Review of 混凝土耐久性

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1、2022年4月12日星期二1混凝土耐久性2022年4月12日星期二2概 念v混凝土耐久性 混凝土材料在长期使用过程中，抵抗因服役环境外部因素和材料内部原因造成的侵蚀和破坏，而保持其原有性能不变的能力。v混凝土建（构）筑物的服役寿命 混凝土建（构）筑物受到其服役环境因素的侵蚀和破坏，导致其使用性能下降到最低设计值时，所经历的时间(年)。2022年4月12日星期二3混凝土耐久性的重要性v保证混凝土建（构）筑物运行的安全性v延长混凝土建（构）筑物的服役寿命v节约混凝土建（构）筑物维护成本v节约自然资源，减少消耗v改善人类居住的环境条件2022年4月12日星期二4钢筋混凝土桥梁的侵蚀损毁拆除前的西直门

2、桥一座桥何以只有二十年寿命？2022年4月12日星期二5混凝土路面受盐冻剥混凝土路面受盐冻剥落落2022年4月12日星期二6碱骨料反应引起混凝土的自由变形产生网状裂缝Map Cracking碱骨料反应引起混凝土的自由变形产生网状裂缝碱骨料反应引起的错位硫酸盐侵蚀引起的大坝破坏2022年4月12日星期二7导致混凝土性能劣化的因素v外部环境因素： 水、风化、冻融、化学腐蚀、磨损、气体等； v材料内部原因： 碱骨料反应、体积变化、吸水性、渗透性等。 2022年4月12日星期二8混凝土耐久性的内容v抗渗性 v抗冻性 v耐腐蚀性 v抗碳化性 v碱骨料反应 v耐火性v耐磨性与抗冲刷性混凝土的劣化分为两大类

3、：u 第一类，由水、空气和其它侵蚀性介质渗透进入混凝土的速率所决定。 化学的：钢筋锈蚀、碱-骨料反应、硫酸盐、海水和酸的侵蚀、碳化； 物理的：冻融、盐结晶、火灾等。u 第二类，是磨耗、冲磨2022年4月12日星期二9一、混凝土的抗渗性v定义：混凝土抵抗压力水(油、液体)渗透的能力，称为抗渗性。v评价指标：抗渗标号P以28d龄期的混凝土标准试件，按标准方法进行抗渗试验，以6个试件中4个试件未出现渗水时的最大水压确定，计算式如下： P = 10H 1 式中：P抗渗标号； H6个试件，3个试件出现渗水时的水压力(MPa)。 水的渗透与混凝土的劣化：v对许多建筑材料来说，水是它们生产过程的重要原料之一

4、，同时也是它们破坏过程的主要介质。v水也是多数结构混凝土出现耐久性问题的核心。不仅物理劣化过程与水有关；同时作为传输侵蚀性离子的介质，水又是其化学劣化过程的一个根源。v混凝土的抗渗性是反映混凝土耐久性的一个重要指标2022年4月12日星期二10为什么混凝土会渗水v 混凝土内部存在孔隙通道是其渗水的根本原因！v 孔隙通道包括：混凝土中可蒸发水蒸发后留下的孔道；拌合物泌水时在骨料和钢筋下方形成的水囊与水膜；混凝土各种原因引起的体积变形所产生的收缩裂缝；混凝土在荷载作用下的变形 1、高孔隙率、低渗透性4、多孔、高渗透性3、多孔、低渗透性2、低孔隙率、高渗透性孔隙率、孔隙特征与渗透性的关系2022年4

5、月12日星期二11混凝土抗渗性的影响因素v混凝土的配合比水灰比胶凝材料(水泥矿物外加剂)用量v浇注成型工艺混凝土的搅拌混凝土的震捣v养护条件湿度温度龄期2022年4月12日星期二12二、混凝土抗冻性2022年4月12日星期二13什么是混凝土的抗冻性 定义：在吸水饱和状态下，混凝土能够经受多次冻融循环而不破坏，也不显著降低其强度的性能，称为混凝土的抗冻性。2022年4月12日星期二14冻冻 害害v什么引起冻害?混凝土内部孔中的水结冰水结冰使体积膨胀9%。v冻害破坏影响到水泥石和骨料v冻害破坏的外观模式剥落 龟裂、分层v构筑物的什么位置最易受损?北方气候混凝土路面、桥面板、挡土墙2022年4月12

6、日星期二15混凝土的冻融破坏原因与模式 原因：混凝土中大毛细孔里的水结冰时，体积大约要膨胀9 %如果体内没有足够的空间容纳，就会产生可能引起开裂的压力作用于孔缝的壁上，导致孔缝扩展和连接反复的冻融循环使危害扩大和积累，孔缝不断增多，并扩展和连通，造成强度下降破坏模式：表面出现缺棱、掉角、脱皮等现象质量损失强度、弹性模量下降路面受盐冻剥落铁路桥梁的冻害剥落破坏铁路桥梁的冻害剥落破坏铁路桥梁的冻害剥落破坏2022年4月12日星期二16提高混凝土抗冻性的方法v水泥石抗冻性：低水灰比保证混凝土良好的养护引气剂v骨料的抗冻性选用抗冻骨料2022年4月12日星期二17三、混凝土硫酸盐侵蚀2022年4月12

7、日星期二181、混凝土的硫酸盐侵蚀v什么导致混凝土硫酸盐侵蚀： 硫酸根离子与混凝土中水泥水化物之间的化学反应，形成有害化合物，而导致混凝土组成和结构的破坏、强度下降、表面剥离等。v硫酸根离子的来源：海水有机物环境(垃圾、生活污水)工业废料土壤和地下水水泥熟料2022年4月12日星期二192、混凝土硫酸盐侵蚀的劣化模式v劣化模式 体积膨胀 开裂 (从构件的边缘和角上开始) 表面剥落、质量损失 强度下降 外观劣化发白v最易发生的部位大坝桥墩地下基础水工设施2022年4月12日星期二203、如何阻止混凝土的硫酸盐侵蚀v提高混凝土的质量和抗渗性(减水剂)v限制水泥中 C3A 矿物含量5中低热水泥抗硫酸

8、盐水泥 v掺加火山灰质矿物外加剂15% 偏高岭土35% 磨细矿渣6% 硅灰 20% 低钙粉煤灰v表面涂层保护2022年4月12日星期二21四、混凝土的酸腐蚀 v由于混凝土中硬化水泥浆体呈高碱性，没有任何硅酸盐水泥混凝土可以耐酸腐蚀。但如果注意降低渗透性并且养护良好，也能够生产出在弱酸环境中足够耐久的混凝土。v破坏模式：表面溶蚀为主2022年4月12日星期二22五、碱骨料反应v什么是碱骨料反应？v碱骨料反应的破坏形式和机理有哪些？v如何抑制混凝土中的碱骨料反应2022年4月12日星期二23什么是碱骨料反应？v最常见、最重要的反应是碱硅反应(简称ASR)，它是骨料中所含的活性二氧化硅与孔隙里含碱(

9、钠、钾、钙的氢氧化物)的溶液反应，生成易于吸水膨胀的碱-硅凝胶，当结构物暴露在潮湿环境中，混凝土体内相对湿度超过85%时，就会出现膨胀，直到引起混凝土开裂与破坏。扫描电镜下的碱性反应凝胶2022年4月12日星期二24碱骨料反应的破坏形式？破坏形式膨胀与开裂 损失强度粘性碱硅物质的溢出 或渗出发生的部位湿环境 (大坝, 桥墩, 海堤)暴露环境 (道路, 建筑物外部结构)2022年4月12日星期二25常见的碱骨料反应破坏形式2022年4月12日星期二26劣化机理混凝土模型： 水泥石 活性硅骨料2022年4月12日星期二272022年4月12日星期二282022年4月12日星期二29破坏的道路路面2

10、022年4月12日星期二30碱骨料反应影响因素v水泥或混凝土的含碱量 ；v活性氧化硅含量 ；v骨料粒径 ；2022年4月12日星期二31抑制碱骨料反应的措施v限制碱含量低碱水泥v限制活性骨料v提高混凝土的密实性或阻止水分渗入v引气剂 引入气泡缓解膨胀压力，减少有害膨胀2022年4月12日星期二32六、混凝土的抗碳化性 v定义：碳化是指环境中的CO2与混凝土水泥石中的Ca(OH) 2作用生成碳酸钙和水，从而降低混凝土中碱度的现象。v危害：由于碱度的降低，混凝土中的钢筋失去保护膜，引起钢筋锈蚀；混凝土表面出现碳化收缩，导致微裂缝的产生，降低混凝土的强度和耐久性。v影响因素：CO2浓度、相对湿度、混

11、凝土的密实度、水泥品种和掺和料等。2022年4月12日星期二33七 、混凝土的 抗火性 随着温度升高，发生以下三种变化：l 升温时混凝土内的水分逐渐蒸发，接着结合比较牢固的水分也逐步逸出；l 由于硬化水泥浆体和骨料热膨胀系数的差异，产生温度应力并导致过渡区开裂，这是500以上时强度迅速丧失的主要原因。石灰石和轻骨料混凝土抗火性能较优异。l 硬化水泥浆体的水化产物到接近1000的时候分解完毕，强度完全丧失。 2022年4月12日星期二34八、混凝土中钢材的锈蚀v由于混凝土内的强碱性使得钢筋表面形成钝化膜，从而钢筋在混凝土中不会锈蚀。v如果钢筋表面钝化膜被破坏，则钢筋就会发生电化学腐蚀锈蚀破坏v混

12、凝土中钢筋锈蚀，引起体积膨胀27倍，导致混凝土保护层开裂破坏v混凝土中钢材的钝化会由于下列原因被破坏：混凝土中的Ca(OH)2被空气里的SO2、NO2、CO2等酸性氧化物中和而失去碱性；道路除冰盐或海水带进来的氯离子的作用。 2022年4月12日星期二35钢筋锈蚀导致混凝土构件破坏的几种形式钢筋锈蚀导致混凝土构件破坏的几种形式2022年4月12日星期二36 下列几种新措施，可以在原材料选择、配合比设计、保护层厚度与施工过程的基础上，进一步改善对钢材腐蚀的防护作用： 1)在新拌混凝土里掺用阻锈剂，如亚硝酸钙； 2) 环氧涂层钢筋； 3)混凝土采用涂层保护，减少氯盐与氧的侵入；混凝土中钢材锈蚀的防护措施