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1、第第2章章 环境土建工程基础理论知识环境土建工程基础理论知识 环境土建工程：房屋建筑结构、各种水池、水塔构筑物，以及沟、渠、坝、挡土结构物等土工构筑物工程。2.1 建筑力学基础知识建筑力学基础知识2.1.1 结构与构件结构与构件结构结构：建筑物中承受荷载而起骨架作用的部分。构件构件：组成结构的各单独部分。（1）杆系结构）杆系结构（2）薄壁结构）薄壁结构（3）实体结构）实体结构构件是杆件，特征：长度远远大于横截面的宽度和高度，构件是杆件，特征：长度远远大于横截面的宽度和高度，结构按几何特征分为三种类型：结构按几何特征分为三种类型：构件是薄板或薄壳，特征：厚度远远小于它的另外两个方向构件是薄板或薄
2、壳，特征：厚度远远小于它的另外两个方向的尺寸。的尺寸。三个方向的尺寸基本为同量级的结构。三个方向的尺寸基本为同量级的结构。2.1.2 刚体、变形固体及其基本假设刚体、变形固体及其基本假设刚体刚体：受力作用而不变形的物体：受力作用而不变形的物体理想变形固体理想变形固体：按照连续性、均匀、各向同性假设而：按照连续性、均匀、各向同性假设而理想化了的一般变形固体理想化了的一般变形固体理想假设：理想假设：l连续性假设连续性假设l均匀性假设均匀性假设l各向同性假设各向同性假设弹性变形、塑性变形弹性变形、塑性变形2.1.3 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式杆件轴线杆件轴线直线直杆曲线曲杆折线折杆横截面相
3、同等截面杆横截面不同变截面杆杆件基本变形形式杆件基本变形形式轴向拉伸或压缩轴向拉伸或压缩 剪切剪切 扭转扭转 弯曲弯曲组合变形组合变形2.1.4 结构计算简图结构计算简图自由度、约束及约束反力自由度、约束及约束反力自由体和非自由体自由体和非自由体（1）光滑面约束）光滑面约束（2）光滑圆柱铰链约束）光滑圆柱铰链约束（3）铰支座）铰支座固定铰支座和滚动铰支座固定铰支座和滚动铰支座（4）链杆约束）链杆约束 两端用铰链与其他物体相连，不计重力且中间不受重力的杆两端用铰链与其他物体相连，不计重力且中间不受重力的杆件。只在两铰链处受力作用，又称二力杆。件。只在两铰链处受力作用，又称二力杆。（5）固定端约束
4、（固定支座）固定端约束（固定支座）（6）定向支座）定向支座结构计算简图结构计算简图结构计算简图：结构计算简图： 能够反映结构主要工作特性的简化模型，忽略真实结构的能够反映结构主要工作特性的简化模型，忽略真实结构的次要因素，简化真实结构，便于计算。保留了真实结构的主要次要因素，简化真实结构，便于计算。保留了真实结构的主要特点，是真实结构的代表，能够给出满足精度要求的分析结果。特点，是真实结构的代表，能够给出满足精度要求的分析结果。 选择正确的结构简图重要而困难，经过大量实践，已有了成选择正确的结构简图重要而困难，经过大量实践，已有了成熟的计算简图熟的计算简图（1）支座简化示例）支座简化示例（2）
5、结点简化示例）结点简化示例结点结点：结构中构件的交点：结构中构件的交点铰结点、刚结点、组合结点铰结点、刚结点、组合结点（3）计算简图示例）计算简图示例（4）平面杆系结构分类）平面杆系结构分类梁梁 由受弯杆件构成，杆件轴线一般为直线。由受弯杆件构成，杆件轴线一般为直线。拱拱 一般由曲杆构成，在竖向荷载作用下，支座产生水平反力。一般由曲杆构成，在竖向荷载作用下，支座产生水平反力。钢架钢架 由梁和柱组成的结构。由梁和柱组成的结构。 桁架桁架 由若干直杆用铰链连接组成的结构。由若干直杆用铰链连接组成的结构。静定结构静定结构超静定结构超静定结构2.1.5 荷载的分类荷载的分类（1）按荷载作用的范围分为分
6、布荷载和集中荷载）按荷载作用的范围分为分布荷载和集中荷载分布荷载分布荷载：分布作用在体积、面积和线段上的荷载（体荷载、：分布作用在体积、面积和线段上的荷载（体荷载、面荷载、线荷载）面荷载、线荷载）集中荷载集中荷载：荷载作用的范围与构建的尺寸相比十分微小，可：荷载作用的范围与构建的尺寸相比十分微小，可认为荷载集中作用于一点。认为荷载集中作用于一点。（2）按荷载作用时间的久暂分为恒荷载和活荷载）按荷载作用时间的久暂分为恒荷载和活荷载恒荷载恒荷载：永久作用在结构上的荷载。（自重、永久设备：永久作用在结构上的荷载。（自重、永久设备）活荷载活荷载：暂时作用在结构上的荷载。（风、雪：暂时作用在结构上的荷载
7、。（风、雪）（3）按荷载作用的性质可分为静荷载和动荷载）按荷载作用的性质可分为静荷载和动荷载静荷载静荷载：由零逐渐增加到最后值的荷载。：由零逐渐增加到最后值的荷载。特点特点：荷载施加过程中，结构上各点产生的加速度不明显，荷：荷载施加过程中，结构上各点产生的加速度不明显，荷载达到最后值后，结构处于静止平衡状态。载达到最后值后，结构处于静止平衡状态。动荷载动荷载：大小、方向随时间而改变的荷载。：大小、方向随时间而改变的荷载。特点特点：由于荷载的作用，结构上各点产生明显的加速度，结构：由于荷载的作用，结构上各点产生明显的加速度，结构的内力和变形都随时间而发生变化。的内力和变形都随时间而发生变化。2.
8、1.6 建筑力学的任务和内容建筑力学的任务和内容建筑力学的任务：建筑力学的任务：研究结构的几何组成规律，以及在荷载作研究结构的几何组成规律，以及在荷载作用下结构和构件的强度、刚度和稳定性问题。用下结构和构件的强度、刚度和稳定性问题。建筑力学的目的：建筑力学的目的：保证结构按设计要求正常工作，并充分发保证结构按设计要求正常工作，并充分发挥材料的性能，使设计的结构既安全可靠又经济合理。挥材料的性能，使设计的结构既安全可靠又经济合理。建筑力学的内容：建筑力学的内容：（1）静力学基础及静定结构的内力计算（2）强度问题 （3）刚度问题（4）超静定结构的内力计算（5）稳定性问题 混凝土是由胶凝材料、水和粗
9、、细骨料按适当混凝土是由胶凝材料、水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的比例配合、拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的人造石材。土木建筑工程对混凝土质量的基本要求人造石材。土木建筑工程对混凝土质量的基本要求是：具有符合设计要求的强度；具有与施工条件相是：具有符合设计要求的强度；具有与施工条件相适应的和易性；具有与工程环境相适应的耐久性。适应的和易性；具有与工程环境相适应的耐久性。材料组成经济合理、生产制作节约能源。材料组成经济合理、生产制作节约能源。2.2.1 混凝土混凝土 2.2 物理化学知识物理化学知识 加水拌和成塑性浆后，能胶结砂、石等适当加水拌和成塑性浆后，能胶
10、结砂、石等适当材料并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材材料并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。料。 土木建筑工程通常采用的水泥主要有：硅土木建筑工程通常采用的水泥主要有：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等品种。火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等品种。1、水泥、水泥硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料的矿物组成 硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成为硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成为:凡由硅酸盐水泥熟料、凡由硅酸盐水泥熟料、石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，石灰石或粒化高炉矿渣、适量
11、石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。称为硅酸盐水泥。硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分有：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分有：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙；钙和铁铝酸四钙； （1）硅酸三钙）硅酸三钙 硅酸三钙的化学成分为硅酸三钙的化学成分为ai2，其简写为，其简写为3S。它是硅它是硅酸盐水泥熟料中最主要的矿物成分，约占水泥熟料总量的酸盐水泥熟料中最主要的矿物成分，约占水泥熟料总量的。硅酸三钙遇水后能够很快与水产生水化反应，并产生较多。硅酸三钙遇水后能够很快与水产生水化反应，并产生较多的水化热。它对促进水泥的凝结硬化，特别是对水泥天内的的水化热。它对促进水泥
12、的凝结硬化，特别是对水泥天内的早期强度以及后期强度都起主要作用。早期强度以及后期强度都起主要作用。生产过程（）硅酸二钙（）硅酸二钙 硅酸二钙的化学成分为硅酸二钙的化学成分为2ai2，其简写为，其简写为C2S，约占水泥熟料总量的，约占水泥熟料总量的1537。硅酸二钙遇水。硅酸二钙遇水后反应较慢，水化热也较低。它不影响水泥的凝结，对后反应较慢，水化热也较低。它不影响水泥的凝结，对水泥的后期强度起主要作用。水泥的后期强度起主要作用。（）铝酸三钙（）铝酸三钙 铝酸三钙的化学成分是铝酸三钙的化学成分是CaOAl2O3，其简写为，其简写为C3，约占水泥熟料总量的约占水泥熟料总量的715。铝酸三钙遇水后反应
13、极快，。铝酸三钙遇水后反应极快，产生的热量大而且很集中。铝酸三钙对水泥的凝结起主产生的热量大而且很集中。铝酸三钙对水泥的凝结起主导作用，但其水化产物强度较低，主要对水泥的早期强导作用，但其水化产物强度较低，主要对水泥的早期强度有所贡献。度有所贡献。（4）铁铝酸四钙）铁铝酸四钙铁铝酸四钙的化学成分为铁铝酸四钙的化学成分为:CaOAl2O3Fe2O3，其简写为，其简写为4AF，约占水泥熟料，约占水泥熟料总量的总量的1018。铁铝酸四钙遇水时水化反应也很快，。铁铝酸四钙遇水时水化反应也很快，水化热较低，水化产物的强度不高，对水泥石的抗压强水化热较低，水化产物的强度不高，对水泥石的抗压强度贡献不大，主
14、要对抗折强度贡献较大。度贡献不大，主要对抗折强度贡献较大。硅酸盐水泥的水化反应硅酸盐水泥的水化反应 硅酸盐水泥遇水后，水泥中的各种矿物成分会很快硅酸盐水泥遇水后，水泥中的各种矿物成分会很快发生水化反应，生成各种水化物。发生水化反应，生成各种水化物。 硅酸三钙硅酸三钙 水水 水化硅酸钙水化硅酸钙 氢氧化钙氢氧化钙 硅酸二钙硅酸二钙 水水 水化硅酸钙水化硅酸钙 氢氧化钙氢氧化钙 铝酸三钙铝酸三钙 水水水化铝酸三钙水化铝酸三钙 铁铝酸四钙铁铝酸四钙 水水 水化铝酸三钙水化铝酸三钙 水化铁酸钙水化铁酸钙2、骨料、骨料 骨料构成混凝土的骨架，占全部混凝土的骨料构成混凝土的骨架，占全部混凝土的80%85%
15、。骨料按其粒径大小分为粗骨料。骨料按其粒径大小分为粗骨料5mm60mm）和细骨料（粒径）和细骨料（粒径0.165mm）。）。卵石和天然砂是常用的粗、细骨料，骨料的强卵石和天然砂是常用的粗、细骨料，骨料的强度直接影响混凝土的强度。特别是粗骨料。度直接影响混凝土的强度。特别是粗骨料。 混凝土混合料在拌和时要加入一定量的水，一是混凝土混合料在拌和时要加入一定量的水，一是要保证水泥水化过程的进行，这样才能保证水泥在混要保证水泥水化过程的进行，这样才能保证水泥在混凝土中发挥胶凝作用，二是使混合料具有足够的流动凝土中发挥胶凝作用，二是使混合料具有足够的流动性性 水泥加水拌合后的剧烈水化反应，一方面使水泥水
16、泥加水拌合后的剧烈水化反应，一方面使水泥浆中起润滑作用的自由水分逐渐减少；另一方面，水浆中起润滑作用的自由水分逐渐减少；另一方面，水化产物在溶液中很快达饱和或过饱和状态而不断析出，化产物在溶液中很快达饱和或过饱和状态而不断析出，水泥颗粒表面的新生物厚度逐渐增大，使水泥浆中固水泥颗粒表面的新生物厚度逐渐增大，使水泥浆中固体颗粒间的间距逐渐减小，越来越多的颗粒相互连接体颗粒间的间距逐渐减小，越来越多的颗粒相互连接形成了骨架结构。此时，水泥浆便开始慢慢失去可塑形成了骨架结构。此时，水泥浆便开始慢慢失去可塑性，表现为水泥的性，表现为水泥的初凝初凝。3、水、水 由于铝酸三钙水化极快，会使水泥很快凝结，由
17、于铝酸三钙水化极快，会使水泥很快凝结，为使工程使用时有足够的操作时间，水泥中加入了为使工程使用时有足够的操作时间，水泥中加入了适量的石膏。水泥加入石膏后，一旦铝酸三钙开始适量的石膏。水泥加入石膏后，一旦铝酸三钙开始水化，石膏会与水化铝酸三钙反应生成针状的钙矾水化，石膏会与水化铝酸三钙反应生成针状的钙矾石。钙矾石很难溶解于水，可以形成一层保护膜覆石。钙矾石很难溶解于水，可以形成一层保护膜覆盖在水泥颗粒的表面，从而阻碍了铝酸三钙的水化，盖在水泥颗粒的表面，从而阻碍了铝酸三钙的水化，阻止了水泥颗粒表面水化产物的向外扩散，降低了阻止了水泥颗粒表面水化产物的向外扩散，降低了水泥的水化速度，使水泥的初凝时
18、间得以延缓。水泥的水化速度，使水泥的初凝时间得以延缓。|当掺入水泥的石膏消耗殆尽时，水泥颗粒表面的钙矾石当掺入水泥的石膏消耗殆尽时，水泥颗粒表面的钙矾石覆盖层一旦被水泥水化物的积聚物所胀破，铝酸三钙等矿覆盖层一旦被水泥水化物的积聚物所胀破，铝酸三钙等矿物的再次快速水化得以继续进行，水泥颗粒间逐渐相互靠物的再次快速水化得以继续进行，水泥颗粒间逐渐相互靠近，直至连接形成骨架。水泥浆的塑性逐渐消失，直到终近，直至连接形成骨架。水泥浆的塑性逐渐消失，直到终凝。凝。|随着水化产物的不断增加，水泥颗粒之间的毛细孔不断随着水化产物的不断增加，水泥颗粒之间的毛细孔不断被填实，加之水化产物中的氢氧化钙晶体、水化
19、铝酸钙晶被填实，加之水化产物中的氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体不断贯穿于水化硅酸钙等凝胶体之中，逐渐形成了具有体不断贯穿于水化硅酸钙等凝胶体之中，逐渐形成了具有一定强度的水泥石，从而进入了硬化阶段。水化产物的进一定强度的水泥石，从而进入了硬化阶段。水化产物的进一步增加，水分的不断丧失，使水泥石的强度不断发展。一步增加，水分的不断丧失，使水泥石的强度不断发展。 随着水泥水化的不断进行，水泥浆结构内部孔随着水泥水化的不断进行，水泥浆结构内部孔隙不断被新生水化物填充和加固的过程，称为水泥隙不断被新生水化物填充和加固的过程，称为水泥的的“凝结凝结”。随后产生明显的强度并逐渐变成坚硬。随后产生明显的强度并
20、逐渐变成坚硬的人造石的人造石水泥石，这一过程称为水泥的水泥石，这一过程称为水泥的“硬化硬化”。 实际上，水泥的水化过程很慢，较粗水泥颗粒实际上，水泥的水化过程很慢，较粗水泥颗粒的内部很难完全水化。因此，硬化后的水泥石是由的内部很难完全水化。因此，硬化后的水泥石是由晶体、胶体、未完全水化颗粒、游离水及气孔等组晶体、胶体、未完全水化颗粒、游离水及气孔等组成的不均质体。成的不均质体。4、孔隙、孔隙 混凝土是一个多相多孔的体系，所以在混凝土混凝土是一个多相多孔的体系，所以在混凝土中除了上述组此外，还存在大小不同的孔隙，按中除了上述组此外，还存在大小不同的孔隙，按孔径的大小可风味凝胶孔、过渡孔、毛细孔等
21、。孔径的大小可风味凝胶孔、过渡孔、毛细孔等。侵蚀性介质只有通过孔隙才能进入混凝土内部对侵蚀性介质只有通过孔隙才能进入混凝土内部对其产生侵蚀，此外，混凝土构筑物的许多物理性其产生侵蚀，此外，混凝土构筑物的许多物理性能如渗透性、抗冻性和力学性能都与混凝土孔隙能如渗透性、抗冻性和力学性能都与混凝土孔隙的数量、孔径、孔隙的分布状态等密切相关。的数量、孔径、孔隙的分布状态等密切相关。混凝土外加剂混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的，用以是指在拌制混凝土过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质。一般情况掺量不超过水泥质改善混凝土性能的物质。一般情况掺量不超过水泥质量的量的5%。 混凝土中掺入外加剂，是行
22、之有效的改善混凝土混凝土中掺入外加剂，是行之有效的改善混凝土性能的措施。随着科学技术的不断进步，外加剂已越性能的措施。随着科学技术的不断进步，外加剂已越来越多地得到发展和使用。因此，外加剂已成为混凝来越多地得到发展和使用。因此，外加剂已成为混凝土中除由四种基本材料以外的第五种组分。土中除由四种基本材料以外的第五种组分。 5、混凝土外加剂、混凝土外加剂混凝土外加剂的分类混凝土外加剂的分类 按化学成分可分成三类：按化学成分可分成三类： （）无机化合物，多为电解质盐类。（）无机化合物，多为电解质盐类。 （）有机化合物，多为表面活性剂。（）有机化合物，多为表面活性剂。 （）有机无机复合物。（）有机无机
23、复合物。 按功能分为四类：按功能分为四类： （）改善混凝土拌合物流变性能的外加剂。如各（）改善混凝土拌合物流变性能的外加剂。如各种减水剂、泵送剂、保水剂等。种减水剂、泵送剂、保水剂等。 （）调节混凝土凝结时间，硬化性能的外加剂。（）调节混凝土凝结时间，硬化性能的外加剂。如缓凝剂、早强剂、速凝剂等。如缓凝剂、早强剂、速凝剂等。 （）改善混凝土耐久性能的外加剂。如引气剂、（）改善混凝土耐久性能的外加剂。如引气剂、防水剂和阻锈剂等。防水剂和阻锈剂等。 （）改善混凝土其他性能的外加剂。如引气剂、（）改善混凝土其他性能的外加剂。如引气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂、碱骨料反应抑制膨胀剂、防冻剂、着色
24、剂、防水剂、碱骨料反应抑制剂、隔离剂、养护剂等。剂、隔离剂、养护剂等。 6、混凝土和易性、混凝土和易性 混凝土混合料的诸多性质，如搅拌是否均匀，混凝土混合料的诸多性质，如搅拌是否均匀，运输过程是否是否产生分层析水，浇筑时是否易运输过程是否是否产生分层析水，浇筑时是否易于填满模型等，都以和易性表示。于填满模型等，都以和易性表示。 混凝土受冻融作用破坏的原因，是混凝土内部的孔隙水在混凝土受冻融作用破坏的原因，是混凝土内部的孔隙水在负温下结冰后体积膨胀造成的静水压力，因冷冻水蒸汽压的差负温下结冰后体积膨胀造成的静水压力，因冷冻水蒸汽压的差别推动未冻水向冻结区的迁移造成的渗透压力，当这两种压力别推动未
25、冻水向冻结区的迁移造成的渗透压力，当这两种压力所产生的内应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝，所产生的内应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝，多次冻融使裂缝不断扩展直至破坏。多次冻融使裂缝不断扩展直至破坏。 冻融破坏机理有很多，但迄今为止尚无统一的结论。典型冻融破坏机理有很多，但迄今为止尚无统一的结论。典型的有冰膨胀压和渗透压理论的有冰膨胀压和渗透压理论 是指混凝土在冻融交替作用下，其内部结构产生裂缝和损是指混凝土在冻融交替作用下，其内部结构产生裂缝和损伤，经过多次反复作用后，损伤积累到一定程度所引起的一种伤，经过多次反复作用后，损伤积累到一定程度所引起的一种结构破坏结构破坏.
26、冻融破坏过程中，水化产物的成分基本保持不变，可冻融破坏过程中，水化产物的成分基本保持不变，可任务混凝土的冻融破坏过程是一个物理变化过程。任务混凝土的冻融破坏过程是一个物理变化过程。1、混凝土的冻融破坏、混凝土的冻融破坏2.2.2 混凝土在环境中的物理化学变化混凝土在环境中的物理化学变化（）内部构造、（）内部构造、（）混凝空隙率，既混凝土密实度、混凝土孔隙（）混凝空隙率，既混凝土密实度、混凝土孔隙构造及数量。密实度越小，开口孔隙愈多，水分愈构造及数量。密实度越小，开口孔隙愈多，水分愈易渗入，静水压力越大，抗冻性越差。易渗入，静水压力越大，抗冻性越差。（）混凝土孔隙充水程度。饱水程度愈高，冻结（）
27、混凝土孔隙充水程度。饱水程度愈高，冻结后产生的冻胀作用就大，抗冻性越差。后产生的冻胀作用就大，抗冻性越差。影响混凝土抗冻性的因素有：影响混凝土抗冻性的因素有： 混凝土的中性化作用是指空气中的二氧化碳、二混凝土的中性化作用是指空气中的二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、氯化氢等酸性物质，与水泥石中的氧化硫、硫化氢、氯化氢等酸性物质，与水泥石中的氢氧化钙等碱性物质发生化学作用，生成碳酸钙和水。氢氧化钙等碱性物质发生化学作用，生成碳酸钙和水。其中二氧化碳引起的中性化称为碳化。其中二氧化碳引起的中性化称为碳化。 碳化对混凝土性能有明显的影响，碳化对混凝土性能有明显的影响，首先首先是减弱对是减弱对钢筋的保护作用
28、。由于水泥水化过程中生成大量氢氧钢筋的保护作用。由于水泥水化过程中生成大量氢氧化钙，使混凝土孔隙中充满饱和的氢氧化钙溶液，其化钙，使混凝土孔隙中充满饱和的氢氧化钙溶液，其 值可达到值可达到12.613。这种强碱性环境能使混凝土。这种强碱性环境能使混凝土中的钢筋表面生成一层钝化薄膜，从而保护钢筋免于中的钢筋表面生成一层钝化薄膜，从而保护钢筋免于锈蚀。碳化作用降低了混凝土的碱度，当值低于锈蚀。碳化作用降低了混凝土的碱度，当值低于10时，钢筋表面钝化膜破坏，导致钢筋锈蚀。同时碳时，钢筋表面钝化膜破坏，导致钢筋锈蚀。同时碳化伴随着混凝土的收缩，引起表面开裂和粉化化伴随着混凝土的收缩，引起表面开裂和粉化
29、2、混凝土的碳化、混凝土的碳化 其次，当碳化深度超过钢筋的保护层时，钢筋其次，当碳化深度超过钢筋的保护层时，钢筋不但易发生锈蚀，还会因此引起体积膨胀，使混凝土不但易发生锈蚀，还会因此引起体积膨胀，使混凝土保护层开裂或剥落，进而又加速混凝土进一步碳化。保护层开裂或剥落，进而又加速混凝土进一步碳化。碳化作用还会引起混凝土的收缩，使混凝土表面碳化碳化作用还会引起混凝土的收缩，使混凝土表面碳化层产生拉应力，可能产生微细裂缝，从而降低了混凝层产生拉应力，可能产生微细裂缝，从而降低了混凝土的抗折强度。土的抗折强度。l碳化对混凝土既有有利影响，也有不利影响。碳化对混凝土既有有利影响，也有不利影响。l不利方面
30、：不利方面：1、混凝土碱度降低，减弱了对钢筋、混凝土碱度降低，减弱了对钢筋的保护作用。的保护作用。2、碳化作用会增加混凝土的收缩，、碳化作用会增加混凝土的收缩，引起混凝土表面产生拉应力出现细微裂缝，从而引起混凝土表面产生拉应力出现细微裂缝，从而降低混凝土的抗拉强度、抗折强度及抗渗能力。降低混凝土的抗拉强度、抗折强度及抗渗能力。l有利方面：碳化作用产生的碳酸钙填充了水泥石有利方面：碳化作用产生的碳酸钙填充了水泥石的孔隙，提高了水泥石的密实度，提高了抗压强的孔隙，提高了水泥石的密实度，提高了抗压强度。如混凝土预制桩往往利用碳化作用来提高桩度。如混凝土预制桩往往利用碳化作用来提高桩的表面硬度。的表面
31、硬度。 3、混凝土的腐蚀、混凝土的腐蚀 混凝土腐蚀的方式：混凝土腐蚀的方式：（）溶出性侵蚀（）溶出性侵蚀 水泥石长期接触软水时，会使水泥石中的氢氧化钙不水泥石长期接触软水时，会使水泥石中的氢氧化钙不断被溶出，当水泥石中游离的氢氧化钙减少到一定程度时，断被溶出，当水泥石中游离的氢氧化钙减少到一定程度时，水泥石中的其它含钙矿物也可能分解和溶出，从而导致水水泥石中的其它含钙矿物也可能分解和溶出，从而导致水泥石结构的强度降低，甚至破坏。当水泥石处于软水环境泥石结构的强度降低，甚至破坏。当水泥石处于软水环境时，特别是处于流动的软水环境中时，水泥被软水侵蚀的时，特别是处于流动的软水环境中时，水泥被软水侵蚀
32、的速度更快。速度更快。 （）一般酸的腐蚀（）一般酸的腐蚀 工程结构处于各种酸性介质中时，酸性介质易工程结构处于各种酸性介质中时，酸性介质易与水泥石中的氢氧化钙反应，其反应产物可能溶于与水泥石中的氢氧化钙反应，其反应产物可能溶于水中而流失，或发生体积膨胀造成结构物的局部被水中而流失，或发生体积膨胀造成结构物的局部被胀裂，破坏了水泥石的结构。其基本化学反应式为胀裂，破坏了水泥石的结构。其基本化学反应式为 （）碳酸的腐蚀（）碳酸的腐蚀 雨水及地下水中常溶有较多的二氧化碳，形成了碳雨水及地下水中常溶有较多的二氧化碳，形成了碳酸。碳酸水先与水泥石中的氢氧化钙反应，中和后使酸。碳酸水先与水泥石中的氢氧化钙
33、反应，中和后使水泥石碳化，形成了碳酸钙，碳酸钙再与碳酸反应生水泥石碳化，形成了碳酸钙，碳酸钙再与碳酸反应生成可溶性的碳酸氢钙，并随水流失，从而破坏了水泥成可溶性的碳酸氢钙，并随水流失，从而破坏了水泥石的结构。其腐蚀反应过程为石的结构。其腐蚀反应过程为 当环境中含有硫酸盐的水渗入到水泥石结构中时，当环境中含有硫酸盐的水渗入到水泥石结构中时，会与水泥石中的氢氧化钙反应生成石膏，石膏再与水泥会与水泥石中的氢氧化钙反应生成石膏，石膏再与水泥石中的水化铝酸钙反应生成钙矾石，产生石中的水化铝酸钙反应生成钙矾石，产生1.5倍的体积倍的体积膨胀，这种膨胀必然导致脆性水泥石结构的开裂，甚至膨胀，这种膨胀必然导致
34、脆性水泥石结构的开裂，甚至崩溃。由于钙矾石为微观针状晶体，人们常称其为水泥崩溃。由于钙矾石为微观针状晶体，人们常称其为水泥杆菌。杆菌。（）硫酸盐的腐蚀（）硫酸盐的腐蚀（5）碱骨料反应）碱骨料反应 是指水泥中的碱与骨料中的活性二氧化硅反应，是指水泥中的碱与骨料中的活性二氧化硅反应，生成碱生成碱-硅酸盐凝胶，并吸水膨胀，使体积增大约硅酸盐凝胶，并吸水膨胀，使体积增大约34倍，产生的膨胀压力可引起混凝土剥落、开裂、强度倍，产生的膨胀压力可引起混凝土剥落、开裂、强度下降甚至破坏。下降甚至破坏。 发生碱骨料反应时，一般不到两年就会使其结构发生碱骨料反应时，一般不到两年就会使其结构出现明显开裂，一旦发生，
35、比较难控制，会加速其他出现明显开裂，一旦发生，比较难控制，会加速其他侵蚀破坏。侵蚀破坏。（6）浓碱液侵蚀）浓碱液侵蚀 碱液浓度小且温度不高时，侵蚀作用很小。碱液碱液浓度小且温度不高时，侵蚀作用很小。碱液浓度大会造成混凝土结构破坏，可产生化学侵蚀和结浓度大会造成混凝土结构破坏，可产生化学侵蚀和结晶侵蚀两种。晶侵蚀两种。化学侵蚀：化学侵蚀：水泥的水化产物及未发生水化的矿物成分，水泥的水化产物及未发生水化的矿物成分，与浓碱液发生化学反应，使之析出。与浓碱液发生化学反应，使之析出。结晶侵蚀：结晶侵蚀：碱液渗入混凝土的孔隙中，与孔隙中的碱液渗入混凝土的孔隙中，与孔隙中的CO2生成生成Na2CO310H2
36、O析出，体积膨胀析出，体积膨胀2.5倍，产生倍，产生结晶压力，造成混凝土破坏，这种侵蚀在氧化铝厂混结晶压力，造成混凝土破坏，这种侵蚀在氧化铝厂混凝土构筑物中尤为严重。凝土构筑物中尤为严重。此外，有些其它物质也能腐蚀混凝土，如镁盐、强碱、糖类、脂此外，有些其它物质也能腐蚀混凝土，如镁盐、强碱、糖类、脂肪等。高温、海水、盐渍土等环境都会引起混凝土各种物理化学肪等。高温、海水、盐渍土等环境都会引起混凝土各种物理化学变化。变化。4、混凝土中钢筋的腐蚀、混凝土中钢筋的腐蚀 混凝土是一种非均质的脆性材料，抗弯抗拉能力混凝土是一种非均质的脆性材料，抗弯抗拉能力差，需配筋提高其力学性能，其中钢筋应用最广泛。差
37、，需配筋提高其力学性能，其中钢筋应用最广泛。混凝土中的钢筋受到腐蚀后，腐蚀产物的体积膨胀可混凝土中的钢筋受到腐蚀后，腐蚀产物的体积膨胀可使混凝土保护层沿纵筋，出现开裂，严重时可完全脱使混凝土保护层沿纵筋，出现开裂，严重时可完全脱落。落。1、轻度腐蚀；、轻度腐蚀； 钢筋表面出现小的腐蚀坑，无纵向裂缝，钢筋表面出现小的腐蚀坑，无纵向裂缝，截面损失截面损失1%3%屈服强度、拉伸强度基本不变屈服强度、拉伸强度基本不变 混凝土中钢筋的腐蚀一种电化学腐蚀，要造成混混凝土中钢筋的腐蚀一种电化学腐蚀，要造成混凝土中钢筋腐蚀，首先必须破坏钢筋表面的钝化膜，凝土中钢筋腐蚀，首先必须破坏钢筋表面的钝化膜，钢筋失钝与
38、混凝土中的碱度有关，钢筋失钝与混凝土中的碱度有关，ph小于小于9时，钝化时，钝化膜就会完全破坏。膜就会完全破坏。2、中度腐蚀；、中度腐蚀； 钢筋腐蚀产生的铁锈向混凝土内迁，产钢筋腐蚀产生的铁锈向混凝土内迁，产生少量的纵向裂缝，截面损失生少量的纵向裂缝，截面损失3%10%屈服强度基本屈服强度基本不变不变,拉伸强度和延伸率降低。拉伸强度和延伸率降低。3、严重腐蚀、严重腐蚀 ；截面损失率大于；截面损失率大于10%。铁锈沿混凝土裂。铁锈沿混凝土裂缝扩散，纵向裂缝增多，使顺筋裂缝贯通，保护层部缝扩散，纵向裂缝增多，使顺筋裂缝贯通，保护层部分或全部脱落。屈服强度，拉伸强度延伸率降低分或全部脱落。屈服强度，拉伸强度延伸率降低
