混凝土耐久性研究综述.doc

学 年 论 文混凝土耐久性研究综述 学生姓名 叶儒剑 学 号 10134237 院 系 工学院 专 业 土木工程 指导教师 杨丽君 完成日期 2013-6-9 混凝土耐久性研究综述摘 要: 混凝土结构虽然是一种应用非常广泛的结构形式，但因其材料自身和使用环境的特点，在有些情况下出现较严重的耐久性问题，这已经给各国带来了巨大的经济损失和财政负担。本文主要阐述了国内外混凝土耐久性的研究发展现状，并介绍了提高混凝土耐久性的措施与方法。关键词: 混凝土耐久性； 经济损失； 引言混凝土结构的耐久性是指结构在使用过程中，在内部的或外部的、人为的或自然的因素作用下，保持自身工作能力的一种性能1，指结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下，在设计要求的使用期内，不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力2。长期以来，耐久性不足导致结构破坏的事故时有发生，造成的损失也是难以估量的。混凝土结构的耐久性问题十分复杂，常见的破坏因素分为九大类：冻融循环、碳酸化、碱集料反应、钢筋锈蚀、化学腐蚀、海水侵蚀、淡水溶蚀、应力破坏及多因素综合作用，在这些破坏因素的作用下，混凝土的使用寿命大为缩短。由结构混凝土耐久性不足造成的后果是非常严重的。美国1975年由于腐蚀引起的损失达700亿美元，1985年则达1680亿美元2： 1991年仅修复由于耐久性不足而损坏的桥梁就耗资910亿美元3。英国每年用于修复钢筋混凝土结构的费用就达200亿英镑4。建国初期的建筑均已达到必须大修的状态；现有大多数工业建筑不能满足安全、经济使用50年的要求，一般使用2530年就需大修加固56.提高混凝土耐久性就是要针对这些内外影响因素采取合理有效的技术措施和管理措施。1 国内外混凝土耐久性研究现状1.1 氯离子侵蚀环境下混凝土结构耐久性研究钢筋腐蚀是影响混凝土耐久性的主要因素，氯离子又是导致钢筋腐蚀的主要原因，而处于海洋及除冰盐等氯侵蚀环境下由于氯离子侵入造成的混凝土结构破坏是最严重的。目前氯离子对混凝土钢筋的腐蚀机理已有较多的研究，而氯离子对混凝土的侵入却尚未有一个统一的模型7。氯离子对混凝土结构耐久性的最大影响在于它会侵入混凝土，破坏钢筋表面的钝化膜，从而造成钢筋锈蚀。一般情况下，以扩散为主来建立氯离子在混凝土中的传输模型。从上个世纪60年代以来，氯离子环境下混凝十材料的耐久性问题越来越引起世界各国的普遍关注。1976年美国试验与材料协会(ASTM)召开了氯化物腐蚀问题专题会议，专门对氯离子环境下混凝十耐久性问题进行了探讨，以后每年都对此问题进行立项研究。英国也于1979年在伦敦召开了专门的学术会议，探讨如何防护氯离子对钢筋混凝上结构物的腐蚀。到了上个世纪八、九十年代，很多发达国家的大量钢筋混凝土结构物老化问题严重，氯离子环境下钢筋混凝土结构物的耐久性问题得到了高度重视，开始在各自的研究成果基础上制定耐久性设计规范和指南，如1992年ACl201委员会编制的耐久性混凝土指南、1992年欧洲CEB颁布的耐久性混凝上设计指南等。1991年全国钢筋混凝土标准技术委员会下成立了“混凝土耐久性学组”，1992年中国土木工程学会混凝土及预应力混凝土分科学会下成立了“混凝土耐久性专业委员会”。1.2 硫酸盐侵蚀下混凝土的耐久性研究.硫酸盐侵蚀是混凝土耐久性的一个重要内容，同时也是影响因素最复杂，危害性最大的一种环境侵蚀。土壤、地下水、海水、腐烂的有机物以及工业废水中都含有硫酸根离子，它们渗入混凝土内部并与水泥水化产物发生反应，使混凝土产生膨胀、开裂、剥落等现象，从而使得混凝土的强度降低直至丧失。从SO42-的来源看，混凝土的硫酸盐侵蚀可分为内部和外部侵蚀。内部侵蚀是由于混凝土组分本身带有的硫酸盐引起的，而外部侵蚀是环境中的硫酸盐对混凝土的侵蚀。外部侵蚀可分为两个过程：(1) SO42-由环境溶液进入混凝土孔隙中，这是一个扩散过程，其扩散速率决定于混凝土的抗渗性；(2) SO42-与其他物质的反应过程。近年来，由于含硫酸盐外加剂及含硫酸盐集料的大量采用，内部硫酸盐侵蚀也成为研究热点8。但是与混凝土耐久性中其它问题如抗冻性、抗渗性、碳化和碱一集料反应等相比，对硫酸盐侵蚀的研究还远远不够，具体体现在：(1)对混凝土硫酸盐侵蚀破坏机理的认识只是表面上的，缺乏深入的全面的系统研究。如钙矾石与石膏的形成条件，结晶速度，结晶数量与结晶压力的关系，混凝土的工作条件与硫酸盐侵蚀的类型、速度的关系等都只是定性的了解，缺乏定量的深入研究；(2)我国的环境水侵蚀判定标准GB74965试验方法基本上是沿用前苏联的1954年的标准CH249和H11454，未能反映几十年来在硫酸盐侵蚀研究方面的新进展与新成果：(3)缺乏对防治硫酸盐侵蚀方法的研究。一些工程单位由于对混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理认识不够，在处理和修补遭受硫酸盐侵蚀破坏的建筑物时，往往由于材料选择不当而无法取得预期效果。从七十年代开始，我国的一些科研单位如国家建材局建筑材料科学研究院、铁道部科学研究院、冶金设计研究院和水利水电科学研究院等单位都曾针对具体工程破坏实例，对混凝土硫酸盐侵蚀问题进行广泛的研究，取得了许多有益的科研成果，并制定了环境水侵蚀判定标准和比较不同水泥抗硫酸盐侵蚀能力的国家标准试验方法GB749-65和GB2420-80。2 提高混凝土耐久性的措施与方法技术措施主要有材料、外加剂和结构设计三个方面。2.1合理选择混凝土材料和配合比(1)合理选择水泥品种不同品种的水泥对化学结合能力、混凝土抗渗性、强度的形成、耐腐蚀性、耐冻性和延缓碳化的能力有比较大的差别在一般环境条件下，直选择低水化热和低含碱量的水泥，不宜选择早强水泥。(2)合理选择混凝土的骨料骨料在混凝土中所占的体积最大，因此，混凝土的骨料除要求质地坚硬和有足够的强度外，还必须具有稳定的物理和化学性质9。(3)控制水胶比和水泥用量控制水胶比是为了减少混凝土拌合物凝结后多余的水溢出所产生的毛细孔道和孔隙、减小混凝土的渗透性，防止冻融破坏。控制水泥用量也是为了保证混凝土的密实性，通常规定混凝土在某一环境使用条件时的最低水泥用量。(4)选用优质掺合料，配置高耐久性混凝土掺加部分粉煤灰或细磨矿渣或硅灰是配置高耐久性混凝土必不可少的组分。这可以减少水泥用量，改善混凝土中细微颗粒的级配，提高浆体和界面的致密性。(5)在选择和使用各种材料时，限制氯盐含量限制使用材料的氯盐含量是减少混凝土氯盐含量的第一步，也是人们可以进行控制的。外部使用环境的氯盐控制目前尚没有很好的办法予以解决。2.2使用性能良好的外加剂提高混凝土的密实性，减少混凝土的渗透性可以提高混凝土的抗侵蚀能力。混凝土的渗透性控制着水及侵蚀性液体或气体渗入的速率，同时，也能抑制水泥浆体中的毛细传递作用，因此，渗透性与混凝土的耐久性有着最为密切的关系，大幅度提高混凝土的抗渗性是改善其耐久性的关键。使用高效减水剂和引气剂，可以较大地提高混凝土的抗渗透性，恰当地使用一些养护剂、阻锈剂等，也可以改善和提高混凝土的耐久性10。2.3合理的结构设计和构造设计(1)保证有足够的混凝土保护层厚度混凝土的高碱性可使钢筋表面形成致密的钝化膜，对钢筋有良好的保护作用。混凝土保护层可以阻止外界侵蚀介质、氧气和水分的渗入，保护作用的效果与混凝土的密实度和保护层的厚度密切相关。适当加大混凝土保护层的厚度是提高混凝土耐久性、延长混凝土结构使用寿命的重要措施。(2)合理地设计结构及构造对易于发生耐久性问题的结构或构件部位，在设计中应通过合理的结构设计和合理的构造措施予以克服。例如，使建筑物利于排水，以保证混凝土的干燥；合理进行结构布置以及地基处理，减少建筑物不均匀沉降造成的裂缝等。3. 结束语混凝土耐久性问题导致建筑结构的安全性能和使用性能降低，严重影响建筑工程项目全寿命的经济效益。混凝土耐久性问题主要包括混凝土碳化、钢筋锈蚀、混凝土冻融破坏和混凝土碱-骨料反应等。它们的机理和对结构性能的影响不同，其中钢筋腐蚀是影响混凝土耐久性的最主要原因。混凝土在氯离子侵蚀下的耐久性研究现在在国内已经有一定历史，但是对混凝土在硫酸盐侵蚀下的耐久性研究却远远不够。提高混凝土耐久性必须采取有效的技术措施和管理措施，包括合理选择混凝土材料和配合比、使用性能良好的外加剂、合理的结构设计和构造、加强施工管理等。对恶劣环境下的混凝土结构，需要采用特别的防护措施和技术。提高混凝土耐久性将产生良好的经济、社会和环境效益。混凝土结构的安全性、适用性和耐久性是保证结构可靠性不可缺少的要求。如果没有耐久性问题，结构的安全性和适用性通常是恒定的。混凝土耐久性问题导致了结构的安全性和适用性不断降低，当混凝土结构的耐久性达到一定程度时，结构的安全性和适用性就无法保证。因此，研究混凝土耐久性并将之提高改善将具有非常现实的意义。参考文献:1 金伟良，赵羽习混凝土结构耐久性研究的回顾与展望J浙江大学学报，2002，36(4)：371-3812 冯乃谦混凝土及混凝土结构物的耐久性J施工技术，1995，7：35-373 卢木混凝土研究现状和研究方向J工业建筑，1997，27(5)：1-44 METHPAPKConcrete durability：fifty years progress AProceeding of 2nd International Conference on Concrete DurabilityCACI SPl26-1，1991，1-335 邸小坛混凝土结构的耐久性综合调查报告混凝土结构耐久性综合调查组，1990.16 韩继云，蔡鲁生钢筋混凝土构件中钢筋锈蚀的试验研究中国建研院结构所，1991.97 龚洛书，刘春圃混凝土的耐久性及其防护修补M北京：中国建筑工业出版社，19908 胡曙光，覃立香，丁庆军，熊晓平矿渣对混凝土抗硫酸盐侵蚀性的影响J武汉工业大学学报1998(11)：66-699 田培，王玲，姚燕等碱集料反应破坏特征重点工程混凝土耐久性的研究与工程应用M北京：中国建材工业出版社，200010 李田，刘西拉混凝土结构的耐久性设计J土木工程学报，1994