混凝土耐久性技術(shù)

1、混凝土耐久性技術(shù)黃維蓉重慶交通大學(xué)材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心內(nèi)容一、概述二、混凝土碳化三、混凝土鋼筋銹蝕四、混凝土凍融破壞五、混凝土化學(xué)侵蝕破壞一、概述(續(xù)土木工程結(jié)構(gòu)的安全性(2構(gòu)件的整體牢固性防止自然和人為災(zāi)難1976年唐山地震:22萬座(建筑物80%、25萬人死亡1998年長江洪災(zāi):479萬座房屋1999年綦江彩虹橋整體垮塌:40人死亡土木工程結(jié)構(gòu)的安全性混凝土與鋼筋等結(jié)構(gòu)材料性能劣化混凝土與鋼筋等結(jié)構(gòu)材料性能劣化（環(huán)境因 素環(huán)境因素一、概述（續(xù).單因素作用凍融凍融、碳化碳化、銹蝕銹蝕、硫酸鹽硫酸鹽、堿骨料反應(yīng)堿骨料 反應(yīng)、磨損多因素作用鹽凍破壞鹽凍破壞、含鹽環(huán)境干濕循環(huán)含鹽環(huán)境干濕循環(huán)、荷載下的

2、耐久 性一、概述（續(xù)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性（1定義混凝土耐久性混凝土耐久性:在實(shí)際使用條件下抵抗各種環(huán)境因素作用在實(shí)際 使用條件下抵抗各種環(huán)境因素作用,，一、概述（續(xù)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性（2產(chǎn)生耐久性問題的原因混凝土=人造石人造石:耐久耐久、實(shí)用實(shí)用、價廉內(nèi)在因素硅酸鹽水泥礦相和水化產(chǎn)物硅酸鹽水泥礦相和水化產(chǎn)物:高堿高堿、不穩(wěn)定 混凝土結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu):多孔和不均質(zhì)多孔和不均質(zhì)，有害物質(zhì)容易進(jìn)入一、概述（續(xù)2.混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性（3工程結(jié)構(gòu)工程結(jié)構(gòu)耐久性耐久性耐久性現(xiàn)狀現(xiàn)狀混凝土與鋼筋等結(jié)構(gòu)材料性能劣化混凝土與鋼筋等結(jié)構(gòu)材料性能劣化（環(huán)境因 素環(huán)境因素哈綏高速公路:1996年亞冬會,一個冬季破壞一、概

3、述（續(xù)2.混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性（3工程結(jié)構(gòu)工程結(jié)構(gòu)耐久性耐久性耐久性現(xiàn)狀現(xiàn)狀混凝土與鋼筋等結(jié)構(gòu)材料性能劣化混凝土與鋼筋等結(jié)構(gòu)材料性能劣化（環(huán)境因 素環(huán)境因素新疆塔城機(jī)場新疆塔城機(jī)場:19951995年通航僅半年年通航僅半年年通航僅半 年，跑道嚴(yán)重剝蝕一、背景（續(xù)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性（3工程結(jié)構(gòu)工程結(jié)構(gòu)耐久性耐久性耐久性現(xiàn)狀現(xiàn)狀混凝土與鋼筋等結(jié)構(gòu)材料性能劣化混凝土與鋼筋等結(jié)構(gòu)材料性能劣化（環(huán)境因 素環(huán)境因素北京西直門立交橋：10年后嚴(yán)重剝蝕和銹蝕,1999年重建一、背景（續(xù)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性（3工程結(jié)構(gòu)耐久性現(xiàn)狀二、混凝土碳化空氣空氣、土壤土壤、水等環(huán)境中的酸性氣體或液體侵入混凝土并與水化產(chǎn)物進(jìn)行中

4、和反應(yīng)導(dǎo)致混凝土中導(dǎo)致混凝土中pH pH pH值降低值降低值降低（中性化過程中性 化過程二、混凝土碳化（續(xù)1.碳化機(jī)理碳化機(jī)理（1（1水泥水化產(chǎn)物水泥水化產(chǎn)物Ca（OH2和CSH CSH凝膠凝膠CSH CSH是不穩(wěn)定的是不穩(wěn)定的硅膠硅膠（溶于水溶于水+ + + Ca（OHCa（OH2二、混凝土碳化（續(xù)2. 2.影響因素影響因素（1（1材料因素材料因素W/C比：隨W/C比增大，碳化增加二、混凝土碳化（續(xù)2. 2.影響因素影響因素（1（1材料因素材料因素水泥用量:碳化隨水泥用量增加而稍有降低 二、混凝土碳化（續(xù)2. 2.影響因素影響因素（1（1材料因素材料因素水泥品種和外加劑二、混凝土碳化（續(xù)2.

5、影響因素影響因素（1（1材料因素材料因素強(qiáng)度 051015202530354001020304050607080碳化深度（m m抗壓強(qiáng)度（MPa MPa加摻合料基準(zhǔn)二、混凝土碳化（續(xù)2. 2.影響因素影響因素（2（2環(huán)境因素環(huán)境因素相對濕度:通過液相進(jìn)行反應(yīng)（混凝土內(nèi)部的飽水度（a濕度很低:CO 2擴(kuò)散速 度ff,但缺乏液相進(jìn)行碳化反應(yīng)（b濕度很高:CO 2擴(kuò)散速度口二、混凝土碳化(續(xù)2. 2.影響因素影響因素(2(2環(huán)境因素環(huán)境因素CO 2濃度CO 2濃度ff混凝土碳化ff: XC 0.5(a自然環(huán)境CO 2濃度:農(nóng)村0.03%,城市 0.04%,室內(nèi)0.1%(b碳化試驗(yàn)CO 2濃度:20%

6、二、混凝土碳化混凝土碳化(續(xù)2. 2.影響因素影響因素(2(2環(huán)境因素環(huán)境因素溫度溫度f,碳化f(反應(yīng)和擴(kuò)散速度反應(yīng)和擴(kuò)散速度(3(3其它因素其它因素施工質(zhì)量振搗不密實(shí)振搗不密實(shí)、蜂窩蜂窩、微裂紋等導(dǎo)致混凝土碳化ff早期養(yǎng) 護(hù)條件濕養(yǎng)護(hù)時間對碳化影響很大對碳化影響很大（粉煤灰、礦渣等水泥等水泥礦渣 水泥混凝土濕養(yǎng)3d的碳化比濕養(yǎng)7d的大50%二、混凝土碳化（續(xù)3.碳化產(chǎn)生的影響碳化產(chǎn)生的影響（1（1素混凝土素混凝土力學(xué)性能（強(qiáng)度：明顯提高（抗壓強(qiáng)度可增加3070%孔結(jié)構(gòu):總孔隙率明顯 降低，孔結(jié)構(gòu)明顯粗化滲透性:增加二、混凝土碳化（續(xù)3.碳化產(chǎn)生的影響碳化產(chǎn)生的影響（2（2鋼筋混凝土鋼筋混凝土

7、鋼筋銹蝕:碳化因中性化將鋼筋鈍化膜破壞而增加銹蝕滲透性：因碳化增 加滲透性，有害物質(zhì)更容易進(jìn)入三、鋼筋混凝土銹蝕三、鋼筋混凝土銹蝕鋼筋混凝土銹蝕（續(xù)1.1.鋼筋銹蝕產(chǎn)生的必要條件鋼筋銹蝕產(chǎn)生的必要條件鋼筋表面鈍化膜破壞（先決條件條件有氧氣存在有水存在三、鋼筋混凝土銹蝕（續(xù)2.2.鋼筋銹蝕機(jī)理鋼筋銹蝕機(jī)理三、鋼筋混凝土銹蝕（續(xù)2.2.鋼筋銹蝕機(jī)理鋼筋銹蝕機(jī)理三、鋼筋混凝土銹蝕（續(xù)3.3.鋼筋銹蝕的后果鋼筋銹蝕的后果三、鋼筋混凝土銹蝕（續(xù)Cl -離子引起的鋼筋銹蝕（1（1Cl Cl -離子濃度缺乏Cl -離子時離子時:pH 11.5，鋼筋鈍化膜是穩(wěn)定的當(dāng)Cl -離子存在時離 子存在時:鋼筋鈍化膜很

8、容易破壞（2混凝土中Cl -離子的來源原材料引入環(huán)境中擴(kuò)散和滲透進(jìn)入（3混凝土中Cl -離子的擴(kuò)散（4影響Cl-離子進(jìn)入混凝土中的因素W/C比水泥成分摻合料種類三、鋼筋混凝土銹蝕鋼筋混凝土銹蝕（續(xù)影響混凝土鋼筋銹蝕的因素三、鋼筋混凝土銹蝕鋼筋混凝土銹蝕（續(xù)5.影響混凝土鋼筋銹蝕的因素（1材料參數(shù)水泥中C 3A含量三、鋼筋混凝土銹蝕鋼筋混凝土銹蝕（續(xù)5.影響混凝土鋼筋銹蝕的因素（1材料參數(shù)摻合料三、鋼筋混凝土銹蝕鋼筋混凝土銹蝕（續(xù)5.影響混凝土鋼筋銹蝕的因素（2其它參數(shù)Cl -離子濃度三、鋼筋混凝土銹蝕鋼筋混凝土銹蝕（續(xù)（2其它參數(shù)飽水度三、鋼筋混凝土銹蝕鋼筋混凝土銹蝕（續(xù)三、鋼筋混凝土銹蝕鋼筋

9、混凝土銹蝕（續(xù)四、混凝土凍融和鹽凍破壞混凝土凍融和鹽凍破壞（續(xù)破壞機(jī)理破壞機(jī)理凍融和鹽凍破壞的根本原因凍融和鹽凍破壞的根本原因:混凝土有可凍水*混 凝土不含水或很少時:不會因凍融而破壞*混凝土長期凍結(jié)混凝土長期凍結(jié):一般破 壞很小四、混凝土凍融破壞混凝土凍融破壞（續(xù)破壞機(jī)理破壞機(jī)理（1普通凍融破壞*水結(jié)冰產(chǎn)生9.1%的體四、混凝土凍融破壞混凝土凍融破壞（續(xù)破壞機(jī)理破壞機(jī)理滲透壓理論（Powers和Helmuth由孔內(nèi)冰與未凍水之間的自由能差引起的化學(xué)能差（濃度差和物理能差（壓力差四、混凝土凍融破壞混凝土凍融破壞（續(xù)破壞特征破壞特征*內(nèi)部微裂紋*表面變酥和剝蝕四、混凝土凍融破壞混凝土凍融破壞（續(xù)

10、評定評定抗凍性的方法（1抗凍性試驗(yàn)方法（快速凍融法*試件中心凍結(jié)溫度-15C溶液*每次循環(huán)降溫歷時1.51.5-2.5小時試件*試件中心最高融解溫度8C桶*每次循環(huán)升溫歷時1.01.0-1.5小時*整個凍融歷時2.52.5-4.0小時四、混凝土凍融破壞混凝土凍融破壞（續(xù)主要影響因素主要影響因素(1(1W/C W/C 比4.4.主要影響因素主要影響因素(2強(qiáng)度主要影響因素主要影響因素(3含氣量*非引氣混凝土非引氣混凝土:抗凍性口*引氣混凝土引氣混凝土:抗凍性l(W/C影響I(4氣泡間距系數(shù)平均氣泡間距I：抗凍性ff主要影響因素主要影響因素(5水泥品種與礦物摻合料 水泥品種水泥品種:礦物摻合料不同

11、5.5.主要影響因素主要影響因素(6骨料四、混凝土凍融破壞混凝土凍融破壞（續(xù)主要影響因素主要影響因素（7養(yǎng)護(hù)條件 蒸汽養(yǎng)護(hù)四、混凝土凍融破壞混凝土凍融破壞（續(xù)主要影響因素主要影響因素（7養(yǎng)護(hù)條件 蒸汽養(yǎng)護(hù)*預(yù)養(yǎng)時間主要影響因素主要影響因素(7養(yǎng)護(hù)條件6.6 .抗凍性混凝土的設(shè)計技術(shù)原則抗凍性混凝土的設(shè)計技術(shù)原則(2W/C 比*引氣劑的使用劑的使用:不能降低對W/C的控制*高抗凍性混凝土高抗凍性混凝 土：W/C 0.456.6 .抗凍性和抗鹽凍性混凝土的設(shè)計技術(shù)原則抗凍性和抗鹽凍性混凝土的設(shè)計 技術(shù)原則（4骨料*混凝土抗凍性和抗鹽凍性能混凝土抗凍性和抗鹽凍性能:一個重要因素*最 好選用碎石:不宜用卵石*骨料在24