對(duì)引起混凝土工程災(zāi)害的耐久性分析

王馨偉 葉巧玲

(重慶交通大學(xué) 重慶 400074)

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對(duì)引起混凝土工程災(zāi)害的耐久性分析

王馨偉 葉巧玲

(重慶交通大學(xué) 重慶 400074)

混凝土結(jié)構(gòu)是應(yīng)用非常廣泛的一種結(jié)構(gòu)形式，但是由于其材料自身和使用環(huán)境的特點(diǎn)，使得混凝土結(jié)構(gòu)存在嚴(yán)重的耐久性問(wèn)題。這已經(jīng)給各國(guó)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和財(cái)政負(fù)擔(dān)。本文通過(guò)對(duì)引起混凝土常見(jiàn)災(zāi)害的耐久性因素進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，其中對(duì)于混凝土常見(jiàn)病害中的，碳化、凍融破壞、混凝土裂縫、等進(jìn)行有效的分析總結(jié)如反應(yīng)機(jī)理、影響因素、處治措施等進(jìn)行詳細(xì)的總結(jié)分析。以便于通過(guò)扎實(shí)的理論基礎(chǔ)對(duì)混凝土病害進(jìn)行深入研究。

碳化;堿-集料反應(yīng);凍融破壞;鋼筋銹蝕;混凝土裂縫

一、混凝土碳化

混凝土結(jié)構(gòu)物大都使用環(huán)境都含有一定量的二氧化碳，據(jù)研究表明隨著氣候環(huán)境的變化，二氧化碳的含量逐年增加。所以混凝土碳化的研究意義極為重要。

(一)混凝土碳化機(jī)理。混凝土碳化又稱(chēng)混凝土中性化。主要表現(xiàn)是空氣中或其他媒介中的二氧化碳與水泥混凝土中的氫氧化鈣反應(yīng)，次要是與水泥中未水化的硅酸三鈣和硅酸二鈣，以及混凝土中的膠凝物CHS反應(yīng)?；炷撂蓟举|(zhì)不會(huì)對(duì)混凝土耐久性造成直接影響，主要是因?yàn)樘蓟档土嘶炷恋膲A性。致使需要PH為11.5的堿性環(huán)境下保護(hù)鋼筋銹蝕的鋼筋鈍化膜失效。導(dǎo)致鋼筋銹蝕，進(jìn)而降低了混凝土的耐久性。而對(duì)于素混凝土，碳化還有提高混凝土耐久性的作用。

(二)混凝土碳化影響因素?；炷撂蓟挠绊懸蛩兀?.所選擇的水泥，研究表明，高爐礦渣水泥的抗碳化能力較普通硅酸鹽水泥較強(qiáng)。早強(qiáng)水泥的抗碳化性能較弱與硅酸鹽水泥。

2.水泥用量，水泥摻量越多，混凝土強(qiáng)度和密實(shí)度越高。進(jìn)而水灰比越高，混凝土密實(shí)度越差，強(qiáng)度越低，抗?jié)B性越差，碳化速度越快。

3.施工質(zhì)量與養(yǎng)護(hù)：施工時(shí)振搗不夠密實(shí)，養(yǎng)護(hù)不善，孔隙率高，加速碳化。

(三)混凝土碳化預(yù)防措施。據(jù)其影響因素，采取措施為：1.選擇合適的混凝土。2.降低水灰比，減少用水量。3.施工“充分水化，加速硬化。澆筑完成后12h內(nèi)養(yǎng)護(hù)，初凝1h后覆蓋養(yǎng)護(hù)。4.混凝土產(chǎn)生裂縫原因很多。建筑物中常見(jiàn)的裂縫有:干縮裂縫、塑性收縮裂縫、沉降裂縫、溫度裂縫等。

二、混凝土凍融破壞

(一)混凝土凍融破壞機(jī)理。混凝土凍融破壞主要是對(duì)鋼筋混凝土的握裹力產(chǎn)生影響。影響主要在于鋼筋混凝土的握裹力降低，導(dǎo)致鋼筋與混凝土的銜接不密實(shí)，加上空水、水、溫度等的影響，進(jìn)一步加劇鋼筋混凝土的破壞。二是使混凝土碳化加劇，改變了鋼筋周?chē)炷恋乃釅A性，是鋼筋鈍化膜破裂消失。三是加速氯離子擴(kuò)散，從使鋼筋銹蝕加快。

鋼筋混凝土凍融：是指鋼筋混凝土內(nèi)的毛細(xì)孔的水(膠凝孔隙雖然大但冰點(diǎn)棗-78)在-1到-1.9開(kāi)始逐漸結(jié)冰，-12時(shí)全部結(jié)冰。水結(jié)冰體積要增加原來(lái)的9%?？紫端a(chǎn)生的凈水壓力降低混凝土的強(qiáng)度。主要有表面侵蝕和凍脹開(kāi)裂兩只破壞形式。

(二)混凝土凍融理論依據(jù)。混凝土凍融破環(huán)公認(rèn)度較高的兩大理論，一是靜水壓力理論，二是滲透壓力理論。

靜水壓力理論：混凝土在潮濕環(huán)境下，毛細(xì)孔中的水低溫凍脹，由于毛細(xì)孔的約束力毛細(xì)孔中的水產(chǎn)生了溫度應(yīng)力，當(dāng)含水量超過(guò)臨界值時(shí)，產(chǎn)生的溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土的約束力，從而產(chǎn)生開(kāi)裂。

滲透壓力理論：混凝土中毛細(xì)孔的水隨著毛細(xì)孔孔徑的減小水的冰點(diǎn)也會(huì)降低，粗毛細(xì)孔中未結(jié)冰的水與細(xì)毛細(xì)孔中已結(jié)冰的水，由于蒸汽壓差和鹽分濃度的不同而產(chǎn)生滲透壓，其壓力超過(guò)抗拉強(qiáng)度后，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

(三)凍融破壞影響因素。就我個(gè)人認(rèn)為，混凝土凍融破壞的主要影響因素一是水飽和程度二是反復(fù)凍脹次數(shù)從水飽和程度而言，主要是對(duì)混凝土配合比中水灰比的高低進(jìn)行分析。一般情況下，配合比的水灰比越大隨之孔隙率越高從而可填充的水分也越多，反之水灰比越小，孔隙率也小，從而形成的混凝土就越密實(shí)，抗凍性就越強(qiáng)。

從反復(fù)凍融而言，一方面主要是分析反復(fù)凍融與鹽溶液的相互影響，混凝土孔隙中的鹽中的過(guò)冷水處于不穩(wěn)定狀態(tài)，使其在凍融破壞中有更大的破壞力，而反復(fù)凍融的過(guò)程中會(huì)形成鹽分濃度梯度，這樣分層次產(chǎn)生的冰凍脹力的大小不同，而產(chǎn)生新的應(yīng)力，增大了凍融的破壞力。另一方面是分析反復(fù)凍融破環(huán)和干濕循環(huán)的相互影響，產(chǎn)生雙重腐蝕。

(四)混凝土凍脹破壞的處治措施。一是使用外加劑，如引氣劑、高效減水劑等，引氣劑可以使混凝土中產(chǎn)生封閉的均勻的氣泡，從而分散了和承擔(dān)了凍脹破環(huán)產(chǎn)生的部分應(yīng)力。而高效減水劑的意思顯而易見(jiàn)，混凝土中水含量降低，自然產(chǎn)生的凍脹破壞就小，因此可以預(yù)防混凝土的凍融破壞。二是合理的控制水灰比，來(lái)提高混凝土的密實(shí)度。從而降低了外界水分滲入混凝土的含量。三是控制混凝土的外界環(huán)境，盡量降低混凝土中孔隙的水飽和度。

三、混凝土開(kāi)裂

(一)混凝土開(kāi)裂類(lèi)型及處治措施。溫度裂縫，溫度裂縫主要發(fā)生在大體積混凝土澆筑過(guò)程中，因?yàn)榇篌w積混凝土澆筑水化熱產(chǎn)生熱總量大，并且不容易排熱，所以混凝土內(nèi)部溫度高產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，而外表面溫度相對(duì)較低，產(chǎn)生溫差，同樣產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)超過(guò)抗拉強(qiáng)度時(shí)，導(dǎo)致開(kāi)裂。

溫度裂縫解決方法：1水泥選擇，降低熟料中C3A和C3S的含量，降低放熱和放熱速率，選擇適當(dāng)?shù)牡图?xì)度混凝土。2摻和料：加入適量的粉煤灰，粉煤灰作用有低放熱，低水泥用量，減水用量。3外加劑：適量的混凝劑，降低放熱率。4骨料：在相應(yīng)的水灰比和稠度下，選用適當(dāng)?shù)墓橇?，如大尺寸粗骨料，?jí)配中粗砂和合理砂率下，可以降低用水量，相應(yīng)減少水泥用量。進(jìn)而減少放熱。

(二)混凝土自身開(kāi)裂及處治措施。干燥收縮：是指混凝土中內(nèi)部毛細(xì)孔和膠凝孔中的吸附水，在混凝土內(nèi)部和外部的失水量產(chǎn)出梯度差，內(nèi)低外高，致使外部失水收縮大于內(nèi)部失水收縮，導(dǎo)致混凝土外部產(chǎn)生拉應(yīng)力，最終導(dǎo)致開(kāi)裂。這種現(xiàn)象在混凝土養(yǎng)護(hù)剛拆模后尤為明顯。低水灰比，厚度低，少風(fēng)吹。

混凝土自收縮：是指在混凝土與外界無(wú)水分交換為條件，混凝土由于水化反應(yīng)，混凝土內(nèi)部水含量降低，水分未飽和，而產(chǎn)生負(fù)水壓力，進(jìn)而產(chǎn)生內(nèi)部裂縫。高性能混凝土水灰比較低，水泥粉較細(xì)，所產(chǎn)生的負(fù)水壓力較大。所以自縮對(duì)混凝土的強(qiáng)度和耐久影響顯著。

混凝土塑性收縮：是指混凝土在衛(wèi)凝結(jié)硬化前，混凝土的外部失水率大于內(nèi)部水向外部水分遷移速率，毛細(xì)管產(chǎn)生負(fù)水壓力。一般會(huì)產(chǎn)生不可見(jiàn)裂縫。終凝前保持混凝土表面濕潤(rùn)，如噴水，塑料膜。的方法極為有效。

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王馨偉(1990-)，男，漢族，內(nèi)蒙古人，重慶交通大學(xué)，研究生在讀，研究方向：道路路面材料。