第6章材料的公共检测要点优秀PPT.ppt

混凝土材料学河南理工高校材料科学与工程学院本章主要内容本章主要内容第六章第六章 混凝土的耐久性混凝土的耐久性l第一节第一节 混凝土的抗渗性混凝土的抗渗性l其次节其次节 混凝土的抗冻性混凝土的抗冻性l第三节第三节 环境化学侵蚀对混凝土的破坏环境化学侵蚀对混凝土的破坏l第四节第四节 碱碱集料反应集料反应l第五节第五节 混凝土中钢筋的侵蚀混凝土中钢筋的侵蚀l第六节第六节 多因素协同作用下混凝土破坏规律多因素协同作用下混凝土破坏规律 混凝土在压力水的作用下反抗渗透的实力，是混凝土耐久性的第混凝土在压力水的作用下反抗渗透的实力，是混凝土耐久性的第一道防线。因此，混凝土阻碍液体向其内部流淌的实力越好，混一道防线。因此，混凝土阻碍液体向其内部流淌的实力越好，混 凝土的抗渗性能越好。凝土的抗渗性能越好。6.1 混凝土的抗渗性混凝土的抗渗性 p6.1.1 6.1.1 概念概念 混凝土抗渗仪混凝土抗渗仪p6.1.2 6.1.2 抗渗等级抗渗等级 混凝土的抗渗等级以每组混凝土的抗渗等级以每组6 6个试件中个试件中4 4个未出现个未出现渗水时的最大水压力渗水时的最大水压力(MPa)(MPa)计算。混凝土抗渗等级计算。混凝土抗渗等级分为分为P2P2、P4P4、P6P6、P8P8、P10P10、P12 P12，其计算公式为，其计算公式为：式中式中:P:P抗渗等级；抗渗等级；H H六个试件中三个试件渗水时的水压六个试件中三个试件渗水时的水压力力(MPa)(MPa)。6.1 混凝土的抗渗性混凝土的抗渗性 6.1 混凝土的抗渗性混凝土的抗渗性 p6.1.3 6.1.3 抗渗性影响因素抗渗性影响因素 l l水灰比水灰比水灰比水灰比l l混凝土水灰比对抗渗性起确定性作用。混凝土水灰比对抗渗性起确定性作用。混凝土水灰比对抗渗性起确定性作用。混凝土水灰比对抗渗性起确定性作用。渗透性渗透性水灰比关系存在临界区域水灰比关系存在临界区域高水灰比高水灰比大渗透性大渗透性低水灰比低水灰比小渗透性小渗透性6.1 混凝土的抗渗性混凝土的抗渗性 p6.1.3 6.1.3 抗渗性影响因素抗渗性影响因素 l l集料集料集料集料集料的尺寸越大，集料的级配越差，水灰比越大，混凝土的渗透集料的尺寸越大，集料的级配越差，水灰比越大，混凝土的渗透越高。越高。水灰比、集料粒径对混凝土渗透性的影响水灰比、集料粒径对混凝土渗透性的影响 l水泥细度与品种水泥细度与品种水泥细度与品种水泥细度与品种l水泥的水化程度水泥的水化程度水泥的水化程度水泥的水化程度l其它因素其它因素其它因素其它因素 6.1 混凝土的抗渗性混凝土的抗渗性 p6.1.3 6.1.3 抗渗性影响因素抗渗性影响因素 l l选择渗透性小的集料；选择渗透性小的集料；选择渗透性小的集料；选择渗透性小的集料；l l减小水灰比，提高强度；减小水灰比，提高强度；减小水灰比，提高强度；减小水灰比，提高强度；l l在保证相同强度的条件下，掺加适量掺合料；在保证相同强度的条件下，掺加适量掺合料；在保证相同强度的条件下，掺加适量掺合料；在保证相同强度的条件下，掺加适量掺合料；l l适量引入细空气泡；适量引入细空气泡；适量引入细空气泡；适量引入细空气泡；l l加强养护，避开在施工期干湿交替。加强养护，避开在施工期干湿交替。加强养护，避开在施工期干湿交替。加强养护，避开在施工期干湿交替。6.1 混凝土的抗渗性混凝土的抗渗性 p6.1.4 6.1.4 设计高抗渗性混凝土的主要措施设计高抗渗性混凝土的主要措施 6.2 混凝土的抗冻性混凝土的抗冻性 p6.2.1 6.2.1 概述概述l定义定义定义定义l混凝土在饱和水状态下，能经受多次冻融循环而混凝土在饱和水状态下，能经受多次冻融循环而混凝土在饱和水状态下，能经受多次冻融循环而混凝土在饱和水状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，也不严峻降低强度的性能，是评定混凝不破坏，也不严峻降低强度的性能，是评定混凝不破坏，也不严峻降低强度的性能，是评定混凝不破坏，也不严峻降低强度的性能，是评定混凝土耐久性的主要指标。土耐久性的主要指标。土耐久性的主要指标。土耐久性的主要指标。l抗冻等级抗冻等级抗冻等级抗冻等级l依据混凝土所能承受的反复冻融循环的次数，划依据混凝土所能承受的反复冻融循环的次数，划依据混凝土所能承受的反复冻融循环的次数，划依据混凝土所能承受的反复冻融循环的次数，划分为分为分为分为F10F10F10F10、F15F15F15F15、F25F25F25F25、F50F50F50F50、F100F100F100F100、F150F150F150F150、F200F200F200F200、F250F250F250F250、F300F300F300F300等等等等9 9 9 9个等级。个等级。个等级。个等级。冰岛一港口被冻坏的路面冰岛一港口被冻坏的路面l静水压假说静水压假说静水压假说静水压假说l 由于毛细孔力的作用，孔径小的毛细孔简由于毛细孔力的作用，孔径小的毛细孔简由于毛细孔力的作用，孔径小的毛细孔简由于毛细孔力的作用，孔径小的毛细孔简洁吸满水，孔径较大的空气泡在常压下不简洁吸洁吸满水，孔径较大的空气泡在常压下不简洁吸洁吸满水，孔径较大的空气泡在常压下不简洁吸洁吸满水，孔径较大的空气泡在常压下不简洁吸水饱和。在某个负温下，部分毛细孔水结成冰，水饱和。在某个负温下，部分毛细孔水结成冰，水饱和。在某个负温下，部分毛细孔水结成冰，水饱和。在某个负温下，部分毛细孔水结成冰，体积会随之增大，这个增加的体积产生一个水压体积会随之增大，这个增加的体积产生一个水压体积会随之增大，这个增加的体积产生一个水压体积会随之增大，这个增加的体积产生一个水压力把水推向空气泡方向流淌。力把水推向空气泡方向流淌。力把水推向空气泡方向流淌。力把水推向空气泡方向流淌。6.2 混凝土的抗冻性混凝土的抗冻性 p6.2.2 6.2.2 水泥浆受冻机理水泥浆受冻机理说明静水压力的模型说明静水压力的模型 6.2 混凝土的抗冻性混凝土的抗冻性 p6.2.2 6.2.2 水泥浆受冻机理水泥浆受冻机理静水压力与材料渗透系数成反比，静水压力与材料渗透系数成反比，与结冰量增长速率、降温速率成正比与结冰量增长速率、降温速率成正比与气泡间距的平方成正比与气泡间距的平方成正比静水压力静水压力l渗透压假说渗透压假说渗透压假说渗透压假说 作为施于混凝土的破坏力的渗透压是冰水蒸气压差以作为施于混凝土的破坏力的渗透压是冰水蒸气压差以及盐浓度差两者引起的。及盐浓度差两者引起的。综上所述，冻结对混凝土的破坏力是：综上所述，冻结对混凝土的破坏力是：水结冰体积膨胀造成的静水压力水结冰体积膨胀造成的静水压力冰水蒸气压差冰水蒸气压差溶液中盐浓度差造的渗透压溶液中盐浓度差造的渗透压6.2 混凝土的抗冻性混凝土的抗冻性 p6.2.3 6.2.3 水泥浆受冻机理水泥浆受冻机理6.2 混凝土的抗冻性混凝土的抗冻性 p6.2.4 6.2.4 影响混凝土抗冻性的因素影响混凝土抗冻性的因素l l集料集料集料集料l l饱和水泥浆体结冰产生内部压力的机理同样适用于集料饱和水泥浆体结冰产生内部压力的机理同样适用于集料饱和水泥浆体结冰产生内部压力的机理同样适用于集料饱和水泥浆体结冰产生内部压力的机理同样适用于集料 l l集料对抗冻性的影响相对说是次要因素集料对抗冻性的影响相对说是次要因素集料对抗冻性的影响相对说是次要因素集料对抗冻性的影响相对说是次要因素l l集料的尺寸对抗冻性也有影响集料的尺寸对抗冻性也有影响集料的尺寸对抗冻性也有影响集料的尺寸对抗冻性也有影响l l水泥品种水泥品种水泥品种水泥品种l l国内各种水泥抗冻性凹凸的依次为：硅酸盐水泥一般硅国内各种水泥抗冻性凹凸的依次为：硅酸盐水泥一般硅国内各种水泥抗冻性凹凸的依次为：硅酸盐水泥一般硅国内各种水泥抗冻性凹凸的依次为：硅酸盐水泥一般硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰(粉煤灰水泥粉煤灰水泥粉煤灰水泥粉煤灰水泥)硅酸硅酸硅酸硅酸盐水泥。盐水泥。盐水泥。盐水泥。l l强度强度强度强度l l混凝土的气泡结构对混凝土抗冻性的影响远远大于强度的混凝土的气泡结构对混凝土抗冻性的影响远远大于强度的混凝土的气泡结构对混凝土抗冻性的影响远远大于强度的混凝土的气泡结构对混凝土抗冻性的影响远远大于强度的影响，与混凝土耐久性不确定成正比。影响，与混凝土耐久性不确定成正比。影响，与混凝土耐久性不确定成正比。影响，与混凝土耐久性不确定成正比。6.2 混凝土的抗冻性混凝土的抗冻性 p6.2.4 6.2.4 影响混凝土抗冻性的因素影响混凝土抗冻性的因素l l水灰比水灰比水灰比水灰比水灰比对抗冻性的影响水灰比对抗冻性的影响6.2 混凝土的抗冻性混凝土的抗冻性 p6.2.4 6.2.4 影响混凝土抗冻性的因素影响混凝土抗冻性的因素l l气泡间距气泡间距气泡间距气泡间距0.28W/C=0.6W/C=0.70.180.200.220.240.300.260.51.00抗冻性与平均间距和水灰比的关系抗冻性与平均间距和水灰比的关系平均气泡间距和水灰比两者是确定混凝土抗冻性的最主平均气泡间距和水灰比两者是确定混凝土抗冻性的最主要因素。要因素。抗冻性DF气泡间距系数6.2 混凝土的抗冻性混凝土的抗冻性 p6.2.5 6.2.5 设计高抗冻性混凝土的要点设计高抗冻性混凝土的要点l l合理地选择集料；合理地选择集料；合理地选择集料；合理地选择集料；l l尽量用一般硅酸盐水泥，如掺粉煤灰等掺合料，要适当增尽量用一般硅酸盐水泥，如掺粉煤灰等掺合料，要适当增尽量用一般硅酸盐水泥，如掺粉煤灰等掺合料，要适当增尽量用一般硅酸盐水泥，如掺粉煤灰等掺合料，要适当增大含气量和引气剂剂量；大含气量和引气剂剂量；大含气量和引气剂剂量；大含气量和引气剂剂量；l l在选定原材料后最关键的限制参数是含气量和水灰比；在选定原材料后最关键的限制参数是含气量和水灰比；在选定原材料后最关键的限制参数是含气量和水灰比；在选定原材料后最关键的限制参数是含气量和水灰比；l l水灰比确定后，依据抗冻性要求，确定要求的含气量（水灰比确定后，依据抗冻性要求，确定要求的含气量（水灰比确定后，依据抗冻性要求，确定要求的含气量（水灰比确定后，依据抗冻性要求，确定要求的含气量（3 3 3 36 6 6 6）。依据含气量确定引气剂掺量；）。依据含气量确定引气剂掺量；）。依据含气量确定引气剂掺量；）。依据含气量确定引气剂掺量；l l因引入气泡造成混凝土强度有所降低，须调整混凝土配比因引入气泡造成混凝土强度有所降低，须调整混凝土配比因引入气泡造成混凝土强度有所降低，须调整混凝土配比因引入气泡造成混凝土强度有所降低，须调整混凝土配比（水灰比），以弥补强度损失。（水灰比），以弥补强度损失。（水灰比），以弥补强度损失。（水灰比），以弥补强度损失。6.2 混凝土的抗冻性混凝土的抗冻性 p6.2.6 6.2.6 抗冻性试验抗冻性试验l抗冻性试验方法抗冻性试验方法抗冻性试验方法抗冻性试验方法l ASTM ASTM ASTM ASTM方法有两种，都用快速冻结。一种是方法有两种，都用快速冻结。一种是方法有两种，都用快速冻结。一种是方法有两种，都用快速冻结。一种是饱水混凝土在水中冻结和溶化，适用于自动化的饱水混凝土在水中冻结和溶化，适用于自动化的饱水混凝土在水中冻结和溶化，适用于自动化的饱水混凝土在水中冻结和溶化，适用于自动化的冻融试验设备，另一种是在冷冻室的空气中冻结，冻融试验设备，另一种是在冷冻室的空气中冻结，冻融试验设备，另一种是在冷冻室的空气中冻结，冻融试验设备，另一种是在冷冻室的空气中冻结，然后移到室内的水池中溶化。水中冻结比空气中然后移到室内的水池中溶化。水中冻结比空气中然后移到室内的水池中溶化。水中冻结比空气中然后移到室内的水池中溶化。水中冻结比空气中冻结的的受害程度更严酷。冻结的的受害程度更严酷。冻结的的受害程度更严酷。冻结的的受害程度更严酷。l评价抗冻性的方法评价抗冻性的方法评价抗冻性的方法评价抗冻性的方法l 测定动弹性模量的变更、抗弯或抗压强度测定动弹性模量的变更、抗弯或抗压强度测定动弹性模量的变更、抗弯或抗压强度测定动弹性模量的变更、抗弯或抗压强度的变更、体积变更和重量损失。的变更、体积变更和重量损失。的变更、体积变更和重量损失。的变更、体积变更和重量损失。6.2 混凝土的抗冻性混凝土的抗冻性 p6.2.6 6.2.6 抗冻性试验抗冻性试验l抗冻性试验方法抗冻性试验方法抗冻性试验方法抗冻性试验方法l ASTM ASTM ASTM ASTM方法有两种，都用快速冻结。一种是方法有两种，都用快速冻结。一种是方法有两种，都用快速冻结。一种是方法有两种，都用快速冻结。一种是饱水混凝土在水中冻结和溶化，适用于自动化的饱水混凝土在水中冻结和溶化，适用于自动化的饱水混凝土在水中冻结和溶化，适用于自动化的饱水混凝土在水中冻结和溶化，适用于自动化的冻融试验设备，另一种是在冷冻室的空气中冻结，冻融试验设备，另一种是在冷冻室的空气中冻结，冻融试验设备，另一种是在冷冻室的空气中冻结，冻融试验设备，另一种是在冷冻室的空气中冻结，然后移到室内的水池中溶化。水中冻结比空气中然后移到室内的水池中溶化。水中冻结比空气中然后移到室内的水池中溶化。水中冻结比空气中然后移到室内的水池中溶化。水中冻结比空气中冻结的的受害程度更严酷。冻结的的受害程度更严酷。冻结的的受害程度更严酷。冻结的的受害程度更严酷。l评价抗冻性的方法评价抗冻性的方法评价抗冻性的方法评价抗冻性的方法l 测定动弹性模量的变更、抗弯或抗压强度测定动弹性模量的变更、抗弯或抗压强度测定动弹性模量的变更、抗弯或抗压强度测定动弹性模量的变更、抗弯或抗压强度的变更、体积变更和重量损失。的变更、体积变更和重量损失。的变更、体积变更和重量损失。的变更、体积变更和重量损失。6.2 混凝土的抗冻性混凝土的抗冻性 p6.2.6 6.2.6 抗冻性试验抗冻性试验l评价指标评价指标评价指标评价指标l 国际通用的评价指标是动弹模量的变更，国际通用的评价指标是动弹模量的变更，国际通用的评价指标是动弹模量的变更，国际通用的评价指标是动弹模量的变更，以抗冻耐久性指数以抗冻耐久性指数以抗冻耐久性指数以抗冻耐久性指数DFDFDFDF表示之。如循环次数不足表示之。如循环次数不足表示之。如循环次数不足表示之。如循环次数不足300300300300次，试件动弹模量已减小次，试件动弹模量已减小次，试件动弹模量已减小次，试件动弹模量已减小40404040以上，则可以下式以上，则可以下式以上，则可以下式以上，则可以下式计算：计算：计算：计算：l l DF0.4 DF0.4 DF0.4 DF0.4时，混凝土抗冻性不好，不能用于时，混凝土抗冻性不好，不能用于时，混凝土抗冻性不好，不能用于时，混凝土抗冻性不好，不能用于与水干脆接触和遭遇冻融的部位；与水干脆接触和遭遇冻融的部位；与水干脆接触和遭遇冻融的部位；与水干脆接触和遭遇冻融的部位；DFDFDFDF0.40.40.40.40.60.60.60.6之间，尚可用；之间，尚可用；之间，尚可用；之间，尚可用；DFDFDFDF0.60.60.60.6时时时时,则认为抗冻性好的。则认为抗冻性好的。则认为抗冻性好的。则认为抗冻性好的。6.3 6.3 环境化学侵蚀对混凝土的破坏环境化学侵蚀对混凝土的破坏p6.3.1 6.3.1 侵蚀类型侵蚀类型 化学侵蚀的类型化学侵蚀的类型化学侵蚀的类型化学侵蚀的类型水泥浆体组分的浸出水泥浆体组分的浸出酸的侵蚀酸的侵蚀硫酸盐侵蚀硫酸盐侵蚀 混凝土受到纯水及由雨水或冰雪溶化的含钙少的软水混凝土受到纯水及由雨水或冰雪溶化的含钙少的软水浸析时，水泥浆体中的浸析时，水泥浆体中的Ca(OH)2Ca(OH)2被溶出，在混凝土中形成被溶出，在混凝土中形成空隙，混凝土强度不断降低。空隙，混凝土强度不断降低。只要混凝土的密实性和抗渗性好，一般都可以避开这只要混凝土的密实性和抗渗性好，一般都可以避开这类侵蚀。类侵蚀。6.3 6.3 环境化学侵蚀对混凝土的破坏环境化学侵蚀对混凝土的破坏p6.3.2 6.3.2 水泥浆体组分的浸出及其缘由水泥浆体组分的浸出及其缘由 环境水的环境水的pH值小于值小于6.5即可能产生侵蚀。即可能产生侵蚀。l酸的侵蚀机理酸的侵蚀机理酸的侵蚀机理酸的侵蚀机理当遇到肥料工业废水当遇到肥料工业废水2NH2NH4 4ClClCa(OH)Ca(OH)2 2CaClCaCl2 22NH2NH3 3HH2 2O O当遇到含当遇到含COCO2 2较高的水（碳酸）较高的水（碳酸）Ca(OH)Ca(OH)2 22CO2CO2 22H2H2 2OCa(HCOOCa(HCO3 3)2 22H2H2 2O O6.3 6.3 环境化学侵蚀对混凝土的破坏环境化学侵蚀对混凝土的破坏p6.3.3 6.3.3 酸的侵蚀酸的侵蚀侵侵蚀蚀程度程度pHpH值值COCO2 2浓浓度（度（ppmppm）轻轻微微5.55.56.56.515153030严严重重4.54.55.55.530306060非常非常严严重重4.54.56060酸性水的侵蚀程度酸性水的侵蚀程度6.3 6.3 环境化学侵蚀对混凝土的破坏环境化学侵蚀对混凝土的破坏p6.3.3 6.3.3 酸的侵蚀酸的侵蚀l影响因素影响因素影响因素影响因素混凝土的自身特性混凝土的自身特性混凝土结构所处的环境混凝土结构所处的环境 6.3 6.3 环境化学侵蚀对混凝土的破坏环境化学侵蚀对混凝土的破坏p6.3.4 6.3.4 硫酸盐侵蚀硫酸盐侵蚀 l硫酸盐侵蚀机理硫酸盐侵蚀机理硫酸盐侵蚀机理硫酸盐侵蚀机理 以往主要强调它与硬化水泥浆体中的水化铝酸盐相反以往主要强调它与硬化水泥浆体中的水化铝酸盐相反应，生成有破坏性的应，生成有破坏性的膨胀产物钙矾石膨胀产物钙矾石。Ca(OH)Ca(OH)2 2+Na+Na2 2SOSO4 4+2H+2H2 2O=CaSOO=CaSO4 42H2H2 2O+NaOHO+NaOH 结晶结晶C C3 3A+3CA+3C HH2 2+26H+26H C C3 3A3CHA3CH3232 6.3 6.3 环境化学侵蚀对混凝土的破坏环境化学侵蚀对混凝土的破坏p6.3.4 6.3.4 硫酸盐侵蚀硫酸盐侵蚀 硫酸镁的侵蚀比硫酸钾、硫酸钠、硫酸钙更为严峻，因为：Ca（OH）2+MgSO4+2H2O=CaSO42H2O+Mg(OH)23CaO2SiO2nH2O+MgSO4+mH2O=2（CaSO42H2O）+Mg(OH)2+SiO2（m+n-3）H2O硫酸盐侵蚀硫酸盐侵蚀6.3 6.3 环境化学侵蚀对混凝土的破坏环境化学侵蚀对混凝土的破坏p6.3.4 6.3.4 硫酸盐侵蚀硫酸盐侵蚀l工程上硫酸盐侵蚀的限制工程上硫酸盐侵蚀的限制工程上硫酸盐侵蚀的限制工程上硫酸盐侵蚀的限制l提高混凝土密实度，降低其渗透性是提高抗硫酸提高混凝土密实度，降低其渗透性是提高抗硫酸提高混凝土密实度，降低其渗透性是提高抗硫酸提高混凝土密实度，降低其渗透性是提高抗硫酸盐性能的有效措施；盐性能的有效措施；盐性能的有效措施；盐性能的有效措施；l正确选择水泥品种是工程上限制硫酸盐侵蚀的重正确选择水泥品种是工程上限制硫酸盐侵蚀的重正确选择水泥品种是工程上限制硫酸盐侵蚀的重正确选择水泥品种是工程上限制硫酸盐侵蚀的重要技术措施；要技术措施；要技术措施；要技术措施；l在水泥中或在混凝土拌合料中掺加粉煤灰、矿渣在水泥中或在混凝土拌合料中掺加粉煤灰、矿渣在水泥中或在混凝土拌合料中掺加粉煤灰、矿渣在水泥中或在混凝土拌合料中掺加粉煤灰、矿渣等混合材料都有利于提高抗硫酸盐侵蚀性。等混合材料都有利于提高抗硫酸盐侵蚀性。等混合材料都有利于提高抗硫酸盐侵蚀性。等混合材料都有利于提高抗硫酸盐侵蚀性。6.4 碱碱集料反应集料反应 p6.4.1 6.4.1 概述概述l l定义定义定义定义碱碱(Na(Na2 2O O K K2 2O)O)与混凝土的集料间产生的引起膨胀的反应。与混凝土的集料间产生的引起膨胀的反应。l l三种类型三种类型三种类型三种类型碱碱-氧化硅反应氧化硅反应碱碱-碳酸盐反应碳酸盐反应碱碱-硅酸盐反应硅酸盐反应l l产生碱集料反应破坏的条件产生碱集料反应破坏的条件产生碱集料反应破坏的条件产生碱集料反应破坏的条件混凝土中含碱混凝土中含碱(Na(Na2 2O O十十K K2 2O)O)量超标；量超标；集料是碱活性的；集料是碱活性的；混凝土暴露在水中或在潮湿环境中。混凝土暴露在水中或在潮湿环境中。混混凝凝土土含含碱碱量量的的阈阈值值6.4 碱碱集料反应集料反应p6.4.1 6.4.1 概述概述 常见的碱常见的碱集料反应破坏形式集料反应破坏形式6.4 碱碱集料反应集料反应p6.4.2 6.4.2 碱碱-集料反应的膨胀机制集料反应的膨胀机制 l碱碱碱碱-氧化硅反应（氧化硅反应（氧化硅反应（氧化硅反应（ASRASRASRASR）l(1)(1)(1)(1)肿胀理论：肿胀理论：肿胀理论：肿胀理论：l氧化硅结构被碱溶液解聚并溶解；氧化硅结构被碱溶液解聚并溶解；氧化硅结构被碱溶液解聚并溶解；氧化硅结构被碱溶液解聚并溶解；l形成碱金属硅酸盐凝胶；形成碱金属硅酸盐凝胶；形成碱金属硅酸盐凝胶；形成碱金属硅酸盐凝胶；l凝胶吸水肿胀；凝胶吸水肿胀；凝胶吸水肿胀；凝胶吸水肿胀；l进一步反应形成液态溶胶。进一步反应形成液态溶胶。进一步反应形成液态溶胶。进一步反应形成液态溶胶。l l 硅酸钠（钾）凝胶能吸取相当多的水分，硅酸钠（钾）凝胶能吸取相当多的水分，硅酸钠（钾）凝胶能吸取相当多的水分，硅酸钠（钾）凝胶能吸取相当多的水分，并伴有体积膨胀。这个膨胀有可能引起集料颗粒并伴有体积膨胀。这个膨胀有可能引起集料颗粒并伴有体积膨胀。这个膨胀有可能引起集料颗粒并伴有体积膨胀。这个膨胀有可能引起集料颗粒的崩坏和四周水泥浆的开裂。的崩坏和四周水泥浆的开裂。的崩坏和四周水泥浆的开裂。的崩坏和四周水泥浆的开裂。2NaOH十十SiO2Na2OnSiO2H2O6.4 碱碱集料反应集料反应p6.4.2 6.4.2 碱碱-集料反应的膨胀机制集料反应的膨胀机制 (2)(2)渗透压理论：渗透压理论：碱活性集料颗粒四周的水泥水化生成物起碱活性集料颗粒四周的水泥水化生成物起半渗透膜作用，它允许氢氧化钠和氢氧化钾及水半渗透膜作用，它允许氢氧化钠和氢氧化钾及水扩散至集料而阻挡碱扩散至集料而阻挡碱氧化硅生成的硅酸离子向氧化硅生成的硅酸离子向外扩散，因而产生渗透压，当渗透压足够大时引外扩散，因而产生渗透压，当渗透压足够大时引起破坏。起破坏。6.4 碱碱集料反应集料反应p6.4.2 6.4.2 碱碱-集料反应的膨胀机制集料反应的膨胀机制 1.61.20.82.00.401030204050砂浆的膨胀（%）活性硅的含量（%）碱碱-氧化硅反应与集料中氧化硅反应与集料中SiOSiO2 2含量的关系含量的关系扫描电镜下的碱扫描电镜下的碱-硅反应凝胶硅反应凝胶l l碱碱碱碱-碳酸盐反应（碳酸盐反应（碳酸盐反应（碳酸盐反应（ACRACRACRACR）l l 吸水膨胀机理：吸水膨胀机理：吸水膨胀机理：吸水膨胀机理：l l 碱与白云石作用，起反白云石化反应：碱与白云石作用，起反白云石化反应：碱与白云石作用，起反白云石化反应：碱与白云石作用，起反白云石化反应：l l CaCO3MgCO3 CaCO3MgCO3 CaCO3MgCO3 CaCO3MgCO32NaOHMg(OH)22NaOHMg(OH)22NaOHMg(OH)22NaOHMg(OH)2CaCO3CaCO3CaCO3CaCO3Na2CO3Na2CO3Na2CO3Na2CO3l l 反应生成物能与水泥水化生成的反应生成物能与水泥水化生成的反应生成物能与水泥水化生成的反应生成物能与水泥水化生成的Ca(OH)2Ca(OH)2Ca(OH)2Ca(OH)2接着反应接着反应接着反应接着反应生成生成生成生成NaOHNaOHNaOHNaOH，这样，这样，这样，这样NaOHNaOHNaOHNaOH还能接着与白云石进行反白云石化反还能接着与白云石进行反白云石化反还能接着与白云石进行反白云石化反还能接着与白云石进行反白云石化反应，因此在反应过程中不消耗碱。应，因此在反应过程中不消耗碱。应，因此在反应过程中不消耗碱。应，因此在反应过程中不消耗碱。l l Na2CO3 Na2CO3 Na2CO3 Na2CO3Ca(OH)22NaOHCa(OH)22NaOHCa(OH)22NaOHCa(OH)22NaOHCaCO3CaCO3CaCO3CaCO3l l 膨胀本质是粘土的吸水膨胀，而化学反应仅供应了膨胀本质是粘土的吸水膨胀，而化学反应仅供应了膨胀本质是粘土的吸水膨胀，而化学反应仅供应了膨胀本质是粘土的吸水膨胀，而化学反应仅供应了粘土吸水的条件。粘土吸水的条件。粘土吸水的条件。粘土吸水的条件。6.4 碱碱集料反应集料反应p6.4.2 6.4.2 碱碱-集料反应的膨胀机制集料反应的膨胀机制结晶压机理：结晶压机理：活性碳酸盐岩石的显微结构特征是白云石菱形晶体活性碳酸盐岩石的显微结构特征是白云石菱形晶体彼此孤立地分布在粘土和微晶方解石所构成的基质中，粘彼此孤立地分布在粘土和微晶方解石所构成的基质中，粘土呈网络状分布，这个网络状粘土构成了土呈网络状分布，这个网络状粘土构成了NaNa(K(K)、OHOH和水分子进入内部的通道。和水分子进入内部的通道。NaOHNaOH与白云石晶体反应。离与白云石晶体反应。离子进入紧密的受限制的空间，反白云石化反应引起晶体重子进入紧密的受限制的空间，反白云石化反应引起晶体重排列产生的结晶压引起膨胀。他们认为反白云石化反应的排列产生的结晶压引起膨胀。他们认为反白云石化反应的自由能变更小于零，这是该反应的热力学推动力。自由能变更小于零，这是该反应的热力学推动力。6.4 碱碱集料反应集料反应p6.4.2 6.4.2 碱碱-集料反应的膨胀机制集料反应的膨胀机制6.4 碱碱集料反应集料反应p6.4.2 6.4.2 碱碱-集料反应的膨胀机制集料反应的膨胀机制l碱碱碱碱-硅酸盐反应硅酸盐反应硅酸盐反应硅酸盐反应l形成膨胀的岩石属于粘土质岩、千枚岩等层状硅形成膨胀的岩石属于粘土质岩、千枚岩等层状硅形成膨胀的岩石属于粘土质岩、千枚岩等层状硅形成膨胀的岩石属于粘土质岩、千枚岩等层状硅酸盐矿物；酸盐矿物；酸盐矿物；酸盐矿物；l膨胀过程较碱硅酸反应缓慢得多；膨胀过程较碱硅酸反应缓慢得多；膨胀过程较碱硅酸反应缓慢得多；膨胀过程较碱硅酸反应缓慢得多；l能形成反应环的颗粒特别少；能形成反应环的颗粒特别少；能形成反应环的颗粒特别少；能形成反应环的颗粒特别少；l与膨胀量相比析出的碱硅胶过少。与膨胀量相比析出的碱硅胶过少。与膨胀量相比析出的碱硅胶过少。与膨胀量相比析出的碱硅胶过少。l碱碱碱碱-硅酸盐反应实质上仍是碱硅酸盐反应实质上仍是碱硅酸盐反应实质上仍是碱硅酸盐反应实质上仍是碱-硅酸反应。硅酸反应。硅酸反应。硅酸反应。6.4 碱碱集料反应集料反应p6.4.3 6.4.3 碱碱-集料反应的破坏特征集料反应的破坏特征 l l时间特征时间特征时间特征时间特征:长，长，长，长，2-32-3年，甚至更长年，甚至更长年，甚至更长年，甚至更长l l膨胀特征：结构发生整体位移，如大坝体上升膨胀特征：结构发生整体位移，如大坝体上升膨胀特征：结构发生整体位移，如大坝体上升膨胀特征：结构发生整体位移，如大坝体上升l l开裂特征：受拉开裂，钢筋混凝土顺筋开裂，不受约束时开裂特征：受拉开裂，钢筋混凝土顺筋开裂，不受约束时开裂特征：受拉开裂，钢筋混凝土顺筋开裂，不受约束时开裂特征：受拉开裂，钢筋混凝土顺筋开裂，不受约束时呈网状或地图形呈网状或地图形呈网状或地图形呈网状或地图形l l凝胶析出特征：透亮或浅黄色凝胶析出凝胶析出特征：透亮或浅黄色凝胶析出凝胶析出特征：透亮或浅黄色凝胶析出凝胶析出特征：透亮或浅黄色凝胶析出l l潮湿特征：越潮湿反应越猛烈，破坏越明显潮湿特征：越潮湿反应越猛烈，破坏越明显潮湿特征：越潮湿反应越猛烈，破坏越明显潮湿特征：越潮湿反应越猛烈，破坏越明显l l内部特征：在集料间产生网状的内部裂缝内部特征：在集料间产生网状的内部裂缝内部特征：在集料间产生网状的内部裂缝内部特征：在集料间产生网状的内部裂缝l l结构宏观变形特征：结构整体变形、移位结构宏观变形特征：结构整体变形、移位结构宏观变形特征：结构整体变形、移位结构宏观变形特征：结构整体变形、移位6.4 碱碱集料反应集料反应p6.4.4 6.4.4 碱碱-集料反应的工程诊断集料反应的工程诊断 碱碱-集料反应的膨胀破坏起源于混凝土内部的裂纹，集料反应的膨胀破坏起源于混凝土内部的裂纹，发展到表面，呈地图形和花纹形裂纹发展到表面，呈地图形和花纹形裂纹。Map Cracking碱碱集料反应引起的错位集料反应引起的错位6.4 碱碱集料反应集料反应p6.4.5 6.4.5 碱碱-集料反应的预防措施集料反应的预防措施l l选用掺加混合材料的水泥选用掺加混合材料的水泥选用掺加混合材料的水泥选用掺加混合材料的水泥l l在拌制混凝土时掺加质量较好的粉煤灰或其他混合材料在拌制混凝土时掺加质量较好的粉煤灰或其他混合材料在拌制混凝土时掺加质量较好的粉煤灰或其他混合材料在拌制混凝土时掺加质量较好的粉煤灰或其他混合材料l l限制或禁止钠盐外加剂的运用限制或禁止钠盐外加剂的运用限制或禁止钠盐外加剂的运用限制或禁止钠盐外加剂的运用l l适当降低水灰比适当降低水灰比适当降低水灰比适当降低水灰比l l运用非活性集料运用非活性集料运用非活性集料运用非活性集料l l限制混凝土总碱量限制混凝土总碱量限制混凝土总碱量限制混凝土总碱量l l掺加引气剂掺加引气剂掺加引气剂掺加引气剂6.5 混凝土中钢筋的锈蚀混凝土中钢筋的锈蚀 p6.5.1 6.5.1 概述概述 钢筋锈蚀已成为混凝土结构物过早破坏的主要缘由。钢筋锈蚀已成为混凝土结构物过早破坏的主要缘由。6.5 混凝土中钢筋的锈蚀混凝土中钢筋的锈蚀p6.5.2 6.5.2 钢筋锈蚀的电化学原理钢筋锈蚀的电化学原理 现代钢筋混凝土结构中配密集筋，混凝土主要作为爱现代钢筋混凝土结构中配密集筋，混凝土主要作为爱护层，爱护钢筋不被锈蚀。护层，爱护钢筋不被锈蚀。钝化膜一旦破坏，钢筋表面形成腐蚀电池，其起因有钝化膜一旦破坏，钢筋表面形成腐蚀电池，其起因有两种状况：两种状况：有不同金属的存在，如钢筋与铝导线管，或钢筋表面的不匀有不同金属的存在，如钢筋与铝导线管，或钢筋表面的不匀整性；整性；紧贴钢筋环境的不匀整性，如浓度差。这两个不匀整性产生紧贴钢筋环境的不匀整性，如浓度差。这两个不匀整性产生电位差，在电介质溶液中形成腐蚀电池。电位差，在电介质溶液中形成腐蚀电池。6.5 混凝土中钢筋的锈蚀混凝土中钢筋的锈蚀p6.5.2 6.5.2 钢筋锈蚀的电化学原理钢筋锈蚀的电化学原理 钢筋锈蚀电化学原理示意图钢筋锈蚀电化学原理示意图（b）铁锈的体积增大）铁锈的体积增大（a）电化学反应电化学反应6.5 混凝土中钢筋的锈蚀混凝土中钢筋的锈蚀p6.5.3 6.5.3 钝化膜破坏的起因钝化膜破坏的起因l混凝土中的混凝土中的混凝土中的混凝土中的Ca(OH)Ca(OH)Ca(OH)Ca(OH)2 2 2 2被空气里的被空气里的被空气里的被空气里的SOSOSOSO2 2 2 2、NONONONO2 2 2 2、COCOCOCO2 2 2 2等酸等酸等酸等酸性氧化物中和而失去碱性；性氧化物中和而失去碱性；性氧化物中和而失去碱性；性氧化物中和而失去碱性；l海水或道面撒除冰盐带来氯离子的作用。海水或道面撒除冰盐带来氯离子的作用。海水或道面撒除冰盐带来氯离子的作用。海水或道面撒除冰盐带来氯离子的作用。6.5 混凝土中钢筋的锈蚀混凝土中钢筋的锈蚀 p6.5.4 6.5.4 混凝土的碳化混凝土的碳化l l碳化引起的锈蚀条件碳化引起的锈蚀条件碳化引起的锈蚀条件碳化引起的锈蚀条件l l CO2 CO2、水分（相对湿、水分（相对湿、水分（相对湿、水分（相对湿505070%70%时最快速）时最快速）时最快速）时最快速）l l理论分析理论分析理论分析理论分析 l l 溶于水的溶于水的溶于水的溶于水的CO2CO2与水泥碱性水化物首先是与水泥碱性水化物首先是与水泥碱性水化物首先是与水泥碱性水化物首先是Ca(OH)2Ca(OH)2反应，反应，反应，反应，生成不溶于水的生成不溶于水的生成不溶于水的生成不溶于水的CaCO3CaCO3，使混凝土孔溶液的，使混凝土孔溶液的，使混凝土孔溶液的，使混凝土孔溶液的pHpH值降低，值降低，值降低，值降低，当当当当pHpH值降到值降到值降到值降到11.511.5时，钢筋的钝化膜起先破坏，降到时，钢筋的钝化膜起先破坏，降到时，钢筋的钝化膜起先破坏，降到时，钢筋的钝化膜起先破坏，降到1010时，时，时，时，钝化膜完全失钝。钝化膜完全失钝。钝化膜完全失钝。钝化膜完全失钝。l l 理论计算碳化深度的公式：理论计算碳化深度的公式：理论计算碳化深度的公式：理论计算碳化深度的公式：6.5 混凝土中钢筋的锈蚀混凝土中钢筋的锈蚀 p6.5.4 6.5.4 混凝土的碳化混凝土的碳化在碳化混凝土中测得的在碳化混凝土中测得的CO2/CaO 6.5 混凝土中钢筋的锈蚀混凝土中钢筋的锈蚀 p6.5.4 6.5.4 混凝土的碳化混凝土的碳化l影响碳化速度的因素影响碳化速度的因素影响碳化速度的因素影响碳化速度的因素水泥品种和用量。混凝土中胶结料所含能与水泥品种和用量。混凝土中胶结料所含能与CO2反应的反应的CaO总量越高，碳化速度越慢。总量越高，碳化速度越慢。混凝土的水灰比和强度。孔隙率越小、孔径越细，则扩混凝土的水灰比和强度。孔隙率越小、孔径越细，则扩散系数越小，碳化也越慢。散系数越小，碳化也越慢。外部环境因素。在相对湿度外部环境因素。在相对湿度7085最易碳化，钢筋锈最易碳化，钢筋锈蚀的过程也进展较快。蚀的过程也进展较快。施工质量。施工中振捣不密实、蜂窝、裂纹使碳化大大施工质量。施工中振捣不密实、蜂窝、裂纹使碳化大大加快。加快。6.5 混凝土中钢筋的锈蚀混凝土中钢筋的锈蚀 p6.5.5 6.5.5 氯离子引起的锈蚀氯离子引起的锈蚀 混凝土中混凝土中C1-C1-的来源有二：一是混凝土在拌和的来源有二：一是混凝土在拌和时已引入的、包括拌和水中和外加剂中含的，二时已引入的、包括拌和水中和外加剂中含的，二是环境中的是环境中的C1-C1-随着时间渐渐扩散和渗透进入混凝随着时间渐渐扩散和渗透进入混凝土内部的。土内部的。产生条件：氯离子扩散、氧与水分；与爱护产生条件：氯离子扩散、氧与水分；与爱护层厚度、水灰比、水泥用量等有关。层厚度、水灰比、水泥用量等有关。Fe2+2Cl-+4H2O=FCl24H2O Fe2+2Cl-+4H2O=FCl24H2O FeCl24H2O=Fe FeCl24H2O=Fe（OHOH）2+2Cl-+2H+2H2O2+2Cl-+2H+2H2O 形成小阳极、大阴极形成小阳极、大阴极6.5 混凝土中钢筋的锈蚀混凝土中钢筋的锈蚀p6.5.5 6.5.5 氯离子引起的锈蚀氯离子引起的锈蚀l l钢的电位钢的电位钢的电位钢的电位pHpHpHpH图图图图全面锈蚀全面锈蚀 钝化态钝化态 不锈不锈全面锈蚀全面锈蚀 点锈蚀点锈蚀 不完全钝态不完全钝态钝态钝态不锈不锈不含氯离子溶液中钢的电位不含氯离子溶液中钢的电位PH图图 含含0.01mol氯离子溶液中钢的电位氯离子溶液中钢的电位pH图图6.5 混凝土中钢筋的锈蚀混凝土中钢筋的锈蚀p6.5.5 6.5.5 氯离子引起的锈蚀氯离子引起的锈蚀l l钢筋保持钝化态的氯离子极限含量钢筋保持钝化态的氯离子极限含量钢筋保持钝化态的氯离子极限含量钢筋保持钝化态的氯离子极限含量 Hausman提出提出氯离子极限浓度氯离子极限浓度CCl-与与OH-浓度浓度COH-的大致关系式：的大致关系式：OH-浓度：浓度：混凝土的体积孔隙率混凝土的体积孔隙率P:我国我国混凝土结构工程施工及验收规范混凝土结构工程施工及验收规范(GB5020402)规定：规定：在钢筋混凝土中掺用氯盐类防冻剂时，氯盐掺量