發(fā)生的，所以低滲透性是混凝土的 第一道防線。影響混凝土滲透性的主要因素是混凝土的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)。因此，配制混凝土?xí)r，影響耐久性的因素是拌和物的 均勻性、穩(wěn)定性，以及硬化混凝土的密實(shí)度、中心質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的 形成、界面結(jié)構(gòu)、尺寸穩(wěn)定性和所用原材料的品質(zhì)等。根據(jù)項(xiàng)目的前期研究，認(rèn)為，對高速鐵路用高耐久混凝 土的配制基本原則是是通過降低水膠比、強(qiáng)化水泥石與集料 的界面、改善水泥水化產(chǎn)物、降低孔隙率、提高密實(shí)度來實(shí) 現(xiàn)高耐久、高強(qiáng)度、高性能。高耐久的

11、混凝土配合比設(shè)計(jì)的 基本原則是：摻入高效減水劑以下在保證混凝土拌和物所需流動性的同時，盡可能降低用 水量，減小水灰比，使混凝土的總孔率，特別是毛細(xì)管孔隙 率大幅度降低。許多研究表明：當(dāng)水灰比降低到 0.38 時，消除毛細(xì)管孔隙的目標(biāo)便可以實(shí)現(xiàn)。研究與應(yīng)用的實(shí)踐表明：大摻量高效減水劑時混凝土在 水膠比很低的條件下，仍能具有較大的流動性，可以成型密 實(shí)，生產(chǎn)強(qiáng)度與耐久性良好的高強(qiáng)與高性能混凝土。配制高 強(qiáng)混凝土?xí)r，高效減水劑的摻量通常要接近或等于其飽和摻 量。超塑化劑應(yīng)通過試驗(yàn)，根據(jù)與水泥（膠凝材料）的適應(yīng) 性，在萘系和多羧酸系的超塑化劑中選擇，必要時復(fù)配其他 成分，以保證混凝土拌和物大流動度、

12、低坍落度損失等性能 摻量按固體計(jì)，為膠凝材料用量的 0.5%-2.0% 。 摻入高效活性礦物摻合料 摻入活性礦物摻合料的目的在于改善混凝土中水泥石 的膠凝物質(zhì)的組成，活性礦物摻合料（硅灰、礦渣、粉煤灰 等）中含有大量活性氧化硅及活性氧化鋁，它們能和波特蘭 水泥水化過程中所產(chǎn)生的游離石灰及高堿性水化硅酸鈣產(chǎn) 生二次反應(yīng)，生成強(qiáng)度更高、穩(wěn)定性更優(yōu)的低堿性水化硅酸 鈣，從而達(dá)到改善水化凝膠物質(zhì)的組成并消除游離石灰的目 的。耐久混凝土的配合比參數(shù)的優(yōu)化 高耐久混凝土的配合比參數(shù)主要有水膠比、水膠比確定 下的漿集比（一定水膠比下的膠凝材料總用量或用水量） 水膠比和漿集比確定下的砂石比（反映一定漿集比下的

13、砂率 或粗骨料體積）和超塑化劑用量。這些參數(shù)不是孤立地影響 混凝土的個別性能，而是相互制約的。如為了保證高流動性 就要用較大的漿集比和砂率。高耐久混凝土配合比設(shè)計(jì)的任 務(wù)是正確地選擇原材料和配合比參數(shù)，使其中的矛盾得到統(tǒng) 一，獲得保證高耐久性的混凝土。水膠比：高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度與水膠比倒數(shù)之間的關(guān)系仍 然近似線性， 但是斜率變小。 水膠比越低， 混凝土強(qiáng)度越高 在用水量一定的情況下，水膠比反映的是膠凝材料用量以及其組合。對高強(qiáng)混凝土來說，礦物摻合料對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)是不可替代的。水膠比是混凝土配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，對高耐久混 凝土，水膠比應(yīng)根據(jù)混凝土的工作性與強(qiáng)度的要求來確定。漿集比： 根據(jù)簡化的模型來看

14、， 混凝土是一種兩相材料，即由水泥漿和骨料復(fù)合的材料。水泥漿體是骨料的膠結(jié)材， 而骨料是非連續(xù)相?？梢哉f，混凝土的滲透性，強(qiáng)度，工作 性，尺寸穩(wěn)定性和混凝土的其他性能取決于膠結(jié)材 / 骨料之 比和兩相材料各自的質(zhì)量。水膠比確定下，膠凝材料用量就反映了水泥漿體和集料 的比例，即漿集比。漿集比主要影響混凝土的工作性，因而 也影響混凝土耐久性，在一定程度上還影響強(qiáng)度、彈性模量 和干縮率。高耐久混凝土特點(diǎn)是流動性大、強(qiáng)度高、水膠比 小，為保證混凝土具有足夠的流動性，就要求有較大的膠凝 材料用量。隨著漿集比的增大，混凝土的彈性模量會有所下 降，混凝土的收縮也會有所增加。從耐久性角度來看，必須有足夠的漿體

15、濃度和數(shù)量，得 到良好的工作性，才能保證混凝土的耐久性。砂率：在水泥漿量一定的情況下，砂率對混凝土的主要影響是工作性。HFS-HPC由于用水量很小，砂漿量要由增加砂率來補(bǔ)充，砂率宜較大。據(jù)日本資料介紹，平均坍落度每提高20mm砂率應(yīng)增加1%而強(qiáng)度并無明顯變化。砂率的大小與砂的粗細(xì)、級配和石子的粒徑、級配有關(guān)。當(dāng)砂子的細(xì)度模數(shù)大而石子最大粒徑小時，應(yīng)減小石子用量。砂率的 選擇可用砂漿富裕系數(shù)來計(jì)算。計(jì)算的原則是用砂漿填充石 子空隙并保證一定的富裕量。與普通混凝土相比，HPC 的配合比特點(diǎn)是：低水膠比，膠凝材料用量大，漿集比大，砂率 大，粗集料量小。根據(jù)以上應(yīng)用的高耐久混凝土的配合比設(shè)計(jì)原則，可以

16、 首先采用砂漿進(jìn)行力學(xué)性能優(yōu)化試驗(yàn)，采用水泥漿體進(jìn)行流 動性試驗(yàn)與流動度損失試驗(yàn)，提出如下的混凝土配合比具體 設(shè)計(jì)步驟使混凝土獲得預(yù)期的高耐久、高流動度、高強(qiáng)等性 能。四、原材料選用要求1水泥采用品質(zhì)穩(wěn)定、強(qiáng)度等級不低于 42.5 級的低堿硅酸鹽 水泥或低堿普通硅酸鹽水泥（摻合料僅為粉煤灰或磨細(xì)礦 碴），禁止使用其它品種水泥。 品質(zhì)應(yīng)符合 GB175-2007 規(guī)定： 水泥的比表面積不宜超過 350m2/kg ，堿含量不應(yīng)超過 0.60%， 游離氧化鈣含量不應(yīng)超過 1.5%,水泥熟料中C3A的含量不宜 超過8%（強(qiáng)腐蝕環(huán)境下不應(yīng)大于 5%）, C4AF含量小于7%C3S C2S含量宜在40%4

17、5%之間的水泥。2粗骨料選用質(zhì)地堅(jiān)硬、級配良好的石灰?guī)r、花崗巖、輝綠巖等球形、吸水率低、空隙率小的碎石,壓碎指標(biāo)不應(yīng)大于10%,母巖立方體抗壓強(qiáng)度與梁體混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度之比應(yīng)大于2，含泥量小于 0.5%，針、片狀顆粒含量不大于5%，顆粒盡量接近等徑狀。(1)粗骨料粒徑宜為520mm且分兩級儲存、運(yùn)輸、 計(jì)量，510mm顆粒質(zhì)量占(40 ± 5) % 1020mm顆粒質(zhì)量 占( 60± 5) %。( 2)選用粗骨料無堿活性(因條件所限不得不采用堿 硅酸反應(yīng)砂漿棒膨脹率為 0.10 0.20%的活性骨料時，由 各種原材料帶入混凝土中的總堿量不應(yīng)超過 3.0kg/m 3)。3細(xì)骨料

18、( 1 ) 細(xì)骨料應(yīng)選擇級配合理、質(zhì)地均勻堅(jiān)固的天然中 粗砂(不宜使用機(jī)制砂和山砂，嚴(yán)禁使用海砂) ，細(xì)度模數(shù) 2.6 3.0 。( 2)嚴(yán)格控制云母和泥土的含量，砂的含泥量應(yīng)不大于 1.5%，泥塊含量應(yīng)不大于 0.1%，云母含量不應(yīng)大于 0.5%。( 3 )選用無堿活性砂(因條件所限不得不采用堿硅 酸反應(yīng)砂漿棒膨脹率為0.10 0.20%的活性骨料時，由各種原材料帶入混凝土中的總堿量不應(yīng)超過 3.0kg/m3 )。4礦物摻和料適當(dāng)摻用優(yōu)質(zhì)I級粉煤灰、磨細(xì)礦渣、微硅粉等礦物摻和料或復(fù)合礦物摻和料，1級粉煤灰和磨細(xì)礦渣粉分別應(yīng)符合GB1596和GB/T18046的規(guī)定，1級粉煤灰需水量比不應(yīng) 大

19、于 100%，磨細(xì)礦渣比表面積應(yīng)大于 450m2/kg 。礦物摻和料 摻量不超過水泥用量的 30%，粉煤灰與磨細(xì)礦渣復(fù)合使用時， 兩者之比為 1： 1。5專用復(fù)合外加劑 采用具有高效減水、適當(dāng)引氣、能細(xì)化混凝土孔結(jié)構(gòu)、 能明顯改善或提高混凝土耐久性能的專用復(fù)合外加劑，盡量 降低拌合水用量，專用復(fù)合外加劑必須滿足專用復(fù)合外加劑 的規(guī)定。6拌合及養(yǎng)護(hù)用水 用水采用飲用水，并且應(yīng)符合國家現(xiàn)行混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)（JGJ63）的要求。五、高性能混凝土施工工藝控制及要求1高性能混凝土拌合 混凝土的拌合采用兩套配有一個砂斗，兩個石料斗、 四個膠凝材料罐的全自動計(jì)量強(qiáng)制式混凝土攪拌站進(jìn)行。 各種計(jì)量裝置經(jīng)法定

20、計(jì)量部門定期鑒定 , 并在每次 開盤前，均應(yīng)進(jìn)行校核。原材料稱量的允許偏差：細(xì)、粗集 料為± 2%；其它為± 1%（均以質(zhì)量計(jì)） 。 混凝土的拌合時間： 2-3min 。 混凝土拌合物入模前進(jìn)行含氣量測試，并控制在24%2高性能混凝土輸送 高性能混凝土采用混凝土輸送泵輸送。泵送混凝土 應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，輸送時間間隔不大于45min ，且坍落度損失不大于 10%。 當(dāng)混凝土坍落度較低時，不準(zhǔn)在料斗內(nèi)加水?dāng)嚢琛?輸送泵接料斗格網(wǎng)上不得堆滿混凝土，要控制供料 流量，及時清除超徑的骨料及異物。 冬季施工時宜用保溫材料包扎輸送管防止混凝土受 凍。 夏季高溫施工時宜用濕草袋等覆蓋輸送管，防止

21、因 輸送管道溫度過高造成高性能混凝土坍落度損失過大影響 施工，直至造成混凝土堵管。3高性能混凝土澆筑混凝土的澆筑方法采用混凝土拖式輸送泵澆筑?；炷翝沧r的自由傾落高度不得大于2m;混凝土的一次攤鋪厚度不宜大于 400mm?；炷恋娜肽囟葹?30 C,夏季氣溫較高時采用冷卻水拌合混凝土，使其入模溫度符合要求。模板的溫度為 535 C,夏季氣溫較高時采用冷卻水噴灑模板，并采取遮 蔭措施。橋面施工時盡量減少暴露的工作面，每段澆筑完成后 立即抹平進(jìn)入養(yǎng)護(hù)程序。泵送混凝土施工工藝按照J(rèn)G/T3064混凝土泵送施工 技術(shù)規(guī)程執(zhí)行。為確?；炷两Y(jié)構(gòu)保護(hù)層的厚度符合設(shè)計(jì)要求，本工 程所有混凝土結(jié)構(gòu)均采用定

22、制保護(hù)層定位夾（塊） ，其尺寸 及形狀符合設(shè)計(jì)要求，布置原則為 4個/m2，呈梅花形布置， 固定牢固?；炷两Y(jié)構(gòu)保護(hù)層的厚度允許偏差為+5mm并采用鋼筋保護(hù)層厚度檢測儀進(jìn)行檢測。每次澆筑混凝土采取兩臺輸送泵同時進(jìn)行，澆筑時間控制在 6h 內(nèi)，保證混凝土在達(dá)到初凝時間之前澆筑完成?；炷恋臐仓?yīng)盡量選擇在一天中氣溫適宜時進(jìn)行， 并應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，一次澆筑完畢?；炷恋臐仓樞驊?yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，預(yù)制箱梁采取斜向分段、水平分層、對稱連續(xù)澆注的方式進(jìn)行。澆 筑時，先澆筑腹板下部混凝土，然后澆筑底板混凝土，再澆 注腹板上部混凝土，最后澆筑頂板混凝土。4高性能混凝土振搗所有混凝土一經(jīng)灌注，立即進(jìn)行全面的

23、搗實(shí)，使之形成 密實(shí)、均勻的整體?；炷恋拿軐?shí)采用高頻插入式振搗棒和 附著式振動器聯(lián)合振搗的方式進(jìn)行。混凝土振搗采用操作臺 統(tǒng)一控制，操作臺由專人負(fù)責(zé)，統(tǒng)一指揮，嚴(yán)格控制振動時 間及振動順序。5混凝土養(yǎng)護(hù)控制控制混凝土的各種溫度主要是為了防止溫差過大引起混凝土產(chǎn)生裂縫?；炷琉B(yǎng)護(hù)要注意濕度和溫度兩個方面。養(yǎng)護(hù)不僅是澆水保濕，還要注意控制混凝土的溫度變化。在濕養(yǎng)護(hù)的同時，應(yīng)該保證混凝土表面溫度與內(nèi)部溫度和所接觸的大氣溫度之間不出現(xiàn)過大的差異。采取保溫和散熱的綜 合措施，可以防止溫降和溫差過大。因此，綜合考慮，蒸汽 養(yǎng)護(hù)能較好地解決以上兩個方面的問題?；炷翜囟瓤刂频脑瓌t是：生溫不要太早和太高；

24、降溫不要太快；混凝土中心和表面之間、新老混凝土之間 以及混凝土表面和大氣之間的溫差不要太大。溫度控制的方 法和制度要根據(jù)氣溫（季節(jié)） 、混凝土內(nèi)部溫度、構(gòu)件尺寸、 約束情況、混凝土配合比等具體條件來確定。（1）預(yù)制梁蒸養(yǎng)采用可移動和升降的養(yǎng)護(hù)棚內(nèi)進(jìn)行， 混凝土養(yǎng)生過程采取在混凝土內(nèi)部埋設(shè)溫度傳感器利用溫 度自動監(jiān)控儀，并編制溫度監(jiān)控程序，對混凝土內(nèi)部溫度、 養(yǎng)護(hù)溫度及環(huán)境溫度進(jìn)行全過程自動報警監(jiān)控。預(yù)制梁蒸汽 養(yǎng)護(hù)分為靜停、升溫、恒溫、降溫四個階段。靜停期間保持 棚內(nèi)溫度5C以上，灌注完4h后開始升溫，升溫速度不大于 10 C /h ,恒溫時蒸汽溫度不超過 45 C,梁體芯部混凝土溫度 不超過

25、60C,降溫速度不大于 10C/h，整個養(yǎng)護(hù)過程控制 梁體芯部與表層、表層與環(huán)境溫差不超過 15C。（ 2）自然養(yǎng)護(hù)采用草袋或麻袋覆蓋灑水，并在其上覆 蓋塑料薄膜養(yǎng)護(hù)，梁體灑水次數(shù)應(yīng)能保持混凝土表面充分潮濕為度。當(dāng)環(huán)境相對濕度小于60%寸，養(yǎng)護(hù)不少于 28d ;相對濕度在60%以上時，養(yǎng)護(hù)不少于14d。當(dāng)環(huán)境溫度低于5 C 寸，采取噴涂養(yǎng)護(hù)劑和塑料膜覆蓋保溫聯(lián)合養(yǎng)護(hù)工藝，禁止 對混凝土灑水，暴露于大氣中的新澆混凝土應(yīng)及時噴涂養(yǎng)護(hù) 劑，混凝土噴涂的養(yǎng)護(hù)劑與混凝土表面溫度之差不大于 15 C，養(yǎng)護(hù)劑應(yīng)符合水泥混凝土養(yǎng)護(hù)劑(JC901-2002 )的要求。六、保證高性能混凝土施工質(zhì)量的具體對策1、嚴(yán)

26、格控制高性能混凝土的拌制和運(yùn)輸高性能混凝土 拌制前 , 嚴(yán)格按照施工配合比進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量。在具體的施工 配備中 , 即使攪拌設(shè)備上裝有先進(jìn)的含水量測定及控制設(shè)備 操作人員也應(yīng)該認(rèn)真操作 , 在其稠度發(fā)生波動時 , 及時加以 調(diào)整, 從根源上確保高性能混凝土的特性。攪拌前嚴(yán)格測定 粗細(xì)骨料的含水率 , 及時調(diào)整施工配合比。對于高性能混凝 土運(yùn)輸設(shè)備限定 , 則應(yīng)根據(jù)具體建筑工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工程 量的大小以及道路氣候狀況等各種因素綜合考慮后確定 , 在 運(yùn)輸過程中還要盡可能保持混凝土的均勻性。運(yùn)輸時間應(yīng)保 證混凝土在初凝前澆入模板內(nèi)并振搗密實(shí)。要求道路盡可能 平坦且運(yùn)距盡可能短 , 最大限度上減少混

27、凝土的轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù) , 確保高性能混凝土特性在具體施工中的正常發(fā)揮。2、高性能混凝土的科學(xué)合理澆筑 混凝土的澆筑質(zhì)量好壞直接關(guān)系到具體道路橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性。澆筑一般包括布料、攤平、搗實(shí)、抹 面和修整等諸多工序 , 混凝土澆筑工作十分關(guān)鍵 , 所澆混凝 土必須均勻密實(shí)且強(qiáng)度符合施工的具體要求, 保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何尺寸準(zhǔn)確 , 鋼筋和預(yù)埋件位置準(zhǔn)確 , 拆摸后混凝土表面 平整光潔。同時 , 還要正確留置施工縫 , 采用分層連續(xù)澆筑 , 嚴(yán)格控制所澆混凝土的入模溫度。在澆筑過程中 , 采用插入 式高頻振搗器按要求振搗密實(shí)。加強(qiáng)檢查支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性 澆筑后按照工藝仔細(xì)抹面壓平 , 嚴(yán)禁灑水。3、保

28、證水化反應(yīng)的正常進(jìn)行此外 , 保證水化反應(yīng)的正常進(jìn)行是保證高性能混凝土高 性能的重要工藝措施 , 溫度的高低直接影響水泥水化的速度 而濕度則嚴(yán)重影響水泥水化的能力。因此, 要嚴(yán)格控制溫度和濕度條件 , 保證混凝土的水化反應(yīng)在適宜的環(huán)境條件下進(jìn) 行 , 確保高性能混凝土在施工中的使用功能。七、高性能鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合了鋼筋與混凝土的優(yōu)點(diǎn)，造價較 低，且一直被認(rèn)為是一種非常耐久性的結(jié)構(gòu)形式，其應(yīng)用范 圍非常廣泛。然而，從混凝土應(yīng)用于建筑工程至今的150 年間，大量的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于各種各樣的原因而提前失 效，達(dá)不到預(yù)定的服役年限。這其中有的是由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的 抗力不足造成的，有

29、的是由于使用荷載的不利變化造成的， 但更多的是由于結(jié)構(gòu)的耐久性不足導(dǎo)致的。特別是沿海及近 海地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)，由于海洋環(huán)境對混凝土的腐蝕，尤其 是鋼筋的銹蝕而造成結(jié)構(gòu)的早期損壞，喪失了結(jié)構(gòu)的耐久性 能，已成為實(shí)際工程中的重要問題。早期損壞的結(jié)構(gòu)需要花 費(fèi)大量的財力進(jìn)行維修補(bǔ)強(qiáng)，甚至造成停工停產(chǎn)的巨大經(jīng)濟(jì) 損失。耐久性失效是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)下失效 的最主要原因。國內(nèi)外統(tǒng)計(jì)資料表明，由于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性病害而導(dǎo) 致的損失是巨大的，并且耐久性問題越來越嚴(yán)重。結(jié)構(gòu)耐久 性造成的損失大大超過了人們的估計(jì)。國外學(xué)者曾用“五倍 定律”形象地描述了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的重要性，即設(shè) 計(jì)階段對鋼筋防

30、護(hù)方面節(jié)省 1 美元，那么就意味著：發(fā)現(xiàn)鋼 筋銹蝕時采取措施將追加維修費(fèi) 5 美元；混凝土表面順筋開 裂時采取措施將追加維修費(fèi) 25 美元；嚴(yán)重破壞時采取措施 將追加維修費(fèi) 125 美元。因此，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題是一個十分重要也是 迫切需要加以解決的問題，通過開展對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久 性的研究，一方面能對已有的建筑結(jié)構(gòu)物進(jìn)行科學(xué)的耐久性 評定和剩余壽命預(yù)測，以選擇對其正確的處理方法；另一方 面可對新建項(xiàng)目進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)，揭示影響結(jié)構(gòu)壽命的內(nèi)部 與外部因素，從而提高工程的設(shè)計(jì)水平和施工質(zhì)量。因此， 它既有服務(wù)于服役結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實(shí)意義，又有指導(dǎo)待建結(jié)構(gòu)進(jìn)行 耐久性設(shè)計(jì)的理論意義，同時，對于豐富和

31、發(fā)展鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可靠度理論也具有一定的理論價值。1混凝土碳化（ 1）所謂混凝土的碳化是指空氣中二氧化碳與水泥石 中的堿性物質(zhì)相互作用，使其成分、組織和性能發(fā)生變化， 使用機(jī)能下降的一種很復(fù)雜的物理化學(xué)過程。PH影響結(jié)構(gòu)耐久性的因素很多，其中混凝土碳化是一個重 要的因素。通常情況下，早期混凝土具有很高的堿性，其 值一般大于 12.5 ，在這樣高的堿性環(huán)境中埋置的鋼筋容易發(fā) 生鈍化作用，使得鋼筋表面產(chǎn)生一層鈍化膜，能夠阻止混凝 土中鋼筋的銹蝕。但當(dāng)有二氧化碳和水汽從混凝土表面通過 孔隙進(jìn)入混凝土內(nèi)部時，和混凝土材料中的堿性物質(zhì)中和， 從而導(dǎo)致了混凝土的 PH 值的降低。當(dāng)混凝土完全碳化后， 就出

32、現(xiàn) PH<1 這種情況，在這種環(huán)境下，混凝土中埋置鋼筋 表面的鈍化膜被逐漸破壞，在其它條件具備的情況下，鋼筋 就會發(fā)生銹蝕。鋼筋銹蝕又將導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開裂、鋼筋 與混凝土之間粘結(jié)力破壞、鋼筋受力截面減少、結(jié)構(gòu)耐久性 能降低等一系列不良后果。由此可見，進(jìn)行混凝土的碳化規(guī)律分析，研究由碳化引 起的混凝土化學(xué)成分的變化以及混凝土內(nèi)部碳化的進(jìn)行狀 態(tài)，對于混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究具有重要的意義。（ 2）混凝土碳化的機(jī)理混凝土的基本組成是水泥、水、砂和石子，其中的水泥 與水發(fā)生水化反應(yīng)，生成的水化物自身具有強(qiáng)度 ( 稱為水泥 石) ，同時將散粒狀的砂和石子粘結(jié)起來，成為一個堅(jiān)硬的 整體。在混凝土的

33、硬化過程中，約占水泥用量的三分之一將 生成氫氧化鈣 (Ca(OH) 2) ，此氫氧化鈣在硬化水泥漿體中結(jié) 晶，或者在其空隙中以飽和水溶液的形式存在。因?yàn)闅溲趸?鈣的飽和水溶液是 PH值為12.6的堿性物質(zhì)，所以新鮮的混 凝土呈堿性。然而，大氣中的二氧化碳卻時刻在向混凝土的內(nèi)部擴(kuò) 散，與混凝土中的氫氧化鈣發(fā)生作用，生成碳酸鹽或者其它 物質(zhì)，從而使水泥石原有的強(qiáng)堿性降低，PH值下降到8.5左右?；炷撂蓟闹饕瘜W(xué)反應(yīng)式如下：CO 2+H2O H2CO3(1-1)Ca(OH) 2+H2CO3 CaCO3+2 H2O(1-2)(3) 影響混凝土碳化的因素混凝土的碳化是伴隨著 C02氣體向混凝土內(nèi)部擴(kuò)

34、散，溶 解于混凝土孔隙內(nèi)的水，再與各水化產(chǎn)物發(fā)生碳化反應(yīng)這樣 一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程。研究表明，混凝土的碳化速度取 決于CO2氣體的擴(kuò)散速度及CO2與混凝土成分的反應(yīng)性。而 CO2氣體的擴(kuò)散速度又受混凝土本身的組織密實(shí)性、CO2氣 體的濃度、環(huán)境濕度、試件的含水率等因素的影響。所以碳 化反應(yīng)受混凝土內(nèi)孔溶液的組成、水化產(chǎn)物的形態(tài)等因素的 影響。這些影響因素可歸結(jié)為與混凝土自身相關(guān)的內(nèi)部因素 和與環(huán)境相關(guān)的外界因素。對于服役結(jié)構(gòu)物來說，由于其內(nèi) 部因素已經(jīng)確定，因此影響其碳化速度的主要因素是外部因 素，女口 C02的濃度、環(huán)境溫度和濕度。概況地說，混凝土碳化的影響因素為：混凝土本身的密 實(shí)度：混

35、凝土密實(shí)度越大，碳化速度越慢；二氧化碳的濃度： 二氧化碳濃度越大碳化速度越快比；環(huán)境溫度：環(huán)境溫度越 高，碳化速度越快；環(huán)境濕度：環(huán)境相對濕度在 5070%時， 碳化速度最快。(4) 混凝土的碳化規(guī)律國內(nèi)外學(xué)者對混凝土碳化進(jìn)行了深入的研究，在分析碳 化試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，國內(nèi)外公認(rèn)的碳化深度D與碳化時間t的關(guān)系式為：D t(1 -3)式中，為碳化速度系數(shù)；D為混凝土碳化深度(mr)t為測定D的碳化時間(年)。碳化速度系數(shù) 體現(xiàn)了混凝土的抗碳化能力，它不僅與 混凝土的水灰比、水泥品種、水泥用量、養(yǎng)護(hù)方法、孔尺寸 與分布有關(guān)，而且還與環(huán)境的相對濕度、溫度及二氧化碳濃度有關(guān)。碳化規(guī)律應(yīng)用1 自然銹蝕和

36、快速碳化之間的關(guān)系D1 C1t1D2,。2七2(1-4)式中，D1、D2分別為測得的和要預(yù)測的混凝土碳化深 度；C1、C2為測定D1和預(yù)測D2時的碳化濃度；t1、t2為 測定D1和預(yù)測D2時的碳化時間。例1-1 :某混凝土結(jié)構(gòu)物在建造時，為了估計(jì)二氧化碳 侵入混凝土結(jié)構(gòu)的速度，預(yù)留了混凝土試塊進(jìn)行混凝土快速 碳化試驗(yàn)。碳化箱濃度是結(jié)構(gòu)物實(shí)際環(huán)境二氧化碳濃度的 400倍，混凝土試塊在放入碳化箱5天后測得其碳化深度為10mm 試問：實(shí)際結(jié)構(gòu)使用 30年后的碳化 深度。解：已知 D仁 10 mm; t2 = 30 x 365 天；t1 = 5 天； C2/C1 = 1/400 ;貝廿：D2 = 10

37、 x 30 x 365 /( 5 x 400 )=23.4(mr)碳化規(guī)律應(yīng)用2自根據(jù)實(shí)測碳化深度推測以后情況D2D1式中，D1、D2分別為測得的和要預(yù)測的混凝土碳化深度；t1、t2為測定D1和預(yù)測D2時的碳化時間例 1-2 ：某結(jié)構(gòu)物使用 10 年以后測其碳化深度為 15mm， 試問 : 該結(jié)構(gòu)物使用 30 年后的碳化深度。解: 已知 D1 =15mm; t1 = 10 年; t2 =30 年; 則: D2=15(30/10) =26(mm).(5) 碳化深度和混凝土強(qiáng)度之間的關(guān)系分析 混凝土強(qiáng)度是確定混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的基本參數(shù)，它 隨時間的變化規(guī)律是建立服役結(jié)構(gòu)抗力變化模型的基礎(chǔ)。一 般

38、來說，混凝土強(qiáng)度在初期隨時間增大，但增長速度逐漸減 慢，在后期則隨時間下降。 在對服役結(jié)構(gòu)的抗力進(jìn)行評價時， 所關(guān)心的是結(jié)構(gòu)在經(jīng)過一個服役期后，混凝土強(qiáng)度是高于設(shè) 計(jì)強(qiáng)度還是低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度，具體值又是多少，這些問題是服 役結(jié)構(gòu)抗力評價需要解決的問題。一般大氣環(huán)境下混凝土的腐蝕主要是碳化腐蝕。碳化降 低混凝土的堿性，隨著時間的推移，碳化的發(fā)展使混凝土失 去對鋼筋的保護(hù)作用，從而引起鋼筋銹蝕；另一方面，隨著 時間的變化，碳化對混凝土強(qiáng)度本身也有一定的影響。為了 了解碳化后混凝土本身強(qiáng)度的變化，須進(jìn)行混凝土的抗壓和 劈拉試驗(yàn)。2氯離子對混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕我國海域遼闊，海岸線很長，大規(guī)模的基本建設(shè)都集中

39、于沿海地區(qū)，而海邊的混凝土工程由于長期受氯離子侵蝕， 混凝土中的鋼筋銹蝕現(xiàn)象非常嚴(yán)重，已建的海港碼頭等工程 多數(shù)都達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命的要求。在我國北方地區(qū)，為保證冬 季交通暢行，向道路、橋梁及城市立交橋等撒除冰鹽，大量 使用的氯化鈉和氯化鈣，使得氯離子滲入混凝土，引起鋼筋 銹蝕破壞。我國還有廣泛的鹽堿地，腐蝕條件更為苛刻。在 1991 年召開的第二屆國際混凝土耐久性會議上， Mehta 教授 在混凝土耐久性五十年進(jìn)展主旨報告中指出： “當(dāng)今 世界混凝土破壞原因， 按重要性遞減順序排列是： 鋼筋銹蝕、 凍害、物理化學(xué)作用。 ”而來自海洋環(huán)境和使用防冰鹽中的 氯離子，又是造成鋼筋銹蝕的主要原因。（ 1

40、）氯離子對混凝土的作用機(jī)理 破壞鈍化膜 水泥水化的高堿性使混凝土內(nèi)鋼筋表面產(chǎn)生一層致密 的鈍化膜。以往的研究認(rèn)為該鈍化膜是由鐵的氧化物構(gòu)成， 最近研究表明，該鈍化膜中含有 Si-O 鍵，對鋼筋有很強(qiáng)的 保護(hù)能力。 然而，此鈍化膜只有在高堿性環(huán)境中才是穩(wěn)定的， 當(dāng) PH<11.5 時，鈍化膜就開始不穩(wěn)定；當(dāng) PH<9.88 時，鈍化 膜生成困難或已經(jīng)生存的鈍化膜逐漸破壞。Cl 是極強(qiáng)的去鈍化劑， Cl 進(jìn)入混凝土到達(dá)鋼筋表面，吸附于局部鈍化膜 處時，可使該處的 PH值迅速降低，可使鋼筋表面 PH值降低 到 4 以下，破壞了鋼筋表面的鈍化膜。 形成腐蝕電池 如果在大面積的鋼筋表面上具有

41、高濃度氯化物，則氯化 物所引起的腐蝕可能使均勻腐蝕。但是，在不均質(zhì)的混凝土 中，常見的局部腐蝕。 Cl 對鋼筋表面鈍化膜的破壞發(fā)生在 局部，使這些部位露出了鐵基體，與尚完好的鈍化膜區(qū)域形 成單位差，鐵基體作為陽極而受腐蝕，大面積鈍化膜區(qū)域作 為陰極。腐蝕電池作用的結(jié)果使，在鋼筋表面產(chǎn)生蝕坑，由 于大陰極對應(yīng)于小陽極，蝕坑發(fā)展十分迅速。 去極化作用Cl 不僅促成了鋼筋表面的腐蝕電池，而且加速了電池的作用。Cl "與陽極反應(yīng)產(chǎn)物 尸02+結(jié)合生成FeCI2,將陽極產(chǎn)物及時地搬運(yùn)走，使陽極過程順利進(jìn)行甚至加速進(jìn)行。通常 把使陽極過程受阻稱作陽極極化作用，而加速陽極極化作用 稱作去極化作用，

42、 Cl 正是發(fā)揮了陽極去極化作用。在氯離子存在的混凝土中，鋼筋的銹蝕產(chǎn)物中是很難找到FeCI2存在，這是由于FeCI2是可溶的，在向混凝土內(nèi)擴(kuò)散 時，遇到0H就能生成Fe(0H)2沉淀，再進(jìn)一步氧化成鐵的氧 化物，就是通常說的鐵銹。由此可見，CI"起到了搬運(yùn)的作用，卻并不被消耗，也就是說，凡是進(jìn)入混凝土中的CI ，會周而復(fù)始的起到破壞作用，著也是氯離子危害的特點(diǎn)之 一。 導(dǎo)電作用 腐蝕電池的要素之一是要有離子通路，混凝土中CI 的存在，強(qiáng)化了離子通路，降低了陰陽極之間的歐姆電阻，提 高了腐蝕電池的效率，從而加速了電化學(xué)腐蝕過程。氯化物 還提高了混凝土的吸濕性，這也能減小陰陽極之間的歐

43、姆電 阻。（ 2）氯離子侵蝕模型 基本模型 Fick 第二定律 通常，氯離子的侵入是以幾種侵入方式的組合而作用 的，另外還受到氯離子與混凝土材料之間的化學(xué)結(jié)合、物理 粘結(jié)、吸附等作用的影響。而對應(yīng)特定的條件，其中一種侵 蝕方式是主要的。目前有一些對各種機(jī)理全面考慮的模型， 但是由于模型中的一些參數(shù)很難確定，有些只能從定性上加 以描述，其實(shí)用性還需要繼續(xù)探討。盡管氯離子在混凝土中傳輸機(jī)理很復(fù)雜，在許多情況 下，擴(kuò)散仍然被認(rèn)為是一個主要的傳輸方式之一。對于現(xiàn)有 的沒有開裂且水灰比不太低的結(jié)構(gòu)，大量的檢測結(jié)果表明氯 離子的濃度可以認(rèn)為是一個線性的擴(kuò)散過程，這個擴(kuò)散過程 一般引用 Fick 第二定律。

44、 Fick 第二定律很方便地將氯離子 的擴(kuò)散濃度、擴(kuò)散系數(shù)與擴(kuò)散時間聯(lián)系起來，可以直觀地體 現(xiàn)結(jié)構(gòu)的耐久性。由于 Fick 第二定律的簡潔性及與實(shí)測結(jié) 果之間較好的吻合性，現(xiàn)在它已經(jīng)成為預(yù)測氯離子在混凝土 中擴(kuò)散的經(jīng)典方法。選擇 Fick 第二擴(kuò)散定律也是基于一種 經(jīng)驗(yàn)的假定，因?yàn)樗哪Ｐ涂梢院芎玫財M合結(jié)構(gòu)的實(shí)測結(jié) 果。CclCcl (Dcl -) txx(%)，一般以氯離子占水泥或假定混凝土中的孔隙分布是均勻的，氯離子在混凝土中 擴(kuò)散是一維擴(kuò)散行為，濃度梯度僅沿著暴露表面到鋼筋表面 方向變化，F(xiàn)ick第二定律可以表示為：式中：CCi 氯離子濃度 混凝土重量百分比表示；t 時間(年)；x 位置

45、(cm);D ci 擴(kuò)散系數(shù)。Fick第二定律的解取決于問題的邊界條件。 氯離子侵蝕模型混凝土結(jié)構(gòu)在經(jīng)過相當(dāng)長時間的使用后，表面基本達(dá)到 飽和，在穩(wěn)定的使用環(huán)境中不會發(fā)生太大的變化，因此可以 假定混凝土結(jié)構(gòu)表面氯離子濃度恒定。另外，假定混凝土結(jié) 構(gòu)相對暴露表面為半無限介質(zhì)，在任一時刻，相對暴露表面 的無限遠(yuǎn)處的氯離子濃度治為初始濃度。那么相應(yīng)初始條件 可以寫為：=0Ccl( x,0)邊界條件：Cci(O,t) CsCcl ( , t) Co式中：Cs為混凝土表面的氯離子濃度；Co為氯離子初始濃度。根據(jù)初始條件和邊界條件，可以得到下式的解為:Cx,tC0 (CsCo)1x4Dct"式中

46、：Cx.,t為t時刻x深度處的氯離子濃度;erf()為誤差函數(shù)，erf(z)z2z2)d z(3)氯離子擴(kuò)散影響因素 擴(kuò)散系數(shù) 氯離子擴(kuò)散系數(shù)是反應(yīng)混凝土耐久性的重要指標(biāo)。一般通過建立擴(kuò)散深度和實(shí)測濃度的關(guān)系，然后根據(jù)Fick定律擬合氯離子的擴(kuò)散系數(shù)。氯離子的擴(kuò)散系數(shù)不僅和混凝土材 料的組成，內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的數(shù)量和特征、水化程度等內(nèi)在因素 有關(guān)系，同時也受到外表因素的影響，包括溫度、養(yǎng)護(hù)齡期、摻合料的種類和數(shù)量、誘導(dǎo)鋼筋腐蝕的氯離子的類型等。 混凝土中Cl -的臨界值 尚不致引起鋼筋去鈍化的鋼筋周圍混凝土空隙液的游離Cl -的最高濃度，被成為混凝土氯化物的臨界濃度。這是一個十分重要的指標(biāo)，但是因?yàn)?/p>

47、影響因素很多，既受到混凝 土成份、組織與環(huán)境條件的影響，而且氯化物濃度也還沒有 一個嚴(yán)格統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)方法， 所以目前尚無統(tǒng)一的定論。 但是， 有一點(diǎn)是很清楚的，即鋼筋腐蝕危險隨混凝土氯化物含量增大而增加，當(dāng)氯化物含量超過氯化物臨界濃度是，只要其它 必要條件已經(jīng)具備，就會發(fā)生很嚴(yán)重的鋼筋腐蝕。 表面氯離子濃度 氯離子的擴(kuò)散是由于氯離子的濃度差引起，表面濃度越 高，內(nèi)外部氯離子濃度差越大，氯離子擴(kuò)散至混凝土內(nèi)部的 氯離子會越多。而結(jié)構(gòu)表面的氯離子除了與環(huán)境條件有關(guān) 外，還與混凝土自身材料對氯離子的吸附性能有關(guān)。 混凝土保護(hù)層厚度 混凝土保護(hù)層厚度為鋼筋免于腐蝕提供了一道堅(jiān)實(shí)的 屏障，混凝土保護(hù)層厚度

48、越大，則外界腐蝕介質(zhì)達(dá)到鋼筋表 面所需的時間越長，混凝土結(jié)構(gòu)就越耐久。理論上混凝土保護(hù)層越厚，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性就越好。 但實(shí)際上，過厚的保護(hù)層在硬化過程中，其收縮應(yīng)力和溫度 應(yīng)力得不到鋼筋的控制，很容易產(chǎn)生裂縫，裂縫的產(chǎn)生會大 大削弱混凝土保護(hù)層的作用。一般情況下，混凝土保護(hù)層厚 度不應(yīng)超過相關(guān)規(guī)定要求，具體尺寸應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定。3混凝土的凍害（1）混凝土凍害機(jī)理 在拌制混凝土?xí)r，為了得到必要的和易性，加入的拌和 水總要多于水泥的水化水，這部分多于的水便以游離水的形 式滯留于混凝土中形成連通的毛細(xì)孔，并占有一定的體積。 這種毛細(xì)孔的自由水就是導(dǎo)致混凝土遭受凍害的主要因素， 因?yàn)樗隼鋬鼋Y(jié)冰會

49、發(fā)生體積膨脹，引起混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的 破壞。當(dāng)處于飽和水狀態(tài)時，毛細(xì)孔中水結(jié)冰，膠凝孔中的水 處于過冷狀態(tài)。因?yàn)榛炷量紫吨兴谋c(diǎn)隨孔徑的減小而 降低，膠凝孔中形成冰核的溫度在 -78oC 以下。膠凝孔中處 于過冷狀態(tài)的水分子因?yàn)槠湔羝麎焊哂谕瑴囟认卤恼羝?壓而向壓力毛細(xì)孔中冰的界面處滲透，于是在毛細(xì)孔中又產(chǎn) 生一種滲透壓力。此外膠凝水向毛細(xì)孔滲透的結(jié)果必然使毛 細(xì)孔中的冰體積進(jìn)一步膨脹。由此可見，處于飽和狀態(tài)的混 凝土受凍時，其毛細(xì)孔壁同時承受膨脹壓和滲透壓兩種壓 力。當(dāng)這兩種壓力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，混凝土就會開 裂。在反復(fù)凍融循環(huán)后，混凝土中的裂縫會互相貫通，其強(qiáng) 度也會逐漸降低，最

50、后甚至完全喪失，使混凝土又表及里遭 受破壞。（2）主要影響因素混凝土 水灰比直接影響混凝土的孔隙率及孔結(jié)構(gòu)。隨著水灰比 的增加，不僅飽和水的開孔總體積增加，而且平均孔徑也增 加，在凍融過程中產(chǎn)生的冰脹壓力和滲透壓力就大，因而混 凝土的抗凍性必然降低。含氣量 含氣量也是影響混凝土抗凍性的主要影響因素，特別是 加入引氣劑形成的微細(xì)孔對提高混凝土抗凍性尤為重要，因 為這些互不連通的微細(xì)氣孔在混凝土受凍初期能使毛細(xì)孔 中的靜水壓力減小，即起到減壓作用。在混凝土受凍結(jié)冰過 程中，這些孔隙可以阻止或抑制水泥漿中微小冰體的形成。 混凝土飽水狀態(tài) 混凝土的凍害與其孔隙的飽水程度緊密相關(guān)。一般認(rèn)為 含水量小于孔

51、隙總體積的 91.7 就不會產(chǎn)生凍結(jié)膨脹壓力。 該數(shù)值被稱為極限飽水度。在混凝土完全飽水狀態(tài)下，其凍 結(jié)膨脹壓力最大。由于混凝土表面層含水率通常大于其內(nèi)部 的含水率，且受凍時表面的溫度又低于內(nèi)部的溫度，所以， 凍害往往是由表層開始逐步深入發(fā)展的。 混凝土受凍齡期 混凝土的抗凍性隨其齡期的增長而提高。因?yàn)辇g期越長 水泥水化就越充分，混凝土強(qiáng)度越高，抵抗膨脹的能力就越 大，這一點(diǎn)對早期受凍的更為重要。4混凝土的堿集料反應(yīng) 堿集料反應(yīng)是指混凝土中的堿與集料中的活性組分 之間發(fā)生的破壞性膨脹反應(yīng)，是影響混凝土耐久性最主要的 因素之一。該反應(yīng)不同于其它混凝土病害，其開裂破壞是整 體性的，且目前沒有有效的

52、修補(bǔ)方法，而其中的堿碳酸鹽 反應(yīng)的預(yù)防尚無有效的措施。由于堿集料造成的混凝土開 裂破壞難以被阻止，因而被成為混凝土的“癌癥” 。半個多 世紀(jì)以來，堿集料反應(yīng)已經(jīng)在全世界近二十多個國家造成 了嚴(yán)重的損失。(1)堿集料反應(yīng)機(jī)理 堿集料反應(yīng)是混凝土中某些活性礦物集料與混凝土 孔隙中的堿性溶液之間的發(fā)生的反應(yīng)?？梢?，促使這類反應(yīng) 發(fā)生必須具備三個條件，即在混凝土中同時存在活性礦物集 料(活性二氧化硅、白云質(zhì)類石灰?guī)r或粘土質(zhì)頁巖等) 、堿 性溶液(KOH NaOH和水。在水泥水化生成物中，除了C2S C3S S3A和C4AF之外，還有少量的 Ca(OH)2,與集料中的鉀長石或鈉長石反應(yīng) 會置換出KOH和

53、NaOH在水泥水化反應(yīng)初期， 于集料顆粒四 周形成C-S-H凝膠及Ca(OH)2附著層，然后Ca(OH)2與長石 反應(yīng)置換出KOH和NaOH形成發(fā)生堿集料反應(yīng)的一個必要 條件?；炷林械幕钚怨橇吓c混凝土中的堿集料發(fā)生反應(yīng)：2Na2O SiO2 NaO SiO2 H 2OKOH和NaOH濃度較低時，不足以引氣混凝土的破壞，一般認(rèn)為當(dāng)含堿量小于 0.6 時，可不考慮堿集料反應(yīng)。當(dāng)KOH或 NaOH濃度較高時，KOH或 NaOH不僅能中和二 氧化硅顆粒表面及微孔中的氫離子，還會破壞O-S-O之間的 結(jié)合鍵，時二氧化硅顆粒結(jié)果松散，并使這一反應(yīng)不斷向顆 粒內(nèi)部深入形成堿硅膠。這種堿硅膠會吸收微孔中的水

54、分，發(fā)生體積膨脹。在周圍水泥漿已經(jīng)硬化的情況下，這種體積膨脹會受到約束，產(chǎn)生一定的膨脹壓力。當(dāng)該壓力超過水泥漿抗拉強(qiáng)度時，就會引氣混凝土開裂，時混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生破 壞。該反應(yīng)引氣的體積膨脹量與混凝土中的含水量有關(guān)系， 水分充足時，體積可增大三倍。因此，為了減少這種膨脹壓 力，必須防止水分由外部滲入混凝土孔隙中，即對混凝土結(jié) 構(gòu)予以放水處理。（2）堿集料反應(yīng)發(fā)生條件 堿集料反應(yīng)是混凝土組成中的水泥、外加劑、摻合料 或拌合水中的可溶性堿，和混凝土空隙中及集料中能與堿反 應(yīng)的活性成分在硬化混凝土中逐漸發(fā)生的一種化學(xué)反應(yīng)。不 論是堿硅酸反應(yīng)和堿碳酸反應(yīng)，必須同時具備如下三種 條件才能發(fā)生堿集料反應(yīng)對混凝

55、土結(jié)構(gòu)造成損壞：配制混凝土?xí)r由水泥、集料（海砂） 、外加劑和拌合水中帶進(jìn)混凝土中一定數(shù)量的堿，或者混凝土處于有利于堿滲 入的環(huán)境；有一定數(shù)量的堿活性集料；潮濕環(huán)境，可以提供 反應(yīng)物吸水膨脹所需要的水分。（3）堿- 集料反應(yīng)的主要影響因素 由堿集料反應(yīng)的機(jī)理可以得知，影響這一反應(yīng)的主要 因素為水泥的含堿量及集料本身有無反應(yīng)活性，另外就是孔 隙水量，這三要素缺一不可。因此，影響堿集料反應(yīng)的因 素也均與這三要素緊密相關(guān)，主要包括下列因素：水泥的含堿量、 混凝土的水灰比、 反應(yīng)性集料的特性、 混凝土孔隙率、 環(huán)境溫濕度的影響。5鋼筋的銹蝕 大量工程實(shí)踐證明，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋的銹蝕 是影響服役結(jié)

56、構(gòu)耐久性的主要因素。新鮮的混凝土是呈堿性 的，其 PH 值一般大于 12.5 ，在堿性環(huán)境中的鋼筋容易發(fā)生 鈍化作用，使得鋼筋表面產(chǎn)生一層鈍化膜，能夠阻止混凝土 中鋼筋的銹蝕。但當(dāng)有二氧化碳、水汽和氯離子等有害物質(zhì) 從混凝土表面通過孔隙進(jìn)入混凝土內(nèi)部時，和混凝土材料中 的堿性物質(zhì)中和，從而導(dǎo)致了混凝土的 PH 值的降低，就出 現(xiàn) PH<9 這種情況，在這種環(huán)境下，混凝土中埋置鋼筋表面 的鈍化膜被逐漸破壞，在其它條件具備的情況下，鋼筋就會 發(fā)生銹蝕， 并且隨著銹蝕的加劇， 將導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開裂， 鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力破壞，鋼筋受力截面減少，結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度降低等一系列不良后果，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)

57、耐久性的降低。 通常情況下，受氯鹽污染的混凝土中的鋼筋有更嚴(yán)重的銹蝕 情況。鋼筋銹蝕的研究是鋼筋混凝土構(gòu)件耐久性研究的一個 很重要內(nèi)容，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究、工程調(diào)查 和理論分析。目前為止，還沒有既有充分理論根據(jù)，又全面 考慮了各種影響因素的實(shí)用數(shù)學(xué)模型，因此將預(yù)測混凝土中 鋼筋銹蝕尚有不少工作要做。(1)鋼筋銹蝕機(jī)理 混凝土中的鋼筋銹蝕一般為電化學(xué)銹蝕。二氧化碳和氯 離子對混凝土本身都沒有嚴(yán)重的破壞作用，但是，這兩種環(huán) 境物質(zhì)都是混凝土中鋼筋鈍化膜破壞的最重要又最常遇到 的環(huán)境介質(zhì)。因此，混凝土中鋼筋銹蝕機(jī)理主要有兩種：即 混凝土碳化和氯離子侵入。鋼筋在混凝土結(jié)構(gòu)中的腐蝕是在有水分子參與的條件 下發(fā)生的，鋼筋銹蝕的電極反應(yīng)式為：陽 極 ： Fe Fe2+2e陰 極 ：O2+2H2O+4e 4OH-陽極表面二次化學(xué)過程：Fe2+2OH- Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3在氧氣和水汽的共同作用下，由上述電化學(xué)反應(yīng)是的鋼 筋表面的鐵不斷失去電子而溶于水，從而逐漸被腐蝕，在鋼 筋表面生成紅鐵銹，引起混凝土開裂。鋼筋