文档介绍：《混凝土耐久性与损伤防治》课程报告
浅谈混凝土耐久性的相关问题
长期以来,混凝土作为土建工程中用途最广,用量最大的建筑材料之一,在近二百年的发展中,其强度不断提高。目前,发达国家已使用50MPa 甚至100MPa 的高强度混凝土。但是,在提出高强度的同时, 混凝土结构的耐久性问题也愈来愈被人们所关注。直到20 世纪70 年代末期,发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境下出现过早损坏。我国大多数建筑物在使用25~30 年后即需大修。因此,提高混凝土耐久性,延长工程使用寿命,尽量减少维修重建费用是建筑行业实施可持续发展战略的关键。
近年来, 随着人们对混凝土耐久性认识的日益提高,在各种设计规程中, 均把耐久性列为混凝土的一项重要指标, 尤其在一些大中型建筑物中, 更加重视混凝土的耐久性问题。对建筑业来说, 建筑物必须经久耐用, 而且能满足其在服务期内的各项性能要求。混凝土是大宗的建筑材料, 提高混凝土耐久性具有非常重要的理论意义和经济价值。所谓混凝土结构的耐久性, 是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下, 在设计要求的目标使用期内, 不需要花费大量资金加固处理而能保持其安全、使用功能和外观要求的能力。
一、影响混凝土耐久性的主要因素和作用机理
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,造成混凝土耐久性不佳的原因多种多样,主要可分为:(1)由温度变化引起的收缩膨胀裂缝,如冻融循环、除冰盐分对混凝土的剥蚀等物理变化:(2)由混凝土内部材料引起的碱集料反应以及外部侵蚀性离子引起的诸如钢筋锈蚀、硫酸盐侵蚀以及碳化等化学变化;(3)机械破坏:冲击、磨损、流动淡水溶蚀作用、流动气体的磨蚀、冲蚀等机械破坏。从以下四个方面来分析影响混凝土耐久性的因素。
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。
混凝土的碳化机理指的是大气中的CO2或某些酸性气体与暴露在空气中的混凝土表面接触并且不断地向混凝土内部扩散, 与混凝土中的碱性水化物起反应的复杂的物理化学过程。碳化作用使混凝土内部碱性降低, 使钢筋处于中性化环境(当pH 值小于11􀀂5时), 从而使钢筋表面钝化膜遭到破坏而生锈, 导致混凝土保护层开裂和混凝土的粘结作用降低, 致使构件破坏。其化学反应式如下:
Ca( OH ) 2----------- Ca2+ ( aq) + 2OH - ( a q)
Ca2+ ( a q) + 2OH - ( aq) + CO2 --------------CaCO3 + H 2O
3CaO· 2S iO2 ·3H 2O+ 3CO2------------3CaCO3·2SiO2·3H2O
3CaO·SiO2 + 3CO2 + nH2O--------------- S iO2· nH 2O+ 3CaCO3
2CaO· SiO2 + 2CO2 + nH2O---------------