混凝土结构材料耐久性的研究现状与发展趋势.doc

精品文档混凝土结构材料耐久性的研究现状与发展趋势 摘 要：混凝土结构材料的耐久性一直是建筑行业研究的重点内容，也是社会关注的广泛话题。在文章中，结合自身经验，从研究混凝土结构耐久性的意义出发，剖析了钢筋锈蚀、碱-骨料反应以及碳化反应等三个方面的耐久性研究现状，并在此基础上探索了混凝土结构材料的未来发展趋势，分别是结构耐久性的研究将深入材料层次、材料的破坏与耐久性的模型将被建立以及其相关研究将纳入高校教育的议程，与同行共勉。 关键词：混凝土；结构材料；耐久性 1 混凝土结构耐久性的研究意义 在土木工程的设计中，混凝土结构是最基本的结构形式，也是二十一世纪的常用结构之一。调查研究表明，由于对材料耐久性的忽视，导致工程事故频频发生，由此产生的维修费用更是令人瞠目。如今仅在厂房研究方面，由于对材料耐久性研究不足，造成流动损失将近16%，占到了固定资产的大部分比例。因此，对于混凝土结构材料耐久性的研究可以发现结构的不稳定因素，并且在第一时间寻求解决方案，避免工程质量事故的发生。此外，对于结构材料耐久性的分析，可以有效评估建筑体系的安全系数以及由此产生的费用，从而在保证工程质量的同时，保障材料最优化以及造价最优化，防患于未然。 2 混凝土结构材料耐久性的研究现状 2.1 钢筋锈蚀 钢筋的锈蚀是影响材料耐久性的主要因素之一，当钢筋处于碱性环境时，其表面会形成一层保护膜，简称钝化膜。钝化膜的作用是为了保护钢筋不会受到二次侵蚀。在混凝土的水化反应中，钝化膜的主要成分之一是氢氧化钙。但是，当混凝土中碱性物质与周围二氧化碳发生反应时，混凝土就会逐渐由碱性变为中性。在中性环境中，钝化膜的性质发生了一定的转变，相对显得不够稳定。当混凝土进一步呈现出酸性特征时，钢筋会因为钝化膜被破坏而出现锈蚀，尤其是当钢筋处于潮湿的环境中，会进一步加剧钢筋的锈蚀过程。钢筋的锈蚀分为两种类型，分别是化学腐蚀和电化学腐蚀，其中以前者为主，这是由于钢筋表面形成的大量小电池而导致的，化学上称之为微电池。此外，钢筋的锈蚀不是瞬时的，而是一个慢慢转变的过程，从反应的表现上来看，主要分为五个阶段，分别是潜伏期、锈蚀初期、锈蚀发展期、加速期以及破坏期。其中潜伏期是钢筋锈蚀的开始，此时采取相关措施时，可以有效避免钢筋的锈蚀；锈蚀初期中的钢筋出现锈蚀迹象；锈蚀发展期以及加速期是钢筋锈蚀的两个主要过程；破坏期的钢筋锈蚀现象较为严重，一般不建议采取补救措施，一方面，补救措施所造成的造价较大，另一方面，补救后的钢筋的安全性能还有待研究。 2.2 碱-骨料反应 碱-骨料反应是一种化学反应，参与此过程的材料主要有水泥、外加剂、掺合料或拌合水中的可溶性碱以及混凝土空隙中及集料中能与碱反应的活性成分，是混凝土在硬化过程中的常见现象。发生碱-骨料反应后的混凝土性质发生了转变，对于混凝土结构额耐久性产生了不利的影响，其中引起碱-骨料反应的要素包括三个方面：一是配制混凝土时由水泥、骨料（海砂）、外加剂和拌合水中带进混凝土中一定数量的碱，或者混凝土处于有利于碱渗入的环境；二是在具有活性骨料的前提下，参与碱化反应；三是当周围环境较为潮湿时，加剧了碱-骨料反应过程的进行。碱-骨料反应主要有两种形式，其一是碱-硅酸反应，其二是碱-碳酸盐反应。碱-硅酸反应中的活性成分是碱性硅酸盐，碱性硅酸盐具有很强的吸水性，吸水膨胀后，体积变大，在巨大的张力作用下，导致混凝土发生开裂。碱-碳酸盐反应的原理有所不同，在泥质石灰质白云石发生的几率较大，原因在于其中存在大量的黏土和方解石，在碳酸盐作用下，方解石转化为水镁石，这一过程促使黏土暴露在空气中，从而吸水膨胀，导致混凝土结构被破坏。 2.3 碳化反应 混凝土经过初凝阶段后，其碱性很强，PH值接近13。当碱性混凝土暴露在空气中时，与其中的二氧化碳气体以及二氧化硫气体发生反应，土壤中的氯离子以及盐酸等有害物质也渗入其中，在发生一系列复杂的物理反应和化学反应滞后，二氧化碳与水蒸汽结合，产生了碳酸，碳酸与混凝土中的硅酸盐相互作用，使得混凝土的碱性降低，这就是混凝土的碳化过程。引起混凝土碳化的因素有很多，其中最主要的是水泥的类型以及混凝土表面的炭化保护层，不同的水泥中所含硅酸钙和铝酸钙盐基性高低不同；炭化保护层的主要成分是碳酸氢钙以及碳酸氢镁，当一旦形成保护层，那么碳化反应就会被终止。 3 混凝土结构材料耐久性的未来发展趋势 3.1 结构耐久性的研究将深入材料层次 从专业的角度来说，混凝土发生碳化反应后的性能分析还有待讨论，包括其本构关系的研究以及碳化后的定量分析等方面。在氯离子的作用下，混凝土材料的性能发生了转变，其耐久性受到一定的不良影响，因此，对于材料本身的耐久性研究是当前亟待解决的问题。此外，目前对于受到预应力影响的混凝土结构的研究还不够深入，有待进一步分析并深入相关数据的研究。就钢筋而言，若是已经锈蚀，那么其实用性不强，对于锈蚀后钢筋的研究较少。然而，钢筋的可塑性较强，且具有很好的抗拉性能，经过一系列的试验证明，冷弯后的钢筋的性能变的更加实用，因此，这些方面都将是未来混凝土结构材料耐久性的重要领域。 3.2 混凝土结构材料的破坏与耐久性的模型将被建立 就混凝土结构的耐久性而言，目前掌握最多的资料是关于材料研究方面。因此，在未来的发展过程中，针对在混凝土结构材料方面取得的数据，有必要建立混凝土材料破坏与耐久性的相关模型。当混凝土材料被破坏时，我们可以在第一时间通过模型的对照，研究其破坏耐久性的直接影响因素。在材料已有数据的前提下，还可以对材料的综合性能做出评价，从而能够精确预测混凝土的剩余寿命以及我们由此可以做的一些准备措施，以延长建筑结构的寿命，或者是在结构被破坏之前做好充分的准备，从而将损失降低到最小的程度。 3.3 混凝土结构材料耐久性的研究将纳入高校教育的议程 实践证明，混凝土结构材料的耐久性对于建筑工程的质量具有至关重要的意义。随着建筑群体的庞大以及基础设施的增加，混凝土结构材料的应用会越来越广泛，因此，其耐久性有必要引起全社会的关注。为了保障建筑群的质量，重视对于材料耐久性的研究，我们不妨将其纳入高校基础性教育的体系。通过理论的学习，使得学生对于混凝土结构材料的耐久性有一个初步的认识，在后续的应用过程中，加深对材料耐久性的印象，熟练结合理论知识与实际工程案例，从而在实际的施工中，对材料的耐久性进行严格把关，对其质量进行精确跟踪。 4 结束语 随着科技的发展，混凝土结构材料的研究也向前迈进了一大步。然而，在工业的大力发展下，全球环境受到一定的破坏，这对于混凝土结构的耐久性提出了挑战。因此，作为相关工作人员，必须从基础做起，把好结构材料的质量关，为建筑结构的稳定性以及耐久性打下坚实的基础。 参考文献 1卫军，张晓玲，赵霄龙.混凝土结构耐久性的研究现状和发展方向J.低温建筑技术，2010（2）. 2马亚丽，张爱林.基于规定可靠指标的混凝土结构氯离子侵蚀耐久寿命预测J.土木工程，2011（2）. 3卢木.混凝土耐久性研究现状和研究方向J.工业建筑，2010（5）. 4