土木材料结课论文.docx

摘要： 以我国西北内陆地区盐渍地带为混凝土使用背景，研究该环境下可能影响混凝土耐久性的主要因素，并分析其对混凝土的作用机理，据此制定出提高混凝土耐久性的有效防护措施。正文：第一章 引言1.1 混凝土耐久性概述混凝土的耐久性是指它暴露在使用环境下抵抗各种物理和化学作用破坏的能力。人们一直以来都认为混凝土是一种耐久性比较好的材料，因为它不会面临生锈或腐蚀的问题。而且由于过去的人们对混凝土的需求不高，所以对它的耐久性没有太高的要求。但是随着社会的发展，人们对建筑工程有了越来越高的要求，因此混凝土的耐久性引起了人们的高度重视。加之，近些年由于混凝土耐久性而引起的工程问题频繁出现，人们更加迫切需要探索提高混凝土耐久性的方法。国内外大量的混凝土结构物没有达到预期的使用年限，受环境作用而过早破坏。1988年，美国标准局调查表示当年混凝土桥梁的修复费用为1550亿美元；1980年，交通部四航局等单位对华南地区18座码头进行调查，结果有80%以上均发生严重或较严重的钢筋锈蚀破坏，出现破坏的码头有的距建成的时间仅5-10年。1990年以后，随着混凝土等级提高，大量建筑出现早期开裂，损失严重。随着经济的发展、社会的进步，各类投资巨大、施工期长的大型工程日益增多，如大跨度桥梁、超高层建筑、大型水工结构物等，人们对耐久性的期待越愈高许，希望混凝土建筑物能够有数百年的寿命，做到历久弥坚。同时，人类开拓的领域正在不断扩大，地下、海洋、高空环境建筑越来越多，有些结构的使用环境会要求苛刻，客观上要求混凝土必须具有优异的耐久性。混凝土的耐久性是一个综合的概念，它的内容包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化性、抗碱-集料反应、抗氯离子渗透等。1.2 西北内陆盐渍土地带环境西北内陆盐渍土地带，土质和地下水中含有各种丰富的盐类成分，对混凝土结构存在严重的腐蚀作用。该地区气候恶劣，夏季短暂而凉爽，冬季漫长而温暖，昼夜温差比较大，对混凝土结构的抗冻融性、干湿循环等耐久性有极大的影响。盐渍土是不同程度的盐碱化土的统称，具有溶陷性、膨胀性和腐蚀性等特点。盐渍土的特点是含有较多的盐，尤其是易溶盐，它使土具有明显的腐蚀性，它们通过混凝土的孔隙和裂缝，在内部结合成膨胀性聚合物、分解水泥中的胶凝物质、破坏钢筋保护层，使钢筋锈蚀膨胀进而使混凝土开裂。因而，盐渍土对混凝土构造物，特别是地下设施，构成一种较严重的腐蚀环境，影响其耐久性和安全使用。第二章 盐类对混凝土耐久性的影响及其防护措施2.1 盐类对混凝土的破坏机理2.1.1 硫酸盐 环境中的SO4离子通过毛细孔进入混凝土内部先与水泥中的氢氧化钙反应，生成硫酸钙。硫酸钙再与水泥中的水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，反应式如下：3CaO.Al2O3.6H2O+3CaSO4.2H2O+19H2O=CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O 生成的高硫型水化硫铝酸钙含有大量结晶水，固相体积增加到2.22倍，由于是在已经硬化的水泥石中发生上述反应，因此对水泥石的破坏作用很大。2.1.2 氯盐 混凝土孔隙的孔融液中通常含有较大量的Na+、K+、OH- 及少量Ca+等离子存在，为保持离子的电中性，OH-浓度较高，即pH知较大。在这样的强碱环境中，钢筋表面生成一层较厚的执迷钝化膜，使钢材难以进行电化学反应，即电化学腐蚀难以进行。一旦这层钝化膜遭到破坏，钢筋的周围又有一定的水分和氧气时，混凝土中的钢筋就会被腐蚀。 氯离子是一种极强的钢筋腐蚀因子，扩散能力很强，当氯离子从混凝土表面扩散到钢筋表面并累积到临界浓度时，局部钝化膜开始破坏。当钢筋表层保护膜破坏后的这些部位露出铁基体，与尚好的钝化膜区域之间构成电位差，在氧、水分存在的条件下，钢筋表面发生电化学腐蚀，在阳极离子发生化学反应生成氧化亚铁、氢氧化铁等腐蚀物。钢筋锈蚀后，有效直径减小，直接危及混凝土结构的安全性；同时，钢筋锈蚀后，锈蚀生成物的体积膨胀，致使混凝土保护层顺筋开裂，混凝土自身免疫力大幅降低，品质迅速劣化。2.1.3 镁盐 镁离子透过混凝土表面的孔隙进入内部与水泥中的氢氧化钙起置换作用，其反应式如下：MgCl2+Ca(OH)2CaCl2+Mg(OH)2 生成的氢氧化镁松软而无胶凝能力，氯化钙易溶于水。2.2 避免盐类腐蚀的防护措施a.根据工程所处的环境特点，选择合适的水泥品种。 硅酸盐水泥中的水化产物中氢氧化钙的含量较高，因此耐腐蚀性较差。在有腐蚀性介质的环境中应优先考虑采用其他品种水泥。 b.减少拌合时的用水量，提高水泥石的密实程度。 硅酸盐水泥水化理论需水量约为水泥质量的23%，实际使用中用水量往往是水泥质量的40%-70%，多余的水易形成毛细孔或水囊，使水泥石结构不密实，腐蚀性介质容易渗入水泥石内部，加速水泥石的腐蚀。降低水灰比，掺加减水剂，改进施工方法等可提高水泥石的密实程度，从而提高它的抗腐蚀性。 c.采取表面防护处理。 在腐蚀性介质作用较强时，可采用表面涂层或表面加保护层的方法，如采用各种防腐涂料、玻璃、陶瓷、不锈钢板贴层等。第三章 寒冷天气对混凝土耐久性的影响及其防护措施3.1 混凝土冻融破坏机理 通常混凝土是多孔材料，若内部含有水分，则水在负温下结冰时体积膨胀约9%；然而，此时水泥浆体及骨料在低温下收缩，以致水分接触位置将膨胀；而融化时水的体积又将收缩。在这种冻融循环的作用下，混凝土结构受到结冰体积膨胀造成的静水压力和因结冰、水蒸气压的差别推动未冻结水向冻结区迁移，从而造成的渗透压力。当上述冻结过程中水结冰引发的内应力或者融化过程中这两种压力所产生的内应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝；多次冻融循环使裂缝不断扩展直到破坏。3.2 避免冻融循环的防护措施 a.在混凝土拌合物中掺入一定量的引气剂。 引气剂是具有憎水作用的表面活性物质，它可以明显的降低混凝土拌合水的表面张力和表面能，使混凝土内部产生大量的微小稳定的封闭气泡。这些气泡切断了部分毛细管通路能使混凝土结冰时产生的膨胀压力得到缓解，不使混凝土遭到破坏，起到缓冲减压的作用。这些气泡还可以阻断混凝土内部毛细管与外界的通路，使外界水分不易侵入，减少了混凝土的渗透性。同时大量气泡还能起到润滑作用,改善混凝土的和易性。因此，掺用引气剂，使混凝土内部具有足够的含气量，改善了混凝土内部的孔结构，大大提高了混凝土的抗冻耐久性。 b.使用一定量的减水剂。 使用减水剂可以大幅度的降低混凝土的水灰比，提高混凝土的强度和致密性，使混凝土抵抗冻融破坏的能力提高，从而提高混凝土的抗冻耐久性。 c.用活性矿物掺和料改善混凝土抗冻耐久性。 普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足，是混凝土不能抗冻耐久的另一主要因素。在普通混凝土中掺入活性矿物的目的，在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成。一般多掺入硅粉、矿渣、粉煤灰等物质。第四章 剧烈温差对混凝土耐久性的影响及其防护措施4.1 剧烈温差对混凝土的破坏机理 在环境温差变化较大时，由于水泥基复合材料是一种非匀质的多相复合材料，其中各种组成材料的热变形性能存在着差异性。当气温达到40多度时，混凝土表面温度可达到80多度，在昼夜温差的作用下，混凝土内各组分的热变形是不均匀的，有热引起的不均与应变又会产生附加热应力，水泥浆体和集料之间可能会产生很高的内应力，由于受到材料内部湿度梯度的限制以及集料与浆体膨胀系数的不一致导致对浆体的限制，混凝土内部应力不断积累，当超过各自所能承受的临界值时，就会产生微裂纹，这样会对混凝土结构产生严重的破坏。若剧烈温差长期作用于混凝土构造物，水泥石与集料膨胀系数的不协调就会使得粗集料与浆体界面产生分布极不均匀的剪切应力，导致表面缝的出现，严重时甚至导致结构失效。4.2 避免剧烈温差破坏的防护措施 a.改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护防止表面失水过快，特别是掺入微膨胀剂的混凝土保湿对防止裂缝极为重要。 b.改善约束条件，认真合理的分格缝、分层及分块，避免基础过大或过大起伏；合理安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露在外。 c.正确使用外加剂是减少干裂的有效措施。结论：（1） 要减少西北地区内陆盐渍地中盐类对混凝土耐久性的影响，应选择合适的水泥品种，减少拌合时的用水量，提高混凝土的密实度，另外还可适当采取表面防护处理。（2） 在混凝土拌合物中掺入一定量的引气剂、减水剂还有活性矿物可以大大改善混凝土的抗冻性能，避免冻融循环造成的危害。（3） 改善混凝土性能，提高抗裂能力，改善约束条件还有正确使用外加剂都是避免剧烈温差产生裂缝的良好措施