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1、 安徽建筑大学土木工程概论论文 课 程 名 称 土木工程概论 考 试 方 式 论 文 姓 名 汪晨晨 学 号 12211020215 专 业 班 级 12土本(3)班 任 课 教 师 程桦 刘自力 混凝土结构的耐久性汪晨晨班级：12土木3班 学号：12211020215摘要：混凝土结构是目前应用最广泛的工程结构，在大量的工程实例表明，大多数混凝土结构的破坏巳不再是强度不足而引起，而是由于混凝土结构的耐久性不够而引起的。因此对现有混凝土结构进行的耐久性检测与评估就显得十分重要。本文介绍了混凝土结构的耐久性研究的背景及现状、通过了解对混凝土结构的耐久性进行的检测与评估过程、混凝土结构耐久性的影响因
2、素及应对措施，以便读者对混凝土结构的耐久性有更全面的认识。从材料、构件和结构三个层次分析和综述了混凝土结构耐久性的研究现状，指出今后的发展方向：结构层次的耐久性研究将成为今后混凝土耐久性研究的重点；混凝土结构耐久性的研究已从定性分析逐步转向定量分析；基于可靠性的混凝土结构耐久性研究将是今后混凝土结构耐久性研究的又一重要发展方向。关键词 ：混凝土结构；耐久性；检测与评估；影响因素；措施前言：混凝土结构结合了钢筋与混凝土的优点，造价较低，是土木工程结构设计中的首选形式，是目前应用最广泛的结构。虽然混凝土结构具有寿命长和较长时间无需维护的特点，但任何结构在长期的自然环境和使用环境的双重作用下，其功能
3、将逐步衰减，这是一个不可逆的客观规律。混凝土结构在外部因素及其自身内在因素作用下，其安全性和使用功能都将有所下降。在这种情况下，混凝土结构耐久性问题就日益突出。混凝土结构的耐久性问题已是国内外土木工程界的一个难题，也是当前国际结构工程学科重要的前沿研究领域之一。从混凝土应用于土木工程至今，大量的钢筋混凝土结构由于各种各样的原因而提前失效，达不到预定的服役年限，这其中有的是由于结构设计的抗力不足造成的，有的是由于使用荷载的不利变化引起的。但更多的是由于结构的耐久性不足导致的，特别是沿海及近海地区的混凝土结构，由于海洋环境对混凝土的腐蚀，导致钢筋锈蚀而使结构发生早期损坏，丧失了结构的耐久性能，已成
4、为实际工程中的重要问题。早期损坏的结构需要花费大量的财力进行维修补强，甚至造成停工停产的巨大经济损失。所谓混凝土结构耐久性，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保持其安全、使用功能和外观要求的能力。通过进一步的分析可以发现，引起结构耐久性失效的原因存在于结构的设计、施工及维护的各个环节。首先，虽然在许多国家的规范中都明确规定钢筋混凝土结构必须具备安全性、适用性与耐久性，但是，这一宗旨并没有充分地体现在具体的设计条文中，使得在以往的乃至现在的工程结构设计中普遍存在着重强度设计而轻耐久性设计的现象。在设计、施工、维护等都会
5、影响混凝土耐久性。常见的施工问题如混凝土质量不合格、钢筋保护层厚度不足都有可能导致钢筋提前锈蚀。另外，在混凝土结构的使用过程中，由于没有合理的维护而造成结构耐久性的降低也是不容忽视的，如对结构的碰撞、磨损以及使用环境的劣化，都会使混凝土结构无法达到预定的使用年限。1混凝土结构耐久性问题产生的主要原因现有混凝土结构耐久性问题是多方面的，主要原因是结构的缺陷和损伤以及使用要求的改变，归纳起来有如下几方面:（1） 结构设计原因建筑物在设计时，虽然设计人员最大可能考虑了影响建筑安全和使用的诸多因素，在结构上采取各种处理措施，但是，由于当时技术水平有限，实际的工程结构有不同的结构特点、使用环境以及施工质
6、量差异，再加上其它诸多不合理及失误之处，均可能在建筑中留下隐患，从而导致耐久性问题的出现。（2） 结构损害恶劣的使用环境是引起结构缺陷和损伤的一个主要原因。按作用性质分，外部使用环境对结构的侵蚀作用一般可分为物理作用、化学作用、生物作用。意外灾害也是结构损害的一个重要原因。对工程结构而言，火灾是最为常见及损害最严重的意外灾害。火灾的屡屡发生，对混凝土结构会造成不同程度的损伤，影响安全性及使用性。另外，使用不当也会造成对结构的损害。例如拆除承重结构、随意扩建甚至加层等。（3） 使用功能的改变一些建筑物业主随着社会发展、生产力水平提高，会调整建筑物使用功能，如原来的写字楼改变为超市，已有的多层房屋
7、加层至小高层房屋，这些使用功能和要求的改变，都将使原有结构可靠性发生改变，这就使原有结构耐久性程度的问题变得十分重要。2耐久性检测评估基本程序 从混凝土结构耐久性研究的范畴来考虑，目前大致可分为环境层次、材料层次、构件层次、结构层次，而这其中的结构层次的耐久性检测与评估是极其重要的内容。混凝土结构耐久性检测与评估是指对现有的混凝土结构，通过系统、严格的测试和科学的方法来评价其现有结构的可靠性，从而推断结构的耐久性能。通过耐久性检测与评估，就可以判断混凝土结构是否安全和可否再用，如不能再用，是加固?是重建?等诸如此类的问题。混凝土结构耐久性评估的一般程序是以可靠性鉴定程序为基础但又带有自身特点，
8、其工作流程见图2.1。3影响混凝土结构耐久性的因素混凝土结构的耐久性研究应考虑环境、材料和结构等方面的因素，这些因素可分为环境、材料、构件和结构四个层次。混凝土结构所处的环境可以划分为一般大气环境、海洋环境、土壤环境及工业环境等其中大气环境是民用混凝土结构所处的环境状态。混凝土的耐久性根据其材料又可分为混凝土碳化、氯离子侵蚀、冻融破坏、碱-集料反应和钢筋锈蚀等。3.1混凝土的碳化 混凝土为多孔性材料，大气中二氧化碳能够渗入到混凝土中与氢氧化钙产生化学反应：Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O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，这种反应过程称为碳化，它使表层
9、混凝土的碱性降低（Ph9）形成碳化层，随着二氧化碳的不断被吸收，碳化层也逐渐向内发展。试验表明碳化深度D与时间t成正比，即式中：为碳化速度系数；D1、D2分别为测得的和要预测的混凝土碳化深度；t1、t2为测定D1和预测D2时的碳化时间。碳化速度系数体现了混凝土的抗碳化能力，它不仅与混凝土的水灰比、水泥品种、水泥用量、养护方法、气孔尺寸与分布有关，而且还与环境的相对湿度、温度及二氧化碳的浓度有关。混凝土碳化的速度十分缓慢，并且与混凝土的质量、环境条件等因素有关。几十年的时间，混凝土碳化会加剧混凝土的收缩导致混凝土的裂缝和结构的破坏。深度才达到钢筋的表面，从而消除钢筋表面的钝化膜脱钝，使钢筋的锈蚀
10、成为可能。所以，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。随着空气中C02浓度逐渐增加，工厂排泄废气不断增加，混凝土的碳化作用也越来越厉害。因此，混凝土的碳化作为一个不可忽视的问题，正受到人们越来越多的关注。3.2氯离子对结构的侵蚀除了二氧化碳，氯离子也可通过孔隙侵入到混凝土内，我国大规模的基础建设都集中于沿海地区，而海洋是氯离子的主要来源，海砂中更是含有不等量的氯离子。国内外的工程试验都表明，海水、海风和海雾中的氯离子和不合理地使用海砂，是影响混凝土结构耐久性地主要原因之一。另外，我国冬季向道路、桥梁及城市立交桥等撒盐或盐水化雪防冰以使得交通畅行，这就使得氯离子
11、能够渗透到混凝土中，引起钢筋锈蚀。比如北京每年冬天可以撒400-600t氯盐。这就是人为造成的氯离子环境腐蚀破坏。还有，我国有一定数量的盐湖和大面积的盐碱地。这些地域的混凝土结构也会受到很强烈的腐蚀。对氯离子腐蚀的防护：1、 对混入型氯离子的防护 对混入型氯离子的防护，主要是对混凝土中氯离子含量进行控制，尤其是对前期原材料中氯离子的含量控制。例如，对施工用水、混凝土外加剂等氯离子含量进行统一科学的规定。2、 对渗入型氯离子的防护混凝土保护层厚度的增加，则氯离子渗入混凝土到达钢筋的时间就会增加，这是延迟混凝土内部钢筋开始锈蚀的一种很有效的方法。在制作混凝土时候，加强施工质量控制，对增加混凝土密实
12、度有加强作用。而且，在混凝土中加入高效减水剂和优质掺合料，可以从根本上改善混凝土的性能，提高混凝土抵抗氯离子腐蚀的能力。但是，混凝土的保护层不可能提高很多。为了防止氯离子渗入到混凝土内部腐蚀钢筋，可以对修补过的结构或者新建的混凝土结构喷涂一层表面涂层，它能显著降低混凝土的吸水性。另外，采用耐腐蚀钢筋对混入型和渗入型氯离子的防护都是很有效的。拌制混凝土时候增加亚硝酸盐等阻锈剂也是预防恶劣环境中钢筋锈蚀的一种经济有效的补充措施。3.3抗渗性与抗冻性对耐久性的影响3.3.1混凝土的抗渗性 混凝土是一种多孔结构，在存在内外压力差的情况下，必然存在液体或气体从高压处向低压处渗透的现象，这种现象称为混凝土
13、的渗透性。混凝土的抗渗性和混凝土的抗碳化能力，与抵抗外界有害物质的耐腐蚀性及抗冻性都有着密切的关系。一般来说，抗渗性好的混凝土耐久性也就好。混凝土固有的多孔性导致了其抗渗性较差，混凝土的抗渗性主要取决于水泥石的孔结构和集料的性能。影响混凝土抗渗性的因素很多，包括混凝土的水灰比、水泥细度、水泥品种、集料品种、施工质量、养护条件和环境介质等。1、混凝土的水灰比水灰比对混凝土的抗渗性影响最大。水灰比越大，包围水泥颗粒的水层就越大，水在水泥石中形成相互连通的、无规则的毛细系统，使水泥石的孔隙率增加，混凝土的抗渗性就较差。2、水泥的细度和品种在其他情况相同的条件下，水泥细度及其颗粒组成会对水泥石孔结构产
14、生很大影响。使用细颗粒含量多的水泥，生成微毛细孔结构，毛细孔体积大大减少，从而提高了混凝土抗渗性。另外，不同用途的混凝土，采用不同的集料，抗渗性也会有很大的差异。3、施工质量混凝土的施工质量对混凝土的孔结构和孔隙率有很大影响。在实际工程中，即使是配合比很好的混凝土，浇注成型时如果没有控制好质量，如振捣不密实等，也会造成混凝土内部的缺陷，降低其抗渗性。因此，对于有较高抗渗性要求的混凝土工程，一定要严格控制施工质量。4、环境介质混凝土的渗透性与环境介质的气体或液体的品种有关。而且，环境温度对混凝土的渗透性影响也很大。温度越高，相对湿度越低，混凝土失水严重，部分毛细孔水分蒸发，混凝土透气性增大，其渗
15、透性也就增大了。改善混凝土的抗渗性对于提高混凝土的耐久性是非常重要的，主要可以从提高混凝土自身的抗渗能力和在混凝土表面喷涂覆盖层着手解决。3.3.2混凝土的抗冻性混凝土的冻害机理研究开始于20世纪30年代，有静水压假说、渗透压假设等。但是由于混凝土冻害的复杂性，至今尚无公认的、完全反应混凝土冻害机理理论。关于混凝土早期受冻问题，归纳起来主要是以下两种情况:一是混凝土凝固前受冻；二是混凝土凝结后但是未达到足够强度时受冻。影响混凝土抗冻性主要有以下因素:1、水灰比水灰比直接影响混凝土的孔隙率和孔结构。随着水灰比的增加，不仅饱和水的开孔总体积增加，而且平均孔径也增加，在冻融过程中产生的冻胀压力和渗透压力就大，混凝土的抗冻性必然降低。2、含气量含气量也是影响混凝土抗冻性的主要影响因素，特别是加入引气剂形成的微细孔对提高混凝土的抗冻性尤为重要，因为这些互不相连通的微细气孔在混凝土受冻初期能够使毛细孔中的静水压力减小。在混凝土受冻结冰的过程中，这些空隙可以阻止或抑制水泥浆中微小冰体的形
