混凝土破坏原理PPT课件.ppt

混凝土破坏原理 指导教师 马保国教授材料研0809班许闽2009年6月 1 盐类侵蚀防治技术和措施 一 盐类侵蚀机理简介二 盐类侵蚀防治技术三 侵蚀建筑维护与维修 2 一 盐类侵蚀机理简介 盐类侵蚀是影响混凝土材料耐久性的最重要的因素之一 盐类侵蚀分为硫酸盐侵蚀和氯盐侵蚀等 1 硫酸盐侵蚀当水中含有硫酸盐 MgSO4 Na2SO4 CaSO4等 时 这些物质的盐溶液和水泥石中的氢氧化钙和水化铝酸钙发生化学反应 生成石膏和硫铝酸钙 产生体积膨胀 使混凝土瓦解 3 1 硫酸钠和氢氧化钠的反应表示如下 Ca OH 2 NaSO4 10H2O CaSO4 2H2O 2NaOH 8H2O这种反应 在流动的硫酸钠盐水里 可以一直进行下去 直至Ca OH 2完全被反应完 从氢氧化钙转变为石膏 体积增加为原来的两倍 4 2 硫酸钠和水化铝酸钙的反应式如下 2 3CaO Al2O3 12H2O 3 Na2SO4 10H2O 3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O Al OH 3 NaOH 16H2O水化铝酸钙变为硫铝酸钙 钙矾石 时体积也有增加 3 硫酸钙只能与水化铝酸钙反应 生成硫铝酸钙 钙矾石 5 4 硫酸镁则除了能侵害水化铝酸钙和氢氧化钙外 还能和水化硅酸钙反应 反应式如下 3CaO 2SiO2 aq MgSO4 7H2O CaSO4 2H2O 2Mg OH 2 SiO2 aq这一反应之所以能够进行完全而与硫酸钠则不能 适应为氢氧化镁的溶解度而造成其饱和溶液pH值也低的缘故 硫酸镁较其他硫酸盐具有更大的侵蚀作用 6 混凝土遭受硫酸盐侵蚀的特征是表面发白 损害通常在棱角处开始 接着裂缝开展并剥落 使混凝土成为一种易碎的 甚至松散的状态 如图示 7 1971年美国蒙大拿洲佩克堡坝的硫酸盐侵蚀 该地区的地下水中含1000 10000mg L的SO4 佩克堡坝的混凝土使用抗渗性良好的混凝土 使用I型波特兰水泥 C W为0 49 每立方混凝土水泥用量为335公斤 劣化部分的混凝土呈糊状且易碎 该处地下水的硫酸盐侵蚀主要是由硫酸钠引起的 该处的硫酸钠浓度为10000mg L 1958年至1971年间 劣化区的混凝土劣化深度大约达到200mm 对劣化区混凝土样本的岩相分析表明C S H凝胶被破坏并形成大量的石膏和氢氧化钙 8 1971年美国蒙大拿洲佩克堡坝的硫酸盐侵蚀 该地区的地下水中含1000 10000mg L的SO4 佩克堡坝的混凝土使用抗渗性良好的混凝土 使用I型波特兰水泥 C W为0 49 每立方混凝土水泥用量为335公斤 劣化部分的混凝土呈糊状且易碎 该处地下水的硫酸盐侵蚀主要是由硫酸钠引起的 该处的硫酸钠浓度为10000mg L 1958年至1971年间 劣化区的混凝土劣化深度大约达到200mm 对劣化区混凝土样本的岩相分析表明C S H凝胶被破坏并形成大量的石膏和氢氧化钙 9 2 氯盐侵蚀工程实践证明 在钢筋混凝土结构中 钢筋锈蚀是影响结构耐久性的主要因素 而氯盐侵蚀又是引发钢筋锈蚀的最主要原因 氯离子对钢筋的锈蚀机理新鲜的混凝土是呈碱性的 其pH值一般大于12 5 使钢筋表面形成一层由Fe2O3 nH2O或Fe3O4 nH2O组成的致密氧化膜 厚度约为0 2 1 m 可保护钢筋免以生锈 该钝化膜只有在高碱性环境中才是稳定的 当pH值 11 5时 钝化膜就会处于不稳定状态 当pH值 9 88时 该钝化膜生成困难或已经生成的钝化膜逐渐破坏 钢筋锈蚀后首先出现点蚀 发展成为坑蚀 并较快向外蔓延 扩展为全面锈蚀 钢筋锈蚀产物的体积均显著超过铁基体的数倍 钢筋沿长度方向的锈蚀和体积膨胀 使构件发生顺筋裂缝 裂缝的扩张更加速了钢筋的锈蚀 保护层的破损和爆裂 粘结力破坏和钢筋抗力的下降 最终使结构承载力失效 10 氯盐侵蚀图 11 二 盐类侵蚀防治技术 1 硫酸盐侵蚀防治技术混凝土硫酸盐腐蚀防治主要有两类方法 第一类从混凝土内部解决 选择抗硫酸盐侵蚀水泥 以降低混凝土内部氯酸三钙的含量 同时可以通过添加外加剂或者减低混凝土水灰比来提高混凝土的密实性和抗渗性 第二类隔离侵蚀物质和混凝土 可以在混凝土通过表面涂刷环氧等措施隔绝外部环境 这些方法在不同的工程中均有采用 12 1 内部解决方法 采用抗硫酸盐水泥混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力在很大程度上取决于水泥熟料的矿物组成及其相对含量 尤其是C3A和C3S的含量 因为C3A水化析出水化铝酸钙是形成钙矾石的必要组分 C3S水化析出的Ca OH 2是形成石膏的必要组分 降低C3A和C3S的含量也就相应地减少了形成钙矾石和石膏的可能性 从而可以提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力 13 掺入粒化高炉矿渣等掺合料研究表明使用粒化高炉矿渣或火山灰掺入混凝土中 可增加处在硫酸盐环境中的混凝土的使用寿命 同时有利于降低混凝土的渗透性 另外 这些物质也能结合碱和水泥水化过程所释放的氢氧化钙 因此减少了二水石膏的形成的可能性 14 水灰比控制影响混凝土硫酸盐侵蚀的诸多因素中 水灰比是最为关键的因素 混凝土的密实度越高 混凝土的孔隙率越小 那么侵蚀溶液就越难渗入混凝土的孔隙内部 在水泥石孔隙内产生的有害物质的速度和数量必然减少 另外 混凝土的密实度越高 也会使混凝土的强度提高 尤其是降低水灰比 掺适量的减水剂可使混凝土的密实度增大 从而显著地提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀的能力 水灰比越低 混凝土密实度高 抗渗性能好 能有效的防治硫酸根离子的侵入 提高混凝土的抗侵蚀性能 15 2 外部解决方法 涂刷隔离材料在混凝土表面涂抹如环氧 纯丙稀酸等有机高分子涂层材料作为隔离层 将混凝土与外界环境隔离开来 不但能够阻止硫酸根等离子的侵入 还能对干湿交替有抵抗作用 16 17 外部施工控制施工质量的严格控制是混凝土耐久性的基本保障 规范 科学施工才能保证混凝土质量和各项防腐措施要达到预期效果 18 1 氯盐侵蚀防治技术对付和防止 盐害 的措施可归纳分为两大类 其一为基本措施 其二为附加措施 实践证明 基本措施和相关附加措施的有机结合能够大大提高混凝土结构抗氯盐污染的能力 有效防止钢筋锈蚀 延长结构的使用寿命 19 1 基本措施它的基本内容是通过设计 施工 最大限度的提高混凝土本身的抗氯离子渗透性以限制环境侵蚀介质 氯化物 氧和水等 渗入混凝土 从而预防钢筋腐蚀 有以下措施 1 结构形式及细部构造应有利于防腐和维护 检查 构件截面几何形状应简单 平顺 避免应力集中 混凝土表面应有利于排水 混凝土表面应有利于通风 结构构件应便于施工 易于成型 结构形式应便于对关键部位进行检测和维修 对处于腐蚀严重部位 浪溅区 的构件 应考虑其易于更换的可能 2 限制混凝土拌合中的氯离子含量 3 限制粗骨料的最大粒径 4 提高混凝土抗氯离子的渗入能力 5 规定混凝土拌合物最低水泥用量 确保混凝土具有较高的碱度 6 适当增加混凝土保护层厚度 20 2 附加措施1 环氧涂层钢筋只要这种钢筋在运输 存放 加工 安装和混凝土浇捣过程中按规范严格保护 它是可以将钢筋与周围混凝土隔开 即使氯离子 氧等已大量侵入混凝土 它也能长期保护钢筋使它免遭腐蚀 2 混凝土表层涂层在混凝土表面涂覆一层涂料 形成一层隔离层制止氯离子 氧 水等介质渗入混凝土 以延缓钢筋腐蚀 3 混凝土表面涂覆浸入型涂料浸入型材料不会影响混凝土透气性 透水蒸汽性 但是却能显著降低混凝土的吸水性 使水和只能溶解于水中氯化物都难以吸进混凝土中 而混凝土中的水分却可化为水蒸汽自由蒸发出去 使混凝土保持干燥 提高混凝土的护筋性 21 22 4 钢筋阻锈剂在混凝土拌合物中掺入少量外加剂 靠它阻止或延缓金属和电解质界面的电化学反应来阻止金属腐蚀 5 阴极保护根据钢筋腐蚀的电化学原理 阳极反应 钢筋腐蚀 必须同时放出自由电子 采取措施使其电位等于或低于平衡电位 不让钢筋表面任何地方再放出自由电子 就可使钢筋不能再进行阳极反应 腐蚀 23 三 侵蚀建筑维护与维修 针对已被盐类侵蚀的混凝土建筑物 首先应对现有结构中的混凝土进行系统的评价 再根据评价所得信息对建筑物的破坏情况进行相关的维修分析 并制定系统的维修战略 24 1 评价对结构的现实状况进行一个彻底而合理的评价是任何维修与修复工程的第一步 以下是一些常用的评价方法 1 目测与钻探任何一个彻底的调查都是由目测开始的 目测通常会引出很多有关病害程度和细节的问题 为回答这些问题 有效的方法是通过钻探将表面混凝土清除 暴露病害部分 凿除和钻孔是最常用的钻探方法 2 确定混凝土分层位置常用方法有声发射法和热成像法 3 锈蚀活动检测当钢筋混凝土中钢筋表面钝化膜被碳化或被氯离子破坏后 如果有电化学电池存在 就会发生锈蚀 当混凝土中钢筋发生锈蚀时 钢筋上阳极区和阴极区之间就会出现电位差 25 在混凝土表面上放置一个电流测量装置 检测点呈网格分布 可将电压读数转化成点位梯度 当负电压 0 2V时 则无锈蚀的可能性大于90 负电压在 0 20 0 35V间是 说明锈蚀活动不确切 当负电压 0 35V时 则锈蚀的可能性大于90 4 氯离子含量检测 5 回弹法和刺入法 26 2 混凝土的维修主要包括 劣化部位处理 维修材料与基层混凝土的粘合等 1 劣化部位处理针对盐类侵蚀混凝土的劣化部位处理即对混凝土劣化部位的混凝土材料进行清除 其中常用的清除方法有 爆破法 切割法 冲击法 磨耗清除法和水力清除法等 27 28 劣化部位处理 29 30 2 维修材料与基层混凝土的粘合维修材料与基层材料的良好胶结是获得长耐久性维修效果的关键因素之一 在进行了上一步表面的劣化混凝土的处理后 就可选择适当的施工方法进