混凝土材料的耐久性_建筑材料

1、Deterioration of Reinforced Concrete Bridge due to Poor Durability3.5 混凝土耐久性混凝土耐久性DURABILITY of CONCRETEl材料的耐久性材料的耐久性在長(zhǎng)期使用過(guò)程中維持其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和使用性能在一個(gè)可以接受的水平的能力。l結(jié)構(gòu)耐久性結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在環(huán)結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在環(huán)境作用下長(zhǎng)期維持其所需性能的能境作用下長(zhǎng)期維持其所需性能的能力。力。 有沒(méi)有混凝土結(jié)構(gòu)物不要求很耐久？有沒(méi)有混凝土結(jié)構(gòu)物不要求很耐久？ 有。有。 2. 2. 哪一類混凝土結(jié)構(gòu)物不要求耐久性？哪一類混凝土結(jié)構(gòu)物不要求耐久性？ 臨時(shí)建筑（如圍堰等）。臨時(shí)建筑

2、（如圍堰等）。 3. 3. 哪一類混凝土結(jié)構(gòu)耐久性要求最高？哪一類混凝土結(jié)構(gòu)耐久性要求最高？ 紀(jì)念性建筑物、核廢料儲(chǔ)存設(shè)施等。紀(jì)念性建筑物、核廢料儲(chǔ)存設(shè)施等。 歐洲的輸水故道、君士坦丁的巴歐洲的輸水故道、君士坦丁的巴西利卡會(huì)堂建筑、羅馬的萬(wàn)神殿以及西利卡會(huì)堂建筑、羅馬的萬(wàn)神殿以及那不勒斯等地海岸上的羅馬混凝土工那不勒斯等地海岸上的羅馬混凝土工程，盡管有的已經(jīng)被海浪磨光了表面，程，盡管有的已經(jīng)被海浪磨光了表面，有的長(zhǎng)滿了青苔，而混凝土卻仍能保有的長(zhǎng)滿了青苔，而混凝土卻仍能保持完好。持完好。 P. K. Metha “Influence of Fly Ash Characteristics on

3、the Strength of Portland cement Fly Ash Mixture. C.C. R. Vol. 15,1985.古羅馬時(shí)期的混凝土古羅馬時(shí)期的混凝土羅馬萬(wàn)神殿羅馬萬(wàn)神殿The Pantheon Rome 以往，通常認(rèn)為結(jié)構(gòu)物的耐久性不足，以往，通常認(rèn)為結(jié)構(gòu)物的耐久性不足，既不是設(shè)計(jì)，也不是材料的原因所引起。大多既不是設(shè)計(jì)，也不是材料的原因所引起。大多數(shù)情況下，都認(rèn)為是施工操作不當(dāng)?shù)呢?zé)任?；鞌?shù)情況下，都認(rèn)為是施工操作不當(dāng)?shù)呢?zé)任?；炷翐v實(shí)與養(yǎng)護(hù)不良、鋼筋保護(hù)層不足以及接凝土搗實(shí)與養(yǎng)護(hù)不良、鋼筋保護(hù)層不足以及接縫漏水是施工存在問(wèn)題的一些例子。縫漏水是施工存在問(wèn)題的一些例

4、子。 然而現(xiàn)今一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題是：許多新結(jié)構(gòu)的然而現(xiàn)今一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題是：許多新結(jié)構(gòu)的施工操作與以往保持一致，而過(guò)早劣化的現(xiàn)象卻施工操作與以往保持一致，而過(guò)早劣化的現(xiàn)象卻在不斷增多。這意味著混凝土結(jié)構(gòu)過(guò)早劣化的現(xiàn)在不斷增多。這意味著混凝土結(jié)構(gòu)過(guò)早劣化的現(xiàn)象還將以很高的速度不斷繼續(xù)下去，除非我們深象還將以很高的速度不斷繼續(xù)下去，除非我們深入地了解現(xiàn)今的建設(shè)實(shí)踐，深刻地認(rèn)識(shí)影響混凝入地了解現(xiàn)今的建設(shè)實(shí)踐，深刻地認(rèn)識(shí)影響混凝土結(jié)構(gòu)劣化的主要原因。土結(jié)構(gòu)劣化的主要原因。 P.K.Mehta. Building Durable Structures in 21st Century. CONCRETE INT

5、ERNATIONAL. March，2001. 劣化現(xiàn)象，例如鋼筋銹蝕和硫酸鹽侵蝕，劣化現(xiàn)象，例如鋼筋銹蝕和硫酸鹽侵蝕，在水和離子滲入到混凝土內(nèi)部時(shí)就會(huì)發(fā)生。在水和離子滲入到混凝土內(nèi)部時(shí)就會(huì)發(fā)生。在相互隔離的微裂縫、可見(jiàn)裂縫與孔隙相連在相互隔離的微裂縫、可見(jiàn)裂縫與孔隙相連通時(shí)，就產(chǎn)生滲透。因此，滲透與開(kāi)裂是緊通時(shí)，就產(chǎn)生滲透。因此，滲透與開(kāi)裂是緊密相關(guān)的。密相關(guān)的。 開(kāi)裂的原因有很多，一個(gè)導(dǎo)致混凝土結(jié)開(kāi)裂的原因有很多，一個(gè)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)早期開(kāi)裂的主要原因，是為滿足現(xiàn)代高速構(gòu)早期開(kāi)裂的主要原因，是為滿足現(xiàn)代高速施工，而采用高早強(qiáng)水泥及高強(qiáng)混凝土。施工，而采用高早強(qiáng)水泥及高強(qiáng)混凝土。P.K.Meh

6、ta. Building Durable Structures in 21st Century. Concrete International. March，2001. 現(xiàn)今混凝土的水灰比減小使得自生現(xiàn)今混凝土的水灰比減小使得自生收縮加大；早期強(qiáng)度迅速增長(zhǎng)引起彈性收縮加大；早期強(qiáng)度迅速增長(zhǎng)引起彈性模量相應(yīng)快速增大、徐變系數(shù)減小，這模量相應(yīng)快速增大、徐變系數(shù)減小，這對(duì)混凝土的延伸率又產(chǎn)生不利影響，這對(duì)混凝土的延伸率又產(chǎn)生不利影響，這就是為什么高早強(qiáng)混凝土比中等和低強(qiáng)就是為什么高早強(qiáng)混凝土比中等和低強(qiáng)度混凝土更易于開(kāi)裂的原因。度混凝土更易于開(kāi)裂的原因。 3.5.1 3.5.1 水與混凝土的劣化水與

7、混凝土的劣化 對(duì)許多建筑材料來(lái)說(shuō)，水是它們生對(duì)許多建筑材料來(lái)說(shuō)，水是它們生產(chǎn)過(guò)程的重要原料之一，同時(shí)也是它們產(chǎn)過(guò)程的重要原料之一，同時(shí)也是它們破壞過(guò)程的主要介質(zhì)。水也是多數(shù)結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程的主要介質(zhì)。水也是多數(shù)結(jié)構(gòu)混凝土出現(xiàn)耐久性問(wèn)題的核心。不僅物混凝土出現(xiàn)耐久性問(wèn)題的核心。不僅物理劣化過(guò)程與水有關(guān)；同時(shí)作為傳輸侵理劣化過(guò)程與水有關(guān)；同時(shí)作為傳輸侵蝕性離子的介質(zhì)，水又是其化學(xué)劣化過(guò)蝕性離子的介質(zhì)，水又是其化學(xué)劣化過(guò)程的一個(gè)根源。程的一個(gè)根源。 1. 混凝土的滲透性混凝土的滲透性 Permeability of Concrete混凝土是一種多孔的物質(zhì)。流體可以沿著混混凝土是一種多孔的物質(zhì)。流體可以沿

8、著混凝土內(nèi)部連通的孔隙滲透?；炷林辛黧w的滲凝土內(nèi)部連通的孔隙滲透?；炷林辛黧w的滲透能力稱為混凝土的透能力稱為混凝土的滲透性滲透性。通常測(cè)定混凝土抵抗流體滲透的能力，稱為通常測(cè)定混凝土抵抗流體滲透的能力，稱為混凝土的混凝土的抗?jié)B性抗?jié)B性。 最初幾周，硬化水泥漿體的滲透性下降數(shù)個(gè)量級(jí)最初幾周，硬化水泥漿體的滲透性下降數(shù)個(gè)量級(jí)圖3-24 硬化水泥漿體滲透性與水灰比的關(guān)系（93%水化度）滲透性滲透性水灰比水灰比關(guān)系存在臨界區(qū)域關(guān)系存在臨界區(qū)域 采用適宜的原材料及良好的生產(chǎn)、采用適宜的原材料及良好的生產(chǎn)、澆筑與養(yǎng)護(hù)操作，當(dāng)水泥用量為澆筑與養(yǎng)護(hù)操作，當(dāng)水泥用量為300300350350Kg/m3、水灰

9、比水灰比0.450.55，制備出，制備出28d28d抗壓強(qiáng)度為抗壓強(qiáng)度為3540MPa的混凝土，的混凝土，在大多數(shù)環(huán)境條件下可以呈現(xiàn)足夠低的在大多數(shù)環(huán)境條件下可以呈現(xiàn)足夠低的滲透性和良好的耐久性能。滲透性和良好的耐久性能。 滲透性與耐久性滲透性與耐久性Permeability and durability2. 2. 離子在混凝土中的擴(kuò)散離子在混凝土中的擴(kuò)散Diffusion of Ion in Concrete 離子的擴(kuò)散行為雖與水在混凝土離子的擴(kuò)散行為雖與水在混凝土中的傳輸不同，但它要以水為載體。中的傳輸不同，但它要以水為載體。離子離子( (或原子、分子）在濃度梯度作用或原子、分子）在濃度梯

10、度作用下運(yùn)動(dòng)，即擴(kuò)散過(guò)程，傳輸速率由費(fèi)下運(yùn)動(dòng)，即擴(kuò)散過(guò)程，傳輸速率由費(fèi)克（克（Fick) )定律求得。定律求得。式中式中: P為為 X方向物體單位面積上的傳輸速率；方向物體單位面積上的傳輸速率； 為濃度梯度，為濃度梯度， D為擴(kuò)散系數(shù)，量綱為為擴(kuò)散系數(shù)，量綱為m2/s。 與滲透系數(shù)與滲透系數(shù)K類似，類似，D取決于混凝土的孔結(jié)取決于混凝土的孔結(jié)構(gòu)和擴(kuò)散介質(zhì)兩方面。構(gòu)和擴(kuò)散介質(zhì)兩方面。CPDX /CXFick定律：定律：3. 混凝土的吸水性混凝土的吸水性Sorptivity of concrete 硬化水泥漿體或混凝土因毛細(xì)硬化水泥漿體或混凝土因毛細(xì)作用作用( (而不是壓力梯度而不是壓力梯度) )

11、吸收或吸附吸收或吸附水份于其孔隙里的性質(zhì)，稱為吸水水份于其孔隙里的性質(zhì)，稱為吸水性。試驗(yàn)表明：吸水性大小主要反性。試驗(yàn)表明：吸水性大小主要反映混凝土靠近表層的抗?jié)B性。映混凝土靠近表層的抗?jié)B性。防波堤防波堤3.5.2 3.5.2 混凝土的劣化混凝土的劣化 (Degradation of concrete) 分為兩大類：分為兩大類： 第一類，由水、空氣和其它侵蝕性介質(zhì)第一類，由水、空氣和其它侵蝕性介質(zhì)滲透或擴(kuò)散進(jìn)入混凝土的速率所決定。滲透或擴(kuò)散進(jìn)入混凝土的速率所決定。 包括化學(xué)的：鋼筋銹蝕、堿包括化學(xué)的：鋼筋銹蝕、堿- -骨料反應(yīng)、骨料反應(yīng)、硫酸鹽、海水和酸的侵蝕；物理的：凍融、硫酸鹽、海水和酸的

12、侵蝕；物理的：凍融、鹽結(jié)晶、火災(zāi)等。鹽結(jié)晶、火災(zāi)等。 第二類，是磨耗、沖磨與空蝕，涉及一第二類，是磨耗、沖磨與空蝕，涉及一些另外的機(jī)理。些另外的機(jī)理。1.1.表面損耗造成的劣化表面損耗造成的劣化(Deterioration by surface wear) 包括磨耗、沖磨和空蝕三種作用。包括磨耗、沖磨和空蝕三種作用。 磨耗指摩擦引起的損耗，主要為路面和工業(yè)磨耗指摩擦引起的損耗，主要為路面和工業(yè)地坪由于車輛行駛造成；地坪由于車輛行駛造成； 沖磨沖磨發(fā)生于水工結(jié)構(gòu)，例如隧道襯砌、溢流發(fā)生于水工結(jié)構(gòu)，例如隧道襯砌、溢流面以及給排水管道等，當(dāng)水夾帶砂土顆粒流過(guò)混面以及給排水管道等，當(dāng)水夾帶砂土顆粒流過(guò)

13、混凝土表面，與其碰撞、滑動(dòng)或滾動(dòng)引起的損耗；凝土表面，與其碰撞、滑動(dòng)或滾動(dòng)引起的損耗； 水工混凝土還受到另一種稱為空蝕（也稱水工混凝土還受到另一種稱為空蝕（也稱氣氣蝕蝕）的作用。水流夾帶氣泡在流向突然變化時(shí)形）的作用。水流夾帶氣泡在流向突然變化時(shí)形成高負(fù)壓導(dǎo)致爆裂，使表面產(chǎn)生空穴的現(xiàn)象成高負(fù)壓導(dǎo)致爆裂，使表面產(chǎn)生空穴的現(xiàn)象。 2. 鹽結(jié)晶引起開(kāi)裂鹽結(jié)晶引起開(kāi)裂（Cracking by crystallization of salt in pores) 混凝土因孔隙里鹽發(fā)生結(jié)晶的物理作用，混凝土因孔隙里鹽發(fā)生結(jié)晶的物理作用，可能造成嚴(yán)重的損害，許多多孔材料都可能可能造成嚴(yán)重的損害，許多多孔材料都

14、可能由于與其接觸的飽和溶液析晶過(guò)程產(chǎn)生的壓由于與其接觸的飽和溶液析晶過(guò)程產(chǎn)生的壓力引起開(kāi)裂。鹽結(jié)晶只能發(fā)生在一定溫度下力引起開(kāi)裂。鹽結(jié)晶只能發(fā)生在一定溫度下溶質(zhì)的濃度超過(guò)飽和濃度的時(shí)候。過(guò)飽和度溶質(zhì)的濃度超過(guò)飽和濃度的時(shí)候。過(guò)飽和度越大，結(jié)晶壓越大。例如巖鹽越大，結(jié)晶壓越大。例如巖鹽NaClNaCl在過(guò)飽和在過(guò)飽和度度=2=2時(shí)，時(shí)，88下產(chǎn)生的結(jié)晶壓可達(dá)下產(chǎn)生的結(jié)晶壓可達(dá)55.4MPa55.4MPa，足以讓巖石或混凝土開(kāi)裂。足以讓巖石或混凝土開(kāi)裂。 因含鹽地下因含鹽地下水通過(guò)毛細(xì)水通過(guò)毛細(xì)作用上升在作用上升在混凝土電線混凝土電線桿內(nèi)部產(chǎn)生桿內(nèi)部產(chǎn)生膨脹而開(kāi)裂膨脹而開(kāi)裂 采用含鹽砂的混凝土采用

15、含鹽砂的混凝土路面因膨脹而在預(yù)留路面因膨脹而在預(yù)留的脹縫處被擠碎的脹縫處被擠碎 3. 硫酸鹽與海水的腐蝕硫酸鹽與海水的腐蝕Attack by sulphates and sea water 硫酸鹽侵蝕引起混凝土劣化的機(jī)理，硫酸鹽侵蝕引起混凝土劣化的機(jī)理，是它與硬化水泥漿體中的水化鋁酸鹽相反是它與硬化水泥漿體中的水化鋁酸鹽相反應(yīng)，生成有破壞性的應(yīng)，生成有破壞性的膨脹產(chǎn)物鈣礬石膨脹產(chǎn)物鈣礬石。 C3A+ 3CH2+26H C3A3CH32 l體系中存在硫酸鹽（內(nèi)部存在或外部侵入）；l足夠的水分；l預(yù)先存在的空隙。 酸腐蝕酸腐蝕 Acid attack 由于混凝土中硬化水泥漿體呈高由于混凝土中硬化水

16、泥漿體呈高堿性，沒(méi)有任何硅酸鹽水泥混凝土可以堿性，沒(méi)有任何硅酸鹽水泥混凝土可以耐酸腐蝕。但如果注意降低滲透性并且耐酸腐蝕。但如果注意降低滲透性并且養(yǎng)護(hù)良好，也能夠生產(chǎn)出在弱酸環(huán)境中養(yǎng)護(hù)良好，也能夠生產(chǎn)出在弱酸環(huán)境中足夠耐久的混凝土。足夠耐久的混凝土。 堿堿- -骨料反應(yīng)骨料反應(yīng)(AAR) Alkali-Aggregate Reaction 最常見(jiàn)、最重要的最常見(jiàn)、最重要的AAR是堿是堿硅反應(yīng)硅反應(yīng)（簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱ASRASR），它是骨料中所含的無(wú)定形硅），它是骨料中所含的無(wú)定形硅與孔隙里含堿（鈉、鉀、鈣的氫氧化物）與孔隙里含堿（鈉、鉀、鈣的氫氧化物）的溶液反應(yīng)，生成易于吸水膨脹的堿的溶液反應(yīng)，生成易

17、于吸水膨脹的堿- -硅凝硅凝膠，當(dāng)結(jié)構(gòu)物暴露在潮濕環(huán)境中，混凝土膠，當(dāng)結(jié)構(gòu)物暴露在潮濕環(huán)境中，混凝土體內(nèi)相對(duì)濕度超過(guò)體內(nèi)相對(duì)濕度超過(guò)85%85%時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)膨脹，時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)膨脹，直到引起混凝土開(kāi)裂與破壞。直到引起混凝土開(kāi)裂與破壞。圖3-26 典型的堿-骨料反應(yīng)開(kāi)裂形式常見(jiàn)的堿常見(jiàn)的堿骨料反應(yīng)破壞形式骨料反應(yīng)破壞形式Typical cracking patterns resulting from alkali silica reaction堿堿骨料反應(yīng)影響因素骨料反應(yīng)影響因素Factors influencing the amount and rate of reaction1）水泥或混凝土的

18、含堿量水泥或混凝土的含堿量 ；2 2）活性氧化硅含量）活性氧化硅含量 ；3 3）骨料粒徑）骨料粒徑 ；4 4）水分來(lái)源）水分來(lái)源 ；5 5）環(huán)境溫度）環(huán)境溫度 ?；炷梁瑝A量的閾值混凝土含堿量的閾值堿骨料破壞性膨脹堿骨料破壞性膨脹從整體方法論看待堿骨料反應(yīng)的發(fā)生和發(fā)展混凝土勻質(zhì)性差混凝土勻質(zhì)性差溫度與干燥收縮溫度與干燥收縮預(yù)制預(yù)應(yīng)力構(gòu)件預(yù)制預(yù)應(yīng)力構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力過(guò)大內(nèi)應(yīng)力過(guò)大微裂縫微裂縫發(fā)生堿骨發(fā)生堿骨料反應(yīng)料反應(yīng)高堿水泥高堿水泥骨料有堿活性骨料有堿活性水分來(lái)水分來(lái)源充分源充分臨水結(jié)構(gòu)臨水結(jié)構(gòu)相對(duì)濕度大相對(duì)濕度大6. 凍害凍害 (Frost damage) 混凝土中大毛細(xì)孔里的水結(jié)冰時(shí)，混凝土中大毛

19、細(xì)孔里的水結(jié)冰時(shí)，體積大約要膨脹體積大約要膨脹9%9%，如果體內(nèi)沒(méi)有足，如果體內(nèi)沒(méi)有足夠的空間容納，就會(huì)產(chǎn)生可能引起開(kāi)夠的空間容納，就會(huì)產(chǎn)生可能引起開(kāi)裂的壓力。反復(fù)的凍融循環(huán)使危害擴(kuò)裂的壓力。反復(fù)的凍融循環(huán)使危害擴(kuò)大和積累，產(chǎn)生開(kāi)裂與剝落。大和積累，產(chǎn)生開(kāi)裂與剝落。 引氣與抗凍融循環(huán)性能的關(guān)系示意圖引氣與抗凍融循環(huán)性能的關(guān)系示意圖混凝土受熱，發(fā)生以下三種變化：混凝土受熱，發(fā)生以下三種變化：1）升溫時(shí)混凝土內(nèi)毛細(xì)孔內(nèi)的水分逐漸蒸發(fā)，升溫時(shí)混凝土內(nèi)毛細(xì)孔內(nèi)的水分逐漸蒸發(fā)，接著水化產(chǎn)物分解，其中結(jié)合牢固的水分也逐步接著水化產(chǎn)物分解，其中結(jié)合牢固的水分也逐步逸出；逸出；2）由于硬化水泥漿體和骨料熱膨脹

20、系數(shù)的差異，由于硬化水泥漿體和骨料熱膨脹系數(shù)的差異，產(chǎn)生溫度應(yīng)力并導(dǎo)致過(guò)渡區(qū)開(kāi)裂，這是產(chǎn)生溫度應(yīng)力并導(dǎo)致過(guò)渡區(qū)開(kāi)裂，這是500以以上時(shí)強(qiáng)度迅速喪失的主要原因。上時(shí)強(qiáng)度迅速喪失的主要原因。 3）硬化水泥漿體的水化產(chǎn)物到接近硬化水泥漿體的水化產(chǎn)物到接近1000的時(shí)的時(shí)候分解完畢，強(qiáng)度完全喪失。候分解完畢，強(qiáng)度完全喪失。 7. 抗火性抗火性 問(wèn)題：?jiǎn)栴}：1. 與普通強(qiáng)度混凝土相比，高強(qiáng)混凝土抗與普通強(qiáng)度混凝土相比，高強(qiáng)混凝土抗火性較差還是較好？為什么？火性較差還是較好？為什么？2. 為什么用輕骨料的混凝土抗火性能較好？為什么用輕骨料的混凝土抗火性能較好？高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)致密，內(nèi)部孔隙率低。當(dāng)混凝土受熱

21、后，水化產(chǎn)物分解，產(chǎn)生的水蒸氣不能及時(shí)排出，在內(nèi)部形成大的壓力，可導(dǎo)致混凝土爆裂。影響結(jié)構(gòu)物壽命的第一大因素。影響結(jié)構(gòu)物壽命的第一大因素。 在混凝土內(nèi)部的堿性環(huán)境（在混凝土內(nèi)部的堿性環(huán)境（pH13）中，）中，鋼材表面生成一層致密的鈍化膜，保護(hù)鋼材不鋼材表面生成一層致密的鈍化膜，保護(hù)鋼材不被銹蝕。被銹蝕。1）混凝土中的混凝土中的Ca(OH)2被空氣里的被空氣里的SO2、NO2、CO2等酸性氧化物中和（等酸性氧化物中和（pH9）而失去堿性而失去堿性；2）海水或道面撒除冰鹽所引入的氯離子的海水或道面撒除冰鹽所引入的氯離子的作用作用。鋼筋銹蝕導(dǎo)致混凝土構(gòu)件破壞的幾種形式鋼筋銹蝕導(dǎo)致混凝土構(gòu)件破壞的幾種

22、形式混凝土中鋼材的銹蝕混凝土中鋼材的銹蝕Corrosion of Steel in Concrete1 1）碳化引起的銹蝕（）碳化引起的銹蝕（均勻腐蝕均勻腐蝕）條件：條件：CO2 、水分（相對(duì)濕度、水分（相對(duì)濕度5070%時(shí)最迅速）時(shí)最迅速）微電池腐蝕微電池腐蝕2 2）氯化物引起的銹蝕（）氯化物引起的銹蝕（點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕）條件：氯離子擴(kuò)散速度、氧與水分；與保護(hù)層厚條件：氯離子擴(kuò)散速度、氧與水分；與保護(hù)層厚度、水灰比、水泥用量等有關(guān)。度、水灰比、水泥用量等有關(guān)。宏電池腐蝕宏電池腐蝕 T0：開(kāi)始銹蝕：開(kāi)始銹蝕; T1：混凝土開(kāi)裂；：混凝土開(kāi)裂； T0 T11）脫鈍介質(zhì)脫鈍介質(zhì) ( (酸性氧化物酸性氧化物

23、或氯化物或氯化物) ) 到到達(dá)鋼材表面并達(dá)鋼材表面并開(kāi)始銹蝕的時(shí)開(kāi)始銹蝕的時(shí)間間T0產(chǎn)生開(kāi)裂的時(shí)間分兩個(gè)階段產(chǎn)生開(kāi)裂的時(shí)間分兩個(gè)階段2）銹蝕到達(dá)銹蝕到達(dá)臨界水平，即臨界水平，即混凝土出現(xiàn)開(kāi)混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂的時(shí)間裂的時(shí)間T1l對(duì)于重要結(jié)構(gòu)物，常用對(duì)于重要結(jié)構(gòu)物，常用t0作為設(shè)計(jì)壽命；作為設(shè)計(jì)壽命；l對(duì)于一般結(jié)構(gòu)物，可用對(duì)于一般結(jié)構(gòu)物，可用t1作為設(shè)計(jì)壽命，作為設(shè)計(jì)壽命，但應(yīng)有定期的維護(hù)制度。但應(yīng)有定期的維護(hù)制度。 氯化物對(duì)結(jié)構(gòu)物暴露于潮汐區(qū)與浪濺氯化物對(duì)結(jié)構(gòu)物暴露于潮汐區(qū)與浪濺區(qū)混凝土的作用，在很大程度上取決暴露區(qū)混凝土的作用，在很大程度上取決暴露時(shí)間、條件和混凝土性能。保護(hù)層的厚度時(shí)間、條件和混

24、凝土性能。保護(hù)層的厚度和性質(zhì)對(duì)盡可能地延長(zhǎng)和性質(zhì)對(duì)盡可能地延長(zhǎng)t t0 0很關(guān)鍵。低水灰很關(guān)鍵。低水灰比、適當(dāng)?shù)乃嘤昧颗c足夠的養(yǎng)護(hù)對(duì)增大比、適當(dāng)?shù)乃嘤昧颗c足夠的養(yǎng)護(hù)對(duì)增大t t0 0、降低吸收與擴(kuò)散系數(shù)有利。、降低吸收與擴(kuò)散系數(shù)有利。 混凝土中鋼材的銹蝕混凝土中鋼材的銹蝕Corrosion of Steel in Concrete 下列幾種措施，可以在原材料選擇、配合比下列幾種措施，可以在原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、保護(hù)層厚度與施工過(guò)程的優(yōu)化基礎(chǔ)上，進(jìn)設(shè)計(jì)、保護(hù)層厚度與施工過(guò)程的優(yōu)化基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改善對(duì)鋼材的防護(hù)作用：一步改善對(duì)鋼材的防護(hù)作用：1 1）在新拌混凝土里摻用阻銹劑，如亞硝酸鈣；）在

25、新拌混凝土里摻用阻銹劑，如亞硝酸鈣；2 2）用不銹鋼作為配筋，或用環(huán)氧涂層鋼筋；）用不銹鋼作為配筋，或用環(huán)氧涂層鋼筋；3 3）混凝土采用涂層保護(hù)，減少氯鹽與氧的侵入；）混凝土采用涂層保護(hù)，減少氯鹽與氧的侵入；4 4）對(duì)鋼筋進(jìn)行陰極保護(hù)，即外加電壓以保持鋼）對(duì)鋼筋進(jìn)行陰極保護(hù)，即外加電壓以保持鋼筋處于陰極區(qū)。筋處于陰極區(qū)。 混凝土中鋼材銹蝕的防護(hù)混凝土中鋼材銹蝕的防護(hù)Defend the corrosion of Steel in Concrete 選擇改善混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的措施，要考慮選擇改善混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的措施，要考慮到性能與費(fèi)用兩方面。下面到性能與費(fèi)用兩方面。下面列出許多防護(hù)和延緩列出許

26、多防護(hù)和延緩混凝土因鋼筋銹蝕引起劣化的措施及費(fèi)用增加比混凝土因鋼筋銹蝕引起劣化的措施及費(fèi)用增加比例（以增加一次投資的百分?jǐn)?shù)表示）：例（以增加一次投資的百分?jǐn)?shù)表示）： 1) 1) 摻用粉煤灰和礦渣，減少水泥用量摻用粉煤灰和礦渣，減少水泥用量（0%） 2) 預(yù)冷混凝土拌合物預(yù)冷混凝土拌合物（3%） 3) 用硅灰和高效減水劑用硅灰和高效減水劑（5%） 4) 增大保護(hù)層厚度增大保護(hù)層厚度15mm（4%） 5) 摻摻加阻銹劑加阻銹劑（8%） 6) 采用環(huán)氧涂層鋼筋采用環(huán)氧涂層鋼筋（8%） 7) 外表涂刷涂層外表涂刷涂層（20%） 8) 陰極保護(hù)陰極保護(hù)（30%）圖3-34 在潮汐或浪濺區(qū)暴露時(shí)混凝土不同

27、深度的氯離子濃度(a) (b)a 暴露時(shí)間的影響（硅酸鹽水泥，濕養(yǎng)護(hù)3d） b 粉煤灰摻量的影響（濕養(yǎng)護(hù)1d，28d后暴露2年）粉煤灰減小氯離子擴(kuò)散的作用粉煤灰減小氯離子擴(kuò)散的作用The effect of fly ash on reducing diffusion rate of chloride ion素混凝土與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的劣化素混凝土與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的劣化Deterioration of plain and reinforced concrete structures一、表面損耗造成的劣化：磨耗、沖磨、空蝕一、表面損耗造成的劣化：磨耗、沖磨、空蝕二、由水、空氣和其它侵蝕性介質(zhì)滲透或擴(kuò)

28、散二、由水、空氣和其它侵蝕性介質(zhì)滲透或擴(kuò)散進(jìn)入混凝土的速率所決定。包括化學(xué)的（鋼筋進(jìn)入混凝土的速率所決定。包括化學(xué)的（鋼筋銹蝕、堿銹蝕、堿- -骨料反應(yīng)、硫酸鹽、海水和酸的侵骨料反應(yīng)、硫酸鹽、海水和酸的侵蝕）和物理的（凍融、鹽結(jié)晶等）。蝕）和物理的（凍融、鹽結(jié)晶等）。一個(gè)不透水，但存在非一個(gè)不透水，但存在非連續(xù)微裂縫，且多孔的連續(xù)微裂縫，且多孔的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 由于微裂縫和孔隙由于微裂縫和孔隙連通起來(lái)，不透水性逐連通起來(lái)，不透水性逐漸喪失漸喪失環(huán)境作用（第二階段）環(huán)境作用（第二階段）（損傷的開(kāi)始與擴(kuò)展）（損傷的開(kāi)始與擴(kuò)展）水的滲入水的滲入O O2 2、COCO2 2滲入滲入酸性離

29、子（酸性離子（ClCl- - 、 SOSO4 4- -) )滲入滲入A：以下原因使孔隙內(nèi)的靜以下原因使孔隙內(nèi)的靜水壓增大、混凝土膨脹：水壓增大、混凝土膨脹：鋼筋銹蝕、堿鋼筋銹蝕、堿- -骨料反應(yīng)、骨料反應(yīng)、水結(jié)冰、硫酸鹽侵蝕水結(jié)冰、硫酸鹽侵蝕; ;B：混凝土強(qiáng)度與剛度降低混凝土強(qiáng)度與剛度降低開(kāi)裂、剝落與整體性喪失開(kāi)裂、剝落與整體性喪失環(huán)境作用（第一階段）環(huán)境作用（第一階段）（無(wú)可見(jiàn)損傷）（無(wú)可見(jiàn)損傷）1. 1. 侵蝕作用侵蝕作用（冷熱循環(huán)、干濕循環(huán)）（冷熱循環(huán)、干濕循環(huán)）2. 2. 荷載作用荷載作用（循環(huán)荷載、沖擊荷載（循環(huán)荷載、沖擊荷載）混凝土受環(huán)境作用產(chǎn)生劣化的混凝土受環(huán)境作用產(chǎn)生劣化的“

30、整體性整體性”模型模型 圖5 一種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性的整體論方法鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的整體論觀鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的整體論觀 l鋼筋銹蝕鋼筋銹蝕 預(yù)應(yīng)力鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼筋 開(kāi)始銹蝕開(kāi)始銹蝕 普通鋼筋混凝土表面銹痕，普通鋼筋混凝土表面銹痕， 順筋開(kāi)裂（順筋開(kāi)裂（0.1mm, -,1mm） 保護(hù)層剝落保護(hù)層剝落l混凝土腐蝕混凝土腐蝕 輕微，不影響混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)輕微，不影響混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù) 耐久性設(shè)計(jì)方法 傳統(tǒng)方法傳統(tǒng)方法 指數(shù)指數(shù)(評(píng)分評(píng)分)法法 因子法因子法 基于材料劣化模型的計(jì)算方法基于材料劣化模型的計(jì)算方法 傳統(tǒng)方法傳統(tǒng)方法 Deem-to-satisfy Method針對(duì)不同環(huán)境類別和環(huán)境作用等級(jí)，對(duì)混凝土針對(duì)不同環(huán)境類別和環(huán)境作用等級(jí)，對(duì)混凝土材料和結(jié)構(gòu)構(gòu)造規(guī)定不同要求。材料和結(jié)構(gòu)構(gòu)造規(guī)定不同要求。 （ 回避使用壽命要求）回避使用壽命要求）n混凝土原材料（混凝土原材料（水