影响混凝土耐久性因素及其应对措施.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除 影响混凝土耐久性因素及其应对措施 目 录摘要I绪论I一、耐久性问题的提出I二、耐久性的重要性I三、影响混凝土结构耐久性的主要因素1环境因素I2材料因素I3设计因素I4施工因素I四、提高混凝土耐久性的措施I1渗透性I2抗冻融性I3抗侵蚀性I4碱集料反应I结论I摘要：混凝土结构是应用非常广泛的一种结构形式，但是由于其结构自身和使用环境的特点，使得混凝土存在严重的耐久性问题。本文通过提出混凝土耐久性问题，说明其重要性，然后重点分析了其影响因素及其预防措施。关键字：混凝土耐久性、影响因素、性能、抗渗、抗冻、抗侵蚀、)碱集料反应绪论：混凝土的工程应用至今已有一百多年的历史，是当今世界上最广泛使用的建筑材料。鉴于经济能源和资源等因素，高耐久性一直是人们不断追求的目标。混凝土结构物建成后，随其使用时间的延长，其各项物理性能逐渐降低，这种质量的劣变通常称之为老化，混凝土抵抗老化的能力称为耐久性，一般认为是混凝土在环境介质的作用下保持其使用功能的能力，或混凝土抵抗随时间引起的性能与状态改变的能力1。混凝土工程的耐久性与工程的使用寿命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能力，这一正常功能不仅仅包括结构的安全性和结构的适用性，而且更多地体现在适用性上。混凝土耐久性主要包括以下几方面：(1)抗渗性：混凝土抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能。(2)抗冻性：是指混凝土在饱水状态下，经受多次抵抗冻融循环作用，能保持强度和外观性的能力。(3)抗侵蚀性：混凝土暴露在有化学物的环境和介质中，有可能遭受化学侵蚀而破坏。(4)碱集料反应：某些含有活性组分的骨料与水泥水化析出的KOH和NaOH相互作用，对混凝土产生破坏性膨胀，是影响混凝土耐久性最主要的因素之一2。一、耐久性问题的提出本世纪建造的混凝土结构物由于种种原因，例如温变收缩、干缩、冻融循环、钢筋锈蚀、碱骨料反应和硫酸盐侵蚀等，据估计使用寿命达不到 100年。而自 40 年代以来，通过硅酸盐水泥成分的变化以及混凝土技术的快速进步，混凝土的强度显著提高，但从钢筋保护和混凝土耐冻、耐腐蚀角度看则与强度并不匹配。也就是说，当今更多的混凝土结构，比 50 年前更不耐久3。据综合估计，我国的某些混凝土结构，例如混凝土坝的平均寿命仅约为 30 年50 年4。相反，某些 2 000 多年前用火山灰和石灰作为水硬性胶凝材料建造的罗马古建筑现在仍呈现完好状态。为什么混凝土技术大大进步了，混凝土的强度普遍提高了而混凝土的耐久性问题却变得日益突出，甚至变得更为严重了呢？这不能不成为一个值得人们深刻思考的问题。二、耐久性的重要性混凝土工程因其工程量浩大，将会因耐久性不足对未来社会造成极为沉重的负担。我国 20 世纪 50 年代所建设的混凝土工程已使用 40 余年，如果我国混凝土工程的平均寿命按 30 年50 年计，在今后的 10 年30 年内，为了维修建国以来所建基础设施的费用，将是极其巨大的。目前，我国的基础设施建设工作规模宏大，每年投资高达 20 000 亿元人民币以上，那么，约在 30 年50 年后，这些工程也将进入维修期，所需的维修费或重建费，将更为巨大。作为 21 世纪的混凝土，高性能混凝土，更要从提高混凝土耐久性即超耐久入手，免除巨额的维修和重建费用5。三、影响混凝土结构耐久性的主要因素混凝土结构耐久性是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下，在设计要求的目标使用期内，不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力6。影响混凝土结构耐久性的主要因素可概括为环境因素、材料因素、设计因素和施工因素等四个方面(见图2一l)图2一1混凝土结构耐久性影响因素分析图1环境因素恶劣的环境是导致混凝土结构耐久性降低的主要原因之一。2002年出版的新规范增补了有关结构耐久性的规定，对混凝土结构所处的环境类别进行了划分7，从表2一1中可以看出，环境等级越高，说明结构所处的环境越恶劣，对结构耐久性越不利。环境类别条件一室内正常环境二A室内潮湿环境;非严寒和非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境B严寒和寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的的环境三使用除冰盐的环境;严寒和寒冷地区冬季水位变动的环境;滨海室外环境四海水环境五受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境表2一1混凝土结构的环境类别环境对结构耐久性的影响主要表现在以下两个方面:一是环境的物理作用造成了混凝土的开裂和剥落，如我国北方寒冷地区的混凝土结构，长期处于冻融交替循环之中，其毛细管中的水结冰时体积增大产生静水压力，导致结构产生局部开裂，严重时，会造成表层混凝土的大面积脱落，影响结构的正常使用;二是环境的化学作用使混凝土分解和钢筋锈蚀，如:盐类直接侵蚀混凝土，与材料中的某些成分发生化学反应，生成结晶膨胀物或易溶于水的物质，导致结构开裂或溶蚀;某些可溶性阴离子，特别是氯离子通过保护层渗透到钢筋周围，当其含量达到一定程度时，会使钢筋发生电化学腐蚀;酸性气体或液体侵蚀混凝土结构，破坏了混凝土的高碱性环境，当PH值降到9以下时，钝化膜就遭到破坏，一旦外界条件具备，钢筋就很容易发生锈蚀8。2.材料因素原材料品质对混凝土结构耐久性的影响至关重要，如原材料控制不严，会导致某些组份之间发生化学反应，特别是碱骨料反应，对结构耐久性十分不利。另外，原材料中氯离子含量超标，也容易导致钢筋的锈蚀。3设计因素影响结构耐久性的设计因素主要包括:结构的设计形状与构造型式、结构的保护层厚度、混凝土的设计水灰比及混凝土的强度等。由于混凝土结构的许多腐蚀过程与自由水的存在有关，因此，结构的设计形状与构造型式对于结构耐久性就显得非常重要。4施工因素施工过程是确保混凝土结构耐久性的重要环节，正确合理的拌制、浇筑、震捣、养护对混凝上结构的耐久性十分有利。首先，严格控制施工中的拌制过程可以使骨料之间结合更加紧密，骨料间的粘结作用是耐久性得以改善的有力保障:其次，适当的浇筑设备和震捣程序能保证混凝土高度密实而不离析，这一点对混凝土的保护层尤为重要;最后，适当的养护工艺可以降低混凝土的渗透性并使水泥充分水化而增加其耐久性。以上具体分析了几种影响混凝土结构耐久性主要因素。实际工程中，导致混凝土结构耐久性下降的原因是多方面的，它们之间相互作用，相互影响，最终导致了结构的破坏。四、提高混凝土耐久性的措施针对影响混凝土耐久性的因素，采取的措施多种多样，归纳起来主要有：(1) 在混凝土中，渗透性是一个综合指标。它是指气体、液体或者离子受压力、化学势或者电场的作用，在混凝土中渗透、扩散或迁移的难易程度。混凝土渗透性与耐久性之间有着密切的关系，混凝土获得高耐久性与长寿命的关键是提高混凝土的抗渗性28。因此，对已有建筑来说，表面处理是一种简单有效的方法。掺加高效减水剂，在保证混凝土拌和物所需工作性的同时，尽可能降低用水量，减小水灰比，使混凝土的总孔隙率，特别是毛细孔隙率大幅度降低；掺入高效活性矿物掺和料，如硅灰、粉煤灰等，改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成，使水泥石结构更为致密，有效地阻断可能形成的渗透通道；提高混凝土强度，增强混凝土自身抵抗环境侵蚀破坏的能力9。(2) 冻融破坏在我国北方寒冷地区大量出现。防止冻融破坏的主要措施是降低水灰比、使用引气技术(加引气剂)。但是，由于引入空气微泡会降低混凝土强度，加之市场上引气剂品种繁多，质量参差不齐，故在工程使用时应慎重选用；(3) 在我国侵蚀性介质对混凝土结构危害最严重的应是氯盐的影响，提高混凝土抗氯离子渗透能力的措施是：限制水灰比，保证最低水泥用量以确保碱度，掺入适量优质掺和料(粉煤灰、磨细矿渣、硅灰)等；(4) 混凝土碱集料10反应危害很大，而且一旦发生很难修复。但在我国发现碱集料反应引起开裂的实例很少见。这是因为我国混凝土强度等级较国外低，水泥用量少，总碱量低。另外，我国水泥中普遍掺有 15%以上水淬矿渣、粉煤灰、沸石粉等混合料，有效抑制了可能发生的碱集料反应。但随着混凝土强度提高，水泥用量增加，同时水泥生产工艺的改变，混凝土含碱量已在明显提高。由于大量基建项目的兴建，骨料来源减少，劣质骨料可能被采用，施工队伍素质等因素也将提高碱集料反应机率，应采取有效预防措施。当混凝土使用有碱活性反应的骨料时，配合比必须控制混凝土中的总碱含量以保证混凝土的耐久性；粉煤灰能抑制碱集料反应，但是如掺量小于10%，有时反会增加膨胀。外加剂特别是早强剂会带来高含量的碱。我国目前仅外加剂提供的碱量有时竟高于国外限制混凝土总碱量，如复合早强剂( 硫酸钠、氧化钠、氧化钙、亚硝酸钠为主要成分 ) 带入混凝土的碱为3.13kg/m36.80kg/m3，早强减水剂(硫酸钠、木质素为主要成分)带入混凝土的碱为 1.31kg/m33.93kg/m3。目前，混凝土施工常因工期要求掺入早强剂等外加剂，为预防碱集料反应，在设计上应对外掺剂的使用提出要求； 以上主要说了前面提到的四个方面，其实影响混凝土的耐久性还有很多方面，其措施也就还有很多。如钢筋锈蚀问题、碳化问题等，这里就不一一列举。结论：目前，提高结构的安全性和耐久性已经成为全世界关注的重大课题，特别是我国正处于大规模基础设施建设的历史性时期，加强结构耐久性研究，将有助于进一步推动我国基础设施建设和管理的科学化、理论化、系统化进程，为实现工程结构发展战略提供科学的理论和技术支持。参考文献：1 徐峰 , 王琳 , 储健 . 提高混凝土耐久性的原理与实践 . 混凝土 . 20012 闫曌烨. 影响钢筋混凝土耐久性的因素及改进措施. 科技情报开发与经济. 20053 冷发光, 冯乃谦, 等. 提高普通混凝土强度和耐久性的正交试验研究. 混凝土. 20004 蒲心诚. 论混凝土工程的超耐久化. 混凝土. 20005 才世平, 于文勇, 吴晨龙. 混凝土耐久性问题及其提高措施探讨. 黑龙江交通科技. 2003: 16206金伟良，