土木工程材料论文

1、土木工程材料论文姓 名： 学 号： 系 部： 专业班级： 指导教师： 混凝土耐久性长期以来，混凝土作为土建工程中用途最广，用量最大的建筑材料之一，在近二百年的发展中，其强度不断提高。目前，发达国家已使用50MPa 甚至100MPa 的高强度混凝土。但是，在提出高强度的同时， 混凝土结构的耐久性问题也愈来愈被人们所关注。直到20 世纪70 年代末期，发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境下出现过早损坏。我国大多数建筑物在使用2530 年后即需大修。因此，提高混凝土耐久性，延长工程使用寿命，尽量减少维修重建费用是建筑行业实施可

2、持续发展战略的关键。 近年来, 随着人们对混凝土耐久性认识的日益提高,在各种设计规程中, 均把耐久性列为混凝土的一项重要指标, 尤其在一些大中型建筑物中, 更加重视混凝土的耐久性问题。对建筑业来说, 建筑物必须经久耐用, 而且能满足其在服务期内的各项性能要求。混凝土是大宗的建筑材料, 提高混凝土耐久性具有非常重要的理论意义和经济价值。所谓混凝土结构的耐久性, 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能保持其安全

3、、使用功能和外观要求的能力。 一、影响混凝土耐久性的主要因素和作用机理 1.影响混凝土耐久性的内部机理 一般混凝土工程的使用年限约为50100 年， 但实际中有不少工程在使用1020 年，有的甚至在使用几年后即需要维修，这就是由于混凝土耐久性低（不足）造成的。影响混凝土耐久性的原因错综复杂，造成混凝土耐久性不佳的原因多种多样,主要可分为:(1)由温度变化引起的收缩膨胀裂缝,如冻融循环、除冰盐分对混凝土的剥蚀等物理变化:(2)由混凝土内部材料引起的碱集料反应以及外部侵蚀性离子引起的诸如钢筋锈蚀、硫酸盐侵蚀以及碳化等化学变化;(3)机械破

4、坏:冲击、磨损、流动淡水溶蚀作用、流动气体的磨蚀、冲蚀等机械破坏。从以下四个方面来分析影响混凝土耐久性的因素。 1.1 混凝土的碳化 混凝土的碳化又称为混凝土的中性化， 几乎所有混凝土表面都处在碳化过程中。它是空气中二氧化碳与水泥石中的碱性物质相互作用，使其成分、组织和性能发生变化，使用机能下降的一种很复杂的物理化学过程。 混凝土的碳化机理指的是大气中的CO2或某些酸性气体与暴露在空气中的混凝土表面接触并且不断地向混凝土内部扩散, 与混凝土中的碱性水化物起反应的复杂的物理化学过程。碳化作用使混凝土内部碱性降低, 使钢筋处于中

5、性化环境(当pH 值小于115时), 从而使钢筋表面钝化膜遭到破坏而生锈, 导致混凝土保护层开裂和混凝土的粘结作用降低, 致使构件破坏。其化学反应式如下: Ca( OH ) 2- Ca2+ ( aq) + 2OH - ( a q) Ca2+ ( a q) + 2OH - ( aq) + CO2 -CaCO3&

6、#160;+ H 2O 3CaO· 2S iO2  ·3H 2O+ 3CO2-3CaCO3·2SiO2·3H2O 3CaO·SiO2 + 3CO2 + nH2O- S iO2· nH 2O+ 3CaCO3 2CaO· SiO2 + 2CO2 + nH2O- S 

7、;iO2·nH 2O+ 2CaCO3 1.2 混凝土的冻融破坏 混凝土是由水泥砂浆和粗骨料组成的毛细孔多孔体。在拌制混凝土时，为了得到必要的和易性，加入的拌和用水总要多于水泥的水化水， 这部分多余的水便以游离水的形式滞留于混凝土中形成连通的毛细孔，并占有一定的体积，另外，还有一些水泥水化后形成的胶凝孔。这种毛细孔的自由水就是导致混凝土遭受冻害的主要因素， 因为水遇冷冻结成冰后会发生体积膨胀，引起混凝土内部结构的破坏。在反复冻融循环后，混凝土中的裂缝会互相贯通，其强度也会逐渐减低，最后甚至完全丧失，使混凝土由表及里遭

8、受破坏。 1.3侵蚀性介质的腐蚀 在各种侵蚀性介质如酸、碱溶液等作用的环境下，侵蚀性介质对混凝土产生腐蚀，最终可能导致结构破坏。在冬季，为保证公路交通的畅通，道路养护人员向道路、桥梁及城市立交桥等撒盐或盐水，以化雪和放冰，这使得氯离子进入混凝土结构的内部。在混凝土结构使用寿命期间可能遇到的各种暴露条件中，氯化物是最危险的侵蚀介质，应引起高度重视。 1.4 混凝土碱集料反应 混凝土碱集料反应被许多专家称为混凝土的“癌症”。碱集料反应是指混凝土集料中某些活性矿物与混凝土微孔中的碱溶液产生的化学反应。碱主要来源于水泥熟料、外加剂，集料中活性材料主要是

9、SiO2和硅酸盐、碳酸盐等。 碱- 骨料反应( 简称AAR ) 是指混凝土原材料中的水泥、骨料、外加剂、混合料和拌合水中的碱性物质( Na2O 或K2O)与骨料中碱活性矿物成分发生化学反应生成膨胀物质( 或吸水膨胀物质), 从而使混凝土在浇筑成型若干年后, 内部逐渐产生自膨胀应力, 造成混凝土从内向外开裂的损毁现象。按与碱反应的岩石类型可将碱- 骨料反应划分为三种, 即碱- 硅酸反应、碱- 碳酸盐反应和碱- 硅酸盐反应。 1.

10、5 钢筋锈蚀 混凝土在一种或多种外界作用下， 材料的耐久性能会发生衰退，逐渐降低了对其内部钢筋的保护作用。当钢筋外面的混凝土中性化或出现开裂等情况时， 钢筋失去了碱性混凝土的保护，钝化膜破坏并开始锈蚀。锈蚀的钢筋不但截面积有所损失，材料的各项性能也会发生衰退，从而影响混凝土构件的承载能力和使用性能。钢筋锈蚀也是引起混凝土结构耐久性下降的最主要和最直接的因素。 2.影响混凝土耐久性的其他外部因素 2.1原材料方面 (1)水泥。 水泥是混凝土中最主要的胶凝材料,选择优质的水泥对配制高强混凝土尤为重要。水泥石中的水化物稳

11、定性不足会对耐久性产生不利影响,普通混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足,是混凝土不能超耐久的一个主要因素。水泥因为强度提高、细度增大、硬化速度加快等因素,加剧了混凝土结构的开裂问题;对于大体积混凝土,必须引起注意,为了防止温度裂缝,必要时需采用低水化热的水泥或在强度允许的条什下以优质矿物掺合料大量替代部分水泥。但是往往由于优质合格的集料资源日趋枯竭,只有采用质次或有问题的集料,如风化砂石等,对集料的质量没有引起足够的重视。 (2)矿物掺合料。 不同种类的矿物掺合料其共性是都具有较大的比表面积,其复合胶凝效应可显著提高混凝土强度,改善耐久性。新拌和硬化混凝土的力学性能、耐久性

12、能以及微观结构都得到不同程度的改善,因而,矿物掺合料已成为配制耐久性混凝土不可缺少的重分,一般掺合料的生产成本低于水泥,用于配制混凝土有显著的技术经济效益,主要有粉煤灰、高炉矿渣、天然火山灰以及硅粉等。可以提高混凝土拌和物的工作性,减少用水量。 2.2 设计方面 对混凝土工程耐久性的研究试验工作大部分局限在试验室阶段,与实际使用环境脱节,更重要的是混凝土工程在设计过程中常常只考虑单一的破坏因素,忽视对实际中常发生的多个破坏因素引起的综合破坏作用。即对混凝土耐久性综合症缺少全面的认识。 2.3施工及维护方面 过于追求施工进度,对混凝土工程的施工质

13、量控制不严,若混凝土的密实性差,周围环境恶劣,氯化物、氧和水分很容易会侵蚀到钢筋表面,引起腐蚀,钢筋锈蚀物使混凝与钢筋产生隔离,久而久之,使混凝土沿钢筋长度劈裂剥落,钢筋裸露,从而大大缩短结构的使用寿命。也不注意对混凝土结构进行必要的养护;在混凝土施工过程中为了满足混凝土施工工作性要求,加大用水量、提高水灰比,因而导致混凝土的孔隙率很高,特别是其中毛细孔占相当大部分,毛细孔是水分、各种侵蚀介质、氧气、二氧化碳及其他有害物质进入混凝土内部的通道,引起混凝土耐久性的不足。  二、提高混凝土耐久性的措施 不论是上述哪一种因素主导着混凝土的劣化过程，其共同点是混凝土内有充

14、足的水分和其他有害物质的侵入。要提高混凝土耐久性，满足耐久性要求，必须降低混凝土的孔隙率，特别是降低毛细管孔隙率，即混凝土必须有足够的密实性并且不出现有害裂缝，从而能够抵抗水分和侵蚀性介质的渗入。针对影响混凝土耐久性的因素，采取的措施多种多样，归纳起来主要有以下两个方面 1.从混凝土耐久性损坏机理来考虑的话，主要可以归纳为以下几点： 1.1 提高混凝土抗碳化能力 碳化对混凝土结构耐久性影响主要是使混凝土碱度降低，进而钢筋脱钝、锈蚀。为此必须减小、延缓混凝土的碳化。钢筋外留下足够的混凝土保护层厚度是简单有效的方法；混凝土配合比将影响碳化速度，足够的水泥用量

15、、降低水灰比、采用减水剂都可减缓碳化速度。此外，提高混凝土密实性、增强抗渗性、对混凝土采用覆盖面层等措施可减缓或隔离CO2向混凝土内部渗透，大大提高混凝土抗碳化能力。 1.2 防止混凝土的冻融破坏 冻融破坏在我国北方寒冷地区大量出现。防止冻融破坏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。 1.3 预防侵蚀性介质的腐蚀 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

16、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。 2 施工控制措施探讨混凝土耐久性主要有以下几点： 2.1必需的保护层厚度 保护层的作用对保证钢筋不被锈蚀起着至关重要的作用,增加混凝土保护层厚度可显著地推迟腐蚀因子渗透到钢筋表面的时间,也可提高对钢筋锈蚀膨胀的抵抗力。混凝土碳化达到钢筋表面的时间与保护层厚度的平方成正比。所以增大保护层厚度能有效地推迟碳化时间。在施工时为保证钢筋的位置正确以及混凝土保护层必须满足设计要求等。钢筋的垫块,应采用细石混凝土或水泥砂浆制作,有条件时最好采用定型的塑料垫块,不得采用石子

17、作垫块,严禁使用短钢筋作为垫块。 2.2原材料控制 实际使用的各种原材料必须与配合比设计相一致。材料进场后,按材料控制程序进行登记,并收集、保留相关资料。所有原材料做到先检后用;集料堆放场地先硬化、分仓,后堆放原材料;粗集料按要求分级采购、分级运输、分级堆放、分级计量;并对其检验状态进行标识;胶凝材料、外加剂储存罐采用顶部搭设遮阳棚和四周棉被包裹防晒。集料在使用前必须进行筛洗,严格控制含泥量、级配,并用钢结构雨棚覆盖,降低集料的含水量差异和温度。 2.3 拌和及浇筑过程的控制 (1)浇筑前的准备工作 浇筑混凝土前,指定专人仔细检查钢筋

18、保护层垫块的位置、数量及其紧固程度,并作重复性检查,以提高钢筋保护层厚度尺寸的质量保证率。根据不同的结构断面尺寸、施工环境、施工条件做好浇筑方案,包括浇筑起点、浇筑进展方向和浇筑厚度、振捣器具布置等。混凝土浇筑过程中,严格按事先确定的浇筑方案施工。 (2)混凝土运输。 运输能力应适应混凝土的凝结速度和浇筑速度的需要,使混凝土运倒浇筑地点时仍能保持均匀性和坍落度,运输车运至浇筑地点后发生离淅,严重泌水或坍落度不符合要求时,应进行二次拌和,如必须加水时,应加入同比例的水泥,保持水灰比不变,否则不得使用。 (3)浇筑。 浇筑过程中时刻注意拌和物的颜色是否均匀,现场经常检查拌和物的坍落度,确保混凝土拌和物拌和均匀,严防混凝土离淅,应按一定的厚度和顺序分层浇筑和振捣,严格控制振捣时间“防止偏振和漏振”。这样才能保证保护层的密实,并使水泥浆完全覆盖住钢筋以形成一层有效的隔离层。施工缝留设应在施工前事先确定,宜留在结构受力和弯矩较小的部位。 (4)养护。 对新浇混凝土的早期养护工作尤为重要。加强混凝土养护工作,要从养护方法、时间和材料等方面下工夫,以保证混凝土在早期尽可能少产生收缩、裂缝。主要是控制好构件的湿润养护,对于大体积混凝土,有条件时宜采用蓄水或流水养护,养护时间为1428天