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“钢筋混凝土结构物耐久性分析” 专题报告


“钢筋混凝土结构物耐久性分析” 专题报告
摘要:钢筋混凝土结构耐久性【durability of reinforced concrete structure】是 指在预定作用和预期的维护与使用条件下, 结构及其部件能在预定的期限内维持其所需的最 低性能要求的能力。 在外界因素的影响和结构自身的抵抗耐久性能力等的综合作用下, 结构 在持续一定时间后就会损坏,从而失去其应有

的作用。因此,对钢筋混凝土结构的耐久性进 行分析显得甚是重要。

关键词:钢筋混凝土、耐久性、分析

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钢筋混凝土结构的耐久性的定义

在不同的说法中钢筋混凝土结构的耐久性有着不同的定义,但大体上又相差不了多少, 下面提供几种不同的说法,以供更好的理解其含义: A.所谓钢筋混凝土结构耐久性,是指结构对气候作用、化学侵蚀、物理作用或任何其它 破坏过程的抵抗能力.引起混凝土结构耐久性不良的因素众多,而钢筋锈蚀是其中危害最大, 最主要的因素之一。 B、 钢筋混凝土结构耐久性是指结构在设计要求的目标使用年限内,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。 C、 钢筋混凝土结构耐久性是指混凝土结构在设计要求的目标使用期内,不需要进行大量 的加固处理而能保证安全性和适用性的能力。 D、 钢筋混凝土结构耐久性是指混凝土结构对破坏过程的抵抗能力,是基于材料耐久性的 进一步深化.影响混凝土结构耐久性的主要因素是混凝土材料的自身特性。

2. 影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素
一般混凝土工程的使用年限约为 50-100 年,但实际中有不少工程在使用 10-20 年,有 的甚至在使用几年后即需要维修,这就是由于混凝土耐久性低(不足)造成的。影响混凝土 耐久性的原因错综复杂,除去社会因素、人为因素外,技术方面的主要因素有以下几点:

2.1 混凝土的碳化
混凝土的碳化又称为混凝土的中性化, 几乎所有混凝土表面都处在碳化过程中。 它是空 气中二氧化碳与水泥石中的碱性物质相互作用,使其成分、组织和性能发生变化,使用机能 下降的一种很复杂的物理化学过程。 混凝土碳化本身对混凝土并无破坏使用, 其主要危害是 由于混凝土碱性降低使钢筋表面在高碱环境下形成的对钢筋起保护作用的致密氧化膜 8 钝 化膜 9 遭到破坏,使混凝土失去对钢筋的保护作用,使混凝土中钢筋锈蚀,同时,混凝土 的碳化还会加剧混凝土的收缩,这些都可能导致混凝土的裂缝和结构的破坏。所以说,混凝 土的碳化与混凝土结构的耐久性密切相关,是衡量钢筋混凝土结构可靠度的重要指标。

2.2 混凝土的冻融破坏
混凝土是由水泥砂浆和粗骨料组成的毛细孔多孔体。 在拌制混凝土时, 为了得到必要的

和易性, 加入的拌和用水总要多于水泥的水化水, 这部分多余的水便以游离水的形式滞留于 混凝土中形成连通的毛细孔, 并占有一定的体积, 另外, 还有一些水泥水化后形成的胶凝孔。 这种毛细孔的自由水就是导致混凝土遭受冻害的主要因素, 因为水遇冷冻结成冰后会发生体 积膨胀,引起混凝土内部结构的破坏。当混凝土处于饱水状态时,毛细孔中的水结冰,胶凝 孔中的水处于过冷状态, 这样使得胶凝孔中的水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, 胶凝孔向毛细孔渗透的结果必然使毛细孔中冰的体积进一步 膨胀。

2.3.钢筋混凝土结构的锈蚀破坏
钢筋锈蚀是引起混凝土结构耐久性下降的最主要和最直接因素 目前对影响钢筋锈蚀的 , 因素、锈蚀钢筋材料性能的变化、钢筋锈蚀的防护和检测等各方面均有较多的研究。 混凝土中钢筋的锈蚀破坏过程可分为三个阶段:阶段ⅰ,从结构建成到钢筋表面钝化膜 破坏;阶段ⅱ,钢筋开始锈蚀,直到混凝土保护层出现顺筋开裂;阶段ⅲ,钢筋加速锈蚀直 到构件丧失承载能力。 混凝土在一种或多种外界作用下,材料的耐久性能会发生衰退,而逐渐失去了对其内部 钢筋的保护作用。当钢筋外面的混凝土中性化或出现开裂等情况,钢筋失去了碱性混凝土的 保护,钝化膜破坏并开始锈蚀。锈蚀的钢筋不但戴面积有所损失,材料的各项性能也会发生 衰退,从而影响混凝土构件的承载能力和使用性能。混凝土中的钢筋锈蚀一般为电化学锈 蚀。当二氧化碳、氯离子等腐蚀介质侵入时,混凝土的碱性降低,或者混凝土保护层受拉开 裂等都将造成全部或局部钢筋表面的钝化状态破坏 同时钢筋表面的不同部位还会出现较大 , 的电位差,形成阳极和阴极,在一定的环境条件下(如氧和水的存在) ,钢筋就开始锈蚀。 锈蚀的形式一般为斑状锈蚀,即锈蚀分面在较广的表面面积上。

3 改善钢筋混凝土结构的耐久性的措施
针 对影 响混凝 土耐 久性的 因素 ,采取 的措施 多种 多样 ,归纳 起来主 要有 以下 几点: 1) 提高混凝土抗碳化能力。碳化对混凝土结构耐久性影响主要是使混凝土碱度降低,进 而钢筋脱钝、锈蚀。为此必须减小、延缓混凝土的碳化。钢筋外留下足够的混凝土保护层厚 度是简单有效的方法;混凝土配合比将影响碳化速度,足够的水泥用量、降低水灰比、采用 减水剂都可减缓碳化速度。此外,提高混凝土密实性、增强抗渗性、对混凝土采用覆盖面层 等措施可减缓或隔离 CO2 向混凝土内部渗透,大大提高混凝土抗碳化能力。 2)防止混凝土的冻融破坏。冻融破坏在我国北方寒冷地区大量出现。防止冻融破坏主要措 施是降低水灰比、使用引气技术(加引气剂) 。但是,由于引入空气微泡会降低混凝土强 度,加之市场上引气剂品种繁多,质量参差不齐,故在工程使用时应慎重选用。 3) 预防侵蚀性介质的腐蚀。 在我国侵蚀性介质对混凝土结构危害最严重的应是氯盐的影响。 提高混凝土抗氯离子渗透能力的措施是限制水灰比, 保证最低水泥用量以确保碱度, 掺入适 量优质掺和料(粉煤灰、磨细矿渣、硅灰)等。

4) 减轻混凝土碱集料反应。混凝土碱集料反应危害很大,而且一旦发生很难修复。但在 我国由于碱集料反应引起开裂的实例很少见。 这是因为我国混凝土强度等级较国外低, 水泥 用量少,总碱量低。另外,我国水泥中普遍掺有 15%以上碎矿渣、粉煤灰、沸石粉等混合 料,有效抑制了可能发生的碱集料反应。但随着混凝土强度提高,水泥用量增加,同时水泥 生产工艺的改变,混凝土含碱量已在明显提高。由于大量基建项目的兴建,骨料来源减少, 劣质骨料可能被采用, 施工队伍素质等问题也将提高碱集料反应几率, 故应采取有效预防措 施。 当混凝土使用有碱活性反应的骨料时, 配合比必须控制混凝土中的总碱含量以保证混凝 土的耐久性;粉煤灰能抑制碱集料反应,但是如掺量小于 10% ,有时反而会增加膨胀。 外加剂特别是早强剂带来高含量的碱。 我国目前仅外加剂提供的碱量有时竟高于国外限制混 凝土总碱量,如复合早强剂(硫酸钠、氧化钠、氧化钙、亚硝酸钠为主要成分) 带入混凝 土的碱为 3.13kg/m3-6.80kg/m3,早强减水剂(硫酸钠、木质素为主要成分)带入碱 为 1.31kg/m3-3.93kg/m3。目前,混凝土施工常因工期要求掺入早强剂等外加剂,为 预防碱集料反应,在设计上应对外掺剂的使用提出要求。 5) 钢筋锈蚀的预防。对钢筋锈蚀问题,可以采用的表面保护措施有:环氧涂层钢筋,采 用静电喷涂环氧树脂粉末工艺在钢筋表面形成一定厚度的环氧树脂防腐涂层, 这种钢筋保护 层即使氯离子、氧等大量侵入混凝土时也能长期保护钢筋使其免遭腐蚀。另外,在混凝土表 面涂层也是简便有效的方法,涂料应是耐碱、耐老化和与钢筋表面有良好附着性的材料。此 外,自 20 世纪 60-70 年代起,国内外都开始在混凝土拌和物中掺入亚硝酸钠作为预防恶 劣条件下钢筋腐蚀的补充措施。 另外,还可掺加高效减水剂,在保证混凝土拌和物所需流动性(工作性)的同时,尽可 能降低用水量,减小水灰比,使混凝土的总孔隙率,特别是毛细孔隙率大幅度降低。掺入高 效活性矿物掺料,如硅灰、粉煤灰等,改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成,使水泥石结 构更为致密,有效地阻断可能形成的渗透通道,提高混凝土强度,增强混凝土自身抵抗环境 侵蚀破坏的能力等。

4 体会
钢筋混凝土结构的应用在现今是极其广泛的, 而其耐久性的讨论以及更好的解决方法也 是破在眉睫的事情,解决其耐久性,延长其使用寿命,对钢筋混凝土结构来说是一项很令人 欣喜的事情。混凝土的运用,在现在的工程使用中,已是必不可少的,且其工程资金的投人量, 占了很大的的比例。钢筋混凝土结构的耐久性,对影响一个工程的使用寿命,是起绝对因素 的,相应对工程的合理投资,也是息息相关的。钢筋混凝土结构耐久性是一个重要也是迫切 需要加以解决的问题。提高钢筋混凝土结构的耐久性与安全性,需要从结构的设计、检测评 价、施工、材料等诸多方面考虑。尤其是在设计上要改变长期以来重强度而轻耐久性的观念, 将耐久性和强度参数结合起来进行设计。


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