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混凝土构造耐久性浅谈网络教育学院本科生毕业论文设计题目：混凝土构造耐久性浅谈学习中心：层次：专科起点本科专业：土木工程年级：学号：学生：指导老师：完成日期：2021年11月14日内容摘要混凝土由于其具有经济、耐久、节能等诸多优点,而成为重要的建筑材料,其应用范围特别广泛。作为目前世界最大宗的人造建筑材料,其在给人类带来宏大文明进步的同时,也面临由此造成的严峻的资源、能源和环境问题。传统意义上的混凝土由于本身构造材料和使用环境的特点,还存在着严重的耐久性问题,已不能知足混凝土行业的绿色可持续发展的要求。因而,提高混凝土的耐久性是实现混凝土环保化、节约化的积极有效措施。本文综述了耐久性对混凝土的重要意义,并着重分析了影响混凝土耐久性的主要因素。最后介绍了目前世界上提高混凝土的耐久性的研究结果以及目前国际上对混凝土的耐久性设计要求。关键词：耐久性；混凝土；影响因素目录内容摘要.I引言.(1)1绪论(2)1.1混凝土耐久性问题的提出(2)1.2混凝土耐久性的概念(2)2混凝土构造耐久性问题的分析(3)2.1混凝土冻融毁坏(3)2.1.1毁坏机理(3)2.1.2影响因素(4)2.2混凝土浸透毁坏(4)2.2.1毁坏原因(4)2.2.2影响因素(5)2.3碱骨料反响(5)2.3.1毁坏原因(5)2.3.2影响因素(6)2.4混凝土的碳化(6)2.4.1毁坏原因(6)2.4.2影响因素(7)2.5钢筋锈蚀(7)2.5.1毁坏原因(7)2.5.2影响因素(8)2.6化学侵蚀(8)2.6.1产生原因(8)2.6.2影响因素(9)3提高混凝土耐久性的措施(10)4案例分析(12)5结论与瞻望(17)引言混凝土构造在其服务使用期间应维持所需的强度和其他功能,混凝土构造还必须能经受住各种各样的侵蚀毁坏,这常被称为混凝土具有耐久性。混凝土构造以其整体性好、耐久性好、可塑性强、维修费用少等优点广泛使用于整个20世纪，发现混凝土的耐久性问题则是在60至70年代。一些国家的混凝土桥使用了三四十年后，纷纷进入老化期，出现如构造混凝土的碳化、保护层剥落、裂缝的发展、钢筋锈蚀、浸透冻融毁坏、混凝土集料的化学腐蚀等等。我国七十年代后期建造的混凝土桥梁亦发现有严重的开裂现象。因此混凝土构造的耐久性问题已成为各国构造工程师们不容忽视的一个问题。混凝土构造的耐久性概括起来是指混凝土抵抗周围不利因素长期作用的性能。构造耐久性问题主要表现为：混凝土损伤；钢筋的锈蚀、脆化、疲惫、应力腐蚀；以及钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的消弱等三个方面。从短期效果而言，这些问题影响构造的外观和使用功能；从长远看，则为降低构造安全度，成为发惹事故的隐患，影响构造的使用寿命。因此混凝土构造的耐久性问题已成为各国构造工程师们不容忽视的一个问题。针对这一问题，各国均提出各种解决方法，其中我国中国工程院院士吴中伟教授提出GHPC绿色高性能混凝土的概念在该技术领域属于比拟先进的观念。1绪论1.1混凝土耐久性问题的提出我国是一个发展中大国，正在从事着为世界所瞩目的大规模基本建设，而财力有限，能源短缺，资源并不丰富，因而科学合理设计，优质的施工质量来提高混凝土构造耐久性及防腐性。延长构造使用寿命是摆在我们面前的一个很重要的课题和任务。强度和耐久性是混凝土构造的两个重要指标，因而以往工程中习惯上只重视混凝土的强度，或片面追求高强度而忽视混凝土的耐久性。混凝土的耐久性是使用期限内构造保证正常功能的能力，关系到构造物的使用寿命，随着构造物老化和环境污染加重，混凝土耐久性问题已引起了各主管和广大设计施工者们重视。1.2混凝土耐久性的概念混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种毁坏因素的作用，长期保持强度和外观完好性的能力。混凝土耐久性是指构造在规定的使用年限内，在各种环境条件作用下，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。混凝土构造耐久性所包含的内容为：抗渗性，指混凝土抵抗液体和气体浸透的能力；抗冻性，指混凝土抵抗冰冻的能力；抗腐蚀性，指混凝土在各种侵蚀性液体和气体中，抵抗侵蚀的能力；混凝土的耐热性，指混凝土在高温作用下，内部构造不遭受毁坏，强度不显著丧失，具有一定化学稳定性的性能；碱骨料反响，碱骨料反响条件是在混凝土配制时构成的，即配制的混凝土中只要足够的碱和反响性骨料，在混凝土浇筑后就会逐步反响，在反响产物的数量吸水膨胀和内应力足以使混凝土开裂的时候，工程便开场出现裂缝。2混凝土构造耐久性问题的分析如上一章所述，混凝土耐久性是指混凝土在实际使用经过中抵抗各种毁坏因素作用，长期保持强度和外观完好性的能力。主要包括抗冻性、抗浸透性、抗碱集料反响，抗腐蚀等几个方面。本章将从冻融毁坏、浸透毁坏、碱骨料反响、混凝土的碳化、钢筋锈蚀、化学侵蚀六个方面对混凝土构造发生耐久性失效的原因及影响因素进行阐述。2.1混凝土冻融毁坏混凝土冻融毁坏是指混凝土在饱水或潮湿的状态下，由于环境中温度的正负变化，导致混凝土内部松弛产生疲惫应力，反复的冻融循环造成混凝土由表及里逐步剥蚀的毁坏现象。混凝土发生冻融毁坏后，毁坏作用不断积累，裂缝不断扩大和深化，由外向里，直至混凝土毁坏，而其现象就是从表层开场向内逐层剥落。当经过反复屡次的冻融循环以后，损伤逐步积累不断扩大，发展成相互连通的裂缝，使混凝土的强度逐步降低，最终严重影响了构造的长期使用。2.1.1毁坏机理混凝土冻害机理的研究始于20世纪30年代，有静水压假讲、浸透压假讲等。但由于混凝土构造冻害的复杂性，至今尚无公认的、完全反映混凝土冻害机理的理论。直至如今，被广大科研学者接受的最有价值的解释是静水压假讲和浸透压假讲的结合，这种结合奠定了混凝土抗冻性研究的理论基础。(1)静水压假讲：硬化混凝土的孔隙有凝胶孔、毛细孔、空气泡等。各种孔隙之间的孔径差异很大。水转变为冰时体积膨胀9，在冰冻经过中，混凝土孔隙中的部分孔溶液冰冻膨胀，迫使未结冰的孔溶液从结冰区向外迁移。孔溶液在可浸透的水泥浆体构造中移动，必须克制粘滞阻力，因此产生静水压，构成毁坏应力。静水压假讲能解释成熟混凝土冰冻毁坏的很多表现，它在引气混凝土方面的应用也较成功。但从水压力本质来理解它的作用应是瞬时性的，随着时间进展危险理应逐步消失才对。然而试验讲明：混凝土冰冻毁坏有时随时间而日益剧烈、严重。在水泥浆冰冻时，水分的运动大多不像通常设想那样，远离冰冻地点而去，而恰恰是趋向冰冻地点；再次冰冻时的膨胀一般情形是随冷却速率增加而下降。这些都是静水压假讲难以解释的。 (2)浸透压假讲：浸透压假讲以为，由于混凝土孔溶液中含有钠、钾、钙等盐类，大孔中的部分溶液先结冰后，未冻溶液中盐的浓度上升，与周围较小孔隙中的溶液之间构成浓度差。这个浓度差的存在使小孔中溶液向已部分冻结的大孔迁移。即便是浓度为0的孔溶液，由于冰的饱和蒸汽压低于同温下水的饱和蒸汽压，小孔中的溶液也要向已部分冻结的大孔溶液中迁移。可见浸透压是孔溶液的盐浓度差和冰水饱和蒸汽压差共同构成的。2.1.2影响因素对于影响混凝土冻融毁坏的主要因素总结起来大致有下面四个方面：1水灰比：水灰比越大，使凝土孔隙率越大，导致混凝土的吸水率增大，最终导致混凝土构造冻融毁坏严重；2孔构造和孔隙特征：连通毛细孔易吸水饱和，使混凝土冻害严重；若为封闭孔，则不易吸水，冻害就小；3饱水度：若混凝土的孔隙非完全吸水饱和，冰冻经过产生的压力促使水分向孔隙处迁移，进而降低冰冻膨胀应力，对混凝土毁坏作用就小；4混凝土本身强度：在一样的冰冻毁坏应力作用下，混凝土强度越低，冻害程度就越高。2.2混凝土浸透毁坏混凝土构造的浸透毁坏是指气体、液体或者离子等有害介质在混凝土中浸透、扩散或迁移，最终导致混凝土构造遭到毁坏。混凝土构造发生浸透毁坏后，有害介质首先毁坏构造表层混凝土，导致混凝土中发生钢筋锈蚀、碱骨料反响等变化，而这些变化多数伴随着体积的膨胀，膨胀产生的应力又使得混凝土进一步开裂，进而进一步加大混凝土的浸透性，使得有害介质的入侵愈加迅速，导致混凝土构造循环往复产生更大范围的毁坏。因而混凝土的浸透性给有害介质提供了入侵的通道，而有害介质与混凝土发生的毁坏性反响则增大了混凝土的浸透性，两者互相促进，最终严重影响混凝土构造的耐久性。2.2.1毁坏原因混凝土具有多种粒径的孔隙，连通的孔隙会成为气体、液体或有害介质进入混凝土的通道，导致混凝土毁坏。混凝土的浸透机理是水与混凝土外表接触时，压力差和毛细孔压力不断促使水分向混凝土内部迁移。随着水分迁移的深化，水与毛细孔壁摩擦阻力增大，渗水速度随浸透深度的增加成比例下降。当水到达混凝土相反的一侧时，毛细孔压力就会改变方向，阻碍水分的渗出。若压力差大于孔壁摩擦阻力和毛细阻力，则水将从混凝土相反的一侧滴出；若压力差小于摩擦阻力和毛细孔阻力，则水的迁移为毛细孔迁移，此时的迁移速度取决于混凝土背水面水分的蒸发速度。2.2.2影响因素影响混凝土浸透性的因素主要有水灰比、骨料最大粒径、混凝土养护方法、水泥品种、外加剂等因素。详细影响情况为：1混凝土的水灰比会影响混凝土孔隙的大小和数量，进而直接影响混凝土构造的密实性。水灰比越小，混凝土越密实，其抗渗性越好，反之亦然。2由于骨料和水泥浆的界面处易产生裂隙和较大骨料下方易构成孔穴，因而在水灰比一样时，混凝土骨料的最大粒径越大，其抗渗性能越差；3蒸汽养护的混凝土，其抗渗性较潮湿养护的混凝土要差。在枯燥条件下，混凝土早期失水太多，容易构成收缩裂缝，因此降低混凝土的抗渗性。而在潮湿环境中或水中硬化的混凝土，不但总孔隙率降低，而且孔径也较小。这就增加了混凝土密实性，提高了混凝土的抗渗性；4水泥的品种、性质也影响混凝土的抗渗性能。水泥的细度越大，水泥硬化体孔隙率越小，强度就越高，则其抗渗性越好；5在混凝土中掺入某些外加剂，如减水剂等，可减小水灰比，改善混凝土的和易性，因此可改善混凝土的密实性，即提高了混凝土的抗渗性能；2.3碱骨料反响混凝土中的碱与混凝土中的活性骨料发生反响，生成膨胀性物质，导致混凝土发生膨胀毁坏，称为碱骨料反响。这种反响引起明显的混凝土体积膨胀和开裂，改变混凝土的微构造，使混凝土的抗压强度、抗折强度、弹性模量等力学性能明显下降，严重影响构造的安全使用性，而其反响一旦发生很难阻止，更不易修补和拯救，被称为混凝土的“癌症。2.3.1毁坏原因碱骨料反响主要可分为碱与硅酸、碱与碳酸盐及碱与硅酸盐三种反响。1碱-硅酸反响：是分布最广、研究最多的碱骨料反响，该反响是指混凝土中的碱组分与骨料中的活性SiO2之间发生的化学反响，其结果是导致骨料被侵蚀，生成碱-硅酸凝胶，并从周围介质中吸收水分而膨胀，导致混凝土开裂。2碱-碳酸盐反响：是指混凝土中的碱与碳酸盐矿物产生化学反响引起混凝土的地图状开裂。碱-碳酸盐反响是孔溶液中的碱与骨料中的白云石之间的反响。这一反响不是发生在骨料颗粒与水泥砂浆的外表，而是发生在骨料颗粒的内部，水镁石MgOH2晶体排列的压力和粘土吸水膨胀，引起混凝土的内部应力，导致混凝土开裂。3碱-硅酸盐反响：是指混凝土中的碱与骨料中某些层状构造的硅酸盐发生反响，使层状硅酸盐层间间距增大，骨料发生膨胀，致使混凝土膨胀开裂。2.3.2影响因素从碱骨料反响发生的条件出发，分析该种毁坏的影响因素主要是：1活性骨料：引起混凝土碱骨料反响的主要因素是混凝土中含有碱活性的骨料。因而在施工中尽量选择无碱活性的骨料，在不得不采用具有碱活性的骨料时，应严格控制混凝土中总的碱量；2活性掺合料：掺用活性掺合料，如硅灰、矿渣、粉煤灰高钙高碱粉煤灰除外等，对碱骨料反响有明显的抑制效果。活性掺合料与混凝土构造中的碱起反响，反响产物均匀分散在混凝土中，而不是集中在骨料外表，不会发生有害的膨胀，进而降低了混凝土的含碱量，起到抑制碱骨料反响的作用；3水分：碱骨料反响要有水分，假如没有水分，反响就会大为减少乃至完全停止。因而，要防止外界水分渗入混凝土构造中以减轻碱骨料反响的危害。2.4混凝土的碳化混凝土的碳化作用是指空气中的二氧化碳气体浸透到混凝土内，与其碱性物质起化学反响生成碳酸钙和水，使混凝土碱度降低的经过，这一经过又称混凝土的中性化。2.4.1毁坏原因碳化的化学反响式为：CaOH2CO2CaCO3H2O混凝土的碳化反响结果有两个方面：一方面，反响生成碳酸钙和其他固态物质会堵塞在混凝土孔隙中，使混凝土的孔隙率下降，大孔减少，进而减弱了后续CO2的扩散，使混凝土密实度提高；另一方面，孔隙中的Ca(OH)2浓度及PH值降低，导致钢筋脱钝而锈蚀。2.4.2影响因素影响混凝土碳化的因素有很多，但概括其主要因素有两方面，一方面是材料因素，另一方面是环境条件因素。1材料方面：不同的水泥，其矿物组成、混合材量、外加剂、生料化学成分不同，直接影响水泥的活性和混凝土的碱度，对碳化速度有着重要的影响。一般而言，水泥中熟料越多，则混凝土的碳化速度越慢。不同的骨料品种和粒径级配不同，其内部孔隙构造差异很大，直接影响混凝土的密实性。其材质致密坚实，级配好的骨料混凝土，其碳化的速度较慢。水灰比的角度，在水泥用量一定的条件下，增大水灰比，其混凝土的孔隙率增加，密实度降低，浸透性增大，空气中的水分及有害物质较多的侵入混凝土内部，加快混凝土的碳化。2环境条件：温度对混凝土碳化表如今当温度下降较大时，混凝土外表收缩产生拉力，一旦超过混凝土的抗拉强度，使得混凝土外表开裂，为二氧化碳和水分渗入创造条件，加速混凝土碳化；另外，温度高时，二氧化碳在空气中的扩散系数较大，为其余氢氧化钙反响提供了有利条件，阳光的照射加速了其反响的碳化速度。另外，影响混凝土碳化程度的因素还有养护方法和龄期，混凝土强度，相对湿度，CO2浓度等等。2.5钢筋锈蚀混凝土中水泥水化后，会生成碱性的氢氧化钙，导致混凝土孔隙中的水分有很高的碱性，在钢筋外表构成一层致密的钝化膜，因而在正常情况下钢筋不会锈蚀；但钝化膜一旦毁坏，在有足够水和氧气条件下会产生电化腐蚀。混凝土中钢筋一旦发生锈蚀，在钢筋外表生成一层疏松的锈蚀产物，同时向周围混凝土孔隙中扩散。混凝土中的钢筋锈蚀后，一方面会使钢筋有效截面减小，另一方面，锈蚀产物体积膨胀使混凝土保护层胀裂甚至脱落，钢筋混凝土之间的粘结作用下降。2.5.1毁坏原因混凝土中钢筋锈蚀的本质是电化学腐蚀。主要表现为钢筋在外部介质作用下发生电化学反响，逐步生成氢氧化铁即铁锈等，铁锈的体积会比原金属增大24倍，产生膨胀压力，造成混凝土顺筋裂缝，进而成为腐蚀介质渗入钢筋的通