土木工程材料结构耐久性.ppt

土木工程材料的结构耐久性StructureDurabilityofCivilEngineeringMaterials 王发洲工学博士武汉理工大学材料科学与工程学院 发达国家基本建设的三个阶段 I大规模兴建II新建与维修改造并举III重点转向旧建筑物的维修改造 混凝土的使用寿命 无损伤 劣化开始 可或不修补 必须修补 毁坏 废弃 Stop 钢筋混凝土结构安全性 调研结果分析 1931年以前 1931年ACI会议上 所展示40帧对混凝土结构检查的照片没有与开裂有关的报导 砼结构耐久性调研 混凝土结构耐久性检查结果 砼结构耐久性调研 1930 1950年 1944年美国公共道路管理局对加州等地的桥梁进行检测 足够证据表明 1930年前所建桥梁中67 完好 而1930年以后仅有27 原因 水泥高早强 细磨 主要是早期开裂问题或者是其他 砼结构耐久性调研 1950 1980年 预拌混凝土业 商品混凝土泵送混凝土插入式振捣棒 它们都需要高工作度的拌和物 混凝土建设与实践发生的几个重大变化 砼结构耐久性调研 1980年 至今 高效减水剂开始得到应用活性火山灰矿物掺合料开始得到应用W C W B 非常低混凝土要求具有大工作度 砼结构耐久性调研 20世纪混凝土实践所得到的教训ConcreteInternational2001 无论水泥还是混凝土 随着强度提高 伴随着劣化的加剧 应注意高早强和早期开裂之间的密切关系 开裂与暴露于侵蚀环境混凝土结构的劣化之间存在密切关系 现行规范中对混凝土的耐久性要求存在某些误区 在考虑实际结构的服务寿命时 要慎用实验室进行混凝土耐久性的试验结果 调研结果分析 导致结构耐久性下降原因中混凝土的责任 脆性 随强度增长而增加 导致结构延性比下降自收缩 随水灰比降低而增加早期开裂倾向 早期强度高 弹性模量大 约束条件下收缩变形大 但抗拉强度低 徐变小 抗弯构件的碳化 导致钢筋锈蚀骨料的质量 碱集料反应外加剂的使用 引入碱 氯离子等对混凝土耐久性有害的物质 调研结果分析 材料耐久与结构工程安全性 注意 混凝土材料耐久 混凝土结构工程耐久 调研结果分析 土木工程材料结构耐久性研究的特点 工程材料和工程结构必须进行密切的学科交叉研究必须面对大量不确定 不确知信息进行科学决策从材料的微观 细观 角度研究结构的宏观行为 调研结果分析 Stress strainofconcretesfordifferentlevelstrength 80 60 40 20 fc Mpa 00 20 40 6 SHSC HSC NC 耐久性不良的原因 1 混凝土的脆性随强度增加而增大 高强混凝土应力应变曲线的特点Stress straincurveofHSC 弹性段随强度增加而增大 上限达到75 90 极限应变值随强度增加有增大的趋势达到峰值应力后曲线骤然下降表现出很大脆性 混凝土强度与无负筋梁延性比的关系 RPC桥的应力 应变 混凝土裂缝的另一种分类 耐久性不良的原因 1 混凝土随强度增加开裂倾向增大 收缩裂缝Shrinkagecracking 收缩 温度收缩 混凝土内部高温冷却时产生塑性收缩 混凝土表面失水过快 表面 沉降收缩 离析 密度不同的颗粒沉降不均 表面 自收缩 与外界无水份交换时 水化消耗内部水份干燥收缩 R H 低时 凝胶层间水份蒸发碳化收缩 潮湿空气中的CO2与Ca OH 2反应 表面 开裂 在约束条件下因收缩而产生 膨胀的和其它裂缝Expansion scrackingandother 膨胀 碱 骨料反应硫酸盐腐蚀延迟生成钙矾石钢筋锈蚀荷载作用 反复荷载 冲击荷载 Blaine的环开裂试验Blain sringshrinkagetest 70年中涉及水泥混凝土的六个因素 趋向于高早强和低抗裂性发展 水泥细度对混凝土耐久性影响 耐久性影响因素 水泥细度对强度的影响 水泥细度对强度发展的影响 C4AF和碱与开裂时间的关系 不同掺量硅粉对自收缩的影响 硅粉掺量对裂缝的影响 W C与收缩的关系 不同W C混凝土干燥收缩和自收缩的关系 自收缩和干燥收缩对总收缩的贡献 强度与裂缝的关系 强度与其它性能的关系 21世纪建造耐久建筑物结构 保护两大材料 钢材和水泥的生产 降低施工速度应成为21世纪混凝土业新的关注点 高早强的混凝土更易于开裂 在侵蚀环境中更易劣化 规范应修正并足够强调这一点 结构设计者 材料工程师 施工人员应建立密切的工作关系 控制混凝土结构的开裂是非常重要的 认为混凝土耐久性可以用控制水胶比来控制是片面的 应重视W Durability 关注骨料级配 必须控制水泥细度和C3S含量 发展趋势Currentdevelopment 多重复合纤维增强 乱向短纤维 纤维网 纤维筋等填加聚合物改性胶凝材料集约化生产和管理多功能化强调环境功能 环境功能混凝土 生态水泥 EcoCement 再生混凝土 RecycleConcrete 生物适宜混凝土水质净化混凝土绿化混凝土透水混凝土智能混凝土 自修复 温升自控 火灾防爆 内部损伤预报 抗菌等 电波吸收混凝土氮氧化物吸附混凝土轻质高强混凝土 建议Advice 1对于可能因温度收缩 自收缩和干燥收缩的应力引起裂缝的受约束的混凝土 应使用少量的 慢水化的水泥 2应警惕在规范或生产环节中放过多的水泥 3开展高延伸性水泥的研究 4在用除冰盐的地方 应解决混凝土抗裂和抗渗这对矛盾 制造一种抗裂但不渗透的混凝土 5热和干旱均能破坏混凝土 研究热收缩 谢谢 今后相当长一段时间内 预计国家对基础设施投入力度将继续增加 交通 城建 市政建设规模日益扩大