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1、混凝土耐久性概述摘要：混凝土是全世界应用最广，使用最多的建筑材料,人们对它的研究已经涉及到各个方面。混凝土耐久性是混凝土诸多特性中非常重要的特性之一。影响混凝土耐久性的因素主要有混凝土碳化，钢筋锈蚀，碱-集料反应，混凝土冻融破坏，氯离子对混凝土的侵蚀等。本文简要综述了主要的几个影响因素的破坏原理以及相关知识，并提出了提高混凝土耐久性的方法。本文所涉及的混凝土耐久性的知识仅是混凝土特性的冰山一角，希望对研究混凝土人士有些帮助。关键字：混凝土耐久性 主要影响因素 破坏原理 混凝土Abstract: concrete is the building materials which is most w
2、idely used and Used largest number in the world, The people researched it at all espects. Durability of concrete is one of very important characters. What affect the durability of concrete including mang factors,the main factors,for example, carbonation of concrete,corrosion of steel bar, alkali-agg
3、regate reaction, Concrete freeze-thaw destruction , Concrete erosion by Chloride ions ,and so on.This article simply Comprehensive description the main factors destruction principles and relevant knowledge,and raise a method which can improve the durability of concrete. Of course,the knowledge of th
4、e article refer to, about durability of concrete it is a the tip fo the iceberg, the author hope the article is useful to the man who is Specialized researcher .keyword: durability of concrete main factors influencing destruction principle concrete1.混凝土耐久性的概念和研究混凝土耐久性的意义。混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素
5、的作用，长期保持强度和外观完整性的能力。混凝土的耐久性主要包括抗渗、抗冻、抗侵蚀、炭化、碱骨料反应及钢筋锈蚀等。混凝土是当今世界用量最大的建筑材料。我国混凝土使用量居全球之冠，年用量达20亿t，为适应经济快速发展发挥了极其重要的作用。耐久性对工程量浩大的混凝土工程来说意义非常重要，若耐久性不足，将会产生极严重的后果，甚至对未来社会造成极为沉重的负担。如不少工程在使用1020 年后，有的甚至在使用几年之后即需维修。另外，混凝土工程大多是永久性的，工程量大、耗资多，若耐久性不良将会给国家财政和社会经济的发展带来沉重的包袱。因此，从资金节约、资源的有效利用及环境保护等方面综合考虑，必须深入研究混凝土
6、的耐久性问题。2.影响混凝土耐久性的因素以及其破坏原理影响混凝土耐久性的因素很多，从混凝土结构耐久性损伤的机理来看，分为化学作用引起的损伤和物理作用引起的损伤两大类。另外，生物作用对混凝土耐久性也有一定作用。化学作用包括：混凝土碳化，钢筋锈蚀，碱-集料反应，混凝土腐蚀等。物理作用包括：混凝土冻融破坏，冲刷磨损等。2.1 混凝土的碳化 混凝土碳化是混凝土中的碱与环境中的二氧化碳发生反应生成碳酸钙的过程，它使混凝土的碱性降低，从而失去对钢筋的保护作用，是混凝土在一般大气环境中钢筋锈蚀的前提条件。衡量混凝土碳化的指标为碳化深度。 混凝土的碳化图1 混凝土的碳化图2混凝土碳化的主要化学反应式如下：CO
7、2+H2OH2CO3 (1-1)Ca(OH)2+H2CO3CaCO3+2H2O (1-2)2.1.1 影响混凝土碳化的因素有很多，概况地说，混凝土碳化的影响因素为：.混凝土本身的密实度：混凝土密实度越大，碳化速度越慢；.二氧化碳的浓度：二氧化碳浓度越大碳化速度越快；.环境温度：环境温度越高，碳化速度越快；.环境湿度：环境相对湿度在5070时，碳化速度最快。2.1.2 Fick第一扩散定律混凝土碳化过程遵循Fick第一扩散定律，在此得到理论上计算混凝土碳化深度的计算公式为 *X表示碳化深度，D表示CO2在混凝土中有效扩散系数，C表示混凝土表面CO2浓度，表示单位体积混凝土吸收CO2的量，表示碳化
8、时间。从混凝土碳化深度计算公式可以看出，混凝土碳化速度主要取决于二氧化碳的扩散速度和二氧化碳与混凝土中可碳化物质的反应性。而二氧化碳气体的扩散速度则与混凝土本身的密实性，二氧化碳气体的浓度，环境温度及混凝土的含湿状态等因素有关，碳化反应则与混凝土中氧化钙的含量，水化产物的形态及环境的温湿度等因素有关，这些影响因素可以归结为与环境有关的外部因素和与混凝土本身有关的内部因素。2.2 混凝土中钢筋的锈蚀大量工程实践证明，在钢筋混凝土结构中，钢筋的锈蚀是影响服役结构耐久性的主要因素。新鲜的混凝土是呈碱性的，其PH值一般大于12.5，在碱性环境中的钢筋容易发生钝化作用，使得钢筋表面产生一层钝化膜，能够阻
9、止混凝土中钢筋的锈蚀。但当有二氧化碳、水汽和氯离子等有害物质从混凝土表面通过孔隙进入混凝土内部时，和混凝土材料中的碱性物质中和，从而导致了混凝土的PH值的降低，就出现PH9这种情况，在这种环境下，混凝土中埋置钢筋表面的钝化膜被逐渐破坏，在其它条件具备的情况下，钢筋就会发生锈蚀，并且随着锈蚀的加剧，将导致混凝土保护层开裂，钢筋与混凝土之间的粘结力破坏，钢筋受力截面减少，结构强度降低等一系列不良后果，从而导致结构耐久性的降低。通常情况下，受氯盐污染的混凝土中的钢筋有更严重的锈蚀情况。钢筋在混凝土中的锈蚀过程图如下所示：钢筋在混凝土中的锈蚀过程图32.2.1钢筋的锈蚀机理与化学反应方程式混凝土中的钢
10、筋锈蚀一般为电化学锈蚀。二氧化碳和氯离子对混凝土本身都没有严重的破坏作用，但是，这两种环境物质都是混凝土中钢筋钝化膜破坏的最重要又最常遇到的环境介质。钢筋在混凝土结构中的腐蚀是在有水分子参与的条件下发生的，钢筋锈蚀的电极反应式为：阳极： FeFe2+2e (1-3) 阴极： O2+2H2O+4eOH (1-4) 阳极表面二次化学过程： Fe2+2OHFe(OH)2 (1-5) 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3 (1-6) 2.2.2钢筋腐蚀过程可分为以下几个阶段：腐蚀孕育期；从浇注混凝土蚀到混凝土碳化层深达到钢筋，或氯离子侵入混凝土已使钢筋去钝化，即钢筋开始锈蚀为止。腐蚀发展期
11、；从钢筋开始腐蚀发展到混凝土保护层表面因钢筋锈胀而现实破坏现象（如顺筋胀裂，层裂或剥落等）。腐蚀破坏期；从混凝土表面因钢筋锈蚀肿胀开始破坏发展到混凝土现实严重胀裂、剥落破坏，即已达到不可容忍的程度，必须全面大修时为止。腐蚀危害期；钢筋锈蚀已经扩大到使混凝土结构区域性破坏，致使结构不能安全使用。2.2.3影响钢筋锈蚀的因素混凝土液相PH值；钢筋锈蚀速度与混凝土液相PH值有密切关系。当PH值大于10时，钢筋锈蚀速度很小；而当PH值小于4时，钢筋锈蚀速度急剧增加。混凝土中Cl含量；混凝土中Cl含量对钢筋锈蚀的影响极大。一般情况下，钢筋混凝土结构中的氯盐掺量应少于水泥重量的1（按无水状态计算），而且掺
12、氯盐的混凝土结构必须振捣密实，也不易采用蒸汽养护。混凝土密实度和保护层厚度；混凝土对钢筋的保护作用包括两个主要方面：一是混凝土的高碱性使钢筋表面形成钝化膜；二是保护层对外界腐蚀介质、氧气和水分等渗入的阻止。后一种作用主要取决于混凝土的密实度及保护层厚度。水泥品种和掺合料；国内外许多研究表明，在掺用优质粉煤灰等掺合料时，在降低混凝土碱性的同时，能提高混凝土的密实度，改变混凝土内部孔结构，从而能阻止外界腐蚀介质和氧气与水分的渗入，这无疑对防止钢筋锈蚀是十分有利的。环境条件；环境条件是引起钢筋锈蚀的外在因素，如温度、湿度及干燥交替作用，海水飞溅、海盐渗透等都对混凝土结构中的钢筋锈蚀有明显影响。特别是
13、混凝土自身保护能力不合要求或混凝土保护层有裂缝等缺陷时，外界因素的影响会更突出。许多实际调查结果表明，混凝土结构在干燥无腐蚀介质条件下，其使用寿命要比在潮湿及腐蚀介质中使用要长23倍。2.3 碱-集料反应 碱集料反应是指混凝土中的碱与集料中的活性组分之间发生的破坏性膨胀反应，是影响混凝土耐久性最主要的因素之一。该反应不同于其它混凝土病害，其开裂破坏是整体性的，且目前没有有效的修补方法，而其中的碱碳酸盐反应的预防尚无有效的措施。由于碱集料造成的混凝土开裂破坏难以被阻止，因而被成为混凝土的“癌症”。碱-集料反应发生必须具备三个条件，即在混凝土中同时存在活性矿物集料（活性二氧化硅、白云质类石灰岩或粘
14、土质页岩等）、碱性溶液（KOH、NaOH）和水。2.3.1碱-集料反应发生的原理与化学反应式：是指混凝土孔溶液中由水泥，含碱外加剂和环境等释放的，K，OH,与集料中的有害矿物发生反应，导致混凝土膨胀和开裂。按有害矿物的种类不同，可以分为碱硅酸反应和碱碳酸反应。碱硅酸反应离子化学反应式：（ K）+SiO2+ OH（K）-Si-H凝胶碱硅酸盐反应离子化学反应式：（）+OH（OH）OH浓度较低时，不足以引气混凝土的破坏，一般认为当含碱量小于0.6时，可不考虑碱集料反应。当OH浓度较高时，活性碱不仅能中和二氧化硅颗粒表面及微孔中的氢离子，还会破坏O-S-O之间的结合键，时二氧化硅颗粒结果松散，并使这一
15、反应不断向颗粒内部深入形成碱硅胶。这种碱硅胶会吸收微孔中的水分，发生体积膨胀。在周围水泥浆已经硬化的情况下，这种体积膨胀会受到约束，产生一定的膨胀压力。当该压力超过水泥浆抗拉强度时，就会引气混凝土开裂，时混凝土结构发生破坏。该反应引气的体积膨胀量与混凝土中的含水量有关系，水分充足时，体积可增大三倍。因此，为了减少这种膨胀压力，必须防止水分由外部渗入混凝土孔隙中，即对混凝土结构予以放水处理。2.3.2碱-集料反应的主要影响因素由碱集料反应的机理可以得知，影响这一反应的主要因素为水泥的含碱量及集料本身有无反应活性，另外就是孔隙水量，这三要素缺一不可。因此，影响碱集料反应的因素也均与这三要素紧密相关，主要包括下列因素：水泥的含碱量混凝土的水灰比反
