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1、土木工程材料论文设计题 目：混凝土结构耐久性学 校：专 业： 级土木工程 学 号：学 生：指导日 期：2016年6月10日. .内容摘要在我国,混凝土结构的耐久性及耐久性的设计受到高度重视,除在混凝土结构设计规范中制定了耐久性规范以外,近年还专门编制了混凝土结构耐久性设计规范GB/T504762008,由于混凝土其结构自身和使用环境的特点,使得混凝土存在严重的耐久性问题。混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗环境介质和内部恶劣因素作用并长期保持良好的使用性能和外观完整性,从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力1。影响结构耐久性的因素很多,砼质量及其保护层是内在因素,环境与载荷作用则是外
2、在因素。不同的原因会造成不同的后果。混凝土耐久性现已作为建筑工程的焦点。本文主要对混凝土抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性等方面做了简单论述及简述影响因素。关键词：混凝土耐久性；影响因素；提高耐久性措施目录内容摘要I引言11绪论21.1混凝土耐久性问题的提出21.2混凝土耐久性的概念22混凝土结构耐久性问题的分析32.1混凝土冻融破坏3破坏原因3影响因素42.2混凝土渗透破坏4破坏原因4影响因素52.3碱骨料反应5破坏原因5影响因素62.4混凝土的碳化6破坏原因6影响因素72.5钢筋锈蚀7破坏原因7影响因素82.6化学侵蚀8产生原因8影响因素93提高混凝土耐久性的措施103.1混凝土材料10水泥10.
3、.粗骨料10细骨料10矿物掺合料11专用复合外剂11拌合和养护用水113.2结构设计11混凝土配合比11混凝土保护层11节点构造设计123.3工程施工12混凝土的拌制12混凝土的输送12混凝土浇筑13混凝土振捣13混凝土养护13混凝土的拆模144案例分析154.1工程概述154.2裂缝出现因素154.3出现的主要裂缝成因分析175结论与展望19参考文献20. .引言一直以来,混凝土结构以其整体性好、耐久性强、可塑性强、维修费用少等优点广泛使用于整个20世纪,一些发达国家的混凝土使用了三四十年后,纷纷进入老化期。人们始料未及的是混凝土材料在不利的环境、运用条件下,出现了一系列影响结构耐久性的物理
4、、化学现象,如结构混凝土的碳化、保护层剥落、裂缝的发展、钢筋锈蚀、渗透冻融破坏、混凝土集料的化学腐蚀等等,以及钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的削弱等方面。从短期效果而言,这些问题影响结构的外观和使用功能；从长远看则为降低结构安全度,成为发生事故的隐患,影响结构使用的寿。因而混凝土结构的耐久性问题已成为结构工程师们不容忽视的一个重要问题。混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内,在各种环境作用下不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。混凝土耐久性主要指：抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗氯离子渗透性、碳化等。我国的结构设计规范长期没有设计使用年限的要求,在近几年修订颁布的建筑结
5、构设计规范中才明确规定建筑结构的设计年限分为四类,但这对提高混凝土结构的耐久性起不到太大的作用,虽然结构的使用年限可以通过维修延长,但结构中的个别部件不一定能够达到设计使用年限,这在桥梁等结构中尤为明显。例如设计使用30年的拉索往往不到20年就要更换,这无疑会大大缩短结构的使用寿命,应该在设计时加以考虑。另外,由于我国的国情限制,我国的混凝土结构往往达不到发达国家的设计与施工水平。随着改革开放的进行,我国的结构设计水平已经逐渐与国际接轨,但不可否认的是,我国的科技水平仍然无法与发达国家相比,在设计中也就难免有这样那样的问题。我国是劳动素质普遍低下,建筑施工大多还是粗放型的建造方式,施工质量难以
6、保证。同时,我国的建筑材料与国外也有不小的差距,例如我国的水泥质量一般要比欧洲差,随着龄期的发展其后期性能提高可能相对较少,因此在龄期系数的取值上宜偏低取用。而这些也就使我国的混凝土结构耐久性降低于国外水平。下面从影响混凝土结构耐久性的主要因素和提高耐久性的技术措施两个方面来探讨混凝土的耐久性问题。1 绪论1.1 混凝土耐久性问题的提出我国是一个发展中大国,正在从事着为世界所瞩目的大规模基本建设,我国的基础设施建设工程规模宏大,投入资金每年高达2万亿元人民币以上,约3050 年后,这些工程将进入维修期,所需的维修费或重建费用将更为巨大。因此,如何提高混凝土耐久性,延长工程使用寿命,尽量减少维修
7、重建费用是建筑行业实施可持续发展战略的关键。而财力有限、能源短缺、资源并不丰富,因此科学合理设计,优质的施工质量来提高混凝土结构耐久性及防腐性。延长结构使用寿命是摆在我们面前的一个很重要的课题和任务。强度和耐久性是混凝土结构的两个重要指标,因此以往工程中习惯上只重视混凝土的强度,或片面追求高强度而忽视混凝土的耐久性。混凝土的耐久性是使用期限内结构保证正常功能的能力,关系到结构物的使用寿命,随着结构物老化和环境污染加重,混凝土耐久性问题已引起了各主管和广大设计施工者们重视。混凝土一直被认为是坚硬、密实、能够长期使用的浇筑石体,其强碱性环境使内部钢筋处于保护状态下而不会发生锈蚀。因此,对混凝土、钢
8、筋混凝土结构的使用寿命期望值很高而忽略了混凝土结构耐久性问题,导致对混凝土结构耐久性研究的相对滞后,为此付出了巨大的代价。1.2混凝土耐久性的概念混凝土除具有设计要求的强度,以保证其能安全地承受设计荷载外,还应根据其周围的自然环境以及在使用上的特殊要求,而具有各种特殊性能。把混凝土抵抗环境介质和内部恶劣因素作用并长期保持其良好性能和外观完整性,从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力称为耐久性1。混凝土结构耐久性问题主要表现为：混凝土损伤；钢筋的锈蚀、脆化、疲劳、应力腐蚀；以及钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的消弱等方面。本章将从冻融破坏、渗透破坏、碱骨料反应、碳化、钢筋锈蚀、侵蚀六个方面对混凝土
9、结构发生耐久性失效的原因及影响因素进行论述。混凝土结构耐久性所包含的内容：抗渗性：是指混凝土抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能；抗冻性：是指混凝土在水饱和状态下,经受多次冻融循环作用,能保持强度和外观完整性的能力；抗侵蚀性：是指侵蚀水环境或侵蚀性土壤环境会使混凝土遭受侵蚀破坏；抗氯离子渗透性：环境水、土中的氯离子因浓度差会向混凝土中扩散渗透,当氯离子扩散渗透至混凝土结构中钢筋表面并达到一定浓度后,将导致钢筋很快锈蚀,严重影响混凝土结构的耐久性；混凝土的碳化中性化：混凝土的碳化作用是指二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用,生成碳酸钙和水；碱骨料反应：碱骨料反应条件是指混凝土配制时形成的,即配置的
10、混凝土中只有足够的碱和反应性骨料,在混凝土浇筑后会逐渐反应,在反应产物的数量吸水膨胀和内应力足以使混凝土开裂的时候,工程便开始出现裂缝2 混凝土耐久性问题的分析2.1混凝土冻融破坏混凝土冻融破坏是指混凝土在饱水或潮湿的状态下,由于环境中温度的正负变化,导致混凝土内部松弛产生疲劳应力。反复的冻融循环造成混凝土由表及里逐渐剥蚀的破坏现象。混凝土发生冻融破坏后,破坏作用不断积累,裂缝不断扩大和深入,由外向里,直至混凝土破坏,而其现象就是从表层开始向内逐层剥落。当经过反复多次的冻融循环以后,损伤逐步积累不断扩大,发展成互相连通的裂缝,使混凝土的强度逐步降低,最终严重影响了结构的长期使用。 破坏原因混凝
11、土冻害机理的研究始于20世纪30年代?有静水压假说、渗透压假说等。但由于混凝土结构冻害的复杂性,至今尚无公认的、完全反映混凝土冻害机理的理论。直至现在,被广大科研学者接受的最有价值的解释是静水压假说和渗透压假说的结合?这种结合奠定了混凝土抗冻性研究的理论基础。 静水压假说：硬化混凝土的孔隙有凝胶孔、毛细孔、空气泡等。各种孔隙之间的孔径差异很大。水转变为冰时体积膨胀9%,在冰冻过程中,混凝土孔隙中的部分孔溶液冰冻膨胀,迫使未结冰的孔溶液从结冰区向外迁移。孔溶液在可渗透的水泥浆体结构中移动,必须克服粘滞阻力,因而产生静水压,形成破坏应力2。静水压假说能解释成熟混凝土冰冻破坏的许多表现,它在引气混凝
12、土方面的应用也较成功。但从水压力本质来理解它的作用应是瞬时性的,随着时间进展危险理应逐渐消失才对。然而试验说明,混凝土冰冻破坏有时随时间而日益剧烈、严重。在水泥浆冰冻时,水分的运动大多不像通常设想那样远离冰冻地点而去,而恰恰是趋向冰冻地点；再次冰冻时的膨胀一般情形是随冷却速率增加而下降。这些都是静水压假说难以解释的。 渗透压假说：渗透压假说认为,由于混凝土孔溶液中含有钠、钾、钙等盐类,大孔中的部分溶液先结冰,后未冻溶液中盐的浓度上升,周围较小孔隙中的溶液之间形成浓度差。这个浓度差的存在使小孔中溶液向已部分冻结的大孔迁移。即使是浓度为0的孔溶液,由于冰的饱和蒸汽压低于同温下水的饱和蒸汽压,小孔中
13、的溶液也要向已部分冻结的大孔溶液中迁移。可见渗透压是孔溶液的盐浓度差和冰水饱和蒸汽压差共同形成的。 影响因素对于影响混凝土冻融破坏的主要因素总结起来大致有以下四个方面：1水灰比：水灰比越大,使凝土孔隙率越大,导致混凝土的吸水率增大,最终导致混凝土结构冻融破坏严重；2孔结构和孔隙特征：连通毛细孔易吸水饱和,使混凝土冻害严重；若为封闭孔,则不易吸水,冻害就小；3饱水度：若混凝土的孔隙非完全吸水饱和,冰冻过程产生的压力促使水分向孔隙处迁移,从而降低冰冻膨胀应力?对混凝土破坏作用就小；4混凝土自身强度：在相同的冰冻破坏应力作用下,混凝土强度越低,冻害程度就越高。2.2混凝土渗透破坏混凝土结构的渗透破坏
14、是指气体、液体或者离子等有害介质在混凝土中渗透、扩散或迁移,最终导致混凝土结构受到破坏。混凝土结构发生渗透破坏后,有害介质首先破坏结构表层混凝土,导致混凝土中发生钢筋锈蚀、碱骨料反应等变化,而这些变化多数伴随着体积的膨胀,膨胀产生的应力又使得混凝土进一步开裂,从而进一步加大混凝土的渗透性,使得有害介质的入侵更加迅速,导致混凝土结构循环往复产生更大范围的破坏。因此混凝土的渗透性给有害介质提供了入侵的通道,而有害介质与混凝土发生的破坏性反应则增大了混凝土的渗透性,两者相互促进,最终严重影响混凝土结构的耐久性。 破坏原因混凝土具有多种粒径的孔隙?连通的孔隙会成为气体、液体或有害介质进入混凝土的通道,导致混凝土破坏。混凝土的渗透机理是水与混凝土表面接触时,压力差和毛细孔压力不断促使水分向混凝土内部迁移。随着水分迁移的深入,水与毛细孔壁摩擦阻力增大,渗水速度随渗透深度的增加成比例下降。当水达到混凝土相反的一侧时,毛细孔压力就会改变方向,阻碍水分的渗出。若压力差大于孔壁摩擦阻力和毛细阻力,则水将从混凝土相反的一侧滴出；若压力差小于摩擦阻
