1.混凝土耐久性的概念
混凝土耐久性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用年限內(nèi),在各種環(huán)境條件作用下,不需要額外的費(fèi)用加固處理而保持其安全性、正常使用和可接受的外觀能力?;炷聊途眯灾饕福嚎?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性、碳化?,F(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2002)中,明確規(guī)定混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。
2.混凝土耐久性的影響因素
2.1混凝土的凍融破壞。當(dāng)結(jié)構(gòu)處于冰點(diǎn)以下環(huán)境時(shí),混凝土內(nèi)孔隙中的水將結(jié)冰,產(chǎn)生體積膨脹形成各種壓力,當(dāng)壓力達(dá)到一定程度時(shí),導(dǎo)致混凝土的破壞?;炷涟l(fā)生凍融破壞的最顯著的特征是表面剝落,嚴(yán)重時(shí)可以露出石子?;炷恋目箖鲂阅芘c混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)和氣泡含量多少密切相關(guān)??自缴僭叫?,破壞作用越小,封閉氣泡越多,抗凍性越好。
影響混凝土抗凍性的因素,除了孔結(jié)構(gòu)和含氣量外,還包括:混凝土的飽和度,水灰比,混凝土的齡期,集料的孔隙率及其間的含水率等。
2.2混凝土的堿-集料反應(yīng)?;炷恋膲A-集料反應(yīng),是指混凝土中的堿與集料中活性組分發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),引起混凝土的膨脹,開裂,甚至破壞。國(guó)內(nèi)外因堿-集料反應(yīng)不得不拆除大壩,橋梁,海堤和學(xué)校的事件并不在少數(shù)?;炷翂A-集料反應(yīng)需具備三個(gè)條件,即有相當(dāng)數(shù)量的堿,相應(yīng)的活性集料,水分,避免堿-集料反應(yīng)的方法可采用:盡量避免采用活性集料;限制混凝土的堿含量;摻用混合材。
2.3化學(xué)侵蝕。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)處在有侵蝕性介質(zhì)作用的環(huán)境時(shí),會(huì)引起水泥石發(fā)生一系列化學(xué),物理與物化變化,而逐步受到侵蝕,嚴(yán)重的使水泥石強(qiáng)度降低,以至破壞。常見的化學(xué)侵蝕可分為淡水腐蝕,一般酸性水腐蝕,碳酸腐蝕,硫酸鹽腐蝕,鎂鹽腐蝕等幾類。淡水的沖刷,會(huì)溶解水泥石中的組分,使水泥石孔隙增加,密實(shí)度降低,從而進(jìn)一步造成對(duì)水泥石的破壞;當(dāng)水中溶有一些酸類時(shí),水泥石就受到溶淅和化學(xué)溶解雙重作用,腐蝕明顯加速;碳酸在溶淅水泥石的同時(shí),破壞混凝土內(nèi)的堿環(huán)境,降低水泥水化產(chǎn)物的穩(wěn)定性,影響水泥石的致密度;硫酸鹽SO42-離子深入混凝土內(nèi)與水泥組分反應(yīng),生成物體積膨脹開裂造成損壞。
2.4鋼筋的銹蝕。鋼筋的銹蝕表現(xiàn)為鋼筋在外部介質(zhì)作用下發(fā)生電化反應(yīng),逐步生成氫氧化鐵等即鐵銹,造成混凝土順筋裂縫,從而成為腐蝕介質(zhì)滲入鋼筋的通道,加快結(jié)構(gòu)的損壞。混凝土碳化和中性化主要是由于混凝土的密實(shí)度即抗?jié)B性不足,酸性氣體滲入混凝土內(nèi)與氫氧化鈣作用;其二,氯離子對(duì)鋼筋表面鈍化膜有特殊的破壞作用;其三,鋼筋在拉應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)共同作用下形成的脆性斷裂;其四,鋼筋的氫脆現(xiàn)象,即預(yù)應(yīng)力筋在酸性與微堿性的介質(zhì)中發(fā)生脆性斷裂,鋼筋在腐蝕過程中會(huì)產(chǎn)生少量氫氣,當(dāng)鋼筋內(nèi)部存在缺陷,會(huì)產(chǎn)生很大壓力,出現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象,使鋼筋脆化。
3.提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的措施
3.1原材料的選擇。水泥類材料的強(qiáng)度和工程性能,是通過水泥砂漿的凝結(jié),硬化形成的,水泥石一旦受損,混凝土的耐久性就被破壞,因此水泥的選擇需注意水泥品種的具體性能,選擇堿含量小,水化熱低,干縮性小,耐熱性,抗水性,抗腐蝕性,抗凍性能好的水泥,并結(jié)合具體情況進(jìn)行選擇。集料的選擇應(yīng)考慮其堿活性,耐蝕性和吸水性,同時(shí)選擇合理的級(jí)配,改善混凝土拌合物的和易性,提高混凝土密實(shí)度;摻混合材混凝土,是提高混凝土耐久性的有效措施。即近年來發(fā)展的高性能混凝土。
3.2控制施工質(zhì)量??刂剖┕べ|(zhì)量主要從混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層的厚度控制、混凝土結(jié)構(gòu)各種孔隙的控制以及水灰比控制等幾個(gè)方面進(jìn)行。針對(duì)不同的腐蝕環(huán)境應(yīng)設(shè)計(jì)不同的保護(hù)層厚度。如一類環(huán)境(室內(nèi)正常環(huán)境),設(shè)計(jì)使用年限為100年的結(jié)構(gòu)混凝土應(yīng)保護(hù)層厚度應(yīng)按規(guī)范的規(guī)定增加40%;混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件宜整體澆筑,不宜留施工縫。可以通過摻加高效減水劑,在保證混凝土拌和物所需流動(dòng)性的同時(shí),降低用水量,減小水灰比,使混凝土的總孔隙率大幅度降低。3.3結(jié)構(gòu)的日常維護(hù)。結(jié)構(gòu)在使用階段,應(yīng)注意檢測(cè),維護(hù)和修理,對(duì)處于露天和惡劣環(huán)境下的基礎(chǔ)設(shè)施工程更應(yīng)如此,建立檢測(cè)和評(píng)估體系,及時(shí)發(fā)現(xiàn),及時(shí)修理,確保混凝土結(jié)構(gòu)的正常使用。在使用中,應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)承受超重荷載、接觸腐蝕性物質(zhì),并盡量減少凍融環(huán)境的影響。同時(shí)在結(jié)構(gòu)建成后定期檢查,在結(jié)構(gòu)破壞超過一定的界限后,就需要詳查破壞原因并評(píng)估是否需要維修或加固。
4.對(duì)現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工的思考
我國(guó)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范長(zhǎng)期沒有設(shè)計(jì)使用年限的要求,在近幾年修訂頒布的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中才明確規(guī)定將建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)年限分為四類,但這對(duì)提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性起不到太大的作用,雖然結(jié)構(gòu)的使用年限可以通過維修延長(zhǎng),但結(jié)構(gòu)中的個(gè)別部件不一定能夠達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限,這在橋梁等結(jié)構(gòu)中尤為明顯。例如設(shè)計(jì)使用30年的拉索往往不到20年就要更換,這無疑會(huì)大大縮短結(jié)構(gòu)的使用壽命,應(yīng)該在設(shè)計(jì)時(shí)加以考慮。
另外,由于我國(guó)的國(guó)情限制,我國(guó)的混凝土結(jié)構(gòu)往往達(dá)不到發(fā)達(dá)國(guó)家的設(shè)計(jì)與施工水平。隨著改革開放的進(jìn)行,我國(guó)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平已經(jīng)逐漸與國(guó)際接軌,但不可否認(rèn)的是,我國(guó)的科技水平仍然無法與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,在設(shè)計(jì)中也就難免有這樣那樣的問題。我國(guó)的勞動(dòng)力素質(zhì)普遍低下,建筑施工大多還是粗放型的建造方式,施工質(zhì)量難以保證。同時(shí),我國(guó)的建筑材料與國(guó)外也有不小的差距,例如我國(guó)的水泥質(zhì)量一般要比歐洲差,隨著齡期的發(fā)展其后期性能提高可能相對(duì)較少,因此在齡期系數(shù)的取值上宜偏低取用。而這些也就使我國(guó)的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性低于國(guó)外水平。
混凝土 水泥 耐久性
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