混凝土耐久性

混凝土耐久性主要內容耐久性概念研究的必要性耐久性現狀研究內容提高耐久性的措施耐久性-經久耐用結構在自然環(huán)境、使用環(huán)境及材料內部因素的作用下，在設計要求的目標使用期內，不需要花費大量資金加固處理，保持其安全、使用功能和外觀要求的能力世界性課題，土木工程領域的關注重點研究的必要性土建基礎設施工程主要用混凝土建造基本建設三個階段：第一階段大規(guī)模新建階段第二階段大規(guī)模新建與維修改造并重第三階段維修改造階段發(fā)達國家進入第三階段統(tǒng)計表明，目前我國處于第二階段。混凝土結構耐久性不足的問題，要比安全性不足更為嚴重，更迫切需要解決耐久性研究對新建結構及維修改造都極為重要國外耐久性現狀美國1998年美國土木工程學會報告：美國現有29%以上的橋梁和1/3以上的道路老化，有2100個水壩不安全，估計需有1.3萬億美元改善其安全狀態(tài)。到20世紀末美國共有橋梁約100萬座，超過1/4有缺陷。美國每年用于基礎設施修復的費用約為這些基礎設施總資產的10%。

國外耐久性現狀英國，據統(tǒng)計有1/3的橋梁需要修復；1996年英國的損失也超過了6億英鎊。加拿大，為修復其劣化損壞的全部基礎設施工程估計需耗費5000億美元。日本,每年用于房屋結構維修的費用達400億日元。我國耐久性現狀我國現在面臨的耐久性問題是發(fā)達國家早在二、三十年以前曾經遇到過的寧波北侖港碼頭混凝土梁―建成后11年就出現大規(guī)模開裂現象。

圖1寧波北侖港碼頭混凝土梁-建成后11年圖2國內外耐久性病害的工程圖片混凝土結構耐久性研究四層次環(huán)境層次大氣環(huán)境海洋環(huán)境土壤環(huán)境工業(yè)環(huán)境材料層次鋼筋銹蝕堿－集料反應水化產物－化學侵蝕、碳化、火災損壞、體積穩(wěn)定性孔結構－抗?jié)B性、氯離子滲透、抗凍性混凝土結構耐久性研究四層次構件層次混凝土銹脹開裂模型粘結性能衰減模型構件承載力變化模型結構層次耐久性設計耐久性評估鋼筋銹蝕鋼筋在混凝土的高堿性環(huán)境中，能在表面形成氧化的鈍化膜，隔絕水分、氧氣與金屬的接觸，不會銹蝕。

通過氯離子滲透和碳化作用使鈍化膜破壞，鋼筋發(fā)生銹蝕。氯離子從混凝土表面擴散到鋼筋表面并累積到臨界濃度，鈍化膜破壞?；炷撂蓟l(fā)展到鋼筋表面位置，鈍化膜破壞。氯鹽引起銹蝕遠比碳化銹蝕嚴重。鋼筋銹蝕(Cl-)Cl-通過保護層滲透到鋼筋表面，破壞鈍化膜，使鋼筋由鈍化態(tài)轉為活化態(tài).圖3

鈍化膜破壞示意圖氯離子臨界濃度

使鋼筋脫鈍時的濃度，與混凝土密實性（水膠比）、混凝土濕度（飽水程度）等有關?；炷恋碾娮?/p>

與混凝土濕度、混凝土密實性等有關。氧氣與水分的補充程度

與混凝土密實性、混凝土飽水程度有關。影響鋼筋銹蝕的主要因素表1

相對濕度對鋼筋銹蝕速率的影響（微米/年）相對濕度碳化引起銹蝕氯離子引起銹蝕50％0970％03680％16190％129895％5012299％233基于材料劣化模型的計算方法RILEM-130委員會報告

《混凝土結構耐久性設計》1996DuraCrete《混凝土耐久性設計指南》2000ACILife-365ComputerProgram2000日本土木學會標準示范書2002迄今只有鋼筋的碳化銹蝕和氯離子銹蝕的劣化模型可勉強供工程應用參考

混凝土的堿–骨料反應自身化學腐蝕，混凝土使用了含有活性礦物成分的砂石骨料，遇水后與混凝土中的堿發(fā)生化學反應，形成某種膠凝體，體積膨脹，可使混凝土發(fā)生脹裂破壞。堿–骨料反應條件：

有潛在活性的骨料有足夠的含堿量

有足夠的水分混凝土的凍融破壞混凝土中的毛細孔隙水受凍后膨脹，會產生很大壓力，造成混凝土損傷、開裂并剝落.反復凍融使毛細孔隙內的飽水程度不斷累積，并達到“臨界飽和度”，這時的混凝土就會很快凍壞.防止混凝土凍融破壞的最有效手段是加入化學引氣劑.鹽凍情況下，鹽能促使混凝土飽水，還能使水泥漿體在受凍時產生很高的滲透壓力和水壓力，使混凝土面層起皮剝落或坑蝕.混凝土的化學腐蝕硫酸鹽能與水泥水化產物中的氫氧化鈣和水化鋁酸三鈣起作用，分別生成硫酸鈣和鈣礬石，均造成體積膨脹，使混凝土開裂破壞.硫酸鹽在混凝土毛細孔隙水中的濃度不斷增加并過度飽和而結晶時，還會產生非常大的壓力，使混凝土破壞.

硅酸鹽水泥混凝土的抗酸能力差，當接觸的水呈酸性（pH值小于6.5）時就會出現問題.混凝土和鋼筋的種種劣化過程，都需要有水的參與或以水作為媒介.為阻止水、氧氣、二氧化碳等氣體和鹽、酸等有害分子或離子侵入混凝土內部，最根本的措施就是：

－增加混凝土自身的密實性和抗裂性

－增加鋼筋的混凝土保護層厚度，延緩有害物質到達鋼筋位置的時間結構耐久性不足的主要原因工程設計的耐久性標準過低

工程施工進度的不適當追求缺乏正常檢測與維修構件強度設計的安全設置水準過低

幾十年來，水泥性能、混凝土養(yǎng)護和環(huán)境條件的巨大改變Tab染.2我國現行胳規(guī)范（80年代頒溫布）與某國外比鼻較日本規(guī)范稍規(guī)定的更羽高（最低掀相當于C35，100年壽命匠為C45）

配筋混凝土我國

美國

英國最低強度等級C15C25C30（C25）碳化銹蝕露天雨淋環(huán)境下保護層厚度板2cm梁3cm3.8cm（d<16）5.1cm（d>16）C35,3.5cm干濕交替下C40，4cm嚴重凍融僅水工規(guī)范要求要求引氣要求引氣工程施工斯進度的不狡適當追求養(yǎng)護不良碰使表層混超凝土的抗鼠滲性成倍植降低，使蹈鋼筋開始須銹蝕的年斬限成倍縮誓少1天養(yǎng)護扔與7天養(yǎng)護難，可使殊碳化引盼起銹蝕豎年限縮浸減為原喝來的1/4搶工省茄略必要訊檢驗工蚊序，使賀鋼筋位論置出現認偏差鋼筋的掩保護層窯厚度如公在施工腥中縮減貍一半，譜出現銹鋒蝕年限大將縮減采為原來覽的1/4保護層墻厚度的5～10mm施工允差緩，甚至能自使鋼筋銹花蝕的年限欺發(fā)生成倍汪差別結構各漠種施工屯、連接攝縫和防喚水層是制影響耐鳥久性的伯薄弱環(huán)重節(jié)，其明質量在賤快速施謠工中最稈不易保章證。圖4養(yǎng)護條件妨對不同水趙灰比混凝扇土

空氣眼滲透性的談影響提高混凝杏土耐久性析的措施基礎防杏護增大密實拘度加大保季護層厚折度使用外淹加劑使用礦物趟摻合料附加措艦施鋼筋涂層虜防護耐蝕鋼筋電化學保蜘護法犧牲陽堪極外加電流初保護法混凝土表生層涂層防質護鋼筋表面質涂層與耐洽腐蝕鋼筋環(huán)氧樹或脂涂層笛鋼筋最廣泛謠的工程撓應用防鋼筋扛銹蝕的繳有效措互施之一耐蝕鋼捏筋日本-合金鋼餓鋼筋美國，加禁拿大與歐御洲-不銹鋼鋼陰筋造價相對幻玉較高近年來發(fā)主展的新興暈材料－纖工維塑料筋償等惰性材捕料品種：碳中纖維、芳遵綸纖維、陷玻璃纖維優(yōu)良特洽性：耐腐更蝕、重紗量輕、刃強度高坡、無磁婚性表3國際上混兄凝土耐久傘性修復的開目的和方嬌法目的定義方法防止介質入侵

減少或防止有害介質入侵

注入表面涂層填充裂縫濕度控制在規(guī)定的