1混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性ppt課件

1、混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性1混凝土分類膠結(jié)材料水工、海工、道路、耐熱、耐酸、防輻射現(xiàn)澆類預(yù)制類配筋方式水泥、水玻璃、堿礦渣聚合物水泥、瀝青、樹脂有機膠結(jié)料無機膠結(jié)料施工工藝骨料普通、重、輕砂輕、全輕）、大孔、全砂普通、泵送、灌漿、真空吸水振壓、擠壓、離心用途無筋類有筋類素鋼筋、纖維、預(yù)應(yīng)力性能早強、無收縮、微膨脹21930年以前 早期的波特蘭水泥通過人配料，嚴(yán)格控制化學(xué)成分和燒結(jié)溫度，Wanger細(xì)度為1100cm2/g左右。1944年，美國公共道路管理局對加州等4個州的橋梁進行了檢測，涉及檢測的共約200座橋梁的實際使用時間跨度為330年。檢測發(fā)現(xiàn)，67%在1930年以前建造的橋梁

2、檢查時完好，而1930年后建造的僅27%尚完好。319301970年左右 水泥的粉磨技術(shù)在用戶需求高早期強度的環(huán)境下迅速發(fā)展，水泥的Wanger細(xì)度為1100cm2/g上升為1800cm2/g相當(dāng)于勃氏300m2/kg）。出于同樣的目的，水泥的化學(xué)組成也被迅速改變，水泥熟料中的早強組份C3S含量由1930年前的不到30%很快發(fā)展到1970年的50%甚至更多。1950年開始，混凝土的施工工藝發(fā)生了重大變化。預(yù)拌混凝土、泵送混凝土澆筑以及插入式振動棒振搗技術(shù)的發(fā)展，對混凝土的工作性要求越來越高。 41970年以后 外加劑技術(shù)促進了加筋混凝土技術(shù)發(fā)展對強度的要求，混凝土強度從之前普遍的30MPa猛增

3、到60MPa，并越來越多的使用50MPa以上的混凝土。提高混凝土強度的辦法除采用高標(biāo)號水泥外意味著更高的細(xì)度、更多的C3S和C3A含量），更多的是增加單方水泥用量，降低水灰比及單方加水量。隨后的觀察發(fā)現(xiàn)，這樣的技術(shù)措施帶來的負(fù)面影響是混凝土結(jié)構(gòu)物的開裂增加。強度的提高雖然使混凝土的徐變減小，但脆性和早期可見裂縫與其它異常開裂現(xiàn)象使結(jié)構(gòu)物在腐蝕和銹蝕環(huán)境下的可預(yù)期壽命顯著降低。 5二十世紀(jì)八十年代 高強混凝土High Strength Concrete，簡稱HSC曾經(jīng)是混凝土技術(shù)中比較熱門的技術(shù)領(lǐng)域，混凝土的抗壓強度一度達到100MPa以上，并有高達152MPa混凝土用于現(xiàn)澆工程。但是二十世紀(jì)九

4、十年代初期，HSC工作性差流動性、可泵性、均勻性等）、脆性易于開裂和突然破壞）、體積穩(wěn)定性差收縮、膨脹等一味追求強度所帶來的負(fù)面問題逐漸被認(rèn)識。于是，提出了HPC的概念。61、美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所NIST與美國混凝土協(xié)會ACI于1990年5月召開的討論會上提出：高性能混凝土是具有某些性能要求的勻質(zhì)混凝土，必須采用嚴(yán)格的施工工藝，采用優(yōu)質(zhì)材料配制的，便于澆搗，不離析，力學(xué)性能穩(wěn)定，早期強度高，具有韌性和體積穩(wěn)定性等性能的耐久的混凝土，特別適用于高層建筑、橋梁以及暴露在嚴(yán)酷環(huán)境中的建筑結(jié)構(gòu)。72、1990年美國Mehta PK認(rèn)為：高性能混凝土不僅要求高強度，還應(yīng)具有高耐久性抵抗化學(xué)腐蝕等其他

5、重要性能，例如高體積穩(wěn)定性高彈性模量、低干縮率、低徐變和低的溫度應(yīng)變）、高抗?jié)B性和高工作性。3、1992年法國Malier YA認(rèn)為：高性能混凝土的特點在于有良好的工作性、高的強度和早期強度、工程經(jīng)濟性、高耐久性，特別適用于橋梁、港工、核反應(yīng)堆以及高速公路等重要的混凝土建筑結(jié)構(gòu)。84、1992年日本的小澤一雅和岡村甫認(rèn)為：高性能混凝土應(yīng)具有高工作性高的流動性、黏聚性與可澆筑性）、低溫升、低干縮率、高抗?jié)B性和足夠的強度。5、1992年日本Sarkar S L提出：高性能混凝土具有較高的力學(xué)性能如抗壓、抗折、抗拉強度）、高耐久性如抗凍融循環(huán)、抗碳化和抗化學(xué)侵蝕）、高抗?jié)B性，屬于水膠比很低的混凝土家

6、族。9綜上所述1.高性能混凝土High Performance Concrete，縮寫為HPC是最近十多年才出現(xiàn)的新型高技術(shù)混凝土。它以混凝土耐久性作為設(shè)計的主要指標(biāo)，保證混凝土有良好的工作性、適用性、力學(xué)強度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土。 2高性能混凝土不僅是對傳統(tǒng)混凝土的重大突破，而且在節(jié)能、節(jié)料、工程經(jīng)濟、勞動保護以及環(huán)境等高面都具有重要意義，是一種環(huán)保型、集約型的新型材料。 10決定結(jié)構(gòu)的耐久性 環(huán)境影響結(jié)構(gòu)反應(yīng)1環(huán)境條件2建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計3施工4檢驗和維修11時間性能最低限開場使用壽命維修1213混凝土結(jié)構(gòu)耐久性結(jié)構(gòu)設(shè)計/形式和構(gòu)造資料/混凝土和鋼筋施工/操作技

7、術(shù)養(yǎng)護/濕、熱物理孔的性質(zhì)和分布遷移機理鋼筋劣化混凝土劣化銹蝕抵抗力平安表面條件外觀剛度使用性能化學(xué)和生物14混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素1、設(shè)計因素：保護層厚度過小，沉降縫、伸縮縫設(shè)置不當(dāng)，變截面出配筋不當(dāng)，基礎(chǔ)強腐蝕，隔熱層、分隔層、防滑層處理不當(dāng)。2、材料不合格：水泥堿含量、C3A含量、細(xì)度，骨料堿活性、骨料粒形、級配，外加劑。3、施工質(zhì)量低劣：水灰比過大，水泥用量大，拆模過早，澆筑不當(dāng)，養(yǎng)護不當(dāng)，施工組織不當(dāng)冷縫），使用含氯早強劑，使用海水?dāng)嚢杌炷恋取?、外界環(huán)境條件惡化：氣候條件異常:氣候突變，干濕交替頻繁；自然環(huán)境惡化：工業(yè)排污、空氣質(zhì)量下降；建筑物場地有害物侵入：地基土有侵蝕水，

8、碳酸鹽及堿溶液侵入等。15劣化的內(nèi)在條件和機理 1. 氣體、水以及含在水氣中的有害物質(zhì)在砼的孔隙和裂縫中的遷移、結(jié)合和變化是砼劣化的基本條件, 其中水氣的遷移是首要條件。 2. 水氣遷移的動力有: 濃度差引起擴散; 壓力差引起滲透; 表面能引起毛細(xì)吸引。16無粘結(jié)無粘結(jié)接觸粘結(jié)接觸粘結(jié)水泥漿填滿縫隙水泥漿填滿縫隙(混凝土，混凝土， 低坍落度低坍落度)間隔排列的顆粒間隔排列的顆粒 (混凝土，混凝土， 高坍落度高坍落度)118241824年，英國人年，英國人Aspdin JAspdin J取得了波特蘭水泥的專利。取得了波特蘭水泥的專利。18861886年，美國首先采用回年，美國首先采用回轉(zhuǎn)窯煅燒熟

9、料，使水泥進轉(zhuǎn)窯煅燒熟料，使水泥進入大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)階段。入大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)階段。18501850年，法國人取得鋼筋年，法國人取得鋼筋混凝土專利權(quán)。混凝土專利權(quán)。19281928年，預(yù)應(yīng)力混凝土技年，預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)由法國人創(chuàng)造。術(shù)由法國人創(chuàng)造。17r(m)10-210-310-410-510-610-710-810-910-10微孔毛細(xì)孔大孔mmnmm與耐久性有關(guān)振搗不密實引入氣孔毛細(xì)孔凝膠孔1819毛細(xì)孔補給蒸發(fā)毛細(xì)凝結(jié)水充滿）表面積/孔體積水遷移的速度 蒸發(fā) 毛細(xì)管作用 （水壓力）20混凝土鋼 筋化學(xué)過程物理過程酸、硫酸鹽、堿生物過程開裂、凍害、磨蝕地衣、苔蘚等銹蝕、應(yīng)力腐蝕、氫脆211

10、、混凝土的碳化影響因素：H2O、CO2(完全飽和，完全干燥) CO2擴散進入孔隙 與Ca(OH)2反應(yīng)生成CaCO3 同時也在CSH水化硅酸鈣固液界面上發(fā)生 混凝土內(nèi)堿度由pH12.6降低pH9 鋼筋脫鈍2223材料因素：水灰比、水泥品種與用量、骨料品種與粒徑骨料底部、交界面）、外加劑降低用水量、引氣劑切斷毛細(xì)管的通道，降低CO2的擴散速度）、養(yǎng)護方法和齡期、混凝土強度環(huán)境條件：濕度、溫度和CO2濃度應(yīng)力狀態(tài)：壓應(yīng)力、拉應(yīng)力24碳化檢測方法：X射線法試驗室精確測量，能測試部分碳化深度） 化學(xué)試劑法1%酚酞酒精溶液） 已碳化區(qū)無色，未碳化區(qū)紅色碳化深度的預(yù)測模型碳化對結(jié)構(gòu)物的影響 素混凝土：基本

11、無影響 鋼筋混凝土：鋼筋銹蝕 預(yù)應(yīng)力混凝土：目前方案下基本無影響252、鋼筋銹蝕 腐蝕誘因混凝土中性化、游離氯離子聚集 電化學(xué)腐蝕陽極反應(yīng)陰極反應(yīng) 應(yīng)力腐蝕腐蝕與拉應(yīng)力作用下鋼筋產(chǎn)生晶粒間或跨晶粒斷裂現(xiàn)象 氫脆腐蝕由于H2S與鐵作用或雜散電流陰極腐蝕產(chǎn)生氫原子或氫氣的腐蝕現(xiàn)象 26影響因素： H2O、O2、溫度、氯離子濃度、pH值、裂痕鋼筋銹蝕對結(jié)構(gòu)物的影響 對配筋混凝土影響巨大，強度降低、脆性增大、延性變差，導(dǎo)致承載力降低鋼筋銹蝕的檢測方法：自然電位法應(yīng)用廣泛）、交流阻抗譜法、線性極化法、恒電位法、電化學(xué)噪聲法、混凝土電阻法、諧波法自然電位法測試受影響因素多，比較粗糙） 單電極法：鋼筋端頭外

12、露或建造時的預(yù)埋電極 雙電極法：鋼筋不外露的構(gòu)件27標(biāo)準(zhǔn)名稱測試方法判別標(biāo)準(zhǔn)（mV）ASTM C 876單電極法-200，95%腐蝕；-200-350，50%腐蝕；-300，不腐蝕；局部-300，局部腐蝕；全部-300，95%腐蝕；-300-450，50%腐蝕；-250，不腐蝕；-250-400，可能腐蝕；8036 關(guān)于堿含量的規(guī)定：一般認(rèn)為：高活性骨料2.1kg/m3 中等活性骨料3.0kg/m3德國、英國、加拿大、日本規(guī)定堿含量限制為： 3.0kg/m3新西蘭：2.5kg/m3南非：2.1kg/m337 堿骨料反應(yīng)的破壞特征： 時間:一般在混凝土澆筑后2、3年或者更長時間。 變形：整體位移

13、或變形 裂痕：網(wǎng)狀，順筋或沿壓應(yīng)力方向 凝膠析出：透明或淡黃色凝膠AAR） 部位：越潮濕越明顯 內(nèi)部：骨料周圍有反應(yīng)環(huán)，內(nèi)部縫隙界面有凝膠38 骨料的堿活性檢測方法： （1巖相法：鑒定巖石種類、礦物組成和各組分含量 缺陷：不能對骨料堿活性做定量分析，必須與其他方法配合使用。 （2化學(xué)法：通過測試溶出的SiO2濃度Sc和溶液堿度的降低值Rc進行判斷。Rc70，ScRc （3砂漿棒法：(P3m0.05%,P6m0.1%) （4快速砂漿棒法：(P14d0.1%) （5混凝土棱柱體法： (P3m0.02%,P6m0.03%或P12m0.04%) （6壓蒸法： (P6h0.1%)394、凍融破壞 飽水凍

14、融循環(huán)特征：凍脹開裂和表面剝蝕 靜水壓假說 滲透壓假說40靜水壓假說毛細(xì)孔水結(jié)冰，約12，有害孔。凝膠孔水結(jié)冰，低于78。 氣泡間距系數(shù)41滲透壓假說大孔中的部分溶液先結(jié)冰后，未凍溶液中鹽的濃度上升，與周圍較小孔隙中的溶液之間形成濃度差。濃度差使小孔中的溶液向大孔遷移。兩個重要參數(shù) 平均氣泡間距：直線導(dǎo)線法250微米？300微米？ 臨界水飽和度： 42抗凍試驗方法（1快速凍融法 水凍水融法、氣凍水融法耐久性指數(shù)（2慢凍法 （3臨界膨脹試驗法（4臨界水飽和度法 43鹽凍更嚴(yán)重（1含鹽混凝土的初始飽水度提高（2鹽的濃度差使孔隙中的滲透壓加大 （3由于鹽產(chǎn)生的過冷水處于不穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)冰速度更快，產(chǎn)生

15、更大的靜水壓。 （4含鹽混凝土在水分蒸發(fā)失水干燥時，孔中鹽過飽和而結(jié)晶，產(chǎn)生一個額外的結(jié)晶壓力。445、磨蝕 磨損侵蝕：車輪、松散材料的沖擊夾砂的風(fēng) 主要由粗骨料承擔(dān)混凝土磨耗率 空穴侵蝕：液體水空蝕水流靜水壓力小于水的蒸汽壓時，產(chǎn)生氣泡，流到靜水壓力大于蒸汽壓時，蒸汽在氣泡中冷凝，氣泡崩坍類似于爆炸）。 主要由細(xì)質(zhì)砂漿承擔(dān)砂漿磨耗率 456、腐蝕 侵蝕介質(zhì)與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)酸、硫酸鹽和生物。腐蝕速度取決于鈣鹽的溶解速度。 酸侵蝕：酸在混凝土中的作用就是使所有的鈣化合物，如氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水花鋁酸鈣轉(zhuǎn)變成侵蝕酸的鈣鹽。 有機酸：鹽酸氯化鈣溶解）、硫酸硫酸鈣沉積為石膏）、硝酸硝酸鈣溶解） 無機酸：乳酸乳