混凝土结构耐久性（共12篇）
混凝土结构耐久性 篇1
一、混凝土结构耐久性
混凝土结构已经成为世界上应用最广泛的工程结构形式之一, 结构耐久性是工程结构可靠性的重要内涵之一, 欧美国家关于混凝土结构耐久性的解释, 主要着眼点是经济合理的使用寿命。而在我国, 关于混凝土结构耐久性的解释多与结构的安全性相联系, 将耐久性看成是承载能力极限状态的问题, 是结构的安全问题。
二、混凝土结构耐久性影响因素
混凝土结构耐久性的影响因素众多, 常见的有混凝土碳化、碱-骨料反应、钢筋锈蚀、混凝土冻融损伤、化学物质的侵蚀以及机械物理损伤、大气侵蚀、生物侵蚀、熔蚀等因素。在这些影响因素的作用下, 混凝土结构的使用寿命大大缩短, 尤其是钢筋锈蚀, 它是影响混凝土结构耐久性最常见的因素之一。以下就几种主要的影响因素进行阐述。
1. 混凝土碳化。
空气中的二氧化碳与水泥石中的碱性物质通过复杂的物理、化学过程, 相互作用, 使混凝土的成分和性能发生变化, 使用机能下降, 这就是混凝土碳化。碳化会降低混凝土的碱度, 破坏钢筋表面的钝化膜, 使混凝土失去对钢筋的保护作用。混凝土碳化还会加剧混凝土的收缩, 导致混凝土的裂缝和结构的破坏。
以普通硅酸盐水泥为例, 在其充分水化后, 混凝土孔隙水溶液为氢氧化钙饱和溶液, p H值约为12~13, 呈强碱性。普通硅酸盐水泥碳化反应的产物主要是碳酸钙, 碳酸钙为非溶解性钙盐, 会堵塞凝胶孔隙和部分毛细孔隙, 使混凝土的密实度和强度提高, 孔隙率降低, 因而使混凝土的力学性能和构件的受力性能发生变化。但试验研究表明, 其影响并不大。混凝土碳化对混凝土结构的主要负面影响在于其引起的钢筋锈蚀的耐久性问题。
2. 混凝土碱-集料反应。
碱-集料反应是混凝土组成中的水泥、外加剂、掺和料或拌和水中的可溶性碱和混凝土孔隙中及集料中能与碱反应的活性成分在混凝土硬化过程中逐渐发生的一种化学反应。碱-集料反应发生于混凝土中的活性骨料与混凝土中的碱之间, 反应产物为硅胶体。这种硅胶体遇水膨胀, 产生很大的膨胀压力, 从而引起混凝土开裂。碱混凝土结构一旦发生碱-集料反应出现裂缝后, 会使混凝土碳化和钢筋锈蚀速度加快, 而钢筋锈蚀产物铁锈的体积远大于钢筋原来的体积, 使得裂缝进一步扩大。若在寒冷地区, 混凝土出现裂缝后又会使冻融破坏加速, 这样就造成了混凝土工程的综合性破坏。对此类破坏, 目前还没有有效的修补方法。对碱-碳酸盐反应的预防也尚无有效的措施。
3. 氯离子侵蚀。
我国海域辽阔, 海岸线长, 基础建设多集中于沿海地区, 而海边的混凝土工程由于长期受氯离子侵蚀, 混凝土中的钢筋锈蚀现象非常严重, 已建的海港码头等工程多数都达不到设计的使用寿命。我国北方地区, 为保证冬季交通畅行, 向道路、桥梁及城市立交桥等撤除冰盐, 大量使用的氯化钠和氯化钙, 使得氯离子渗入混凝土, 引起钢筋锈蚀破坏。我国盐碱地分布广泛, 其腐蚀条件更为苛刻, 氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀严重威胁混凝土结构的耐久性。
氯离子侵入混凝土主要通过扩散作用、毛细管作用、渗透作用、电化学迁移等方式。氯离子在混凝土中的侵入过程通常是几种作用共同存在的, 与速度最快的毛细管吸附相比, 渗透和电化学迁移产生的迁移可以忽略。但在许多情况下, 尤其是在海洋环境下, 扩散被认为是最主要的侵入方式。
4. 混凝土冻融破坏。
混凝土是由水泥砂浆和粗骨料组成的毛细孔多孔体。当毛细孔中的水处于饱和水状态, 在温度下降到冰点以下时, 毛细孔中水结冰, 胶凝孔中的水处于过冷状态, 胶凝孔中处于过冷状态的水分子因为其蒸汽压高于同温度下冰的蒸汽压而向毛细孔中冰的界面处渗透, 于是在毛细孔中又产生一种渗透压力。此外, 胶凝水向毛细孔渗透的结果必然使毛细孔中的冰体积进一步膨胀, 毛细孔壁同时承受膨胀压和渗透压两种压力, 当这两种压力超过混凝土的抗拉强度时, 混凝土就会开裂。在反复冻融循环后, 混凝土中的裂缝会互相贯通, 使混凝土由表及里遭到破坏。
5. 钢筋锈蚀。
在钢筋混凝土结构中, 钢筋的锈蚀是造成混凝土结构耐久性损伤的最主要因素。新鲜混凝土孔隙中是碱度很高 (p H值可超过13) 的氢氧化钙饱和溶液, 在这样的高碱性环境中, 钢筋表面被氧化, 形成一层厚度为20~60A的氧化膜, 使钢筋处于钝化状态。但混凝土的中性化 (主要是碳化) 使混凝土中的p H值降低时, 或者有足够浓度的氯离子扩散到钢筋表面时, 钢筋钝化膜将会遭到破坏。钢筋锈蚀后, 除了有效截面积减小, 屈服强度下降等变化外, 其与混凝土黏结性能也会发生变化。试验研究表明:随着钢筋锈蚀量的增加, 变形钢筋与混凝土的黏结强度比先期略有增加, 而后期则有较大幅度的衰退。钢筋与混凝土之间黏结强度的衰退, 使得钢筋的强度不能被全部利用, 从而与其他因素一起影响混凝土构件的使用性能和承载力。
混凝土结构的耐久性是一个十分复杂而且越来越突出的工程结构问题。在工程界引起普遍的的重视。国内外学者对此进行了大量的研究, 并且取得了可喜的成果。同时在这一领域还存在着诸多未解决的难题有待探讨。HK
混凝土结构耐久性 篇2
1耐久性设计因素分析
1.1环境作用影响
混凝土结构的使用时间和混凝土所在的环境是联系非常密切的，根据不同级别的建筑物来进行耐久性的设计工作，在整个设计流程中要非常关注混凝土结构所在的环境。在特定的环境中，使用结构的材料随着时间的变化而发生改变，会缩短使用寿命，只有在不良的环境下进行结构的技术手段，才可以更好的保证设计的使用时长的标准。所以，为了更好的进行混凝土结构耐久性的设计工作，要根据整个混凝土结构所在的环境进行设计。
1.2寿命设计
和普通的产品是相同的，建筑混凝土的结构拥有使用寿命。按照不一样的角度来分成几个部分，根据外国的建筑物的耐久性能来进行分类:要求使用寿命、预期使用寿命、设计使用寿命。
1.3构造设计
就是对混凝土结构的特殊部分进行耐久性的设计工作，混凝土结构中非常重要的一个部分就是构造了，所以，构造设计工作相当的关键，一旦没有做好构造设计工作，就会导致整体的混凝土的结构受到重大的影响，同时就会增加建筑物的维修周期和维修费用，更有甚者就会影响到混凝土结构的耐久性和使用时长。
1.4可修复能力设计
在进行经营状态的混凝土的构成要件要进行平常的检验维修工作，怎么保持这个混凝土在进行经营的状态下保持可以自己修复的能力，是可修复能力设计需要注意的要点。进行混凝土的可修复能力的设计，不仅仅可以保证在进行运行的过程中性能和设计性能水准相差无几，同时还可以保证对于那些并没有进行可修复设计的结构增加正常的维修时间，降低维修的花费，对那些平常维修的混凝土构件有非常大的帮助。
1.5材料制备设计
浅析混凝土结构的耐久性 篇3
关键词：混凝土 耐久性
0 引言
混凝土结构的设计寿命一般为40~50年，处于腐蚀环境中的混凝土远远达不到设计寿命要求，有的在15~20年就出现了钢筋锈蚀破坏，有的甚至不足五年就开始修复，为此的花费是惊人的。因此，提高混凝土结构耐久性的意义是重大的。
1 提高混凝土耐久性的技术措施
1.1 高性能混凝土 采用优质混凝土矿物掺和料和新型高效减水剂复合，配以与之相适应的水泥和级配良好的粗细骨料，形成低水胶比，低缺陷，高密实、高耐久的混凝土材料。高性能混凝土以较高的抗氯离子渗透性为特征，其优异的耐久性和性价比已得到认同。
1.2 提高混凝土保护层厚度 这是提高钢筋混凝土使用寿命的最为直接、简单而且经济有效的方法。但是保护层厚度并不能不受限制的任意增加，当保护层厚度过厚时，由于混凝土材料本身的脆性和收缩会导致混凝土保护层出现裂缝反而削弱其对钢筋的保护作用。
1.3 混凝土保护涂层 混凝土保护涂层具有阻绝腐蚀性介质与混凝土接触的特点，从而延长混凝土和钢筋混凝土的使用寿命。然而大部分涂层本身会在环境的作用下老化，逐渐丧失其功效，一般寿命在5～10年，只能作辅助措施。
1.4 涂层钢筋、耐腐蚀钢筋 采用耐腐蚀钢筋，如环氧涂层钢筋，对混入型和渗入型氯离子的防护都是很有效的。因为环氧涂层钢筋是在严格控制的钢厂流水线上涂覆的，通常可以保证涂层的高质量，涂层可以将钢筋与周围的混凝土隔开，即使氯离子和氧气等已经大量侵入混凝土，它还是可以起到保护钢筋，使钢筋免遭腐蚀的作用。
环氧涂层钢筋的主要不利方面是，环氧涂层使钢筋与混凝土的握裹力降低35％，使钢筋混凝土结构的整体力学性能有所降低；施工过程中对环氧涂层钢筋的保护要求极其严格，加大了施工难度；另外成本的明显增加也使其推广应用受到制约。
1.5 钢筋阻锈剂 钢筋阻锈剂通过影响钢筋和电介质之间的电化学反应，提高氯离子促使钢筋腐蚀的临界浓度来稳定钢筋表面的氧化物保护膜，可以有效地阻止钢筋腐蚀发生，从而延长钢筋混凝土的使用寿命。因为阻锈剂的作用可以自发地在钢筋表面上形成，只要有致钝化的环境，即使钝化膜破坏也可以自行再生，自动维持，这不仅优于任何人为涂层，而且经济、简便。但由于其有效用量较大，作为辅助措施较为适宜
1.6 阴极保护 阴极保护的电化学原理就是：即使钢筋周围的混凝土有的已经碳化或含有大量氯离子，或者混凝土保护层薄而透水透气，或钢筋表面具有锈层，不让钢筋表面任何地方放出自由电子，使其电位等于或低于平衡电位，就可以使钢筋不再进行阳极反应，即钢筋锈蚀。
该方法是通过引入一个外加牺牲阳极或直流电源来抑制钢筋电化学腐蚀反应过程从而延长混凝土的使用寿命。但是，由于阴极保护系统的制造、安装和维护费用过于昂贵且稳定性不高，目前在钢筋混凝土结构中很少应用。
1.7 耐蚀剂 耐蚀剂是用矿渣、硬石膏、天然火山灰、活性激发组分等无机材料磨粉而成。其物理作用：耐蚀剂的比表面积，其微粉填充效应提高了水泥浆体与骨科之间的黏结强度，从而提高了混凝土的密实度。
化学作用：①耐蚀剂中的高活性微粉、活性二氧化硅不断与水化出来的CaOH2发生化学反应，生成更多的C-S-H凝胶，加快水泥水化速度，从而提高混凝土的强度。②火山灰的抗硫酸盐、抗侵蚀效果决定于二氧化硅的含量，二氧化硅含量高可以提高混凝土的耐久性，更重要的是在易被侵蚀的铝酸盐化合物上覆盖了一层C-S-H凝胶的保护膜。
2 改善混凝土耐久性的策略
改善混凝土结构耐久性需采取根本措施和补充措施。根本措施是从材质本身的性能出发，提高混凝土材料本身的耐久性能，即采用高性能混凝土；再找出起破坏作用的主次先后，对主因和导因对症施治，并根据具体情况采取除高性能混凝土以外的补充措施。二者的有机结合就是综合防腐措施。实践表明，采用高性能混凝土是在恶劣的环境下提高结构耐久性的基本措施，根据不同构件和部位，也可以提高钢筋保护层厚度（一般不小于50mm），某些部位还可复合采用保护涂层或阻锈剂等辅助措施，形成以高性能混凝土为基础的综合防护策略，有效提高混凝土结构的使用寿命。
因此，对混凝土结构的耐久性方案的设计遵循的基本方案是：首先，混凝土结构耐久性基本措施是采用高性能混凝土。同时，依据混凝土构件所处结构部位及使用环境条件，采用必要的补充防腐措施，如内掺钢筋阻锈剂、混凝土外保护涂层等。在保证施工质量和原材料品质的前提下，混凝土结构的耐久性将可以达到设计要求。
3 高性能混凝土的质量保证措施
高性能混凝土耐久性是一项系统工程。为保证系统性、完整性、规范性、科学性和可行性，需要一个完善的整体思路和框架。
3.1 预先质量控制与评估：在了解工程背景、使用环境以及混凝土材料在环境中的性能特点的基础上，通过对材料性能的试验研究，建立混凝土结构耐久性设计的数据和依据，并预测混凝土结构的实际使用性能。
3.2 耐久性方案设计：充分考虑各种可变因素对钢筋混凝土结构使用寿命的影响，如环境温度、混凝土内应力、裂缝等，以建立使用寿命预测系统，为耐久性方案的设计提供指导和依据。再以使用寿命预测系统为基础，制定有针对性的耐久性解决方案。
3.3 质量控制与评估：是指在方案的实施过程中如何控制各方面的质量以及如何对已完成部分的质量进行评估的过程。在质量控制与评估环节中，主要需要确立各种质量控制措施和实施标准，建立各种性能试验的评价体系，保证混凝土性能符合方案设计要求。
对于实际施工过程中，质量控制与评估将是重中之重。相对普通混凝土的质量控制而言，高性能混凝土施工质量控制主要涉及原材料质量、配合比、拌和、施工、保护层厚度、养护等方面，其重点和难点在于保护层厚度和养护等方面。
3.3.1 高性能混凝土保护层厚度的质量控制和保证措施 高性能混凝土保护层垫块采用变形多面体形式，高性能细石混凝土预制，垫块材料的强度及抗渗透性均不低于本体高性能混凝土的技术标准。
3.3.2 高性能混凝土的养护 混凝土表面容易产生由于阳光照射温度较高而温差过大的现象，同时由于风速较大也容易造成混凝土表面失水过快，混凝土表面收缩较大而导致混凝土开裂。因此，在实际施工过程中，混凝土浇注完毕后即覆盖塑料薄膜以保温保湿。对于箱梁等大型预制构件，由于预制场地的限制和施工进度要求，亦采用低温蒸养的方式。
对于现浇混凝土，混凝土成型抹面结硬后立即覆盖养生布，混凝土初凝后立即进行洒水养护，拆模前12小时拧松加固螺栓，让水从侧面自然流下养护，侧面拆模不小于48小时。
4 结语
影响结构混凝土耐久性的首要因素是氯离子的渗透速度。针对这一具体情况，并考虑实际情况，如原材料的可及性、工艺设备的可行性以及经济上的合理性等，采取以高性能混凝土技术为核心的综合耐久性策略和方案，通过符合工程实际情况和技术水平的施工措施和质量保证措施，确保混凝土结构的质量符合耐久性的要求。
参考文献：
[1]朱获涛主编.混凝土结构耐久性与寿命预测.
浅析混凝土结构耐久性设计 篇4
混凝土结构的耐久性设计是一个十分重要而又迫切需要解决的问题。近几年的工程调查表明, 我国的混凝土结构普遍存在着耐久性不足的问题。有相当数量的混凝土结构使用不到二十年就开始出现钢筋锈蚀、混凝土破损等现象, 其中部分不得不报废拆除, 国家每年都要蒙受巨大的经济损失。提高混凝土结构的耐久性和耐久性设计问题日益受到政府有关主管部门和广大工程技术人员的重视。
1、混凝土结构耐久性设计方法
1.1结构使用环境的分类与环境对结构的作用效应
《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002) 将混凝土结构的环境类别细分为5类;也有的文献将环境分为6类:大气环境、土壤环境、海洋环境、受环境水影响的环境、化学物质侵蚀的环境以及特殊环境。环境的分类应该根据建筑物的具体情况进行划分, 设计人员的首要任务是要全面了解建筑物的工作环境, 对环境要进行详尽的了解和分析, 正确评价和力图减少建筑物可能遭受环境的侵蚀, 才是积极有效的方法。根据环境情况选择合适的结构类型和构件尺寸也是非常重要的, 目前的研究成果主要是某一种环境腐蚀因素单独对结构的作用效应, 但是结构在实际使用过程中, 可能受到几种环境腐蚀因素的综合作用。而多因素综合作用常常不是单因素作用的简单的叠加, 更普遍的是超叠加效应, 比单独破坏的叠加更为剧烈, 多因素的综合作用还有待进一步研究。目前, 在设计中应该选定一种最主要的起控制作用的环境类别进行设计, 并综合考虑其它因素。同一结构中的不同构件可能所处的局部环境也不一样, 应该予以重视。
1.2确定结构的设计使用寿命
结构的设计使用寿命就是在预定的使用环境下, 在正常的维护条件下, 人们期待结构保持其各项功能应该达到的使用年限。相对欧洲有些国家的标准, 我国的标准比较固定。在实际应用中应该在参照国家规范要求的基础上, 按照业主的要求, 根据实际情况灵活确定。在特定情况下, 局部构件的设计使用寿命可以低于结构整体的设计使用寿命, 这些构件应该设计成可以更换或易于更换的构件。
1.3混凝土结构的耐久性极限状态
当结构整体或者结构的某一部分超过某一特定状态后而不能满足结构规定的耐久性功能要求时, 此特定状态称为耐久性极限状态。
目前对混凝土结构耐久性极限状态的规定还没有形成统一的观点。一般认为, 当混凝土结构因耐久性不满足设计要求而导致维修费用过大、严重超出正常维修的允许范围时, 结构的使用寿命结束。亚洲混凝土结构模式规范中, 将安全性、适用性和可修复性三者作为结构设计需要满足的三大功能。可修复性在结构的耐久性设计中是不可或缺的, 所以, 环境作用下的结构耐久性设计, 应该主要按适用性和可修复性的要求来确定结构的极限状态, 也可以根据使用环境的特点, 分别确定每一种环境类别下的耐久性极限状态, 可以通过确定各种环境因素作用效应的限值 (如混凝土的碳化深度、钢筋的锈蚀程度等) 来确定。混凝土结构如果超越了耐久性极限状态便是一种结构失效状态。全面准确的混凝土结构在各种环境条件下的耐久性极限状态, 需进一步研究。
1.4混凝土结构耐久性计算
混凝土结构的耐久性极限状态, 即在混凝土结构设计使用寿命内, 结构无需进行大修或全面地补强加固。因此, 混凝土结构不能满足设计规定的耐久性要求, 即是一种失效状况, 应计入混凝土结构失效概率之内, 不能正常使用或外观出现不可接受的破损等均可作为结构耐久性极限状态的标志。
全面准确地提出混凝土结构在各种环境条件下的耐久性极限状态, 需各行业的研究和设计人员共同研究确定。本文仅提出关于大气条件下混凝土结构耐久性极限状态设计建议。大气条件下混凝土结构的耐久性问题, 主要表现为混凝土碳化和钢筋锈蚀的问题。钢筋锈蚀后, 其力学性能产生相应的劣化, 钢筋的疲劳强度、极限延伸率和抗拉能力等都有明显的降低。钢筋表面产生微小锈蚀缺陷后, 钢筋的疲劳强度可降低20%~40%;锈蚀钢筋抵抗低温脆性破坏的能力降低, 预应力钢筋易产生应力腐蚀等脆性破坏。
根据以上的分析, 建议将大气环境中混凝土结构的耐久性极限状态分为不允许钢筋锈蚀和允许钢筋有限锈蚀两种。不允许钢筋锈蚀构件以碳化达到主要受力钢材表面或氯离子侵入到主要受力钢材表面为耐久性极限状态的标志。不允许出现锈蚀的钢材有: (1) 预应力构件中的预应力钢材; (2) 处于低温环境中的受拉主筋; (3) 承受反复荷载易产生疲劳破坏的主筋; (4) 结构或构件塑性铰区的受力主筋; (5) 直径较小且在构件中起主要作用的钢筋。钢筋锈蚀后保护层会出现顺筋裂缝。初步试验表明:当保护层出现0.15~0.25mm宽的锈蚀裂缝时, 钢筋截面的损失率与钢筋直径、保护层厚度和混凝土等级之间的关系可用式 (1) 表示:
λ——钢筋截面损失率 (%) ;c——保护层厚度 (mm) ;fcu, k——混凝土标准抗压强度 (MPa) ;d——钢筋直径 (mm) 。从总的情况来看, 保护层开裂时, 钢筋截面的损失率在1%~10%之间, 粗钢筋的截面损失率小, 细钢筋损失率大。因此, 允许有限锈蚀钢筋的耐久性极限状态可以以保护层出现0.15~0.25mm宽裂缝时为标志, 也可以以统一的截面损失率为标志, 例如, 截面损失率1%。实际上, 我们认为以后一种标志作为耐久性极限状态比较合适。除了上述两种标志外, 还应有混凝土截面损失率的标志。混凝土截面损失率达5%或主要受力钢筋剩余保护层厚度小于钢筋直径时, 均宜作为构件设计使用寿命极限状态的标志。当结构工作环境的作用效应、结构的设计使用寿命和耐久性极限状态确定之后, 剩下的工作就是运用结构抵抗环境作用的能力进行耐久性设计或验算。
2、混凝土结构全寿命分析的重要性
第一, 根据国务院第279号令中规定, 设计单位和个人对设计项目实行“质量终身负责制”也即“全寿命责任制”, 同时规定设计文件中应明确规定工程的合理使用年限。这实际上就是对建筑工程的耐久性提出明确要求。以往, 待工程验收后, 设计、工程承包方和监理方就算基本“完成任务”, 一般不再承担使用期间环境破坏、修复、重建等相关义务和责任。这就造成了大量工程因耐久性不足引起的、由国家承担的经济损失。
第二, 混凝土是工程中用量最多的建筑材料, 也是最主要的结构材料, 钢筋混凝土结构已成为世界上应用最广泛的结构形式。
第三, 我国是一个发展中的大国, 正在从事着为世界所瞩目的大规模基本建设, 而我国的财力有限, 能源短缺, 资源并不丰富, 因此战略上要高瞻远瞩, 有效地利用资金, 节约能源。因此, 加强钢筋混凝土结构耐久性研究, 对提高设计质量、延长结构使用寿命具有重大意义。
3、结语
做好混凝土耐久性设计, 要对每种耐久性现象进行分析, 有针对性的设计, 作为设计人员, 要不断的研究和完善耐久性设计, 与勘察、施工、管理人员共同努力, 才能建造出合乎耐久性要求的高质量的工程。
参考文献
[1]任仲罕.混凝土耐久性问题探讨[J].煤炭工程.2005 (01)
[2]郭建立, 郭向勇.混凝土耐久性设计的系统工程方法[J].青海大学学报 (自然科学版) .2004 (03)
混凝土结构耐久性 篇5
指出混凝土桥梁结构在服役后由于结构耐久性损伤,需要在结构整个寿命期内对其进行耐久性分析,重点研究了混凝土桥梁在整个寿命期内,考虑时间因素,由于耐久性损伤而导致的截面退化规律,为整个桥梁结构耐久性分析提供了分析条件和基础.
作 者：李福鼎 彭飞 曹茜 LI Fu-ding PENG Fei CAO Qian 作者单位：李福鼎,LI Fu-ding(同济大学桥梁工程系,上海,92)彭飞,PENG Fei(同济大学地下建筑工程系,上海,200092)
关于混凝土结构耐久性问题的分析 篇6
影响混凝土结构耐久性的因素
混凝土结构耐久性问题指的是在正常的使用情况下，在使用年限内使用并不需要维修加固的能力。事实上，影响混凝土结构耐久性的因素有很多，主要分为内因与外因，以下就是对内因和外因的具体分析。
内部因素
1、混凝土碳化
混凝土在水化过程中，会产生大量氢氧化钙，使混凝土孔隙中的水分呈高碱性，进而会在钢筋包面形成一层钝化膜，这样一来，钝化膜将抑制钢筋被其它物质腐蚀，而氢氧化钙将吸收空气中的二氧化碳，生产碳酸钙，从而降低混凝土中的碱性，形成一层碳化层，这被称混凝土的碳化。混凝土碳化会直接破坏钝化膜，进而腐蚀钢筋。可以说所有的混凝土表面都将会被碳化，从而使混凝土的碱性大大降低，失去保护钢筋的作用，而且由于混凝土碳化会导致混凝土收缩，进而产生裂缝，从而破坏混凝土结构。
2、混凝土碱集料的反應
碱集料反应指的是混凝土中的各种材料，溶于混凝土的孔隙中，进而和骨料中的有害物质反应，产生一种膨胀性物质碱，这种物质在吸水后就会使体积膨胀，膨胀程度较为严重可能会造成混凝土开裂，也使混凝土对气体的渗透性增大了，这样一来，腐蚀性物质就容易发生渗透，进而腐蚀钢筋，同时混凝土碱集料反应会降低混凝土的强度，抗拉强度和弹性模分别降低了10%和60%。但是，最为常见的就是混凝土中的碱性物质和二氧化硅的反应，碱和硅胶盐生成的凝胶物质遇到水就膨胀，膨胀会使混凝土产生开裂，从而混凝土的耐久性也会大大降低。
外部因素
1、混凝土冻融破坏
在施工过程中，如果不注意将会使深入到混凝土中大量水分，然而，水分在温度很低的情况下，就会结冰，发生膨胀现象，混凝土的内部结构会发生损伤。经过长期的冻融，严重的会引起混凝土开裂，使混凝土的强度大大降低，从而耐久性也是非常低的。
2、钢筋腐蚀
影响混凝土结构耐久性的反应主要就是电化学反应，特别是氯离子腐蚀混凝土。如出现氯离子将会破坏混凝土钢筋表面的钝化膜，在氯离子大量腐蚀混凝土结构后，会使其体积变得更加膨胀，混凝土结构会发生纵向开裂。
3、施工质量较差
由于混凝土材料的质量较差或者水灰比不科学都有可能会使混凝土的耐久性能降低，再加上，如果施工人员操作方法不正确，也会严重的破坏混凝土的结构。
有效提高混凝土结构耐久性的对策
增强抗碳化能力
由于混凝土的碱性降低会造成混凝土的碳化，导致钢筋被腐蚀，所以，我们要采取一些办法减小混凝土的碳化。科学的混凝土配合比或者使用良好的减水剂将会减小碳化速度。另外，在施工过程中，提高混凝土密实性，可以有效的降低混凝土的碳化速度。
避免冻融破坏
在我国北方地区很容易出现冻融破坏。可以采取的措施有降低水灰比，也或者是使用引气技术。然而，在施工过程中，很容易引入空气，进而产生微泡，使得混凝土的强度大大降低。除此之外，由于当前市场引起品种较多，质量又好又坏，所以，在引起品种选择上要慎重。
尽量减少混凝土碱集料的反应
通常情况下，碱集料反应产生的危害是非常大的，而且，将很难对结构进行修复。然而，我国各大工程因碱集料反应导致混凝土结构开裂的现象是非常少的。但是，和西方发达国家相比，目前我国在混凝土结构的强度等级还是非常低的，在施工过中，水泥使用过少，因此，混凝土结构碱性较低。近几年，在混凝土结构施工中常要加入一些早强剂，这样一来，可以有效减少碱集料反应。
结束语
总体来说，我国处在建设高速发展时期，所以，对建筑工程的混凝土结构的使用也提出了更高的要求。但是，现如今，混凝土耐久性问题已经成为社会各界关注的焦点问题，情况十分严重。因此，为了提高混凝土耐久性，施工过程要执行具体的设计要求。而且，在施工过程中，要尽量先进的技术，以便提高混凝土结构的耐久性，从而延长混凝土结构的使用寿命。
（作者单位：化州市建筑工程总公司）
混凝土结构耐久性设计分析 篇7
1.1 工程设计的耐久性标准低
在结构设计过程中, 要想做到科学与规范, 就应重点考虑荷载作用下的结构安全性问题。而相对于此, 环境作用下的耐久性设计因其指标较为固定, 且规范对耐久性设计和设计寿命缺乏明确的要求, 因此只能处于一种次要的位置, 并不是该过程中重点考虑的内容。此外, 规范的内容与耐久性设计的实际需求相脱节。耐久性设计的环境条件、施工条件等已发生重大改变, 而规范的内容却一直停滞不前, 缺乏必要的创新, 这就造成了耐久性标准低的现实, 使混凝土结构耐久性严重不足。
1.2 施工过程中片面追求施工进度
迫于现实的压力, 各施工单位越来越重视施工的进度。毋容置疑, 这在很大程度上提高了施工的效率。然而过犹不及, 有些施工单位片面地追求施工进度而忽视了施工的质量。在混凝土结构方面, 它们肆意掺加早强剂, 使其内部结构发生变化, 强度降低, 耐久性质量大幅下降。再者, 混凝土强度等级较以前有了较大幅度的提高, 需要一定的施工强度做保证, 而片面追求施工进度无疑是与其背道而驰。此外, 如果施工单位将主要精力都放在施工进度上, 而不注意对表层混凝土的保养, 会导致钢筋开始锈蚀的年限大幅缩小、混凝土的抗渗性大幅降低。
1.3 桥梁运营过程中缺少必要的检测和维护
正常的检测和维护是保证混凝土结构耐久性的重要手段。然而, 多数施工单位存在着严重的重新建而轻维护的思想, 也有些施工单位虽然认识到这一点, 但多徒于形式, 毫无实效性可言。受此影响, 初始投资费用严重不足, 检测和维护缺乏必要的资金支撑。而且, 缺乏结构全寿命经济分析和评价, 耐久性设计带有明显的盲目性。可见, 桥梁运营过程中缺少必要的检测和维护, 是造成混凝土结构耐久性不足的因素之一。
2 混凝土结构耐久性设计的主要内容
2.1 混凝土材料的选择
混凝土材料选择是影响结构耐久性的重要因素。通常情况下, 应选择那些低含碱量、低C3A含量、低水化热的水泥作为混凝土的基本材料。在骨料方面, 则宜选用那些坚固耐久的洁净骨料。同时, 为最大限度地降低水泥材料中硅酸盐水泥用量, 一方面要保证用水量处于偏低水平, 另一方面要对水泥材料中的最高用量和最低用量进行适当的限制。
2.2 上部结构的细部设计
2.2.1 桥面铺装。
所谓桥面铺装, 就是指车辆与桥梁之间直接接触的部件。因此, 桥面铺装在现实中会受到两种力的作用, 一种是主梁传递的反复应力, 另一种是汽车冲击碾压力。两种力同时作用, 会造成桥面铺装不同程度的破损, 。此外, 因为桥面铺装还承担着排水任务, 所以它的损坏会直接造成防水系统的紊乱或者瘫痪。在这种情况下, 主筋会受到主梁的腐蚀, 主梁自身的受力性能也将遭到严重削弱, 进而影响整个混凝土结构的耐久性和安全性。
2.2.2 主梁。
主梁是整个桥梁中最重要的结构部件。然而, 主梁箱体内积水现象在实际中比比皆是, 使自身的普通钢筋和预应力钢筋大为损坏, 耐久性和安全性也大为降低。之所以会出现这种问题, 与主梁细节设计以及排水构造设计的不到位有着很大关联。
2.2.3 桥面防水层。
桥面防水层位于桥面铺装与主梁之间。除了桥面铺装之外, 桥面防水层在实际中扮演了第二道防水线的作用, 有效防止了桥面水渗入主梁带来的损坏。从结构设计的角度讲, 当前不少设计为节约成本, 而单纯地采用防水混凝土进行防水。而众所周知, 这种混凝土从性质上讲是刚性防水层, 缺乏柔性, 其防水性能会随着结构的损坏而大幅下降。而且, 刚性防水层易损坏, 一旦出现开裂现象将很难修复, 难以符合耐久性设计的基本要求。
2.3 下部结构的细部设计
2.3.1 分联墩盖梁。
分联墩位于伸缩缝下部, 这种布局结构容易使其受到桥面水的影响。尤其是采用除冰盐的区域, 这种现象更加普遍。在除冰盐水的腐蚀作用下, 分联墩盖梁的耐久性受到了严重影响。因此, 在耐久性设计过程中, 应设置必要的横坡排水结构, 以便于分联墩盖梁顶部的排水;同时, 可适当增加盖梁保护层的厚度, 以增强其抗腐蚀的性能。
2.3.2 桩顶。
桥梁整体是否安全, 在很大程度上要取决于桥梁桩基安全状况。因此, 桥梁桩基设计应是混凝土结构耐久性设计的重中之重。桩基顶部的应力较为集中, 极易受到截面突变的干扰。此外, 因桥梁桩顶大多设计在临近地面线的位置, 而此处恰好处在一种腐蚀性极强的环境当中, 使桩基顶部的钢筋混凝土耐久性因除盐冰水、桥面水、地下水的影响而大为降低。因此, 在桩顶设计方面, 要严格遵守耐久性设计标准, 并综合评定地质和水位状况, 使设计收到一种最佳的效果。
3 结束语
综上所述, 在新形势下, 加强混凝土结构耐久性设计分析是一项非常系统的工程。为夯实该项工程的基础, 增强该项工程的实效, 应注意以下几个问题:首先, 要对加强混凝土结构耐久性设计分析的极端重要性有一个清晰的认识;其次, 要对当前混凝土结构耐久性设计分析的现状有一个全面的剖析;最后, 要对加强混凝土结构耐久性设计分析的路径有一个科学的把握。只有这样, 才能真正实现相关事业又好又快的发展。
摘要：混凝土结构耐久性是桥梁工程质量的基本保证。然而, 当前我国混凝土结构存在耐久性不足的问题, 这与工程设计的耐久性标准低、施工过程中片面追求施工进度、桥梁运营过程中缺少必要的检测和维护有关。为此, 要优化混凝土结构耐久性设计内容, 做好混凝土材料选择、上部结构的细部设计、下部结构的细部设计等各项具体工作。
关键词：混凝土结构,耐久性设计,分析
参考文献
谈混凝土结构的耐久性 篇8
1耐久性引起的破坏
耐久性破坏大多引起结构的外观质量问题,也有可能发生断裂、崩塌等影响结构安全的严重质量事故,通常主要表现为:
1)混凝土表面产生酥裂,保护层剥落,产生裂缝,甚至破碎等;2)钢筋产生锈蚀;3)钢筋与混凝土之间粘结锚固产生破坏,钢筋产生相对滑移或被拔出。
耐久性问题既影响结构的观瞻质量和使用功能,且降低结构的安全度,成为工程质量事故的隐患。通常具有以下特点:
1)通常先由构件的表面开始,出现如混凝土剥落,锈渍和裂缝等具有较明显的外观特征。2)主要影响结构的外观观瞻和正常使用功能,对结构的安全性功能影响不大。3)随着时间的长期积累,结构损伤的逐渐发展,将对结构构件的承载力产生不利影响,可导致结构的抗力下降。
2 结构耐久性的主要影响因素及相应措施
2.1 侵蚀性化学腐蚀
1)混凝土的碳化。在硅酸盐水泥混凝土中,水泥浆体与水发生水化反应生成具有强度的水泥石,而水泥用量中的1/3将形成呈碱性的氢氧化钙[Ca(OH)2]。水泥石中的氢氧化钙在钢筋表面形成碱性薄膜保护层,可避免金属钢筋遭受酸性介质的侵蚀,起到“钝化”保护作用,以防止钢筋产生锈蚀。当大气中的酸性介质二氧化碳(CO2)不断向混凝土内部扩散,并与其中的水泥石中的Ca(OH)2发生化学反应,使pH值下降,此现象称为混凝土的碳化。碳化现象对混凝土本身是没有害处的,关键是当碳化至一定深度到达钢筋表面时,就会破坏钢筋表面“钝化膜”的保护作用,导致钢筋产生锈蚀。同时碳化作用也会加剧混凝土的收缩,导致混凝土产生收缩裂缝。
2)氯离子(Cl-)侵蚀。混凝土是多孔材料,而氯离子(Cl-)有很强的活性,具有很强的穿透力。游离的氯离子(Cl-)透过混凝土保护层极易破坏钢筋表面的钝化膜,与钝化膜中的氧化铁反应生成无保护作用的氯化铁而引发钢筋的锈蚀;当氯离子(Cl-)侵入混凝土后与水泥水化物中氢氧化钙反应生成CaCl2,从而破坏混凝土结构。氯离子渗入混凝土是引起钢筋锈蚀最快和最主要的因素,氯离子的侵入深度取决于混凝土的渗透性、相对湿度及大气中氯离子的密度。
3)硫酸盐的腐蚀。硫酸盐腐蚀是环境中硫酸盐(SO
2.2冻融循环
混凝土是多孔性材料,内部有许多连通的毛细孔隙,混凝土内的水分分为化合水、结晶水和吸附水,前二者对冻融破坏无影响,吸附水以游离状态滞留于混凝土内部的孔隙和毛细孔道中。在负温情况下,吸附水结冰冻胀,使混凝土内部孔隙及微裂缝逐渐扩展,并互相贯通,引起混凝土内部结构的破坏。混凝土的抗冻性主要取决于混凝土自身的孔隙结构特性。通过在混凝土中掺加引气剂、减水剂或引气减水剂等均可提高混凝土的抗冻性能。掺引气剂能引入大量封闭均匀而稳定的微小气泡,而减水剂则可降低水灰比,从而减少孔隙率提高混凝土的密实性,这是目前国内外混凝土结构普遍采用的改善和保证混凝土抗冻融作用的较为有效的技术手段;还可采用吸水率小的坚硬抗冻骨料、掺入硅粉或优质粉煤灰等方法来提高混凝土的抗冻效果。
2.3钢筋锈蚀
钢筋的锈蚀是导致混凝土结构耐久性下降最主要和最直接的原因。钢筋锈蚀使钢筋截面削弱,严重时,因铁锈的体积膨胀将使保护层混凝土胀裂,使混凝土构件表面产生裂缝,由于空气的侵入,反过来更加快了钢筋的锈蚀,这种恶性循环,最终导致混凝土构件保护层的剥落、出现沿主筋方向开展延伸的裂缝、钢筋截面减小、钢筋与混凝土的握裹力下降与丧失,甚至造成构件完全破坏。使钢筋锈蚀的前提条件是混凝土产生碳化,只有覆盖钢筋表面的碱性钝化膜被破坏,当遇有含氧水分侵入时,钢筋就会产生锈蚀。钢筋锈蚀主要取决于混凝土浇捣的密实程度。因此,增加混凝土的密实度和保证钢筋表面的混凝土保护层厚度是防止钢筋锈蚀的最重要措施。此外,施工时还可以使用环氧涂层钢筋等。
2.4混凝土的碱—集料反应
碱—集料反应是在有水的前提下,混凝土原材料中的水泥、外加剂、混合材料中的碱(Na2O或K2O)与集料中的某些活性成分(Si O2)发生化学反应,生成类似水玻璃的反应物,并吸水膨胀,从而导致混凝土开裂、保护层剥落、钢筋外露锈蚀,严重时将导致结构构件失效。产生碱集料反应的三个必备条件是:混凝土的原材料中含碱量高;骨料具有碱活性;使用环境潮湿、有水。
预防碱集料反应的原则是控制混凝土所含总碱量,尽量采用含碱量低的水泥和选用非活性集料以及提高混凝土的抗渗性是预防碱集料反应的方法,掺入优质粉煤灰、矿渣、硅灰等掺合料也都可使混凝土的碱性降低,同时加强改善混凝土结构的施工和使用环境,或对混凝土表面采取涂布防水涂料形成保护层,或做表面装饰层来隔绝水和湿空气的来源等均能起到制止碱—集料反应的作用。
3结语
多种破坏因素的综合作用是加速、加剧破坏过程,造成混凝土结构提前破坏和混凝土质量迅速严重劣化的重要原因,因此,必须着重研究综合作用下的混凝土的耐久性问题。应根据环境类别和设计使用年限,针对影响混凝土结构耐久性能的主要因素,从设计、材料、施工、浇捣、养护等方面提出相应的技术措施,并采取有效的构造措施,加强施工管理,保证混凝土的施工质量。此外,在混凝土结构的使用阶段,重视对结构的正常维护和管理,也是保证混凝土结构耐久性能的必要条件。
参考文献
混凝土结构的耐久性设计方法 篇9
1 混凝土耐久性的定义以及包含的内容
混凝土耐久性主要是针对混凝土结构在使用期内不需要人工的进行维护从而保持使用性能稳定的能力, 包括其安全性、实用性和外观等。由于混凝土结构的耐久性直接影响着整个工程的使用寿命, 因此保证混凝土结构的耐久性是一项重要的工作, 在设计过程中, 就要更多的掌握好混凝土结构的相关内容, 从而有效的提高混凝土结构的耐久性, 其中主要体现在以下几个方面:
1.1 混凝土结构的抗渗性。
主要是指混凝土在对水、油等液体的侵蚀下渗透的性能, 由于水、油等液体在进行渗透的过程中, 液体分子会与混凝土结构进行化学反应, 从而破坏混凝土的质量, 因此, 抗渗性的好坏决定着混凝土的耐久性, 也是保证混凝土耐久性的重要部分。
1.2 混凝土结构的抗冻性。
在北方等寒冷地区, 混凝土容易受到外界因素的影响而减少耐久性, 因此, 做好混凝土的抗冻性是非常有必要的措施, 不仅能改善混凝土的强度, 同时也提高了混凝土外观性的能力。
1.3 抗侵蚀性:
混凝土暴露在有化学物质的环境和介质中, 有可能遭受化学侵蚀而破坏。一般的化学侵蚀有水泥浆体组分的浸出、硫酸盐侵蚀、氯化物侵蚀、碳化等。
2 设计混凝土结构所要注意的重要原则
混凝土结构耐久性的具体要求是在设计使用的年限内, 不需要大范围的维护即能保证混凝土结构的正常使用, 在最少投入的情况下提高混凝土的使用寿命。因此, 设计过程中要注意以下几点原则:首先, 混凝土结构必须要对使用环境、使用年限等内容进行明确规范, 这也是保证提高混凝土结构耐久性的前提条件。为了提高混凝土的密实性, 在控制水灰比、强度等级、厚度等都要有所重视, 这样也就加少了混凝土因为外界物质的侵蚀而发生变质。其次, 混凝土的水泥使用量要适当的减少, 由于水泥使用过量会导致混凝土在水热过程中产生裂缝, 这样就会减少混凝土的使用寿命, 同时, 保护层的厚度也要适当的减少, 否则也容易发生裂缝现象。
3 提高混凝土结构耐久性的设计方式
3.1 结构使用环境类别及环境作用效应
混凝土结构在设计前, 必须要明确混凝土结构的使用环境信息, 由于混凝土结构的使用环境是决定混凝土耐久性的重要因素, 在不同的环境中, 混凝土结构的设计就要有所不同, 设计过程中, 要按照不同的环境进行分类, 从而选择合适的混凝土结构来进行设计, 这也是提高混凝土耐久性的重要前提条件。
环境的因素的分类有多种形式, 影响混凝土结构的使用环境主要是指外在的环境。在对外界环境影响的研究上也取得了一定的成果, 比如混凝土的碳化、钢筋的锈蚀等破坏。这些成果的研究对于混凝土的耐久性起了重要的作用, 在设计时就能够更好的进行预防。
以前主要研究的是某一种环境腐蚀因素单独对结构的作用效应, 但是结构在实际使用过程中, 可能受到几种环境腐蚀因素的联合作用。例如, 混凝土结构在使用过程中发生了混凝土碳化, 同时又有碱骨料反应, 甚至还存在氯离子的侵蚀。几种环境腐蚀因素的联合作用效应应该比单独作用时大一些。对于几种腐蚀环境因素对结构的联合作用效应。
结构的使用环境类别确定后, 可总结得出该环境类别存在的环境腐蚀因素, 然后计算出此环境类别的环境作用效应。环境作用效应是时间的函数, 在建筑物使用过程中随时间发生变化, 一般随着时间的增长而增长。
3.2 结构的设计目标使用期
确定结构的设计目标使用期是进行混凝土结构耐久性设计的前提依据。结构的设计目标使用期就是在预定的使用环境下, 在正常的维护条件下, 人们期待结构保持其使用功能应该达到的使用年限。结构的设计目标使用期在设计前确定, 一般为50年, 重要的为100年, 但特别重要或受侵蚀特别严重应另外设定。结构的耐久性设计应该有最低设计目标使用期的要求。
3.3 结构的耐久性极限状态
和对混凝土结构进行承载能力极限状态计算以及正常使用极限状态验算一样, 我们也可以定义混凝土结构耐久性极限状态, 进而对结构耐久性极限状态进行验算。结构的耐久性极限状态就是指:当结构整体或者结构的某一部分超过某一特定状态后而不能满足结构规定的耐久性功能要求时, 此特定状态称为耐久性极限状态。一般认为, 当结构不能正常使用或者外观出现不可接受的破损时均可以作为结构耐久性极限状态的标志。
3.4 构造措施
构造措施是混凝土结构耐久性设计里面很重要的一个环节。以往的研究主要是集中在这一方面, 也取得了比较成熟的结果。笔者认为, 耐久性构造措施应该包括三个方面的内容:设计、施工以及使用阶段。同时, 应该针对结构所处使用环境及结构设计目标使用期的不同, 采取有针对性的耐久性构造措施。例如, 在钢筋锈蚀严重的地区, 可采用在钢筋表面涂刷环氧类材料或者用纤维增强塑料筋代替钢筋。此外, 结构在使用期间的检测与维护是不容忽视的, 因为没有任何建筑物在环境的侵蚀下能保持完好无损。对于重要的公共基础设施工程以及生命线工程, 必须强制进行定期的检测与维修。
结束语
我国目前已处于土建工程新建和维修并存的时期, 面临的耐久性问题是发达国家20、30年前曾经遇到过的问题, 发达国家为此已经付出了巨大代价。为了避免重蹈覆辙, 对混凝土结构耐久性进行深入系统的研究, 解决混凝土结构耐久性设计、评估和寿命预测中的关键问题, 完善混凝土结构耐久性设计、区别结构使用环境类别及环境作用效应、评估混凝土结构预测方法是我国科研工作者的迫切任务。
参考文献
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[2]黄士元.高性能混凝土发展的回顾与思考[C].混凝土, 2003 (7) .
混凝土结构耐久性影响因素分析 篇10
大量研究结果表明, 钢筋混凝土结构破坏除自然灾害或意外事故外, 其耐久性降低主要源于以下几个方面或其复合作用:钢筋腐蚀、混凝土碳化、冻融循环、碱—骨料反应、机械磨损、温湿度变化、腐蚀性化学品 (硫化物、氯化物) 等。可以认为, 钢筋混凝土结构耐久性降低的实质是其组成材料在使用过程中经受 (抵抗) 各种破坏因素的作用 (破坏力) 而未能保持其功能。结构耐久性性能降低都必然会体现在结构的基本材料即钢筋和混凝土上。本文试着从材料自身的角度出发, 分析影响钢筋混凝土结构耐久性的因素。
1 钢筋
1.1 钢筋锈蚀。
一般情况下, 混凝土中的高碱性溶液 (PH值一般在12.5~13.5之间) 可以使钢筋表面形成一层惰性的水化氧化铁薄膜, 该惰性薄膜可以阻止钢筋的锈蚀。当该保护层完整时, 腐蚀就不会发生。通常, 钢筋表面氧化铁薄膜的破坏主要有两个原因:一是因混凝土碳化, 使钢筋混凝土结构保护层的PH值降低, 进而破坏氧化铁薄膜;二是氯离子与氧离子的作用而破坏氧化铁薄膜。氧化铁薄膜破坏后, 铁原子与水和氧气发生化学反应生成铁锈, 包括Fe (OH) 3、Fe (OH) 2、Fe3O4、H2O、Fe2O3等, 造成钢筋的锈蚀[1]。
1.2 预应力钢筋的应力腐蚀。
应力腐蚀是指金属和合金在腐蚀介质和拉应力的同时作用下引起的金属破裂。这种裂缝不仅可以沿着晶界发展, 而且也可穿过晶粒。由于裂缝向金属内部发展, 使金属结构的机械强度大大降低, 严重时能使金属设备突然损坏。出现应力腐蚀的条件如下:存在一定的拉应力;金属本身对应力腐蚀具有敏感性;存在能引起该金属发生应力腐蚀的介质, 这种介质主要有Na OH溶液、硝酸盐溶液、含H2S和HCl溶液、沸腾浓Mg Cl2溶液、海水、海洋大气和工业大气等。应该注意的是当预应力钢丝发生锈蚀时, 由于它是非碳素钢, 并不像非预应力混凝土结构中钢筋锈蚀会在表面产生锈斑, 引起混凝土保护层的剥落、层裂等外在现象, 而极有可能在无任何预兆的情况下导致结构的突然破坏, 更加剧了危险, 因此加强预应力混凝土结构的耐久性研究就显得极为重要。
1.3 氢脆。
钢筋在腐蚀过程中, 表面可能有少量的氢原子产生, 通常情况下, 氢原子会结合成氢分子, 在常温下是无害的, 但这一过程受阻时, 氢原子会向钢筋内部扩散而被吸收到金属晶格中, 如钢筋内部有缺陷存在, 氢原子会在空穴重新结合成氢分子, 产生很大的压力, 出现“鼓泡”现象, 使钢筋变脆。在超过临界拉力作用下, 会发生断裂, 这就是氢脆现象。硫化氢是引起氢脆的介质之一。
2 混凝土
2.1 混凝土的碳化。
混凝土是以水泥砂浆为基体, 以骨料为加劲材料的复合材料, 水泥砂浆体的主要成份CHS凝胶是一种结晶不完整的蜂窝形或错综复杂的网状结构, 骨料与水泥砂浆间有微孔隙、微裂纹, 因而混凝土材料具有一定的渗透性。空气中的二氧化碳扩散到混凝土中与水作用生成碳酸, 碳酸与水泥水化过程中产生的氢氧化钙、硅酸二钙、硅酸三钙反应生成碳酸钙, 在自由水的作用下碳酸钙沉淀在混凝土内部的孔穴中, 这就是混凝土碳化。混凝土碳化的结果使混凝土的PH值降低, 如果碱损失发生在钢筋附近, 当混凝土的PH值小于11.5时, 就能引起钢筋表面惰性氧化铁薄膜的破坏, 在空气中的水和氧的作用下, 还可以引起平行于钢筋的裂纹和混凝土的崩裂。碳化有初始期和传播期, 在初始期二氧化碳渗透进入混凝土保护层, 最终导致钢筋表面惰性薄膜的破坏, 在传播期钢筋锈蚀导致混凝土保护层开裂或崩裂。混凝土的碳化程度与水灰比有关, 随水灰比的增加而碳化速度加快, 随空气温度和空气中二氧化碳的增加, 混凝土的碳化速度加快。混凝土的碳化速度随养护时间的增加而减小。增加单位混凝土中水泥的用量, 会提高混凝土的密实度和抗渗透性, 可以减小混凝土的碳化速度。增加保护层的厚度, 使混凝土碳化到达钢筋表面的时间增加, 也有利于混凝土结构抗碳化的能力。
2.2 冻融循环。
混凝土是多孔隙的复合材料, 外部的水份可以通过毛细作用进入这些孔隙。当温度降至冰点以下时, 孔隙中的水冻结膨胀, 其体积大约可增加9%, 只有当至少有91.7%的孔隙充满水时, 水里结冰才产生内应力。孔隙体积膨胀, 孔壁受压变形, 冰融化后, 就可能使孔壁产生拉应力, 反复冻融, 当作用于孔壁的拉应力大于混凝土的极限抗拉强度时, 即可以产生微裂缝, 持续冻融的结果使混凝土开裂, 甚至崩裂。混凝土的密实性不好, 则其抗渗性能就差, 可导致更多的水份进入混凝土内部, 加快混凝土结构的冻融破坏。因而降低混凝土的水灰比, 提高单位混凝土中水泥的用量, 对混凝土结构抗冻融破坏都是有利的。此外, 应避免采用吸水率较高的集料, 加强排水以免混凝土结构水过分饱和。
2.3 碱—骨料反应。
碱—骨料反应是指混凝土中的氢氧根离子与骨料中的活性二氧化硅之间的反应, 混凝土中的碱离子主要是由水泥引入的, 当集料中含有二氧化硅时, 在有水的条件下, 碱离子与二氧化硅反应生成一种含碱金属的硅凝胶 (具有强烈的吸水膨胀能力) , 其形成和成长常常造成混凝土内部的膨胀, 这种膨胀所产生的内部应力, 使混凝土内部形成微裂缝, 甚至造成混凝土的严重开裂。碱集料反应需要有三个条件:活性集料;混凝土碱的含量达到一定程度;有水或潮湿的环境。为了避免碱集料反应, 混凝土应采用非活性集料, 采用低碱水泥或控制混凝土中其他组份碱的引入, 掺入混合料, 如粉煤灰和硅灰, 以降低混凝土中碱的含量。
3 结论
为了提高钢筋混凝土结构的耐久性, 应该从材料自身特点出发, 尽可能地避免上述情况的发生。例如:为防止钢筋的腐蚀, 主要采取以下措施:阻锈剂;阴极保护;防渗涂层;环氧涂层钢筋;非金属筋;采用低渗透性的高性能混凝土技术等。对于防止混凝土碳化, 主要采用防碳化涂层和采用高性能混凝土来实现杜绝空气中二氧化碳的侵入。对于混凝土的防冻融循环破坏, 最有效的是采用引气混凝土技术。即通过在混凝土拌和时加入引气剂, 产生适量的微小气泡来提高混凝土的抗冻标号。对于混凝土的碱—骨料反应破坏, 主要通过以下几个途径来实现:不采用有碱活性的骨料;采用低碱活性骨料时, 掺加适量矿物掺合料, 如粉煤灰、磨细矿渣、硅灰等;加入化学外加剂。要想提高钢筋混凝土的耐久性, 巧妙的材料设计和结构设计是十分重要和必要的, 同时也应该对及时到位的维修养护给予充分的重视。
参考文献
混凝土结构耐久性 篇11
关键词 盐渍土 氯离子（Cl-） 钢筋的锈蚀 耐久性措施
盐渍土和海水一样含的氯离子（Cl-）是影响砼结构耐久性的根本原因。砼中钢筋锈蚀可由两种因素诱发，一是盐渍土及海水中Cl-侵蚀，二是大气中的CO2使砼产生中性化。国内外大量工程调查和科学研究结果表明，盐渍土和海水环境下导致砼结构中钢筋锈蚀破坏的主要因素是Cl-进入砼中，并在钢筋表面聚集，导致钢筋产生电化学腐蚀。盐渍土和海水通常含有约3%的盐，其中主要成分是氯离子。以Cl-计的含量约为19000 mg/L左右。
一、氯离子对钢筋的锈蚀
Cl-进入砼中通常有两种途径：一是“混入”，如施工时掺用含氯离子成分的外加剂、施工用水含氯离子、在含盐环境中拌制和浇筑砼等；其二是“渗入”，环境中的氯离子通过砼的宏观、微观缺陷渗入到砼中，并通过长期渗透到达钢筋表面。“混入”现象大都是施工管理的问题；而“渗入”现象则是砼表面裂缝等技术问题，与砼材料的多孔性、密实性、工程质量以及钢筋表面砼保护层厚度，使用现场环境等多种因素相关。
1.破坏钢筋表面钝化膜，水泥水化的高碱性使砼内钢筋表面产生一层致密的钝化膜。钝化膜只有在高碱性环境中才是稳定的，当pH11.5时，膜层就开始不稳定；当pH9.88时该钝化膜生成困难，或将已经生存的钝化膜逐渐破坏。Cl-是极强的去钝化剂，Cl-进入砼到达钢筋表面吸附于局部钝化膜处时，可使钢筋表面pH值降低到4以下，从而破坏钢筋表面的钝化膜，使钢筋表面逐渐产生腐蚀。
2.钢筋表面逐渐形成腐蚀电池。如果在大面积的钢筋表面上形成高浓度氯化物，则氯化物所引起的腐蚀可能是均匀性腐蚀，但是在不均质的砼中，常见的是局部坑状腐蚀。腐蚀电池作用的结果是，在钢筋表面产生蚀坑，由于大阴极对应于小阴极，蚀坑发展迅速很快。
3.加速了去极化作用。Cl-不仅促成了钢筋表面的腐蚀电池，而且加速了电池的作用。砼中Cl-的存在强化了离子通道，降低了阴阳极之间的欧姆电阻，提高了腐蚀电池的效率，从而加速了电化学腐蚀过程，使钢筋承载力大幅度下降。
二、提高砼耐久性的技术措施
1.结构采用高性能混凝土。现今高性能砼以耐久性作为首要指标，就盐渍土及海水工程而言，侧重于高性能、抗渗性、体积稳定性、强度等。目前，国内外在盐渍土工程采用高性能砼的研究与应用极其重视。如荷兰，对已使用多年的64座海工结构（其中90%的结构采用磨细矿渣砼）调查发现，结构基本完好，氯离子扩散系数仅为普通砼的1/10～1/15。典型事例为东谢尔德挡潮闸工程，其设计使用寿命是250年，80年不维修，其基本防腐措施就是采用水胶比为0.4的大掺量（65%）磨细矿渣混凝土。在英、美、加、日和中东等国家和地区，也都有类似的成功工程应用实例。国内外有关实验研究和工程实践证明，养护对高性能砼的质量和耐久性十分重要。常温下养护不够，对高性能砼的质量与耐久性的影响程度有时甚至高于普通砼。因此，及时、充分的湿养护是使其获得高强度、低孔隙率和高抗氯离子扩散能力所必不可少的。
2.钢筋要经阻锈剂处理。盐渍土及海水砼中钢筋的腐蚀，其实也是一种电化学腐蚀，其阴、阳极反应都在钢筋与电解质界面上发生。若能阻止其中任何一种界面反应，就能抑制腐蚀。使用阻锈剂时，首先应控制开裂程度，尤其是对梁类构件的受弯拉区域。因此，宜采用高性能砼来控制裂缝的产生与发展，再用钢筋阻锈剂抑制腐蚀，最后用具有一定弹性的涂层封闭涂装，以起到协同保护作用。这样钢筋阻锈剂起到“拾遗补缺”的作用，有效地阻止钢筋腐蚀发生，从而延长钢筋砼的使用耐久寿命。
3.涂料涂刷结构表面层保护。海洋工程钢筋砼中实施涂料涂装保护是一种经济实用的防腐蚀技术措施。但涂装质量的控制十分关键，一旦局部存在各种缺陷与针孔被氯离子突破，则在一定范围内涂层的封闭保护作用将会丧失。因此，实施涂料涂装的钢筋混凝土构件，首先必须进行控裂设计，至少达到构件在不同工况条件下受拉弯区裂缝的缝宽基本不变，以确保涂层保护的效果。完好的砼保护涂层具有阻挡腐蚀性介质与砼表面的接触特点，从而延长砼和钢筋混凝土的使用寿命。同时对钢筋进行涂层处理，由于海水环境中的氯盐对不受冻地区的素砼是无害的，腐蚀破坏是通过对钢筋砼结构中钢筋的腐蚀锈胀实现的。因此，若将钢筋表面预先施加一层不腐蚀或耐腐蚀的涂层来阻挡或隔离氯离子的侵蚀，是最为直接的技术措施。环氧涂层钢筋是在严格控制的钢厂流水线上涂覆的，可以保证涂层高质量。
4.增加混凝土保护层厚度。增加砼保护层厚度，这是提高劣质土及海洋工程钢筋砼使用寿命的最为直接、简单而且经济有效的方法。但是保护层厚度并不能无限制地增加。当保护层厚度过厚时，砼材料本身的脆性和收缩会导致砼保护层出现裂缝反而削弱其对钢筋的保护作用，在正常情况下接触盐渍土或海水的结构件保护层厚度不小于40 mm为宜。
三、高性能混凝土的质量保证措施
为确保混凝土结构耐久性的目标，须从三大环节进行控制。
（1）切实在了解工程背景、使用环境以及砼材料在盐渍土及海水环境中的性能特点的基础上，必须进行质量控制与使用评估，通过对材料性能的试验研究，建立砼结构耐久性设计的数据和依据，并预测砼结构的实际使用性能及影响程度。
（2）充分考虑各种可变因素对钢筋砼结构使用寿命的影响，如环境条件及温度、砼内应力、裂缝等，以建立使用寿命预测系统，为耐久性方案的设计提供指导和依据。再以使用寿命预测系统为基础，制定有针对性的耐久性解决方案。
（3）在质量控制与评估过程中，方案的实施过程是如何控制各个方面的质量以及如何对已完成部分的质量进行评估，需要确立各种质量控制措施和实施标准，建立各种性能试验的评价体系，保证混凝土性能符合方案设计要求。
四、氯离子浸蚀工程混凝土耐久性对策
根据以上浅要分析，从使用材质本身的性能出发，对主因和导因对症施治，在处于海水环境的砼梁、板、墙、柱采用强度不低于42.5 MPa的硅酸盐水泥，要求水泥中C3A含量不超过8%，水泥细度不超过350 m2/kg，游离氧化钙不超过5%。强度等级为C40时，最大水灰比为0.45，最小水泥用量320 kg/m3，最大碱含量3 kg/m3，最大氯离子含量0.1%。添加了有机胺盐类与亚硝酸钠的复合阻锈剂，并辅助JS复合材料。为保证砼的均匀性，搅拌砼采用卧轴式搅拌机，泵送砼的坍落度不能过大，以避免离析和泌水。要求在混合使用膨胀剂、阻锈剂及其他防腐剂时，应事先专门测定它们之间的相容性，严格控制外加剂中的氯离子含量不得大于砼中胶凝材料总重的0.02%。砼保护层为50 mm，保护层定位采用工程塑料夹，垫块的尺寸和形状必须满足保护层厚度和定位的允差要求，垫块的强度应高于构件本体砼，水胶比不大于0.4。施工浇筑砼前，应仔细检查定位夹，并应指定专人做重复性检查以提高保护层厚度尺寸的施工质量保证率。在保证施工质量和原材料品质的前提下，使盐渍土及海水中的砼结构的耐久性达到设计要求。
综上所述，盐渍土及海水中结构砼耐久性的首要因素是砼的Cl-渗透方式及速度。针对这一具体情况，并考虑当地所处的环境实际情况，如原材料的可行性、工艺设备的可行性等，以及经济上的合理性，采取以高性能砼技术为核心的综合耐久性对策和方案。确保工程实际使用中技术水平的提高，施工措施和质量保证措施以保证在恶劣环境下砼构件的设计达到使用年限。
参考文献
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4.孙正平等.高性能混凝土的研究[M].北京：中国铁道出版社，1999.
铁路桥梁混凝土结构耐久性控制 篇12
现代工程中对混凝土耐久性的要求愈来愈高,提出耐久性指标的工程设计也愈来愈多。未来的工程设计中将用耐久性设计取代目前按强度进行的设计。在施工中,铁路桥梁混凝土耐久性要遵循的原则:选用优质的混凝土原材料、合理的混凝土配合比、适当的混凝土耐久性指标,严格执行铁道部耐久性混凝土强制标准。
1 原材料选择与混凝土配制
原材料选择与混凝土配制除在符合国家及铁道部有关标准规定外,还应满足以下几项要求:1)选用C3A和碱含量较低、比表面积不大于350m 2/kg,C3A含量不大于8%的非早强型普通硅酸盐水泥尽量减少水泥的水化热和自收缩有利于提高抗裂性能2)细骨料选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然中粗河砂,选用粒形良好、质地均匀坚固、线膨胀系数小的洁净的碎石,采用二级配粗骨料,严格控制骨料的针片状颗粒含量和空隙率;尽量降低拌和用水,减少胶凝材料的用量。3)适量掺加烧失量较小、粉煤灰细度筛余量较小、磨细矿渣粉比表面积适中、品质稳定均匀、来源固定的优质矿物掺合料,降低水化热和减少拌和水,改善水化产物的微结构,改善浆体及骨料界面结构,并增加混凝土后期强度与密实性,提高混凝土耐久性能。4)采用具有高效减水、适量引气、能细化混凝土孔结构、能明显改善或提高混凝土耐久性能的外加剂。5)在满足设计、施工要求的情况下,尽量减少水泥和胶凝材料的用量。6)根据混凝土结构所处的不同环境条件,确定掺合料掺量及混凝土的最大水胶比和单方混凝土胶凝材料的最低用量限值;掺合料、外加剂品质指标及配合比参数限值分别符合《铁路砼结构耐久性设计暂行规定》的要求。7)混凝土结构骨料砂浆棒(岩石柱)膨胀率应小于0.10%,否则按“设计暂规”的要求采取抑制碱—骨料反应的技术措施。8)钢筋混凝土中由水泥、矿物掺合料、骨料、外加剂和拌和水等引入的氯离子总含量不应超过胶凝材料总量的0.10%,预应力混凝土结构的氯离子总含量不应超过胶凝材料总量的0.06%。9)根据设计的不同配合比对混凝土拌和物的性能、抗压强度、抗裂性以及耐久性能试验结果,按照工作性能优良、强度和耐久性满足要求、经济合理的原则,从中选择原材料品质、混凝土物理力学及耐久性均符合“设计暂规”、《铁路砼工程施工质量验收补充标准》要求的耐久性混凝土配合比。
2 混凝土搅拌
1)搅拌混凝土前,严格测定粗细骨料的含水率,准确测定因天气变化而引起的粗细骨料含水量变化,以便及时调整施工配合比。一般情况下,含水量每工班抽测2次,雨天应随时抽测,并按测定结果及时调整混凝土施工配合比。2)搅拌时,先向搅拌机投入细骨料、水泥、矿物掺合料和外加剂,搅拌均匀后,再加入所需用水量,待砂浆充分搅拌后再投入粗骨料,并继续搅拌至均匀为止。上述每一阶段的搅拌时间不少于30s,总搅拌时间不少于2min,但也不得超过3min。3)炎热季节搅拌混凝土时,采取在骨料堆场搭设遮阳棚、采用低温水搅拌混凝土等措施降低混凝土拌和物的温度,或尽可能在傍晚和晚上搅拌混凝土,以保证混凝土的入模温度不大于30℃。4)冬季搅拌混凝土,采用加热水的预热方法调整拌和物温度(水的加热温度不高于80℃),以满足最低入模温度5℃的要求。
3 泵送混凝土
采用混凝土泵输送混凝土时,除按铁道部规定进行施工外,还应特别注意如下事项:
1)在满足泵送工艺要求的前提下,泵送混凝土的坍落度应尽量小,以免混凝土在振捣过程中产生离析和泌水。
2)泵送混凝土时,输送管路起始水平管段长度不应小于15m。除出口处可采用软管外,输送管路的其他部位均不得采用软管。输送管路应用支架、吊具等加以固定,不与模板和钢筋接触。高温或低温环境下,输送管路分别用湿帘和保温材料覆盖。
3)向下泵送混凝土时,管路与垂线的夹角不小于12°,以防止混入空气引起管路阻塞。
4 混凝土浇筑
1)浇筑混凝土前,由专人认真核实钢筋保护层垫块的位置、数量及其紧固程度。构件侧面和底面的垫块至少应为4个/m 2,绑扎垫块和钢筋的铁丝头不得伸入保护层内。当采用细石混凝土垫块时,其抗腐蚀能力和抗压强度应高于构件本体混凝土,且水胶比不大于0.4。当采用塑料垫块时,塑料的耐碱和抗老化性能良好、抗压强度不低于50MPa。
2)混凝土入模前,按规定测定其温度、坍落度、水胶比和含气量等工作性能,拌和物性能符合要求的混凝土方可入模浇筑。
3)当由高处浇筑混凝土时,混凝土的自由倾落高度不得超过2m,当超过2m时,则采用串筒、溜管或振动溜管等设施辅助下落保证混凝土不出现分层离析现象
4)混凝土的浇筑采用分层连续推移的方式进行,浇筑间隙时间不超过混凝土的初凝时间(一般不超过90min),不得随意留置施工缝。
5 混凝土浇筑的温度控制
1)浇筑混凝土时,应按规定检测混凝土入模温度,并记录环境气温、相对湿度、风速等参数。2)在炎热季节浇筑混凝土时,应避免模板和新浇混凝土受阳光直射,梁体混凝土入模前模板和钢筋的温度以及附近的局部气温不超过35℃。尽可能安排在傍晚浇筑而避开炎热的白天,也不宜在早上浇筑以免气温升到最高时加剧混凝土内部温升。3)当昼夜平均气温连续3d低于5℃或最低气温低于-3℃时,采取冬期施工措施;当工地昼夜平均气温高于30℃时,采取夏期施工措施。4)在相对湿度较小、风速较大的环境下浇筑混凝土时,采取适当挡风措施,防止混凝土失水过快,此时应避免浇筑有较大暴露面积的构件。5)浇筑大体积混凝土结构前,根据结构截面尺寸大小采取搭设遮阳棚、预设循环冷却水系统等来控制混凝土的降温和防裂,浇筑混凝土过程中按要求在混凝土表面和内部埋设测温元件。
6 混凝土振捣
1)混凝土振捣采用插入式高频振动棒、附着式高频振捣器、表面平板高频振捣器等振捣设备。振捣时不得碰撞模板、钢筋及预埋铁件。2)混凝土振捣按规定的工艺路线和方式进行,在混凝土浇筑过程中及时将浇筑的混凝土均匀振捣密实,不得随意加密振点或漏振,每点的振捣时间以表面泛浆或不冒大气泡为准,一般不超过30s,避免过振。3)采用插入式高频振捣器振捣混凝土时,采用垂直点振方式振捣。若需变换振捣棒位置,首先竖向缓慢将振捣棒拔出,然后再将振捣棒移至新的位置,不得将振捣棒放在拌和物内平拖,也不得用插入式振捣棒平拖驱赶下料口处堆积的拌和物。4)在振捣混凝土过程中,加强检查模板支撑的稳定性和接缝的密合情况,安排专人负责监视模板、管道、钢筋和预埋件,螺栓松动、模板变形时及时采取措施予以处理。混凝土浇筑完后,应仔细将混凝土表面压实抹平,抹面时严禁洒水。
7 混凝土养护
1)高温、高湿度季节养护方案。在夏季或春末、秋初季节,温度相对较高、湿度较大,为保证混凝土芯部温度不超过60℃,不采用蒸汽养护方案,用常规的自然养护即可,在混凝土浇筑过程中,提浆整平机抹面作业完成后,即应对暴露在自然环境中的混凝土开始自然养护。此时养护罩要及时跟进,做到收面与覆盖基本同步。在养护罩内安装喷水设施,对混凝土进行喷水养护,保证在降温过程中混凝土的湿度,同时可防止混凝土表面暴露在阳光直射或风、雨天气环境中产生的收缩裂缝。2)低温、干燥季节养护方案。为加快制梁进度缩短工期,在冬季或春初、深秋季节等低温、干燥环境下采用蒸汽养护方案。
8 结语
提高混凝土工程的耐久性,并不意味混凝土成本一定增加,甚至还可能导致成本的降低,施工过程控制尤为关键。
摘要：结合铁路桥梁混凝土耐久性要求,对其耐久性控制进行了探讨,分别从原材料、搅拌、泵送、浇筑、养护等环节入手,阐述了具体的控制措施和注意事项,以期指导实践。