混凝土結(jié)構(gòu)耐久性淺談

1、<p><b>　　網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院</b></p><p>　　本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）</p><p>　　題 目： 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性淺談 </p><p>　　學(xué)習(xí)中心： </p><p>　　層 次： 專科起點(diǎn)本科 </p>

2、<p>　　專 業(yè)： 土木工程 </p><p>　　年 級(jí)： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　學(xué) 生： </p><p>　　指導(dǎo)教師：

3、</p><p>　　完成日期： 2013年 11 月 14 日</p><p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　混凝土由于其具有經(jīng)濟(jì)、耐久、節(jié)能等眾多優(yōu)點(diǎn),而成為重要的建筑材料,其應(yīng)用范圍十分廣泛。作為目前世界最大宗的人造建筑材料,其在給人類帶來巨大文明進(jìn)步的同時(shí),也面臨由此造成的嚴(yán)峻的資源、能源和環(huán)境問題。

4、傳統(tǒng)意義上的混凝土由于自身結(jié)構(gòu)材料和使用環(huán)境的特點(diǎn),還存在著嚴(yán)重的耐久性問題,已不能滿足混凝土行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展的要求。因此,提高混凝土的耐久性是實(shí)現(xiàn)混凝土環(huán)?；?、節(jié)約化的積極有效措施。本文綜述了耐久性對(duì)混凝土的重要意義,并著重分析了影響混凝土耐久性的主要因素。最后介紹了目前世界上提高混凝土的耐久性的研究結(jié)果以及目前國(guó)際上對(duì)混凝土的耐久性設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：耐久性；混凝土；影響因素</

5、p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　內(nèi)容摘要I</b></p><p><b>　　引 言1</b></p><p><b>　　1 緒論2</b></p><p>　　1.1 混凝

6、土耐久性問題的提出2</p><p>　　1.2 混凝土耐久性的概念2</p><p>　　2 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題的分析3</p><p>　　2.1 混凝土凍融破壞3</p><p>　　2.1.1 破壞機(jī)理3</p><p>　　2.1.2 影響因素4</p><p>

7、;　　2.2 混凝土滲透破壞4</p><p>　　2.2.1 破壞原因4</p><p>　　2.2.2 影響因素5</p><p>　　2.3 堿骨料反應(yīng)5</p><p>　　2.3.1 破壞原因5</p><p>　　2.3.2 影響因素6</p><p>　　2

8、.4 混凝土的碳化6</p><p>　　2.4.1 破壞原因6</p><p>　　2.4.2 影響因素7</p><p>　　2.5 鋼筋銹蝕7</p><p>　　2.5.1 破壞原因7</p><p>　　2.5.2 影響因素8</p><p>　　2.6 化學(xué)

9、侵蝕8</p><p>　　2.6.1 產(chǎn)生原因8</p><p>　　2.6.2 影響因素9</p><p>　　3 提高混凝土耐久性的措施10</p><p>　　4 案例分析12</p><p>　　5 結(jié)論與展望17</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)

10、18</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　混凝土結(jié)構(gòu)在其服務(wù)使用期間應(yīng)維持所需的強(qiáng)度和其他功能,混凝土結(jié)構(gòu)還必須能經(jīng)受住各種各樣的侵蝕破壞,這常被稱為混凝土具有耐久性。混凝土結(jié)構(gòu)以其整體性好、耐久性好、可塑性強(qiáng)、維修費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)廣泛使用于整個(gè)20世紀(jì)，發(fā)現(xiàn)混凝土的耐久性問題則是在60至70年代。一些國(guó)家的混凝土橋使用

11、了三四十年后，紛紛進(jìn)入老化期，出現(xiàn)如結(jié)構(gòu)混凝土的碳化、保護(hù)層剝落、裂縫的發(fā)展、鋼筋銹蝕、滲透凍融破壞、混凝土集料的化學(xué)腐蝕等等。我國(guó)七十年代后期建造的混凝土橋梁亦發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重的開裂現(xiàn)象。因而混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題已成為各國(guó)結(jié)構(gòu)工程師們不容忽視的一個(gè)問題。</p><p>　　混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性概括起來是指混凝土抵抗周圍不利因素長(zhǎng)期作用的性能。結(jié)構(gòu)耐久性問題主要表現(xiàn)為：混凝土損傷；鋼筋的銹蝕、脆化、疲勞、應(yīng)力腐蝕；以

12、及鋼筋與混凝土之間粘結(jié)錨固作用的消弱等三個(gè)方面。從短期效果而言，這些問題影響結(jié)構(gòu)的外觀和使用功能；從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，則為降低結(jié)構(gòu)安全度，成為發(fā)生事故的隱患，影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。因而混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題已成為各國(guó)結(jié)構(gòu)工程師們不容忽視的一個(gè)問題。針對(duì)這一問題，各國(guó)均提出各種解決方法，其中我國(guó)中國(guó)工程院院士吳中偉教授提出GHPC（綠色高性能混凝土）的概念在該技術(shù)領(lǐng)域?qū)儆诒容^先進(jìn)的觀念。</p><p><b>　　

13、1 緒論</b></p><p>　　1.1 混凝土耐久性問題的提出</p><p>　　我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中大國(guó)，正在從事著為世界所矚目的大規(guī)?；窘ㄔO(shè)，而財(cái)力有限，能源短缺，資源并不豐富，因此科學(xué)合理設(shè)計(jì)，優(yōu)質(zhì)的施工質(zhì)量來提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性及防腐性。延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命是擺在我們面前的一個(gè)很重要的課題和任務(wù)。</p><p>　　強(qiáng)度和耐久性是混凝土結(jié)

14、構(gòu)的兩個(gè)重要指標(biāo)，因此以往工程中習(xí)慣上只重視混凝土的強(qiáng)度，或片面追求高強(qiáng)度而忽視混凝土的耐久性。混凝土的耐久性是使用期限內(nèi)結(jié)構(gòu)保證正常功能的能力，關(guān)系到結(jié)構(gòu)物的使用壽命，隨著結(jié)構(gòu)物老化和環(huán)境污染加重，混凝土耐久性問題已引起了各主管和廣大設(shè)計(jì)施工者們重視。</p><p>　　1.2 混凝土耐久性的概念</p><p>　　混凝土的耐久性是指混凝土在實(shí)際使用條件下抵抗各種破壞因素的作用，長(zhǎng)

15、期保持強(qiáng)度和外觀完整性的能力。混凝土耐久性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用年限內(nèi)，在各種環(huán)境條件作用下，不需要額外的費(fèi)用加固處理而保持其安全性、正常使用和可接受的外觀能力。</p><p>　　混凝土結(jié)構(gòu)耐久性所包含的內(nèi)容為：抗?jié)B性，指混凝土抵抗液體和氣體滲透的能力；抗凍性，指混凝土抵抗冰凍的能力；抗腐蝕性，指混凝土在各種侵蝕性液體和氣體中，抵抗侵蝕的能力；混凝土的耐熱性，指混凝土在高溫作用下，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不遭受破壞，強(qiáng)度不顯著

16、喪失，具有一定化學(xué)穩(wěn)定性的性能；堿骨料反應(yīng)，堿骨料反應(yīng)條件是在混凝土配制時(shí)形成的，即配制的混凝土中只有足夠的堿和反應(yīng)性骨料，在混凝土澆筑后就會(huì)逐漸反應(yīng)，在反應(yīng)產(chǎn)物的數(shù)量吸水膨脹和內(nèi)應(yīng)力足以使混凝土開裂的時(shí)候，工程便開始出現(xiàn)裂縫。</p><p>　　2 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題的分析</p><p>　　如上一章所述，混凝土耐久性是指混凝土在實(shí)際使用過程中抵抗各種破壞因素作用，長(zhǎng)期保持強(qiáng)度和

17、外觀完整性的能力。主要包括抗凍性、抗?jié)B透性、抗堿集料反應(yīng)，抗腐蝕等幾個(gè)方面。</p><p>　　本章將從凍融破壞、滲透破壞、堿骨料反應(yīng)、混凝土的碳化、鋼筋銹蝕、化學(xué)侵蝕六個(gè)方面對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生耐久性失效的原因及影響因素進(jìn)行論述。</p><p>　　2.1 混凝土凍融破壞</p><p>　　混凝土凍融破壞是指混凝土在飽水或潮濕的狀態(tài)下，由于環(huán)境中溫度的正負(fù)變化

18、，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部松弛產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，反復(fù)的凍融循環(huán)造成混凝土由表及里逐漸剝蝕的破壞現(xiàn)象。</p><p>　　混凝土發(fā)生凍融破壞后，破壞作用不斷積累，裂縫不斷擴(kuò)大和深入，由外向里，直至混凝土破壞，而其現(xiàn)象就是從表層開始向內(nèi)逐層剝落。當(dāng)經(jīng)過反復(fù)多次的凍融循環(huán)以后，損傷逐步積累不斷擴(kuò)大，發(fā)展成互相連通的裂縫，使混凝土的強(qiáng)度逐步降低，最終嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期使用。</p><p>　　2.1.1

19、 破壞機(jī)理</p><p>　　混凝土凍害機(jī)理的研究始于20世紀(jì)30年代，有靜水壓假說、滲透壓假說等。但由于混凝土結(jié)構(gòu)凍害的復(fù)雜性，至今尚無公認(rèn)的、完全反映混凝土凍害機(jī)理的理論。直至現(xiàn)在，被廣大科研學(xué)者接受的最有價(jià)值的解釋是靜水壓假說和滲透壓假說的結(jié)合，這種結(jié)合奠定了混凝土抗凍性研究的理論基礎(chǔ)。</p><p>　　(1) 靜水壓假說：硬化混凝土的孔隙有凝膠孔、毛細(xì)孔、空氣泡等。各種孔隙之

20、間的孔徑差異很大。水轉(zhuǎn)變?yōu)楸鶗r(shí)體積膨脹9％，在冰凍過程中，混凝土孔隙中的部分孔溶液冰凍膨脹，迫使未結(jié)冰的孔溶液從結(jié)冰區(qū)向外遷移。孔溶液在可滲透的水泥漿體結(jié)構(gòu)中移動(dòng)，必須克服粘滯阻力，因而產(chǎn)生靜水壓，形成破壞應(yīng)力。</p><p>　　靜水壓假說能解釋成熟混凝土冰凍破壞的許多表現(xiàn)，它在引氣混凝土方面的應(yīng)用也較成功。但從水壓力本質(zhì)來理解它的作用應(yīng)是瞬時(shí)性的，隨著時(shí)間進(jìn)展危險(xiǎn)理應(yīng)逐漸消失才對(duì)。然而試驗(yàn)說明：混凝土冰凍破

21、壞有時(shí)隨時(shí)間而日益劇烈、嚴(yán)重。在水泥漿冰凍時(shí)，水分的運(yùn)動(dòng)大多不像通常設(shè)想那樣，遠(yuǎn)離冰凍地點(diǎn)而去，而恰恰是趨向冰凍地點(diǎn)；再次冰凍時(shí)的膨脹一般情形是隨冷卻速率增加而下降。這些都是靜水壓假說難以解釋的。</p><p>　　(2) 滲透壓假說：滲透壓假說認(rèn)為，由于混凝土孔溶液中含有鈉、鉀、鈣等鹽類，大孔中的部分溶液先結(jié)冰后，未凍溶液中鹽的濃度上升，與周圍較小孔隙中的溶液之間形成濃度差。這個(gè)濃度差的存在使小孔中溶液向已部

22、分凍結(jié)的大孔遷移。即使是濃度為0的孔溶液，由于冰的飽和蒸汽壓低于同溫下水的飽和蒸汽壓，小孔中的溶液也要向已部分凍結(jié)的大孔溶液中遷移。可見滲透壓是孔溶液的鹽濃度差和冰水飽和蒸汽壓差共同形成的。</p><p>　　2.1.2 影響因素</p><p>　　對(duì)于影響混凝土凍融破壞的主要因素總結(jié)起來大致有以下四個(gè)方面：</p><p>　　（1）水灰比：水灰比越大，使凝

23、土孔隙率越大，導(dǎo)致混凝土的吸水率增大，最終導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)凍融破壞嚴(yán)重；</p><p>　?。?）孔結(jié)構(gòu)和孔隙特征：連通毛細(xì)孔易吸水飽和，使混凝土凍害嚴(yán)重；若為封閉孔，則不易吸水，凍害就?。?lt;/p><p>　?。?）飽水度：若混凝土的孔隙非完全吸水飽和，冰凍過程產(chǎn)生的壓力促使水分向孔隙處遷移，從而降低冰凍膨脹應(yīng)力，對(duì)混凝土破壞作用就??；</p><p>　?。?）

24、混凝土自身強(qiáng)度：在相同的冰凍破壞應(yīng)力作用下，混凝土強(qiáng)度越低，凍害程度就越高。</p><p>　　2.2 混凝土滲透破壞</p><p>　　混凝土結(jié)構(gòu)的滲透破壞是指氣體、液體或者離子等有害介質(zhì)在混凝土中滲透、擴(kuò)散或遷移，最終導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)受到破壞?；炷两Y(jié)構(gòu)發(fā)生滲透破壞后，有害介質(zhì)首先破壞結(jié)構(gòu)表層混凝土，導(dǎo)致混凝土中發(fā)生鋼筋銹蝕、堿骨料反應(yīng)等變化，而這些變化多數(shù)伴隨著體積的膨脹，膨脹產(chǎn)

25、生的應(yīng)力又使得混凝土進(jìn)一步開裂，從而進(jìn)一步加大混凝土的滲透性，使得有害介質(zhì)的入侵更加迅速，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)循環(huán)往復(fù)產(chǎn)生更大范圍的破壞。因此混凝土的滲透性給有害介質(zhì)提供了入侵的通道，而有害介質(zhì)與混凝土發(fā)生的破壞性反應(yīng)則增大了混凝土的滲透性，兩者相互促進(jìn)，最終嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。</p><p>　　2.2.1 破壞原因</p><p>　　混凝土具有多種粒徑的孔隙，連通的孔隙會(huì)成為氣

26、體、液體或有害介質(zhì)進(jìn)入混凝土的通道，導(dǎo)致混凝土破壞。</p><p>　　混凝土的滲透機(jī)理是水與混凝土表面接觸時(shí)，壓力差和毛細(xì)孔壓力不斷促使水分向混凝土內(nèi)部遷移。隨著水分遷移的深入，水與毛細(xì)孔壁摩擦阻力增大，滲水速度隨滲透深度的增加成比例下降。當(dāng)水達(dá)到混凝土相反的一側(cè)時(shí)，毛細(xì)孔壓力就會(huì)改變方向，阻礙水分的滲出。若壓力差大于孔壁摩擦阻力和毛細(xì)阻力，則水將從混凝土相反的一側(cè)滴出；若壓力差小于摩擦阻力和毛細(xì)孔阻力，則水

27、的遷移為毛細(xì)孔遷移，此時(shí)的遷移速度取決于混凝土背水面水分的蒸發(fā)速度。</p><p>　　2.2.2 影響因素</p><p>　　影響混凝土滲透性的因素主要有水灰比、骨料最大粒徑、混凝土養(yǎng)護(hù)方法、水泥品種、外加劑等因素。具體影響情況為：</p><p>　?。?）混凝土的水灰比會(huì)影響混凝土孔隙的大小和數(shù)量，進(jìn)而直接影響混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)性。水灰比越小，混凝土越密實(shí)

28、，其抗?jié)B性越好，反之亦然。</p><p>　?。?）由于骨料和水泥漿的界面處易產(chǎn)生裂隙和較大骨料下方易形成孔穴，因此在水灰比相同時(shí)，混凝土骨料的最大粒徑越大，其抗?jié)B性能越差；</p><p>　　（3）蒸汽養(yǎng)護(hù)的混凝土，其抗?jié)B性較潮濕養(yǎng)護(hù)的混凝土要差。在干燥條件下，混凝土早期失水過多，容易形成收縮裂縫，因而降低混凝土的抗?jié)B性。而在潮濕環(huán)境中或水中硬化的混凝土，不但總孔隙率降低，而且孔徑也

29、較小。這就增加了混凝土密實(shí)性，提高了混凝土的抗?jié)B性；</p><p>　　（4）水泥的品種、性質(zhì)也影響混凝土的抗?jié)B性能。水泥的細(xì)度越大，水泥硬化體孔隙率越小，強(qiáng)度就越高，則其抗?jié)B性越好；</p><p>　　（5）在混凝土中摻入某些外加劑，如減水劑等，可減小水灰比，改善混凝土的和易性，因而可改善混凝土的密實(shí)性，即提高了混凝土的抗?jié)B性能；</p><p>　　2.3

30、 堿骨料反應(yīng)</p><p>　　混凝土中的堿與混凝土中的活性骨料發(fā)生反應(yīng)，生成膨脹性物質(zhì)，導(dǎo)致混凝土發(fā)生膨脹破壞，稱為堿骨料反應(yīng)。這種反應(yīng)引起明顯的混凝土體積膨脹和開裂，改變混凝土的微結(jié)構(gòu)，使混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)性能明顯下降，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全使用性，而其反應(yīng)一旦發(fā)生很難阻止，更不易修補(bǔ)和挽救，被稱為混凝土的“癌癥”。</p><p>　　2.3.1 破壞原因&l

31、t;/p><p>　　堿骨料反應(yīng)主要可分為堿與硅酸、堿與碳酸鹽及堿與硅酸鹽三種反應(yīng)。</p><p>　　（1）堿-硅酸反應(yīng)：是分布最廣、研究最多的堿骨料反應(yīng)，該反應(yīng)是指混凝土中的堿組分與骨料中的活性SiO2之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，其結(jié)果是導(dǎo)致骨料被侵蝕，生成堿-硅酸凝膠，并從周圍介質(zhì)中吸收水分而膨脹，導(dǎo)致混凝土開裂。</p><p>　?。?）堿-碳酸鹽反應(yīng)：是指混凝土中

32、的堿與碳酸鹽礦物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)引起混凝土的地圖狀開裂。堿-碳酸鹽反應(yīng)是孔溶液中的堿與骨料中的白云石之間的反應(yīng)。這一反應(yīng)不是發(fā)生在骨料顆粒與水泥砂漿的表面，而是發(fā)生在骨料顆粒的內(nèi)部，水鎂石Mg（OH）2晶體排列的壓力和粘土吸水膨脹，引起混凝土的內(nèi)部應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土開裂。</p><p>　　（3）堿-硅酸鹽反應(yīng)：是指混凝土中的堿與骨料中某些層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽發(fā)生反應(yīng)，使層狀硅酸鹽層間間距增大，骨料發(fā)生膨脹，致使混凝土膨

33、脹開裂。</p><p>　　2.3.2 影響因素</p><p>　　從堿骨料反應(yīng)發(fā)生的條件出發(fā)，分析該種破壞的影響因素主要是：</p><p>　?。?）活性骨料：引起混凝土堿骨料反應(yīng)的主要因素是混凝土中含有堿活性的骨料。因此在施工中盡量選擇無堿活性的骨料，在不得不采用具有堿活性的骨料時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土中總的堿量；</p><p>　

34、?。?）活性摻合料：摻用活性摻合料，如硅灰、礦渣、粉煤灰（高鈣高堿粉煤灰除外）等，對(duì)堿骨料反應(yīng)有明顯的抑制效果?；钚該胶狭吓c混凝土結(jié)構(gòu)中的堿起反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物均勻分散在混凝土中，而不是集中在骨料表面，不會(huì)發(fā)生有害的膨脹，從而降低了混凝土的含堿量，起到抑制堿骨料反應(yīng)的作用；</p><p>　?。?）水分：堿骨料反應(yīng)要有水分，如果沒有水分，反應(yīng)就會(huì)大為減少乃至完全停止。因此，要防止外界水分滲入混凝土結(jié)構(gòu)中以減輕堿骨料

35、反應(yīng)的危害。</p><p>　　2.4 混凝土的碳化</p><p>　　混凝土的碳化作用是指空氣中的二氧化碳?xì)怏w滲透到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鈣和水，使混凝土堿度降低的過程，這一過程又稱混凝土的中性化。</p><p>　　2.4.1 破壞原因</p><p>　　碳化的化學(xué)反應(yīng)式為：</p><p

36、>　　Ca（OH）2＋CO2＝CaCO3↓＋H2O</p><p>　　混凝土的碳化反應(yīng)結(jié)果有兩個(gè)方面：一方面，反應(yīng)生成碳酸鈣和其他固態(tài)物質(zhì)會(huì)堵塞在混凝土孔隙中，使混凝土的孔隙率下降，大孔減少，從而減弱了后續(xù)CO2的擴(kuò)散，使混凝土密實(shí)度提高；另一方面，孔隙中的Ca(OH)2濃度及PH值降低，導(dǎo)致鋼筋脫鈍而銹蝕。</p><p>　　2.4.2 影響因素</p><

37、;p>　　影響混凝土碳化的因素有很多，但概括其主要因素有兩方面，一方面是材料因素，另一方面是環(huán)境條件因素。</p><p>　?。?）材料方面：不同的水泥，其礦物組成、混合材量、外加劑、生料化學(xué)成分不同，直接影響水泥的活性和混凝土的堿度，對(duì)碳化速度有著重要的影響。一般而言，水泥中熟料越多，則混凝土的碳化速度越慢。不同的骨料品種和粒徑級(jí)配不同，其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)差別很大，直接影響混凝土的密實(shí)性。其材質(zhì)致密堅(jiān)實(shí)，級(jí)

38、配好的骨料混凝土，其碳化的速度較慢。水灰比的角度，在水泥用量一定的條件下，增大水灰比，其混凝土的孔隙率增加，密實(shí)度降低，滲透性增大，空氣中的水分及有害物質(zhì)較多的侵入混凝土內(nèi)部，加快混凝土的碳化。</p><p>　　（2）環(huán)境條件：溫度對(duì)混凝土碳化表現(xiàn)在當(dāng)溫度下降較大時(shí)，混凝土表面收縮產(chǎn)生拉力，一旦超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，使得混凝土表面開裂，為二氧化碳和水分滲入創(chuàng)造條件，加速混凝土碳化；另外，溫度高時(shí)，二氧化碳在空

39、氣中的擴(kuò)散系數(shù)較大，為其余氫氧化鈣反應(yīng)提供了有利條件，陽光的照射加速了其反應(yīng)的碳化速度。另外，影響混凝土碳化程度的因素還有養(yǎng)護(hù)方法和齡期，混凝土強(qiáng)度，相對(duì)濕度，CO2濃度等等。</p><p><b>　　2.5 鋼筋銹蝕</b></p><p>　　混凝土中水泥水化后，會(huì)生成堿性的氫氧化鈣，導(dǎo)致混凝土孔隙中的水分有很高的堿性，在鋼筋表面形成一層致密的鈍化膜，因此在

40、正常情況下鋼筋不會(huì)銹蝕；但鈍化膜一旦破壞，在有足夠水和氧氣條件下會(huì)產(chǎn)生電化腐蝕?；炷林袖摻钜坏┌l(fā)生銹蝕，在鋼筋表面生成一層疏松的銹蝕產(chǎn)物，同時(shí)向周圍混凝土孔隙中擴(kuò)散。混凝土中的鋼筋銹蝕后，一方面會(huì)使鋼筋有效截面減小，另一方面，銹蝕產(chǎn)物體積膨脹使混凝土保護(hù)層脹裂甚至脫落，鋼筋混凝土之間的粘結(jié)作用下降。</p><p>　　2.5.1 破壞原因</p><p>　　混凝土中鋼筋銹蝕的實(shí)質(zhì)是

41、電化學(xué)腐蝕。主要表現(xiàn)為鋼筋在外部介質(zhì)作用下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，逐步生成氫氧化鐵（即鐵銹）等，鐵銹的體積會(huì)比原金屬增大2~4倍，產(chǎn)生膨脹壓力，造成混凝土順筋裂縫，從而成為腐蝕介質(zhì)滲入鋼筋的通道，加快結(jié)構(gòu)的損壞。</p><p>　　2.5.2 影響因素</p><p>　　鋼筋銹蝕的開始是從鋼筋周圍的鈍化膜破壞開始的，因此影響混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕的因素主要有：</p><p&

42、gt;　?。?）混凝土液相pH值：鋼筋銹蝕速度與混凝土液相pH值有密切關(guān)系。當(dāng)pH值大于10時(shí)，鋼筋銹蝕速度很?。欢?dāng)pH值小于4時(shí)，鋼筋銹蝕速度急劇增加。</p><p>　?。?）混凝土密實(shí)度和保護(hù)層厚度：混凝土越密實(shí)，破壞性介質(zhì)越不容易進(jìn)入混凝土腐蝕鋼筋；保護(hù)層厚度對(duì)鋼筋銹蝕的影響呈線性關(guān)系，因此世界各國(guó)規(guī)范對(duì)保護(hù)層厚度都作了規(guī)定。</p><p>　?。?）水泥品種和摻合料：粉煤灰

43、等礦物摻合料能降低混凝土的堿性，從而影響鋼筋銹蝕破壞。</p><p><b>　　2.6 化學(xué)侵蝕</b></p><p>　　一些侵蝕性介質(zhì)，比如酸、堿、硫酸鹽、壓力動(dòng)水等，侵入混凝土，可能會(huì)造成混凝土的化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕主要有三類，分別為溶出性侵蝕、溶解性侵蝕和膨脹性侵蝕。</p><p>　　2.6.1 產(chǎn)生原因</p>

44、<p>　?。?）溶出性侵蝕：對(duì)于一些密實(shí)性較差、滲透性較大的混凝土，在一定壓力的流動(dòng)水中，水化產(chǎn)物Ca（OH）2會(huì)不斷溶出并流失。Ca（OH）2的溶出使水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣失去穩(wěn)定性而水解、溶出，這些水化產(chǎn)物的溶出使混凝土的強(qiáng)度不斷降低。</p><p>　　（2）溶解性侵蝕：溶解性侵蝕分為酸侵蝕和堿侵蝕兩類。當(dāng)環(huán)境水的PH值小于6.5時(shí)，會(huì)對(duì)混凝土造成酸侵蝕；由于水泥的水化會(huì)生成堿性物質(zhì)，因此

45、混凝土中呈堿性，當(dāng)堿在一定的濃度（15%以下）、溫度（低于50℃）時(shí)，堿對(duì)混凝土的侵蝕作用很小，但是對(duì)于高濃度的堿溶液或者熔融狀堿會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生侵蝕作用。</p><p>　?。?）膨脹性侵蝕：硫酸鹽與混凝土的水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對(duì)混凝土產(chǎn)生膨脹破壞作用，是典型的膨脹性侵蝕。</p><p>　　2.6.2 影響因素</p><p>　　結(jié)構(gòu)的密實(shí)程度和孔隙特征

46、對(duì)混凝土化學(xué)侵蝕會(huì)有所影響；結(jié)構(gòu)密實(shí)和孔隙封閉的混凝土，環(huán)境水不易侵入，故其抗侵蝕性較強(qiáng)。</p><p>　　3 提高混凝土耐久性的措施</p><p>　　根據(jù)對(duì)影響混凝土耐久性的主要因素的分析,就可以找出提高混凝土耐久性的主要技術(shù)途徑。如上分析,要提高混凝土的耐久性,必須降低混凝土的孔隙率,特別是毛細(xì)管孔隙率,最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但如果純粹的降低用水量,混凝土的工

47、作性將隨之降低,又會(huì)導(dǎo)致?lián)v實(shí)成型共所困難,同樣造成混凝土結(jié)構(gòu)不致密,甚至出現(xiàn)蜂窩等宏觀缺陷,不但混凝土強(qiáng)度降低,而且混凝土的耐久性也同時(shí)降低。目前提高混凝土耐久性基本有以下幾種方法:</p><p>　　3.1 原材料的選擇 </p><p>　　水泥類材料的強(qiáng)度和工程性能,是通過水泥砂漿的凝結(jié),硬化形成的,水泥石一旦受損,混凝土的耐久性就被破壞,因此水泥的選擇需注意水泥品種的具體性能,選

48、擇堿含量小,水化熱低,干縮性小,耐熱性,抗水性,抗腐蝕性,抗凍性能好的水泥,并結(jié)合具體情況進(jìn)行選擇。水泥強(qiáng)度并非是決定混凝土強(qiáng)度和性能的唯一標(biāo)準(zhǔn),如用較低標(biāo)號(hào)水泥同樣可以配制高標(biāo)號(hào)混凝土。因此,工程中選擇水泥強(qiáng)度的同時(shí),需考慮其工程性能。</p><p>　　3.2集料與摻合料 </p><p>　　集料的選擇應(yīng)考慮其堿活性,防止堿集料反應(yīng)造成的危害,集料的耐蝕性和吸水性,同時(shí)選擇合理的級(jí)

49、配,改善混凝土拌合物的和易性,提高混凝土密實(shí)度;大量研究表明了摻粉煤灰,礦渣,硅粉等混合材能有效改善混凝土的性能,改善混凝土內(nèi)孔結(jié)構(gòu),填充內(nèi)部空隙,提高密實(shí)度,高摻量混凝土還能抑制堿集料反應(yīng)。 </p><p>　　3.3 混凝土的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮耐久的要求 </p><p>　　混凝土配比的設(shè)計(jì) 配合比設(shè)計(jì)在滿足混凝土強(qiáng)度,工作性的同時(shí)應(yīng)考慮盡量減少水泥用量和用水量,降低水化熱,減少收縮裂縫,

50、提高密實(shí)度,采用合理的減水劑和引氣劑,改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu),摻入足量的混合料,提高混凝土耐久性能。 </p><p>　　3.4混凝土工程施工應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)耐久性 </p><p>　　混凝土的拌制盡量采用二次攪拌法,裹砂法,裹砂石法等工藝,提高混凝土拌合料的和易性,保水性,提高混凝土強(qiáng)度,減少用水量;大體積混凝土的澆筑振搗應(yīng)控制混凝土的溫度裂縫,收縮裂縫,施工裂縫,建立混凝土的澆筑振搗制度,提

51、高混凝土密實(shí)度和抗?jié)B性,重視混凝土振搗后的表面工序,并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),以減少混凝土裂縫。混凝土的施工過程對(duì)控制構(gòu)件外觀裂縫,施工裂縫至關(guān)重要,應(yīng)加強(qiáng)施工質(zhì)量管理,特殊季節(jié)施工的混凝土結(jié)構(gòu),尚應(yīng)采取特殊措施。</p><p>　　3.5 結(jié)構(gòu)的日常維護(hù) </p><p>　　結(jié)構(gòu)在使用階段,應(yīng)注意檢測(cè),維護(hù)和修理,對(duì)處于露天和惡劣環(huán)境下的基礎(chǔ)設(shè)施工程更應(yīng)如此,建立檢測(cè)和評(píng)估體系,及時(shí)發(fā)現(xiàn),及時(shí)修理

52、,確?；炷两Y(jié)構(gòu)的正常使用。 </p><p><b>　　4 案例分析</b></p><p>　　洋山深水港東海大橋結(jié)構(gòu)耐久性分析</p><p>　　上海東海大橋工程是上海國(guó)際航運(yùn)中心的集裝箱深水樞紐港的三大重要配套工程之一，為洋山深水港區(qū)集裝箱陸路集疏運(yùn)和供水、供電、通訊等需求提供服務(wù)，是我國(guó)第一座長(zhǎng)距離跨海大橋。 <

53、/p><p>　　大橋起始于上海南匯區(qū)蘆潮港，北與滬蘆高速公路相連，南跨杭州灣北部海域，直達(dá)浙江嵊泗縣小洋山島，全長(zhǎng)32.5公里。按雙向六車道高速公路的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，橋?qū)?1.5米，設(shè)計(jì)車速80公里/小時(shí)。大橋主體結(jié)構(gòu)為混凝土結(jié)構(gòu)，全橋混凝土用量約100萬立方，設(shè)計(jì)使用壽命100年，于2005年5月建成通車</p><p>　　東海大橋面臨的耐久性問題</p><p>　　

54、東海大橋地處北亞熱帶南緣、東北季風(fēng)盛行區(qū)，受季風(fēng)影響冬冷夏熱，四季分明，降水充沛，氣候變化復(fù)雜，多年平均氣溫為15.8℃，海區(qū)全年鹽度一般在10.00%～32.00%之間變化，屬強(qiáng)混合型海區(qū)，海洋環(huán)境特征明顯。 </p><p>　　在海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕荷載主要由氣候和環(huán)境介質(zhì)侵蝕引起。主要表現(xiàn)形式有鋼筋銹蝕、凍融循環(huán)、鹽類侵蝕、溶蝕、堿—集料反應(yīng)和沖擊磨損等。東海大橋位于典型的亞熱帶地區(qū)，嚴(yán)重

55、的凍融破壞和浮冰的沖擊磨損可不予考慮。鎂鹽、硫酸鹽等鹽類侵蝕和堿骨料反應(yīng)破壞則可以通過控制混凝土組分來避免。這樣鋼筋銹蝕破壞就成為最主要的腐蝕荷載。 </p><p>　　混凝土中鋼筋銹蝕可由兩種因素誘發(fā)：一是海水中Cl-侵蝕，二是大氣中的CO2使混凝土中性化。國(guó)內(nèi)外大量工程調(diào)查和科學(xué)研究結(jié)果表明，海洋環(huán)境下導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕破壞的主要因素是Cl-進(jìn)入混凝土中，并在鋼筋表面集聚，促使鋼筋產(chǎn)生電化學(xué)

56、腐蝕。在東海大橋周邊沿海碼頭調(diào)查中亦證實(shí)，海洋環(huán)境中混凝土的碳化速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Cl-滲透速度，中等質(zhì)量的混凝土自然碳化速度平均為3mm/10年。因此，影響東海大橋結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的首要因素是混凝土中的Cl-滲透速度。 </p><p>　　東海大橋結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì) </p><p>　　構(gòu)件暴露部位的劃分 </p><p>　　根據(jù)我國(guó)交

57、通部《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)規(guī)范》（JTJ275-2000）有關(guān)條文規(guī)定，海水環(huán)境結(jié)構(gòu)部位劃分為大氣區(qū)、浪濺區(qū)、水位變動(dòng)區(qū)及水下區(qū)。 </p><p>　　根據(jù)國(guó)內(nèi)外海工混凝土的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋腐蝕最嚴(yán)重的是浪濺區(qū)，其它依次是水位變動(dòng)區(qū)、大氣區(qū)、水下區(qū)。長(zhǎng)期處于水下的混凝土結(jié)構(gòu)由于缺乏供氧條件，鋼筋腐蝕極為緩慢。因此，在東海大橋設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)各構(gòu)件所處的環(huán)境條件，有針對(duì)性地采取不同的防腐蝕要

58、求和措施</p><p>　　大橋結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性設(shè)計(jì) </p><p>　　大橋主結(jié)構(gòu)（混凝土鉆孔樁、承臺(tái)、墩柱和箱梁等），根據(jù)所處的環(huán)境，取不同的保護(hù)層厚度，采用高性能混凝土為基本措施；對(duì)于混凝土保護(hù)層相對(duì)較小且位于浪濺或潮差區(qū)等部位，采用混凝土外保護(hù)涂層等附加措施。 </p><p>　　結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)構(gòu)件混凝土的強(qiáng)度等級(jí)要求，并考慮施工工

59、藝和環(huán)境條件，對(duì)各部位混凝土采取的具體耐久性方案如表1。</p><p>　　表1 東海大橋海上段混凝土結(jié)構(gòu)耐久性方案</p><p><b>　　相應(yīng)的施工工藝 </b></p><p>　　為確保結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，具有優(yōu)良可靠的施工程序和工藝是必須的。東海大橋的混凝土工程在施工中依據(jù)澆筑部位的特點(diǎn)制定了合理的工序，采用了不少

60、先進(jìn)的技術(shù)和工藝，其中具有代表性的是： </p><p>　　1、鉆孔灌注樁混凝土工程 </p><p><b>　?。?）澆筑 </b></p><p>　　采用兩艘120型拌和船拌機(jī)拌制自密實(shí)混凝土，拌和時(shí)間不少于130s。而后由拌和船上的布料桿直接輸送至孔上的導(dǎo)管中。輸送水平距離和垂直距離約38米，澆注時(shí)長(zhǎng)6

61、～10小時(shí)。 </p><p><b>　?。?）養(yǎng)護(hù) </b></p><p>　　因鉆孔灌注樁外圍為鋼護(hù)筒，厚度16mm，故不采取養(yǎng)護(hù)措施。 2、超長(zhǎng)超大混凝2、土箱梁混凝土工程 </p><p><b>　?。?）澆筑 </b></p><p>

62、;　　海上現(xiàn)澆箱梁混凝土澆筑由一艘拌和船拌制砼，拌和時(shí)間不少于130s，首先由拌和船布料桿將砼輸送至箱梁頂面，再由1臺(tái)輸送泵將砼輸送至指定地點(diǎn)(垂直距離20～30米，水平距離10～160米)，采用插入式振搗器搗實(shí)，薄層(每層厚度小于30cm)連續(xù)澆注，澆注時(shí)長(zhǎng)5～8小時(shí)。 </p><p>　　陸上預(yù)制箱梁混凝土澆筑由不少于6臺(tái)攪拌運(yùn)輸車代替攪拌船，其它與海上澆筑類似</p><p&

63、gt;<b>　?。?）養(yǎng)護(hù) </b></p><p>　　西引橋采用木模，具有較好的保溫效果，澆注完成后覆蓋一層塑料布進(jìn)行保濕養(yǎng)生，待砼終凝后，撤去塑料布，覆蓋兩層濕土工布，專人定期灑水養(yǎng)生，模板拆除后，在其表面噴養(yǎng)護(hù)劑。并在箱梁埋設(shè)傳感器監(jiān)測(cè)溫度，控制內(nèi)外溫差小于15度。東引橋采用鋼模，在其外噴聚胺脂保溫材料進(jìn)行保溫，東引橋由工期較緊，采用蒸汽養(yǎng)生，采用4t蒸汽鍋爐，設(shè)一根Φ1

64、33mm總管達(dá)到施工處，設(shè)三根Φ75mm分管，箱內(nèi)一根，間隔50cm設(shè)一3mm噴汽孔，箱頂二根，間隔1米設(shè)一根長(zhǎng)15米的4分管，該管間隔50cm設(shè)一3mm噴汽孔?？刂粕郎厮俣让啃r(shí)不大于10度，降溫每小時(shí)不大于3度，靜養(yǎng)6～10小時(shí)，蒸養(yǎng)62～72小時(shí)，降溫12～15小時(shí)，強(qiáng)度達(dá)到后繼續(xù)養(yǎng)生不少于15天。 </p><p>　　3、墩柱及超高橋塔混凝土工程 </p><p&

65、gt;<b>　?。?）混凝土澆筑 </b></p><p>　　采用兩臺(tái)強(qiáng)制式攪拌機(jī)(90型、60型拌和機(jī))拌制混凝土，每小時(shí)理論生產(chǎn)砼方量100方。拌和時(shí)間不少于130s。采用砼輸送車輸送，達(dá)到平臺(tái)后采用一臺(tái)60型輸送泵輸入墩身頂面</p><p>　　設(shè)串筒下料，自由高度小于2米，薄層連續(xù)澆注，插入式振搗器搗實(shí)。澆注時(shí)間3～8小時(shí)。 <

66、/p><p><b>　?。?）混凝土養(yǎng)護(hù) </b></p><p>　　在模板外噴聚胺脂保溫材料保溫，澆注完成后在砼表面覆蓋濕麻袋與土工布，專人養(yǎng)護(hù)，定期用淡水噴灑，埋設(shè)溫度傳感器監(jiān)測(cè)溫度，降溫達(dá)到規(guī)定要求后拆除模板，模板拆除后立即噴養(yǎng)護(hù)劑，養(yǎng)護(hù)噴完后圍掛二層土工布外包一層塑料布，進(jìn)行保溫保濕，養(yǎng)護(hù)期不少于15天。 </p><p

67、>　　4、承臺(tái)及大體積主橋承臺(tái)混凝土工程 </p><p><b>　?。?）混凝土澆筑 </b></p><p>　　引橋采用兩臺(tái)強(qiáng)制式攪拌機(jī)(90型、60型拌和機(jī))拌制混凝土，每小時(shí)理論生產(chǎn)砼方量100方。主橋除采用上述攪拌機(jī)外，另用砼拌和船輔助生產(chǎn)，拌和時(shí)間不少于130s。采用砼輸送車輸送，達(dá)到平臺(tái)后采用兩臺(tái)60型輸送泵輸入承臺(tái)中，薄層

68、(每層厚度不超過30cm)連續(xù)澆注，插入式振搗器搗實(shí)。引橋澆注時(shí)間6～10小時(shí)，主橋澆注時(shí)間12～24小時(shí)。 </p><p><b>　?。?）混凝土養(yǎng)護(hù) </b></p><p>　　承臺(tái)澆注收漿完成后，在砼的表面覆蓋若干層麻袋及土工布保溫保濕，在承臺(tái)外側(cè)噴聚胺脂保溫材料進(jìn)行保溫。在砼內(nèi)部設(shè)冷卻水管降溫，中間埋溫度傳感器，采用電腦監(jiān)測(cè)溫度，控制

69、內(nèi)外溫差小于25度，砼表面覆蓋麻袋與土工布，再蓋一層塑料布與三色布保溫保濕，表面保持1～2cm的水，防止承臺(tái)失水，冬季施工時(shí)合理安排工期，在0度與入模溫度低于5度時(shí)停止施工，選擇在氣溫較高的天氣時(shí)施工，保溫保濕措施同上。養(yǎng)生水采用淡水，養(yǎng)護(hù)期不少于15天</p><p><b>　　5 結(jié)論與展望</b></p><p>　　混凝土在使用期間,會(huì)受環(huán)境中的侵蝕性介質(zhì)

70、的侵入,產(chǎn)生物理和化學(xué)反應(yīng),導(dǎo)致混凝土性能劣化?；炷恋哪途眯詫?shí)質(zhì)上是抵抗這種劣化作用的能力。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類文明的進(jìn)步,人類生產(chǎn)活動(dòng)涉及的范圍越來越廣,各種在嚴(yán)酷環(huán)境下使用的混凝土工程,如跨海大橋、海洋工程、核反應(yīng)堆、電站大壩等不斷增多,這些工程關(guān)系國(guó)計(jì)民生,必須實(shí)現(xiàn)百年大計(jì)甚至千年大計(jì),這就更加要求混凝土具有高性能,優(yōu)異的耐久性即足夠長(zhǎng)的使用壽命。因此混凝土耐久性已成為國(guó)際工程界普遍關(guān)注的重大課題。外部條件是客觀存在的,提高

71、混凝土耐久性的關(guān)鍵是減少混凝土中對(duì)腐蝕性介質(zhì)易感的組分,同時(shí)提高混凝土本身的密實(shí)性,盡可能減少原生裂縫,使混凝土硬化后體積穩(wěn)定而不產(chǎn)生收縮裂縫。當(dāng)混凝土水膠比低、參用高效減水劑摻量大及摻加多種礦物活性摻合料能提高混凝土的耐久性。以高耐久性為核心內(nèi)容的。  但是混凝土在使用過程中也需要針對(duì)具體情況，并考慮當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況—如原材料中的氯離子和堿含量以及施工工序的可行性等，混凝土配合比經(jīng)濟(jì)上合理性。應(yīng)采取以高性能混凝土技術(shù)為

72、核心的綜合耐久性施工理念，通過符合工程實(shí)際情況和技術(shù)水平的施工措施和質(zhì)量控制措施，確?；炷?lt;/p><p>　　耐久性研究的趨勢(shì)就是開展混凝土結(jié)構(gòu)、組成材料、構(gòu)件體系三個(gè)層次的耐久性研究、分析影響耐久性的因素。弄清其組成材料在不同應(yīng)力水平及不同使用環(huán)境下的損傷、破壞機(jī)理及耐久性失效的原因，建立結(jié)構(gòu)構(gòu)件及材料在多種荷載組合作用下的耐久性失效隨機(jī)模型。最終制定出以概率理論為基礎(chǔ)在可靠度意義上的耐久性設(shè)計(jì)及評(píng)估方法?？?/p>

73、的來說，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究將逐步由定向分析向定量分析發(fā)展。以及建立以可靠度為基礎(chǔ)的分析方法，在不久的將來，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮的不再是強(qiáng)度而是性能（耐久性）。即由強(qiáng)度設(shè)計(jì)向性能設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化，而混凝土的耐久性設(shè)計(jì)也將和抗震設(shè)計(jì)一樣成為設(shè)計(jì)者必須考慮的問題。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 趙筠.在海洋與化冰鹽環(huán)境中混凝土構(gòu)筑物的鋼筋

74、防銹技術(shù)對(duì)策[J].橋梁建設(shè),2001.</p><p>　　[2] 陳建奎，王棟民.高性能混凝土（HPC）配合比設(shè)計(jì)新法——全計(jì)算法[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2000（2）：194-198.</p><p>　　[3] CECS203 - 2006,自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.</p><p>　　[4] 徐強(qiáng).高性能海工混凝土在上海