论文部分内容阅读
摘要：由于混凝土耐久性不足,引起工程结构过早破坏、拆除或失效,因此不得不进行维护与加固,造成了巨大的经济损失,笔者根据多年经验分析了影响混凝土结构耐久性的因素，又提出了提高混凝土结构的耐久性方法，希望能为相关从业者有所帮助。
关键词：混凝土结构耐久失效原因防治措施
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
1混凝土结构耐久失效的原因
1.1混凝土的碳化
混凝土中水泥石含有氢氧化钙(Ca(OH)2)呈碱性,其在钢筋表面形成碱性薄膜而保护了金属钢筋免遭酸性介质的侵蚀,起到了“钝化”保护作用。但大气中存在的酸性介质及水通过各种孔道、裂隙而渗入混凝土,可以中和这种碱性。例如,工业污染造成的酸雨;或大气中二氧化碳(CO2)与水(H2O)形成的碳酸(H2CO3),尽管其酸性很弱,但也能和氢氧化钙生成无碱性的盐———碳酸钙(CaCO3),这个过程称为“碳化”。混凝土的碳化是衡量钢筋混凝土结构物可靠度的重要指标。
1.2渗透侵蚀
当混凝土与周围介质存在压力差时，与混凝土相接触的周围介质,如空气、水(海水)或土壤中含有不同浓度的酸、盐和碱类侵蚀物质时,当它们渗入混凝土内部、与相关成分发生物理作用或化学反应后,使混凝土遭受腐蚀,逐渐地发生胀裂和剥落,进而引起钢筋的腐蚀,导致结构失效。
1.3冻融破坏
渗入混凝土中的水在低温下结冰膨胀,将从内部损伤混凝土的微观结构,经多次冻融循环后,损伤积累将使混凝土剥落酥裂而降低混凝土强度。混凝土凝固硬化后遺留的游离水或渗透水都存留在内部的孔隙中,当环境温度下降时孔隙水受冻结冰,体积膨胀形成裂纹。当环境温度周期性的下降和升高,孔隙水冻成冰,融成水,不断的进行冻融循环,裂缝由表及里不断扩张延伸以致相互贯通,混凝土内部的损伤不断积累,从表层逐渐向深层发展,强度降低。我国北方地区潮湿环境的混凝土构件,冻融破坏现象十分严重。
1.4温湿度变化的影响
混凝土会热胀冷缩,也会在干燥失水时收缩而泡水浸润后膨胀,这种作用的交替进行,特别在骤然发生时,会因混凝土表层及内部体积变化不协调而产生裂缝,这些因胀缩不均匀而引起的损伤日积月累,导致混凝土内部组织的破坏,最终会削弱结构抗力。
1.5碱—骨料反应
碱—骨料反应是指混凝土中的水泥在水化过程中释放出的碱金属,与含碱性骨料中的碱活性成分发生化学反应而生成碱活性物质,这种物质在吸水后体积膨胀,破坏混凝土的内部结构,产生鸡爪形裂缝,从而影响混凝土结构的使用。它一般发生在混凝土凝固数年之后,但碱—骨料反应可遍及混凝土的全体(不仅是表层),因而很难阻抗和修补,严重的可使混凝土完全破坏。
1.6施工质量是影响混凝土耐久性的主要原因
选择级配合理的骨料掺和料,严格控制水灰比,在搅拌、运输、浇筑混凝土时防止分层离析、搅拌均匀、振捣密实、加强养护,减小孔隙率,可以有效提高混凝土的抗冻性、抗渗性,防止和减轻混凝土碳化及碱-骨料反应,我国目前正处在大规模生产阶段,百年大计质量为本,加强质量意识,严把施工质量关,精心组织施工是确保混凝土结构耐久适用的重要措施
2混凝土耐久失效的防治措施
2.1配制高性能混凝土
2.1.1严格控制水灰比,保证水泥用量严格控制水灰比,保证水泥用量是保证混凝土密实性从而保证混凝土耐久性的重要措施,在满足坍落度的情况下,尽可能地降低水灰比,减少硬化后多余水形成的孔隙,从而有效地提高密实性、抗渗性,进而提高混凝土的耐久性。从理论上讲,通过降低水灰比,可提高混凝土的耐久性,同时也提高了混凝土的强度,但这样做带来的问题:一方面是不经济,另一方面引起高水化热而导致温度裂缝,从而影响提高耐久性的效果。实际上,配制高强混凝土,采用低水灰比、高早强水泥时,温度收缩裂缝上升为主要问题,从而大大降低了混凝土的耐久性,阻碍了高强混凝土的发展。
2.1.2掺外加剂
掺外加剂提高耐久性的主要机理在于改善孔结构,从而提高抗渗性,例如,掺入高效减水剂、优质引气剂等。为了改善混凝土的性能,实际工程中往往把两种以上的外加剂进行复合使用,但复合使用中需要注意考虑其“协同效应”,如引气剂与减水剂,若学组分合适,“协同效应”好,效果比单剂好;相反,效果会变差。
2.1.3掺矿渣或粉煤灰
掺合料具有良好的细度和活性,其细微的颗粒可以填充混凝土中有机的大孔,其“二次水化”产物也可进一步填充这些有机的缺陷,可降低混凝土的孔隙率,改善孔结构,另外还可减少早期水化热,减少温度裂缝,掺入矿渣水泥而生产的混凝土,还具有良好的抗碳化性能、抗有机溶液渗透、抗冻融循环和抗软剥蚀的能力,掺粉煤灰水泥生产的混凝土,干缩性小、抗裂性好,所以混凝土拌合物具有良好的和易性,硬化后具有良好的耐久性,在大体积混凝土或高湿度环境,或在易受侵蚀的介质环境中十分适宜使用,经济且耐久性好。在工程中,还可以采用双掺,掺外加剂和粉煤灰的措施,在双掺的混凝土中掺入减水剂可以改善混凝土的和易性,改善孔结构,提高抗渗性,掺粉煤灰后,改善了混凝土拌合物的和易性,起到减水作用,使水胶比更小,改善孔结构,减小孔隙率,使结构得到细化。
2.1.4选用质量优良、粗细程度和级配良好的砂石材料选用质量优良的砂石材料,粗细适宜、级配良好的细集料和粗集料,可以尽可能提高混凝土的密实性,减少集料总表面积和集料间孔隙率,减小水泥浆的用量,从而节约成本,提高耐久性。
2.2钢筋混凝土结构的防腐
钢筋的防腐蚀主要是针对钢筋腐蚀的主要机理,采用了阻锈剂、环氧涂层钢筋、阴极保护、表面涂层、高性能防腐钢筋等。阻锈剂是在混凝土拌合物中加入硝酸钙作为阳极阻锈剂,其作用是降低氯离子激起的阳极反应。混凝土拌合物中加入阻锈剂是有一定限度的,环氧涂层技术也不够成熟,若在施工中局部涂层损伤而发生腐蚀,其腐蚀会加速发生,甚至产生断裂,该技术有待进一步研究。阴极保护技术,可在混凝土表面涂一层导电涂料与直流电源正极连接,形成新的电位差,使原钢筋骨架转化为阴极而抑制钢筋的锈蚀。另一种方法是通过施加反向电流的方法来消除钢筋间存在的电位差。阴极保护技术初期投入成本较高,但有一种较为有效的方法是表面涂层法,是在钢筋混凝土表面设防护材料的涂层,如环氧树脂砂浆、过氯乙烯涂料等。在一些不便维修的重要工程结构中,采用高性能防腐钢筋,从长期投入来看,是经济合理的。
3结语
提高混凝土结构的耐久性,应予足够的重视,提高耐久性的方法要从多方面入手,并注重各方面的环节,保证混凝土结构的耐久性。此外,在强化混凝土耐久性研究的同时,不能忽视混凝土是一种脆性材料,现代混凝土的宏观、细观、微观性能有别于传统的混凝土,对施工、后处理养护也提出了更高的要求,同时材料的组成、结构、性能、设计与评价,又要求我们对服役中混凝土的性能在可预测的未来有一个清晰的把握。
参考文献:
[1]杨广云.混凝土结构耐久性问题的研究现状[J].山西建筑,2007,33(10):133-134.
[2]王立久.普通混凝土耐久性设计方法[J].低温建筑技术,2003(4):16-17.
[3]黄智山,王大超.混凝土的耐久性[J].混凝土,2004(6):4.
[4]彭楚竞.论混凝土结构工程的耐久性[J].中国建设信息,2004(20):34.
[5]陈晓铃,刘凤翰.谈提高混凝土结构的耐久性[J].山西建筑,2004,30(21):50-51.
关键词：混凝土结构耐久失效原因防治措施
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
1混凝土结构耐久失效的原因
1.1混凝土的碳化
混凝土中水泥石含有氢氧化钙(Ca(OH)2)呈碱性,其在钢筋表面形成碱性薄膜而保护了金属钢筋免遭酸性介质的侵蚀,起到了“钝化”保护作用。但大气中存在的酸性介质及水通过各种孔道、裂隙而渗入混凝土,可以中和这种碱性。例如,工业污染造成的酸雨;或大气中二氧化碳(CO2)与水(H2O)形成的碳酸(H2CO3),尽管其酸性很弱,但也能和氢氧化钙生成无碱性的盐———碳酸钙(CaCO3),这个过程称为“碳化”。混凝土的碳化是衡量钢筋混凝土结构物可靠度的重要指标。
1.2渗透侵蚀
当混凝土与周围介质存在压力差时，与混凝土相接触的周围介质,如空气、水(海水)或土壤中含有不同浓度的酸、盐和碱类侵蚀物质时,当它们渗入混凝土内部、与相关成分发生物理作用或化学反应后,使混凝土遭受腐蚀,逐渐地发生胀裂和剥落,进而引起钢筋的腐蚀,导致结构失效。
1.3冻融破坏
渗入混凝土中的水在低温下结冰膨胀,将从内部损伤混凝土的微观结构,经多次冻融循环后,损伤积累将使混凝土剥落酥裂而降低混凝土强度。混凝土凝固硬化后遺留的游离水或渗透水都存留在内部的孔隙中,当环境温度下降时孔隙水受冻结冰,体积膨胀形成裂纹。当环境温度周期性的下降和升高,孔隙水冻成冰,融成水,不断的进行冻融循环,裂缝由表及里不断扩张延伸以致相互贯通,混凝土内部的损伤不断积累,从表层逐渐向深层发展,强度降低。我国北方地区潮湿环境的混凝土构件,冻融破坏现象十分严重。
1.4温湿度变化的影响
混凝土会热胀冷缩,也会在干燥失水时收缩而泡水浸润后膨胀,这种作用的交替进行,特别在骤然发生时,会因混凝土表层及内部体积变化不协调而产生裂缝,这些因胀缩不均匀而引起的损伤日积月累,导致混凝土内部组织的破坏,最终会削弱结构抗力。
1.5碱—骨料反应
碱—骨料反应是指混凝土中的水泥在水化过程中释放出的碱金属,与含碱性骨料中的碱活性成分发生化学反应而生成碱活性物质,这种物质在吸水后体积膨胀,破坏混凝土的内部结构,产生鸡爪形裂缝,从而影响混凝土结构的使用。它一般发生在混凝土凝固数年之后,但碱—骨料反应可遍及混凝土的全体(不仅是表层),因而很难阻抗和修补,严重的可使混凝土完全破坏。
1.6施工质量是影响混凝土耐久性的主要原因
选择级配合理的骨料掺和料,严格控制水灰比,在搅拌、运输、浇筑混凝土时防止分层离析、搅拌均匀、振捣密实、加强养护,减小孔隙率,可以有效提高混凝土的抗冻性、抗渗性,防止和减轻混凝土碳化及碱-骨料反应,我国目前正处在大规模生产阶段,百年大计质量为本,加强质量意识,严把施工质量关,精心组织施工是确保混凝土结构耐久适用的重要措施
2混凝土耐久失效的防治措施
2.1配制高性能混凝土
2.1.1严格控制水灰比,保证水泥用量严格控制水灰比,保证水泥用量是保证混凝土密实性从而保证混凝土耐久性的重要措施,在满足坍落度的情况下,尽可能地降低水灰比,减少硬化后多余水形成的孔隙,从而有效地提高密实性、抗渗性,进而提高混凝土的耐久性。从理论上讲,通过降低水灰比,可提高混凝土的耐久性,同时也提高了混凝土的强度,但这样做带来的问题:一方面是不经济,另一方面引起高水化热而导致温度裂缝,从而影响提高耐久性的效果。实际上,配制高强混凝土,采用低水灰比、高早强水泥时,温度收缩裂缝上升为主要问题,从而大大降低了混凝土的耐久性,阻碍了高强混凝土的发展。
2.1.2掺外加剂
掺外加剂提高耐久性的主要机理在于改善孔结构,从而提高抗渗性,例如,掺入高效减水剂、优质引气剂等。为了改善混凝土的性能,实际工程中往往把两种以上的外加剂进行复合使用,但复合使用中需要注意考虑其“协同效应”,如引气剂与减水剂,若学组分合适,“协同效应”好,效果比单剂好;相反,效果会变差。
2.1.3掺矿渣或粉煤灰
掺合料具有良好的细度和活性,其细微的颗粒可以填充混凝土中有机的大孔,其“二次水化”产物也可进一步填充这些有机的缺陷,可降低混凝土的孔隙率,改善孔结构,另外还可减少早期水化热,减少温度裂缝,掺入矿渣水泥而生产的混凝土,还具有良好的抗碳化性能、抗有机溶液渗透、抗冻融循环和抗软剥蚀的能力,掺粉煤灰水泥生产的混凝土,干缩性小、抗裂性好,所以混凝土拌合物具有良好的和易性,硬化后具有良好的耐久性,在大体积混凝土或高湿度环境,或在易受侵蚀的介质环境中十分适宜使用,经济且耐久性好。在工程中,还可以采用双掺,掺外加剂和粉煤灰的措施,在双掺的混凝土中掺入减水剂可以改善混凝土的和易性,改善孔结构,提高抗渗性,掺粉煤灰后,改善了混凝土拌合物的和易性,起到减水作用,使水胶比更小,改善孔结构,减小孔隙率,使结构得到细化。
2.1.4选用质量优良、粗细程度和级配良好的砂石材料选用质量优良的砂石材料,粗细适宜、级配良好的细集料和粗集料,可以尽可能提高混凝土的密实性,减少集料总表面积和集料间孔隙率,减小水泥浆的用量,从而节约成本,提高耐久性。
2.2钢筋混凝土结构的防腐
钢筋的防腐蚀主要是针对钢筋腐蚀的主要机理,采用了阻锈剂、环氧涂层钢筋、阴极保护、表面涂层、高性能防腐钢筋等。阻锈剂是在混凝土拌合物中加入硝酸钙作为阳极阻锈剂,其作用是降低氯离子激起的阳极反应。混凝土拌合物中加入阻锈剂是有一定限度的,环氧涂层技术也不够成熟,若在施工中局部涂层损伤而发生腐蚀,其腐蚀会加速发生,甚至产生断裂,该技术有待进一步研究。阴极保护技术,可在混凝土表面涂一层导电涂料与直流电源正极连接,形成新的电位差,使原钢筋骨架转化为阴极而抑制钢筋的锈蚀。另一种方法是通过施加反向电流的方法来消除钢筋间存在的电位差。阴极保护技术初期投入成本较高,但有一种较为有效的方法是表面涂层法,是在钢筋混凝土表面设防护材料的涂层,如环氧树脂砂浆、过氯乙烯涂料等。在一些不便维修的重要工程结构中,采用高性能防腐钢筋,从长期投入来看,是经济合理的。
3结语
提高混凝土结构的耐久性,应予足够的重视,提高耐久性的方法要从多方面入手,并注重各方面的环节,保证混凝土结构的耐久性。此外,在强化混凝土耐久性研究的同时,不能忽视混凝土是一种脆性材料,现代混凝土的宏观、细观、微观性能有别于传统的混凝土,对施工、后处理养护也提出了更高的要求,同时材料的组成、结构、性能、设计与评价,又要求我们对服役中混凝土的性能在可预测的未来有一个清晰的把握。
参考文献:
[1]杨广云.混凝土结构耐久性问题的研究现状[J].山西建筑,2007,33(10):133-134.
[2]王立久.普通混凝土耐久性设计方法[J].低温建筑技术,2003(4):16-17.
[3]黄智山,王大超.混凝土的耐久性[J].混凝土,2004(6):4.
[4]彭楚竞.论混凝土结构工程的耐久性[J].中国建设信息,2004(20):34.
[5]陈晓铃,刘凤翰.谈提高混凝土结构的耐久性[J].山西建筑,2004,30(21):50-51.