第四章混凝土3

1、n三三 硬化混凝土的耐久性硬化混凝土的耐久性 混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能的能力称为混凝土的耐久性。提高好的使用性能的能力称为混凝土的耐久性。提高混凝土耐久性，对于延长结构寿命，减少修复工混凝土耐久性，对于延长结构寿命，减少修复工作量，提高经济效益具有重要的意义。耐久性包作量，提高经济效益具有重要的意义。耐久性包括抗渗性、抗冻性、化学侵蚀和碱集料反应等。括抗渗性、抗冻性、化学侵蚀和碱集料反应等。 3.13.1混凝土的抗渗性混凝土的抗渗性 混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力水混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透的能力。渗透的能力。 混凝土渗

2、水的原因，是由于内部孔隙形混凝土渗水的原因，是由于内部孔隙形成连通的渗水孔道。这些孔道主要来源于水成连通的渗水孔道。这些孔道主要来源于水泥浆中多余水分蒸发而留下的气孔、水泥浆泥浆中多余水分蒸发而留下的气孔、水泥浆泌水所产生的毛细管孔道、内部的微裂缝以泌水所产生的毛细管孔道、内部的微裂缝以及施工振捣不密实产生的蜂窝、孔洞，这些及施工振捣不密实产生的蜂窝、孔洞，这些都会导致混凝土渗漏都会导致混凝土渗漏水。水。n混凝土的抗渗性以抗渗等级来表示。抗渗等混凝土的抗渗性以抗渗等级来表示。抗渗等级是以级是以2828龄期的标准抗渗试件，按规定方龄期的标准抗渗试件，按规定方法试验，以不渗水时所能承受的最大水压力

3、法试验，以不渗水时所能承受的最大水压力来表示，划分为来表示，划分为P2P2、P4P4、P6P6、P8P8、P12 P12 等等等等级，它们分别表示能抵抗级，它们分别表示能抵抗0.20.2、0.40.4、0.60.6、0.80.8、1.2 MPa1.2 MPa的水压力而不渗透。的水压力而不渗透。 混凝土的抗渗性与水灰比有密切关系，混凝土的抗渗性与水灰比有密切关系，还与水泥品种、骨料级配、施工质量、养护还与水泥品种、骨料级配、施工质量、养护条件以及是否掺外加剂、掺合料有关。条件以及是否掺外加剂、掺合料有关。(1) 混凝土孔结构对耐久性的影响 nA、B两混凝土采用相同的水泥、砂、石，A掺用了引气剂，

4、并降低了水灰比，其抗渗性优于B。请观察两混凝土断面的孔结构。并讨论如何可提高混凝土抗渗性。 A混凝土虽有较多气泡，但这些气泡是不连通的，截断了毛细管通道，从而提高了抗渗性。且其减少了水灰比，使其它部分更为致密。可见，改善混凝土孔结构，提高混凝土密实度，可提高混凝土抗渗性。n3.23.2混凝土的抗冻性混凝土的抗冻性 混凝土的抗冻性是指混凝土在水饱和状态下，混凝土的抗冻性是指混凝土在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时也不严能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。重降低强度的性能。混凝土抗冻性一般以抗冻等级表示。抗冻等级是混凝土抗冻性一般以抗冻等级表示。抗冻等级是

5、采用龄期采用龄期2828的试块在吸水饱和后，承受反复冻的试块在吸水饱和后，承受反复冻融循环，以抗压强度下降不超过融循环，以抗压强度下降不超过2525，而且质量，而且质量损失不超过损失不超过 时所能承受的最大冻融循环次数时所能承受的最大冻融循环次数来确定的。来确定的。50164501649292将混凝土划分为以下将混凝土划分为以下抗冻等级：抗冻等级：1010、F15F15、F25F25、F50F50、F150F150、F200F200、F250F250、F300F300等九个等级，分别表示混凝土能够承等九个等级，分别表示混凝土能够承受反复冻融循环次数为受反复冻融循环次数为1010、2525、25

6、25、5050、100100、150150、200200、250250和和300300次。次。n混凝土受冻融作用破坏的原因，混凝土受冻融作用破坏的原因，是混凝土内部是混凝土内部的孔隙水在负温下结冰后体积膨胀造成的静水的孔隙水在负温下结冰后体积膨胀造成的静水压力，压力，因冷冻水蒸汽压的差别推动未冻水向冻因冷冻水蒸汽压的差别推动未冻水向冻结区的迁移造成的渗透压力，结区的迁移造成的渗透压力，当这两种压力所当这两种压力所产生的内应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土产生的内应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝，多次冻融使裂缝不断扩展直至就会产生裂缝，多次冻融使裂缝不断扩展直至破坏。破坏。n影响混凝土

7、抗冻性的因素有：影响混凝土抗冻性的因素有：（）混凝土强度愈高，抵抗冻融破坏的能力越强，（）混凝土强度愈高，抵抗冻融破坏的能力越强，抗冻性越好。抗冻性越好。（）混凝土密实度、混凝土孔隙构造及数量。密实（）混凝土密实度、混凝土孔隙构造及数量。密实度越小，开口孔隙愈多，水分愈易渗入，静水压力越度越小，开口孔隙愈多，水分愈易渗入，静水压力越大，抗冻性越差。大，抗冻性越差。（）混凝土孔隙充水程度。饱水程度愈高，冻结后（）混凝土孔隙充水程度。饱水程度愈高，冻结后产生的冻胀作用就大，抗冻性越差。产生的冻胀作用就大，抗冻性越差。（）水灰比。水灰比与孔隙率成正比，水灰比越大，（）水灰比。水灰比与孔隙率成正比，水

8、灰比越大，且开口孔隙率大，抗冻性越差。且开口孔隙率大，抗冻性越差。（）外加剂。在混凝土中掺入引气剂，可在水泥石（）外加剂。在混凝土中掺入引气剂，可在水泥石中形成无数细小、均匀的气泡，使之成为压力水进出中形成无数细小、均匀的气泡，使之成为压力水进出的的“水库水库”，使静水压力和渗透压力得以释放，对冰，使静水压力和渗透压力得以释放，对冰冻破坏起到很好的缓冲作用。适宜的引气量以冻破坏起到很好的缓冲作用。适宜的引气量以为宜。为宜。3.33.3抗侵蚀性抗侵蚀性抗侵蚀性是指混凝土在含有侵蚀性介质环境中抗侵蚀性是指混凝土在含有侵蚀性介质环境中遭受到化学侵蚀、物理作用不破坏的能力。遭受到化学侵蚀、物理作用不破

9、坏的能力。混凝土的抗侵蚀性主要取决于水泥的品种、混混凝土的抗侵蚀性主要取决于水泥的品种、混凝土密实度与孔隙特征等。凝土密实度与孔隙特征等。(1) 北京西直门旧立交桥混凝土开裂北京西直门旧立交桥混凝土开裂 n北京二环路西北角的西直门立交桥旧桥于北京二环路西北角的西直门立交桥旧桥于19781978年年1212月开月开工，工，19801980年年1212月完工。建成使用一段时间后，桥使用混月完工。建成使用一段时间后，桥使用混凝土的部位都有不同程度开裂。凝土的部位都有不同程度开裂。19991999年年3 3月因各种原因拆月因各种原因拆除部分旧桥改建。在改造过程中，有关科研部门对旧桥除部分旧桥改建。在改

10、造过程中，有关科研部门对旧桥东南引桥桥面和桥基钻芯作东南引桥桥面和桥基钻芯作K K2 2O ONaNa2 2O OCl-Cl-含量测试。其含量测试。其中中ClCl- -浓度呈明显梯度分布，表面浓度呈明显梯度分布，表面ClCl- -浓度为浓度为0.150.150.0940.094和和0.150.15。距表面。距表面1 cm1 cm处的处的ClCl- -浓度骤增，分别为浓度骤增，分别为0.300.300.180.18和和0.780.78。在。在1 12 cm2 cm处处ClCl- -浓度达到最高值，浓度达到最高值，其后随着离开表面距离的增加，其后随着离开表面距离的增加，ClCl- -浓度逐渐减至浓

11、度逐渐减至0.10.1左右。左右。北京市北京市8080年代每年化冰盐的撒散量为年代每年化冰盐的撒散量为400400600 t600 t，主要用于长，主要用于长安街和城市立交桥。西直门立交旧桥混凝土中的安街和城市立交桥。西直门立交旧桥混凝土中的ClCl- -主要来自主要来自化冰盐化冰盐NaClNaCl。混凝土表面。混凝土表面ClCl- -含量低于距表面含量低于距表面1 12 cm2 cm处，是因处，是因其表面受雨水冲刷，部分其表面受雨水冲刷，部分ClCl- -溶解入雨水中流失。溶解入雨水中流失。ClCl- -超过最高超过最高极限值后，会破坏钢筋的钝化膜，锈蚀钢筋，锈蚀产物体积膨极限值后，会破坏钢

12、筋的钝化膜，锈蚀钢筋，锈蚀产物体积膨胀，导致钢筋开裂，保护膜脱落。胀，导致钢筋开裂，保护膜脱落。（2）南方某海港码头建成后发现部分纵梁底部混凝土脱落，钢筋全部外露，请讨论该码头钢筋混凝土腐蚀破坏的原因。 n该码头纵梁钢筋锈蚀，是因其处于浪溅区，海水氯盐入侵混凝土，使钢筋该码头纵梁钢筋锈蚀，是因其处于浪溅区，海水氯盐入侵混凝土，使钢筋周围氯离子含量超过钢筋致锈的临界值，引起钢筋锈蚀。而锈蚀使混凝土周围氯离子含量超过钢筋致锈的临界值，引起钢筋锈蚀。而锈蚀使混凝土膨胀开裂，以致脱落，又进一步加剧了钢筋的锈蚀。膨胀开裂，以致脱落，又进一步加剧了钢筋的锈蚀。a.a.从混凝土其它方面来看，码头梁混凝土的水

13、灰比为从混凝土其它方面来看，码头梁混凝土的水灰比为0.50 0.50 和和0.550.55。较大的水灰比使混凝土孔径和孔隙率增大，利于氯离子渗透，扩散至钢筋较大的水灰比使混凝土孔径和孔隙率增大，利于氯离子渗透，扩散至钢筋表面。表面。b.b.混凝土单位体积胶凝材料用量偏低。该工程混凝土未掺外加剂，水混凝土单位体积胶凝材料用量偏低。该工程混凝土未掺外加剂，水泥用量分别为泥用量分别为350 kg/m3350 kg/m3。c.c.混凝土保护层厚度不足。该混凝土保护层设计厚度为混凝土保护层厚度不足。该混凝土保护层设计厚度为5.5 mm5.5 mm，且由，且由于施工偏差，部分构件实际保护层还低于设计值。于

14、施工偏差，部分构件实际保护层还低于设计值。 n3.43.4混凝土的碳化混凝土的碳化混凝土的碳化作用是指空气中的二氧化碳与水泥石混凝土的碳化作用是指空气中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水。碳化又叫中中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水。碳化又叫中性化。性化。碳化对混凝土性能有明显的影响，首先是减弱对钢碳化对混凝土性能有明显的影响，首先是减弱对钢筋的保护作用。由于水泥水化过程中生成大量氢氧筋的保护作用。由于水泥水化过程中生成大量氢氧化钙，使混凝土孔隙中充满饱和的氢氧化钙溶液，化钙，使混凝土孔隙中充满饱和的氢氧化钙溶液，其其 值可达到值可达到12.612.61313。这种强碱性环境能使

15、。这种强碱性环境能使混凝土中的钢筋表面生成一层钝化薄膜，从而保护混凝土中的钢筋表面生成一层钝化薄膜，从而保护钢筋免于锈蚀。碳化作用降低了混凝土的碱度，当钢筋免于锈蚀。碳化作用降低了混凝土的碱度，当值低于值低于1010时，钢筋表面钝化膜破坏，导致钢筋时，钢筋表面钝化膜破坏，导致钢筋锈蚀锈蚀。n其次，当碳化深度超过钢筋的保护层时，钢筋其次，当碳化深度超过钢筋的保护层时，钢筋不但易发生锈蚀，还会因此引起体积膨胀，使不但易发生锈蚀，还会因此引起体积膨胀，使混凝土保护层开裂或剥落，进而又加速混凝土混凝土保护层开裂或剥落，进而又加速混凝土进一步碳化。进一步碳化。碳化作用还会引起混凝土的收缩，使混凝土表碳化

16、作用还会引起混凝土的收缩，使混凝土表面碳化层产生拉应力，可能产生微细裂缝，从面碳化层产生拉应力，可能产生微细裂缝，从而降低了混凝土的抗折强度。而降低了混凝土的抗折强度。n影响混凝土碳化速度的主要因素有：影响混凝土碳化速度的主要因素有：（1 1）水泥品种。掺混合材的水泥，因其氢氧化）水泥品种。掺混合材的水泥，因其氢氧化钙含量较少，碳化比普通水泥快。钙含量较少，碳化比普通水泥快。（2 2）水灰比。水灰比大的混凝土，因孔隙较多，）水灰比。水灰比大的混凝土，因孔隙较多，二氧化碳易于进入，碳化也快。二氧化碳易于进入，碳化也快。（3 3）环境湿度。在相对湿度为）环境湿度。在相对湿度为50507575的环境

17、的环境时，碳化最快。相对湿度小于时，碳化最快。相对湿度小于2525或达到或达到100100时，碳化停止。因为碳化需要水分，但不能堵塞时，碳化停止。因为碳化需要水分，但不能堵塞二氧化碳的通道。此外，空气中二氧化碳浓度越二氧化碳的通道。此外，空气中二氧化碳浓度越高，碳化速度也越快。高，碳化速度也越快。n硬化条件。空气中或蒸汽中养护的混凝土，比在潮硬化条件。空气中或蒸汽中养护的混凝土，比在潮湿环境或水中养护的混凝土碳化快。因为前者促使湿环境或水中养护的混凝土碳化快。因为前者促使水泥石形成多孔结构或产生微裂缝，后者水化程度水泥石形成多孔结构或产生微裂缝，后者水化程度高，混凝土较密实。高，混凝土较密实。

18、混凝土的碳化深度大体上与碳化时间的平方成正比。混凝土的碳化深度大体上与碳化时间的平方成正比。为防止钢筋锈蚀，必须设置足够的钢筋保护层。为防止钢筋锈蚀，必须设置足够的钢筋保护层。n3.5 3.5 碱一骨料反应碱一骨料反应 碱一骨料反应是指混凝土中所含的碱（碱一骨料反应是指混凝土中所含的碱（NaNa2 2O O或或K K2 2O O）与骨料的活性成分（活性与骨料的活性成分（活性SiOSiO2 2），在混凝土硬化后），在混凝土硬化后潮湿条件下逐渐发生化学反应，反应生成复杂的潮湿条件下逐渐发生化学反应，反应生成复杂的碱碱硅酸凝胶硅酸凝胶，这种凝胶吸水膨胀，导致混凝土这种凝胶吸水膨胀，导致混凝土开裂的现

19、象。开裂的现象。碱一骨料反应的反应速度很慢，需碱一骨料反应的反应速度很慢，需几年或几十年，因而对混凝土的耐久性十分不利。几年或几十年，因而对混凝土的耐久性十分不利。骨料中含有活性二氧化硅的矿物有：蛋白石、玉骨料中含有活性二氧化硅的矿物有：蛋白石、玉髓、鳞石英等。含有活性氧化硅的岩石有：安山髓、鳞石英等。含有活性氧化硅的岩石有：安山岩、凝灰岩、流纹岩等。用这种骨料配制混凝土岩、凝灰岩、流纹岩等。用这种骨料配制混凝土时，必须用低碱水泥，控制混凝土碱含量（折算时，必须用低碱水泥，控制混凝土碱含量（折算成成NaNa2 2O O）小于）小于0.60.6，或采用掺混合材的水泥。对，或采用掺混合材的水泥。对

20、有怀疑的骨料，需做碱一骨料试验，防止混凝土有怀疑的骨料，需做碱一骨料试验，防止混凝土出现碱一骨料反应而破坏。出现碱一骨料反应而破坏。n某市自来水公司一号水池建于山上，某市自来水公司一号水池建于山上，19801980年年1 1月交付使用，月交付使用，19891989年年6 6月月2020日池壁突然崩塌，造成日池壁突然崩塌，造成3939人死亡，人死亡，6 6人受伤的特大人受伤的特大事故。该水池使用的是冷却水，输入池内水温达事故。该水池使用的是冷却水，输入池内水温达4141。该水池。该水池为预应力装配式钢筋混凝土圆形结构，池壁由为预应力装配式钢筋混凝土圆形结构，池壁由132132块预制钢筋块预制钢筋

21、混凝土板拼装，接口处部分有泥土。板块间接缝处用混凝土板拼装，接口处部分有泥土。板块间接缝处用C30C30细石细石混凝土二次浇筑有蜂窝麻面板壁外灌浇混凝土二次浇筑有蜂窝麻面板壁外灌浇266266根高强钢筋，再喷根高强钢筋，再喷射射3 cm3 cm砖保温墙，池内壁设计未作防渗层，只要求在接缝处向砖保温墙，池内壁设计未作防渗层，只要求在接缝处向两侧各延伸两侧各延伸5 cm5 cm范围内刷两道素水泥浆。范围内刷两道素水泥浆。水池壁崩塌水池壁崩塌A. A. 池内水温高，增强了对池壁的腐蚀能力，导致池壁结构过池内水温高，增强了对池壁的腐蚀能力，导致池壁结构过早破损。早破损。B. B. 预制板接缝面未打毛，

22、清洗不彻底，故部分留有预制板接缝面未打毛，清洗不彻底，故部分留有泥土；且接缝混凝土振捣不实，部分有蜂窝麻面，其抗渗能泥土；且接缝混凝土振捣不实，部分有蜂窝麻面，其抗渗能力大大降低，使水分浸入池壁，并对绕丝产生电化学反应。力大大降低，使水分浸入池壁，并对绕丝产生电化学反应。事实上所有钢丝已严重锈蚀，有效截面减少，抗拉强度下降，事实上所有钢丝已严重锈蚀，有效截面减少，抗拉强度下降，以致断裂，使池壁倒塌。以致断裂，使池壁倒塌。C. C. 设计方面亦存在考虑不周，且对设计方面亦存在考虑不周，且对钢丝严重锈蚀未能及时发现等问题。钢丝严重锈蚀未能及时发现等问题。 n3.6 3.6 提高混凝土耐久性的主要措施提高混凝土耐久性的主要措施（）合理选择水泥品种（）合理选择水泥品种（）适当控制混凝