混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性

混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)的耐久性性輔導(dǎo)資料內(nèi)容簡(jiǎn)介1.概述2.混凝土的碳碳化3.混凝土中鋼鋼筋的銹蝕蝕4.堿-骨料反應(yīng)5.混凝土的凍凍融破壞6.化學(xué)侵蝕7.混凝土的表表面磨損1概述隨著鋼筋混混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)服役時(shí)間間的增加，，其結(jié)構(gòu)中中會(huì)出現(xiàn)各各種各樣的的病害。如如果混凝土土結(jié)構(gòu)的施施工質(zhì)量不不佳或者結(jié)結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)計(jì)有缺陷等等，都會(huì)加加速這些病病害的進(jìn)一一步發(fā)展。?；炷两Y(jié)構(gòu)構(gòu)的耐久性性是指混凝凝土在設(shè)計(jì)計(jì)壽命周期期內(nèi)，在正正常維護(hù)下下能夠使用用，而不需需要進(jìn)行維維修加固，，即指混凝凝土在抵抗抗周圍環(huán)境境各種因素素的作用下下，仍能保保持原有性性能的能力力。破壞的鋼筋筋混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)1概述1991年召開(kāi)的第第二屆混凝凝土耐久性性國(guó)際學(xué)術(shù)術(shù)會(huì)議上，，梅塔教授授指出：““當(dāng)今世界界混凝土破破壞原因按按重要性遞遞減順序排排列是：鋼鋼筋銹蝕、、寒冷氣候候下的凍害害、侵蝕環(huán)環(huán)境下的物物理化學(xué)作作用?！逼淦渲校治g蝕環(huán)境下的的物理化學(xué)學(xué)作用包括括淡水及酸酸性水侵蝕蝕、混凝土土的碳化等等?；炷两Y(jié)構(gòu)構(gòu)材料劣化化形式分類類材料的耐久性劣化自身因素引起環(huán)境條件引起物理作用化學(xué)作用物理化學(xué)作用化學(xué)作用表面磨損凍融破壞機(jī)械磨耗沖磨空蝕碳化（中性化）鋼筋銹蝕化學(xué)侵蝕堿-骨料反應(yīng)溶出性侵蝕溶解性侵蝕膨脹性侵蝕一般凍融破壞鹽凍破壞碳化（中性化）引起Cl-侵蝕引起雜散電流引起堿-硅酸反應(yīng)堿-碳酸鹽反應(yīng)堿-硅酸鹽反應(yīng)1概述從混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)材料的的劣化上來(lái)來(lái)看，混凝凝土結(jié)構(gòu)耐耐久性破壞壞作用有：：混凝土的碳碳化混凝土中鋼鋼筋的銹蝕蝕堿-骨料反應(yīng)混凝土凍融融破壞化學(xué)侵蝕混凝土的表表面磨損影響結(jié)構(gòu)耐耐久性能的的主要因素素內(nèi)部因素外部因素其他因素混凝土的強(qiáng)強(qiáng)度、密實(shí)實(shí)度、水水泥用量、、水灰比、、氯離子及及堿含量、、外加劑用用量、保護(hù)護(hù)層厚度等等環(huán)境條件，，主要包括括溫度、濕濕度、CO2含量、侵蝕蝕劑介質(zhì)等等設(shè)計(jì)構(gòu)造上上的缺陷、、施工質(zhì)量差差、使用中維修修不當(dāng)?shù)?混凝土的碳碳化混凝土的中中性化過(guò)程程空氣、土壤壤、地下水水等環(huán)境中中的酸性氣氣體或液體體侵入混凝凝土中，與與水泥石中中的堿性物物質(zhì)發(fā)生反反應(yīng)，使混混凝土中pH值下降的過(guò)過(guò)程。混凝土的碳碳化大氣環(huán)境中中的CO2引起的中性性化過(guò)程。。2混凝土的碳碳化混凝土的碳碳化反應(yīng)結(jié)結(jié)果有兩個(gè)個(gè)方面：一方面，反反應(yīng)生成碳碳酸鈣和其其他固態(tài)物物質(zhì)會(huì)堵塞塞在混凝土土孔隙中，，使混凝土土的孔隙率率下降，大大孔減少，，從而減弱弱了后續(xù)CO2的擴(kuò)散，使使混凝土密密實(shí)度提高高；另一方面，，孔隙中的的Ca（OH）2濃度及pH值降低，導(dǎo)導(dǎo)致鋼筋脫脫鈍而銹蝕蝕。2.1混凝土碳化化的影響因因素材料因素水灰比，水水泥品種和和用量，骨骨料種類和和粒徑，外外摻加劑，，養(yǎng)護(hù)方法法和齡期，，混凝土強(qiáng)強(qiáng)度。環(huán)境條件因因素相對(duì)濕度，，CO2濃度，溫度度施工質(zhì)量2.2混凝土碳化化深度檢測(cè)測(cè)方法X射線法用專門的儀儀器，不僅僅能測(cè)試完完全碳化深深度，還能能測(cè)試部分分碳化深度度，但這種種方法適用用于實(shí)驗(yàn)室室的精確測(cè)測(cè)量?；瘜W(xué)試劑法法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)時(shí)，通常在在混凝土表表面鉆洞，，噴上化學(xué)學(xué)試劑，根根據(jù)反應(yīng)的的顏色測(cè)量量碳化深度度。常用1%濃度的酚酞酞酒精溶液液，它以pH=9為界限，已已碳化區(qū)呈呈無(wú)色，未未碳化區(qū)呈呈粉紅色，，最終測(cè)試試完全碳化化的深度。。另有一種種彩虹指示示劑，可以以根據(jù)反應(yīng)應(yīng)的顏色判判別不同的的pH值，因此可可以測(cè)試完完全碳化深深度和部分分碳化深度度。3混凝土中鋼鋼筋的銹蝕蝕混凝土中水水泥水化后后，在鋼筋筋表面形成成一層致密密的鈍化膜膜，因此在在正常情況況下鋼筋不不會(huì)銹蝕；；但鈍化膜膜一旦破壞壞，在有足足夠水和氧氧氣條件下下會(huì)產(chǎn)生電電化學(xué)腐蝕蝕?；炷镣林袖摻钜灰坏┌l(fā)生銹銹蝕，在鋼鋼筋表面生生成一層疏疏松的銹蝕蝕產(chǎn)物，同同時(shí)向周圍圍混凝土孔孔隙中擴(kuò)散散。鋼筋銹蝕，，一方面會(huì)會(huì)使鋼筋有有效截面減減小，另一一方面，銹銹蝕產(chǎn)物體體積膨脹使使混凝土保保護(hù)層脹裂裂甚至脫落落，鋼筋和和混凝土之之間的粘結(jié)結(jié)作用下降降，破壞他他們共同作作用的基礎(chǔ)礎(chǔ)，從而嚴(yán)嚴(yán)重影響混混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)物的安全全性和正常常使用性能能。3.1鋼筋銹蝕機(jī)機(jī)理鋼筋銹蝕是是影響鋼筋筋混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)耐久性性的最關(guān)鍵鍵問(wèn)題?；旎炷林械牡匿摻钿P蝕蝕實(shí)質(zhì)為電電化學(xué)腐蝕蝕。3.2影響混凝土土結(jié)構(gòu)鋼筋筋銹蝕的因因素pH值溫度Cl-濃度混凝土的電電阻抗孔隙水飽和和度和相對(duì)對(duì)濕度水灰比養(yǎng)護(hù)齡期保護(hù)層厚度度水泥品種與與摻和料當(dāng)混凝土未未碳化時(shí)，，由于水泥泥的高堿性性，鋼筋表表面形成一一層致密的的氧化膜，，阻止了鋼鋼筋銹蝕電電化學(xué)過(guò)程程。當(dāng)混凝土被被碳化，鋼鋼筋表面的的氧化膜被被破壞，在在有水份和和氧氣的條條件下，就就會(huì)發(fā)生銹銹蝕的電化化學(xué)反應(yīng)。。鋼筋銹蝕產(chǎn)產(chǎn)生的鐵銹銹，體積比比鐵增加2~4倍，保護(hù)層層被擠裂，，使空氣中中的水份更更易進(jìn)入，，促使銹蝕蝕加快發(fā)展展。氧氣和水份份是鋼筋銹銹蝕必要條條件，混凝凝土的碳化化僅是為鋼鋼筋銹蝕提提供了可能能。當(dāng)構(gòu)件件使用環(huán)境境很干燥（（濕度<40%），或完全全處于水中中，鋼筋的的銹蝕極慢慢，幾乎不不發(fā)生銹蝕蝕。而裂縫的發(fā)發(fā)生為氧氣氣和水份的的浸入創(chuàng)造造了條件，，同時(shí)也使使混凝土的的碳化形成成立體發(fā)展展。3.3鋼筋銹蝕的的非破損檢檢測(cè)方法物理法主要是通過(guò)過(guò)測(cè)定鋼筋筋銹蝕引起起電阻、電電磁、熱傳傳導(dǎo)、聲波波傳播等物物理特性的的變化來(lái)反反映鋼筋銹銹蝕情況。。有電阻棒棒法、渦流流探測(cè)法、、射線法、、聲發(fā)射探探測(cè)法及紅紅外熱像法法等。電化學(xué)法主要是通過(guò)過(guò)測(cè)定鋼筋筋混凝土腐腐蝕體系的的電化學(xué)特特性來(lái)確定定混凝土中中鋼筋銹蝕蝕程度或速速度。與物物理法比較較，電化學(xué)學(xué)法有測(cè)試試速度快、、靈敏度高高、可連續(xù)續(xù)跟蹤和原原位測(cè)量等等優(yōu)點(diǎn)。常常用的方法法有自然電電位法、交交流阻抗譜譜法和極化化測(cè)量技術(shù)術(shù)等。4堿-骨料反應(yīng)混凝土中的的堿與具有有堿活性的的骨料間發(fā)發(fā)生的膨脹脹性反應(yīng)。。這種反應(yīng)引引起明顯的的混凝土體體積膨脹和和開(kāi)裂，改改變混凝土土的微結(jié)構(gòu)構(gòu)，使混凝凝土的抗壓壓強(qiáng)度、抗抗折強(qiáng)度、、彈性模量量等力學(xué)性性能明顯下下降，嚴(yán)重重影響結(jié)構(gòu)構(gòu)的安全使使用性，而而其反應(yīng)一一旦發(fā)生很很難阻止，，更不易修修補(bǔ)和挽救救，被稱為為混凝土的的“癌癥””。4.1堿-骨料反應(yīng)機(jī)機(jī)理堿-硅酸反應(yīng)骨料中的活活性二氧化化硅與堿發(fā)發(fā)生的膨脹脹反應(yīng)?？煽煞譃楣橇狭媳砻娴幕罨钚远趸柙趬A溶溶液中的溶溶解、化學(xué)學(xué)反應(yīng)生成成硅酸鹽凝凝膠、反應(yīng)應(yīng)生成物的的體積膨脹脹、進(jìn)一步步反應(yīng)形成成液態(tài)溶膠膠等幾個(gè)階階段。堿-碳酸鹽反應(yīng)應(yīng)黏土質(zhì)白云云石質(zhì)石灰灰石與水泥泥中的堿發(fā)發(fā)生的反應(yīng)應(yīng)。堿-硅酸鹽反應(yīng)應(yīng)堿與某些層層狀硅酸鹽鹽骨料反應(yīng)應(yīng)，使層狀狀硅酸鹽層層間距離增增大，骨料料發(fā)生膨脹脹，造成混混凝土膨脹脹、開(kāi)裂。。4.2堿-骨料反應(yīng)的的發(fā)生條件件堿-骨料反應(yīng)發(fā)發(fā)生所必備備的三個(gè)條條件：混凝土中含含有過(guò)量的的堿骨料中含有有堿活性礦礦物混凝土處在在潮濕環(huán)境境中5混凝土的凍凍融破壞混凝土發(fā)生生凍融破壞壞的條件混凝土處于于飽水狀態(tài)態(tài)混凝土受凍凍融交替作作用凍融循環(huán)產(chǎn)產(chǎn)生的破壞壞作用凍脹開(kāi)裂表面剝蝕5.1凍融循環(huán)破破壞機(jī)理1945年，Powers提出出了了混混凝凝土土凍凍融融破破壞壞的的靜靜水水壓壓假假說(shuō)說(shuō)，，此此后后又又與與Helmuth一起起提提出出了了滲滲透透壓壓假假說(shuō)說(shuō)。。這這兩兩個(gè)個(gè)假假說(shuō)說(shuō)合合在在一一起起，，較較為為成成功功地地解解釋釋了了混混凝凝土土凍凍融融破破壞壞的的機(jī)機(jī)理理，，奠奠定定了了混混凝凝土土抗抗凍凍性性研研究究的的理理論論基基礎(chǔ)礎(chǔ)。。5.2影響響混混凝凝土土抗抗凍凍性性的的因因素素平均均氣氣泡泡間間距距水灰灰比比外加加劑劑強(qiáng)度度骨料料水泥泥品品種種和和用用量量混合合材材凍結(jié)結(jié)溫溫度度和和降降溫溫速速度度5.3混凝凝土土的的鹽鹽凍凍破破壞壞為防防止止高高速速公公路路和和城城市市道道路路上上冰冰雪雪致致滑滑造造成成交交通通事事故故，，經(jīng)經(jīng)常常采采用用在在路路面面撒撒除除冰冰鹽鹽（（NaCl或CaCl2）的的辦辦法法，，因因?yàn)闉辂}鹽能能降降低低水水的的冰冰點(diǎn)點(diǎn)，，達(dá)達(dá)到到自自動(dòng)動(dòng)融融化化雪雪的的目目的的，，但但除除冰冰鹽鹽的的使使用用將將引引起起路路面面混混凝凝土土剝剝蝕蝕和和鋼鋼筋筋銹銹蝕蝕。。影響響混混凝凝土土抗抗鹽鹽凍凍耐耐久久性性的的因因素素含氣氣量量，，水水灰灰比比，，水水泥泥品品種種與與混混合合材材，，鹽鹽的的種種類類6化學(xué)學(xué)侵侵蝕蝕在一一些些侵侵蝕蝕性性介介質(zhì)質(zhì)（（包包括括酸酸、、堿堿、、硫硫酸酸鹽鹽、、壓壓力力流流動(dòng)動(dòng)水水等等））中中的的混混凝凝土土，，可可能能遭遭受受化化學(xué)學(xué)侵侵蝕蝕而而破破壞壞。。化學(xué)學(xué)侵侵蝕蝕分分為為三三類類：：溶出出性性侵侵蝕蝕溶解解性性侵侵蝕蝕膨脹脹性性侵侵蝕蝕6.1溶出出性性侵侵蝕蝕密實(shí)實(shí)性性較較差差、、滲滲透透性性較較大大的的混混凝凝土土，，在在一一定定壓壓力力的的流流動(dòng)動(dòng)水水中中，，水水化化產(chǎn)產(chǎn)物物Ca（OH）2會(huì)不不斷斷溶溶出出并并流流失失。。Ca（OH）2的溶溶出出使使水水化化硅硅酸酸鈣鈣和和水水化化鋁鋁酸酸鈣鈣失失去去穩(wěn)穩(wěn)定定性性而而水水解解、、溶溶出出，，這這些些水水化化產(chǎn)產(chǎn)物物的的溶溶出出使使混混凝凝土土的的強(qiáng)強(qiáng)度度不不斷斷降降低低。。混凝凝土土溶溶出出性性侵侵蝕蝕速速度度主主要要取取決決于于混混凝凝土土的的滲滲透透性性、、Ca（OH）2含量量，，水水泥泥熟熟料料的的礦礦物物組組成成和和摻摻合合料料的的成成分分等等。。6.2溶解解性性侵侵蝕蝕酸侵侵蝕蝕實(shí)踐踐表表明明，，環(huán)環(huán)境境水水的的pH值小小于于6.5時(shí)就就會(huì)會(huì)對(duì)對(duì)混混凝凝土土造造成成酸酸侵侵蝕蝕。。這這樣樣的的酸酸性性水水在在一一般般自自然然環(huán)環(huán)境境中中式式不不多多見(jiàn)見(jiàn)的的。。堿侵侵蝕蝕堿的的濃濃度度不不大大（（15%以下下）），，溫溫度度不不高高（（低低于于50℃℃）時(shí)時(shí)，，堿堿對(duì)對(duì)混混凝凝土土的的侵侵蝕蝕作作用用很很小小，，但但高高濃濃度度的的堿堿溶溶液液或或熔熔融融狀狀堿堿會(huì)會(huì)對(duì)對(duì)混混凝凝土土產(chǎn)產(chǎn)生生侵侵蝕蝕作作用用。。6.3膨脹脹性性侵侵蝕蝕硫酸酸鹽鹽與與混混凝凝土土水水化化產(chǎn)產(chǎn)物物發(fā)發(fā)生生化化學(xué)學(xué)反反應(yīng)應(yīng)，，對(duì)對(duì)混混凝凝土土產(chǎn)產(chǎn)生生膨膨脹脹破破壞壞作作用用，，是是典典型型的的膨膨脹脹性性侵侵蝕蝕。。硫酸酸鹽鹽侵侵蝕蝕是是混混凝凝土土化化學(xué)學(xué)侵侵蝕蝕中中最最廣廣泛泛和和最最普普通通的的形形式式。。硫酸酸鈉鈉、、硫硫酸酸鉀鉀、、硫硫酸酸鈣鈣、、硫硫酸酸鎂鎂等等硫硫酸酸鹽鹽均均會(huì)會(huì)對(duì)對(duì)混混凝凝土土產(chǎn)產(chǎn)生生侵侵蝕蝕作作用用，，通通常常是是硫硫酸酸鈉鈉、、硫硫酸酸鈉鈉和和硫硫酸酸鎂鎂的的侵侵蝕蝕。。土壤壤的的地地下下水水是是一一種種硫硫酸酸鹽鹽溶溶液液，，土土壤壤的的硫硫酸酸鹽鹽濃濃度度超超過(guò)過(guò)一一定定限限值值時(shí)時(shí)就就會(huì)會(huì)對(duì)對(duì)