同济大学土木工程混凝土结构的耐久性能--简介

1、同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院 顾祥林顾祥林高等混凝土结构原理高等混凝土结构原理2一、概述一、概述结构在规定的使用年限内使用年限内，在各种环境作用环境作用下，不需要额外的费用进行加固处理而保持其安全性安全性、正正常使用性常使用性和可接受的外观可接受的外观的能力1. 1. 定义定义3一、概述一、概述结构性能退化结构性能退化损伤累积损伤累积平均风险率时间施工阶段使用阶段性能退化阶段结构不完整结构不完整材料性能不成熟材料性能不成熟荷载复杂荷载复杂偶偶然然作作用用？改改变变用用途途？2. 2. 研究意义研究意义4二、影响结构耐久性的因素二、影响结构耐久性的因素结构设计结构设计材料性质材料性质

2、施工质量施工质量外部环境条件外部环境条件混凝土孔结构（孔径及孔的分布）混凝土孔结构（孔径及孔的分布）水、气、溶解物在混凝土空隙和裂缝中的迁移水、气、溶解物在混凝土空隙和裂缝中的迁移混凝土的劣化混凝土的劣化钢筋的劣化钢筋的劣化物理、化学物理、化学锈蚀锈蚀承载力下降承载力下降刚度降刚度降低裂缝低裂缝增大增大表面损表面损伤伤影响因素影响因素内在条件内在条件影响范围影响范围耐久性性能耐久性性能5三、混凝土材料的劣化三、混凝土材料的劣化OHCaCOCOOHCa2322)(OHSiOCaCOCOOHSiOCaO223222323333OHSiOCaCOCOOHSiOCaO2232222333OHSiOCa

3、COCOOHSiOCaO2232222223结合水数1. 1. 混凝土的碳化混凝土的碳化机理机理6三、混凝土材料的劣化三、混凝土材料的劣化1. 1. 混凝土的碳化混凝土的碳化机理机理7三、混凝土材料的劣化三、混凝土材料的劣化水灰比水灰比水泥品种与用量水泥品种与用量骨料品种与粒径骨料品种与粒径外加剂外加剂养护方法与龄期养护方法与龄期1. 1. 混凝土的碳化混凝土的碳化影响因素（材料）影响因素（材料）8混凝土强度混凝土强度相对湿度相对湿度CO2浓度浓度温度温度覆盖层覆盖层施工质量施工质量三、混凝土材料的劣化三、混凝土材料的劣化1. 1. 混凝土的碳化混凝土的碳化影响因素（材料）影响因素（材料）9三

4、、混凝土材料的劣化三、混凝土材料的劣化应力状态应力状态1. 1. 混凝土的碳化混凝土的碳化影响因素（环境）影响因素（环境）10三、混凝土材料的劣化三、混凝土材料的劣化1. 1. 混凝土的碳化混凝土的碳化碳化混凝土的力学性能碳化混凝土的力学性能11三、混凝土材料的劣化三、混凝土材料的劣化混凝土的碱与碱活性混凝土的碱与碱活性的骨料间发生的膨胀的骨料间发生的膨胀反应反应引起混凝土的体积膨引起混凝土的体积膨胀和开裂，改变混凝胀和开裂，改变混凝土的微结构，使混凝土的微结构，使混凝土的抗压强度、抗折土的抗压强度、抗折强度、弹性模量等力强度、弹性模量等力学性能明显下降学性能明显下降2. 2. 混凝土的碱骨料

5、反应混凝土的碱骨料反应12三、混凝土材料的劣化三、混凝土材料的劣化混凝土在饱水状态下混凝土在饱水状态下因冻融循环产生的破因冻融循环产生的破坏坏水在混凝土毛细孔中水在混凝土毛细孔中结冰造成的冻胀开裂结冰造成的冻胀开裂使混凝土的抗压强度、使混凝土的抗压强度、抗折强度、弹性模量抗折强度、弹性模量等力学性能明显下降等力学性能明显下降物理作用过程物理作用过程3. 3. 混凝土的冻融破坏混凝土的冻融破坏13三、混凝土材料的劣化三、混凝土材料的劣化混凝土在侵蚀性介质混凝土在侵蚀性介质中遭受化学侵蚀的破中遭受化学侵蚀的破坏坏水化产物被水溶解、流水化产物被水溶解、流失失流动水流动水水化产物与介质起化学作水化产物

6、与介质起化学作用生成没有胶凝性的产用生成没有胶凝性的产物物碱、酸碱、酸水化产物与介质起化学作水化产物与介质起化学作用生成膨胀性的产物用生成膨胀性的产物硫硫酸盐酸盐4. 4. 混凝土的化学侵蚀混凝土的化学侵蚀14三、混凝土材料的劣化三、混凝土材料的劣化三种情况会引起混凝三种情况会引起混凝土表面磨损土表面磨损机械磨损机械磨损路面、机场跑路面、机场跑道、厂房地坪道、厂房地坪冲磨冲磨桥墩、水工泄水结桥墩、水工泄水结构受高速水流中夹带的砂构受高速水流中夹带的砂石冲刷石冲刷空蚀空蚀水工泄水结构受水水工泄水结构受水流速度和方向改变形成的流速度和方向改变形成的空穴冲击空穴冲击5. 5. 混凝土的表面磨损混凝土

7、的表面磨损15四、混凝土中的氯离子四、混凝土中的氯离子产生的原因产生的原因掺入带掺入带NaCl的早强剂的早强剂采用海水、海砂拌制混凝采用海水、海砂拌制混凝土土1. 1. 掺入型的氯离子掺入型的氯离子16四、混凝土中的氯离子四、混凝土中的氯离子产生的原因产生的原因海水浸泡海水浸泡盐雾侵蚀盐雾侵蚀2. 2. 外渗型的氯离子外渗型的氯离子17五、钢筋的锈蚀五、钢筋的锈蚀混凝土的碳化混凝土的碳化使使Ca（OH）2含量减少含量减少“钝化膜钝化膜”破破坏坏混凝土孔隙中是碱度很高的混凝土孔隙中是碱度很高的Ca（OH）2饱和溶液，饱和溶液，pH值在值在12.5左右，在钢筋表面形成一层保护膜左右，在钢筋表面形成

8、一层保护膜“钝化膜钝化膜”使钢筋免于锈蚀。使钢筋免于锈蚀。Cl-的作用的作用使使 “钝化膜钝化膜”破坏破坏1. 1. 钢筋锈蚀的原因钢筋锈蚀的原因18五、钢筋的锈蚀五、钢筋的锈蚀阳极：阴极：2Fe2eFe4OH4eO2HO22氧气充分：32224Fe(OH)O2HO4Fe(OH)O3HOFe2Fe(OH)2323O6HO2FeO6Fe(OH)24322氧气不充分：阳极阴极大气环境 混凝土 混凝土钢筋OHOH2e2O2. 2. 钢筋锈蚀的机理钢筋锈蚀的机理19九、提高混凝土结构耐久性的措施九、提高混凝土结构耐久性的措施改进结构设计改进结构设计保证有足够的混凝土保护层保证有足够的混凝土保护层正确选择混凝土材料和配合比正确选择混凝土材料和配合比使用性能良好的外加剂使用性能良好的外加剂限制氯盐含量限制氯盐含量合理设计结构构造合理设计结构构造20九、提高混凝土结构耐久性的措施九、提高混凝土结构耐久性的措施加强施工管理加强施工管理严格控制用水量严格控制用水量充分振捣和充分养护充分振捣和充分养护防止过早拆模防止过