混凝土耐久性设计的理念和方法三

混凝土耐久性设计的理念和方法

地址：上海200433武东路100号同济大学武东校区电话O）55137149(h)1.什么叫高性能混凝土？

高性能混凝土不是混凝土的一个品种高性能混凝土是个学术性名词据现在的理解，高性能混凝土必须具备的性能：（1）针对具体环境下的高耐久性（2）不易开裂性（特别是早期抗裂性）（3）适当的较高强度（4）良好的工作性因为（3）（4）两个要求，目前混凝土技术都能达到。因此所谓高性能主要是耐久性和抗裂性。2.混凝土的早期抗裂性

2.1问题的提出过去只有大体积混凝土，由于内外温差引起的裂缝受到重视。现在早期裂纹是常见病多发病。背景：现代水泥比表面大3300cm2/g，早期强度高；混凝土施工的传统要求早强、早脱模；现代混凝土工艺（高级水泥、高效减水剂、高坍落度）但又不重视早期养护。2.2早期裂纹的原因在完全约束条件下：εE>Rp时，混凝土开裂ε——混凝土变形（收缩、温度变形等）E——弹性模量Rp——抵抗力是抗拉强度或者当ε>Rp/E=ε极限时，混凝土开裂混凝土收缩值ε大致在0.5×10-3，极限拉伸ε极限大致在0.1~0.2×10-3所以，完全约束下，混凝土都开裂在实际构件，最大拉应力决定于温度、湿度分布，ε，E，Rp，ε极限——与养护条件和水化热有关过去的水泥和混凝土：早期收缩值小，收缩值测试原点是3天，现在的混凝土，早期收缩（干缩+自收缩很大）可达0.05×10-3因此必须研究混凝土最早期性能

图1最早期弹性模量随时间的变化图2最早期极限拉应变随时间的变化从图1和图2可见：从成型后4小时至8~10小时，E升至104Mpa，而此时的Rp却还很小，ε极限降至最低值0.05×10-3这是现代混凝土早期开裂最危险的时间越是早强混凝土，越早失去塑粘性，弹性模量增长越快，越易开裂。2.3防止早期开裂最主要两点：（1）降低早期强度R12h<6MPa或R24h<12MPa这是材料本身的因素，混凝土配合比设计问题（2）注意最早期的养护及表面保温减小温、湿度分布梯度，减小拉应力3.混凝土耐久性问题

3.1发达国家从20世纪70年代开始很重视耐久性问题背景：二战后开始大规模建设，70年代出现大量混凝土劣化和结构破坏事例。。比较全面的工程结构破坏的调查和分析。70年代开始重视混凝土耐久性的科研。修订结构、施工规范，对耐久性作了明确严格的规定3.2我国对混凝土结构耐久性的认识经历了几个阶段。20世纪80年代末以前政府部门、工程界、技术界对耐久性普遍不够重视个别学者、高等院校、科研院所坚守自己阵地，进行单个破坏因素的耐久性研究，做基础工作。20世纪90年代专家呼吁，学术界、工程界开始重视耐久性问题背景：大量结构过早破坏事例。20世纪末和21世纪以来开始实行混凝土耐久性设计三峡工程青藏铁路工程2004年《混凝土结构耐久性设计指南》颁布我国比发达国家落后15~20年后果：许多重大工程存在隐患，今后我国将出现混凝土结构修补、加固、拆了重建的高潮。几点经验教训：（1）混凝土随时间劣化是混凝土结构过早破坏的主要原因（2）绝大部分破坏事故是“人为错误”——知识结构的错位，应该可以避免的。结构与材料的分隔（3）从材料研究领域，各专家钻研某单项破坏的研究，分工过细，钻研很深，但缺乏综合考虑，顾此失彼。近几年来，材料人员结合重大工程的材料设计和研究，效果好，大有用武之地。3.3按机构物服务年限设计混凝土国务院颁布的《建设工程管理条例》中规定设计文件上要注明工程的使用年限，按结构物的重要程度，如30、50、100年等。这是对混凝土耐久性设计的一个重大挑战。。过去按强度要求设计混凝土，现在除强度外，还要按耐久性设计混凝土是一个重大改变，不单单是配比设计，涉及质量控制、监理。要做一系列的有关耐久性能的现场测试。。结构工程师提出一个问题：结构设计基于力学计算，因此是可靠的。混凝土耐久性设计可靠吗？。结丛构设霉计构件衡设计仇基础桨是力途学计哗算，瞒可靠安全升度或始安全穴系数林，模晚糊概甩念，兔经验啊也重头要整体嗽设计绸主要场靠经迎验、污设计填人员缎素质。材罩料耐盟久性府设计单项定破坏或因素毫研究雨较深弦入，掠指标她和防役止措侮施也赢较明被确，务因此忧较可添靠综合奸设计衣：分靠析环域境，牺分析煎可能膊的破予坏主韵要因帐素和婆次要拜因素确定街耐久错性指劣标，伏采取绝综合厦措施腿（包下括防示裂措匀施）已有谣发达绿国家钓经验树，他蓝们比温较成饺熟的丈耐久班性设名计标亿准和减规范单，我诱们可妻以借烂用我国宴已颁向布与孔国际监接轨犯的《缺混凝炊土耐柏久性尿设计瞎指南世》，竞该指窄南吸坚取了咐我国楼研究叨成果干和经呈验教躺训。4.隶混凝供土耐粪久性伞设计沙的方仇法4.便1设筑计的通任务焰、要虑求和里步骤投资庙方提劫出服确务年柏限的播要求设计证方对抽工程唤的服随务年阀限负盗责设计惜方委哀托材料料试呈验研痕究做鬼混凝涂土耐扛久性往设计材料伶研究著方对病设计泻方负豆责任务娘：（1辩）对杜不同葡构件计、不享同的艰工作着环境庄（大贝环境扑、小榜环境斗）设驶计相渴应的增最佳思混凝贴土配冲比，烘以满缴足服那务年葡限的烤要求这。（2俘）提蛋出相莲应的氏混凝劫土耐服久性标指标疤，作尺为质助量检匹查和勤判断窄的依竖据。（3撕）提本出对咐原材放料的惹要求雪和施搏工的霜特殊透要求狠。步骤屈：（1蹄）查误明结壶构物菠及其山各构毒件的泉详细哑环境浇资料楼（气纯象资铺料、汤地下倾水和昆土壤珠化学轿分析难等等丢）（2尝）分多析可亿能导苍致混剥凝土宵破坏续的主冻要因身素和珠次要狂因素团（很赶重要替）（3貌）提出蛮各种谈混凝忆土配贩比的裁耐久翠性指改标要倘求。（4升）确立劳主要晓技术话措施辆（包辆括防晋裂措兵施）如强廊度标可号（翠可能龟高于忽结构饼设计存的要佣求）葱、工萝作性铸、耐惨久性才能指窄标如水纹泥品感种、尺砂石惧质量对要求俱、矿恶物掺替合料插及其其质量躬要求懂、外合加剂田、含您气量墙等（5开）试计验方谷案设烫计、冲工作睁量很邀大的谎试验缴研究捐工作愤以及根试验伙结果晓的汇碍总及左分析（6威）最后塑得到巩最优涂化的舟指导房诚性配破比（7仅）根竹据指谨导性鼻配比申、施蓄工方别对配喊合比屋的复晌核和弱微调悄，必守要时赢对某霉些耐最久性颠指标融复核4.2看环境叙对混贼凝土描破坏贸原因与的分辨类炎热形干燥蛛气候概收缩赛引起弄开裂水泥舰水化蚁不充毫分，享混凝世土强顾度降梳低干湿匆循环爪各种百破坏凳因素甚的促胀进作废用孔溶叙液中幅某些题化合赵物结缠晶产熄生的确结晶抄压物理冒作用缎水的犁渗透余渗水谢影响烤结构援物的无使用沟功能冻融厚交替首引起灯从混冒凝土伤表面吨剥落哀开始毒的破付坏盐的们结晶衫结晶繁压导卫致开上裂盐冻与盐和诵冻融抖的综蹦合作院用，论产生叙裂纹归和剥旺落后骂加速Cl-离子鲁的渗信透硫酸读盐侵躁蚀部膨姜胀、凝开裂溉、强拴度下纹降化学寺介质言侵蚀劝置趋换反抓应谜酸提性介变质破升坏软水工、溶董蚀化学厦作用羽碱般——布集料演反应混凝葛土本毙身的越原因称胶纯凝材快料中提Ca薯O和锐Mg燥O的臭水化锦生桨成水化瞒物中开过量哥的钙坦矾石植膨杂胀性舅水化谨物大气禽中C咐O2引起述的钢筋网锈蚀拘海水袍、除朝冰盐补和混套凝土刺内部绿由海别砂、嘱外加稀剂带光入的C讲l-离子浪引起些的注：币钢筋心锈蚀叛本身标是电拿化学载作用枯，但鼻从混识凝土况保护太层的她护筋误性讨万论主值要是宵物理享作用根，碳个化也胆有化呈学作叼用。4.瓣3单家项破踏坏因伞素的顷防止疗措施破坏因素主要措施补充措施

钢筋锈蚀碳化提高砼强度（C40~50以上可不考虑）减少粉煤灰掺量保证保护层厚度适当加大水泥用量Cl-离子加大保护层厚度适当引气降低Cl-离子渗透系数（掺加粉煤灰、矿粉适当提高混凝土强度）冻融交替掺合优质引气剂，保证混凝土的含气量

盐冻掺合优质引气剂配筋构件还须补充防Cl-离子钢筋锈蚀措施含气量高于普通冻融交替碱——集料反应选用非活性或低活性集料掺加粉煤灰、矿粉限制混凝土中碱含量硫酸盐侵蚀选用低C3A水泥适当提高强度引气掺加粉煤灰、矿粉渗水提高强度掺加粉煤灰、矿粉引气盐结晶掺加引气剂，保证含气量

4.献4设贺计和顷配制也耐久更防裂昌混凝牙土的敌一般辞通用族途径耐久朱混凝扇土应恢该是狼抗裂统性好呢的混桌凝土币，耐碗久混陆凝土午应该漫考虑樱防止讽裂缝炭措施廊。而件耐久睛和防捞裂措骨施许佛多是友一致味的。（1扬）选纺用水雄泥低早江强（例防裂唉要求泛R24姐h<1绪0~随12液Mp辩a）浊、低竞水化赖热、英低C3A含修量、句低含鄙碱量（2革）坚犯固耐搅久的斩集料疮，用蕉锤式持破碎疤机破勉碎的养碎石德（级筋配和他粒形彻较好有），叹冲洗蒸干净鲜。（3毫）尽译可能样减少庭胶凝矿材料绵总量菊，为居此尽闯可能旱降低翼单方活拌和亏水量仗。为池此，她选择刚合适仆的坍晒落度唉（纠懂正现罪在不坐管场秆合追党求2忙0~拉22郑cm叹高坍生落度导）（4舍）掺滨加粉荡煤灰征、矿剂粉或朴两者域复掺（5啄）掺遮加优还质引涌起剂5.矿物还掺合尿料粉煤柏灰、功矿粉把、硅辫灰、蓄沸石木粉等烘。现在替主要耀用粉氏煤灰蝇、矿露粉。崇硅灰振对耐龙久性电是很私好的戒掺合君料，利很容部易裂换纹，质所以饮要慎龟用。这里新主要饮讲粉哑煤灰栽和矿者粉。掺粉送煤灰投、矿饮粉对孤多种污破坏桐因素耗的耐争久性健是必父不可台少或孔有利暑的5.苏1粉俯煤灰掺粉饶煤灰区技术系是现捡在已瘦普遍滤推广对耐策久性金的好盟处：（1侧）提焰高抗宫Cl-离子廊渗透疤（必袋需）（2勉）提艳高抗丑碱—鸭—集幅料反务应（3衫）提从高抗净硫酸醒盐侵忌蚀（浮必需地）（4颈）提高瓜抗渗疤性（5跪）防止逼早期夕裂纹贵（必召需）对拌语合物泻工作司性的翁好处贞：工作毅性好拒，尤招其可爸泵性鸭好，登滚珠油效应京沪氏沿线悬建立乓粉煤队灰加棵工厂叹：通灰之风选Ⅰ级灰众或准Ⅰ级灰球磨Ⅱ级灰粉煤废灰的孙缺点伙：（1历）强久度发要展慢逢（用科超量检取代缓设计卧，2牺8天长等强鲜度）（2鼓）碳族化速崭度有删所增亩加，姿后期渗碳化苦稳定（3弹）质伯量不树太稳良定5.队2矿娇粉是最圣近几集年（挣20如00疯年以佣来）完新兴牛建材短行业目前秋有宝把钢（嘴2条纲）、书首钢宴、唐匠钢、稼鞍钢舱、芜黑湖等补7条福自动肾化生甚产线购已投吩产，担每条班生产疑线年珠产6争0万欢吨。忙预期柴最近矮几年渐内全凤国能每达到驼年产胡60廊0万逆吨的锐生产回能力晶。优点陷：（1欺）比柱粉煤待灰强积度增奸长快眨，有炭自硬毅性（巾C2S）堪，能哗等量辩取代驻水泥（2洗）耐勤久性盟的好糕处与淡粉煤电灰相创同缺点离：（1渔）收躬缩较铲普通垦混凝马土稍闹大。毯随矿救粉比院表面碰积增锹大，躁收缩页值增勒大，违因此蓝矿粉盘比表解面不耻宜超影过4蛾50刃0c痒m2/g傻。虽蚁然收脑缩大从，但赔早期杯抗裂岂性却走不低盘于普煌通混牺凝土盐。（2蓝）拌驰合料萍在同揉坍落邪度条顶件下猴，粘渣度大情，工活作性答、可相泵性节不如菠粉煤供灰。应用有趋势额：矿双粉、忍粉煤熊灰两睁者复享掺，希比例让大致俯1：真1，障取长征补短糟，强槽度发温展适忙中，敞解决庸了单蹲掺矿始粉的抹工作哪性问塞题。6.引气度混凝流土以前价的认冻识，捎引气象是大近幅度夜提高欧抗冻肢性和糊抗盐锋冻的裙唯一岭最好妇方法络。实际勿上，钉引气低混凝策土是孩提高孤多种称耐久罚性的率最有冶效措伸施。。大慕幅度沙提高程抗冻给、抗陷盐冻壁性（渗必不鹊可少美）。提伸高所谱有因府膨胀颜破坏片的耐汁久性。结摆晶压去破坏仗（必室需）。碱饭——凳集料介反应。抗柿硫酸酸盐侵炉蚀（暗必需驱）机理州：大横量小秒气泡说成为蝴膨胀鞋的缓核冲器牌，减羊小膨巨胀值。提脸高抗扣Cl-渗透僵及抗宪水渗场透性原因搂切断言毛细训管通扒道除耐卷久性策外。提亡高工怀作性作、可辫泵性小气隐泡的材滚珠投效应。有剪减水兰效应拢（减座水率脸6%坐以上糟）。提万高拉例压比困，即壁增加映韧性缺点蜻：。随荣着含拳气量律的增牢大，纺强度返降低优质缘瑞引气但剂每现增大倚1%根含气