混凝土耐久性.doc

混凝土耐久性混凝土的耐久性是指混凝土在實(shí)際使用條件下抵抗各種破壞因素的作用，長(zhǎng)期保持強(qiáng)度和外觀完整性的能力?；炷聊途眯允侵附Y(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簡(jiǎn)單的說混凝土材料的耐久性指標(biāo)一般包括：1 混凝土的碳化2 混凝土中鋼筋的銹蝕3 堿-骨料反應(yīng)4 混凝土凍融破壞5 氯離子侵蝕耐久性檢測(cè)項(xiàng)目1、電通量：用通過混凝土的電通量來反應(yīng)混凝土抗氯離子滲透性能；2、混凝土抗凍標(biāo)號(hào)：用慢凍法測(cè)得的最大凍融循環(huán)次數(shù)來劃分的混凝土抗凍性能等級(jí)；3、混凝土抗凍等級(jí)：用快凍法測(cè)得的最大凍融循環(huán)次數(shù)來劃分的混凝土抗凍性能等級(jí)；4、抗硫酸鹽等級(jí)：用抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)方法測(cè)得的最大干濕循環(huán)次數(shù)來劃分的混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能等級(jí)；5、快速氯離子遷移系數(shù)法：通過測(cè)定混凝土中氯離子滲透深度，計(jì)算得到氯離子遷移系數(shù)來反映混凝土抗氯離子滲透性能的試驗(yàn)方法簡(jiǎn)稱為RCM法；6、早期抗裂試驗(yàn)：用于測(cè)試混凝土試件在約束條件下的早期抗裂性能；7、抗水滲透試驗(yàn)：（1）滲水高度法：用于以測(cè)定混凝土在恒定水壓力下的平均滲水高度來表示的混凝土抗水滲透性能；（2）逐級(jí)加壓法：用于通過逐級(jí)施加水壓力來測(cè)定以抗?jié)B等級(jí)來表示的混凝土的抗水滲透性能。8、耐磨性9、護(hù)筋性10、堿骨料反應(yīng)摘要：通過對(duì)影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性幾方面因素的分析，結(jié)合現(xiàn)有的施工經(jīng)驗(yàn)，闡述如何提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的措施。關(guān)鍵詞：耐久性 堿-集料反應(yīng) 腐蝕 高性能砼 1 混凝土工程中的耐久性問題 我國(guó)人口眾多，過去為及時(shí)解決居住需要和促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)，建造過不少質(zhì)量不高的民用房屋和工業(yè)廠房。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雖然采用可靠度理論計(jì)算，實(shí)質(zhì)上僅能滿足安全可靠指標(biāo)的要求，而對(duì)耐久性要求考慮不足，且由于忽視維修保養(yǎng)，現(xiàn)有建筑物老化現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重。 2 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題的分析 混凝土耐久性問題，是指結(jié)構(gòu)在所使用的環(huán)境下，由于內(nèi)部原因或外部原因引起結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期演變，最終使混凝土喪失使用能力。即所為的耐久性失效，耐久性失效的原因很多，有抗凍失效，堿-集料反應(yīng)失效，化學(xué)腐蝕失效，鋼筋銹蝕造成結(jié)構(gòu)破壞等。下面作具體分析。 2.1 混凝土的凍融破壞 結(jié)構(gòu)處于冰點(diǎn)以下環(huán)境時(shí)，部分混凝土內(nèi)孔隙中的水將結(jié)冰，產(chǎn)生體積膨脹，過冷的水發(fā)生遷移，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)。孔越少越小，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) 混凝土的堿-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。因反應(yīng)的因素在混凝土內(nèi)部，其危害作用往往是不能根冶的，是混凝土工程中的一大隱患。許多國(guó)家因堿-集料反應(yīng)不得不拆除大壩，橋梁，海堤和學(xué)校，造成巨大損失，國(guó)內(nèi)工程中也有堿-集料反應(yīng)損害的類似報(bào)道，一些立交橋，鐵道軌枕等發(fā)生不同程度的膨脹破壞?；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，水份。反應(yīng)通常有三種類型：堿-硅酸反應(yīng)，堿-碳酸鹽反應(yīng)，慢膨脹型堿-硅酸鹽反應(yīng)，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，鎂鹽腐蝕五類。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;研究表明，當(dāng)水泥石中的氧化鈣溶出5%時(shí)，強(qiáng)度下降7%，當(dāng)溶出24%時(shí)，強(qiáng)度下降29%，因此，淡水沖刷會(huì)對(duì)水工建筑有一定影響;而當(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，這類侵蝕常發(fā)生在化工廠;碳酸對(duì)混凝土的影響主要為: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，造成對(duì)混凝土的侵蝕;硫酸鹽的腐蝕則表現(xiàn)為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；海水中由于存在多種離子，侵蝕形式較為復(fù)雜，但主要是由于鎂鹽使硬化水泥石的結(jié)構(gòu)組分分解，同時(shí)硫酸鹽作用會(huì)造成對(duì)水泥石的損壞，而氧化鎂沉淀會(huì)堵塞混凝土孔隙，會(huì)使海水侵蝕有所緩和。 2.4 鋼筋的銹蝕 鋼筋的銹蝕，其一表現(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，其體積比原金屬增大2-4倍，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。氫氧化鐵在強(qiáng)堿溶液中會(huì)形成穩(wěn)定的保護(hù)層，阻止鋼筋的銹蝕，但堿環(huán)境被破壞或減弱，則會(huì)造成鋼筋的銹蝕，如混凝土的碳化或中性化。造成混凝土碳化和中性化的原因，主要是混凝土的密實(shí)度即抗?jié)B性不足，酸性氣體(如CO2，SO2，H2S，HCL，NO2)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，當(dāng)混凝土中氯含量超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，鋼筋會(huì)銹蝕，而水和氧的存在是鋼筋被腐蝕的必要條件，因此，若混凝土開裂，造成水和氧的通道，則鋼筋銹蝕加速，促成混凝土裂縫進(jìn)一步開展，混凝土保護(hù)層剝落，最終使構(gòu)件失去承載力。 2.5 使用方面的因素。有些舊建筑物已經(jīng)使用好幾十年了，已滿足不了現(xiàn)代發(fā)展的使用要求，這些建筑物經(jīng)常處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)中，由于費(fèi)用等因素的影響使用單位往往忽視對(duì)建筑物早期的防腐處理和必要的維修加固，縮短了建筑物的使用壽命。 3 提高混凝土耐久性的措施 3.1 原材料的選擇 3.1.1 水泥 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。水泥強(qiáng)度并非是決定混凝土強(qiáng)度和性能的唯一標(biāo)準(zhǔn)，如用較低標(biāo)號(hào)水泥同樣可以配制高標(biāo)號(hào)混凝土。因此，工程中選擇水泥強(qiáng)度的同時(shí)，需考慮其工程性能，有時(shí)，其工程性能比強(qiáng)度更重要。 3.1.2 集料與摻合料 集料的選擇應(yīng)考慮其堿活性，防止堿集料反應(yīng)造成的危害，集料的耐蝕性和吸水性，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；大量研究表明了摻粉煤灰，礦渣，硅粉等混合材能有效改善混凝土的性能，改善混凝土內(nèi)孔結(jié)構(gòu)，填充內(nèi)部空隙，提高密實(shí)度，高摻量混凝土還能抑制堿集料反應(yīng)，因而摻混合材混凝土，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 混凝土的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮耐久的要求 混凝土配比的設(shè)計(jì) 配合比設(shè)計(jì)在滿足混凝土強(qiáng)度，工作性的同時(shí)應(yīng)考慮盡量減少水泥用量和用水量，降低水化熱，減少收縮裂縫，提高密實(shí)度，采用合理的減水劑和引氣劑，改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，摻入足量的混合料，提高混凝土耐久性能。結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)按其使用環(huán)境設(shè)計(jì)相應(yīng)的混凝土保護(hù)層厚度，預(yù)防外界介質(zhì)滲入內(nèi)部腐蝕鋼筋。結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)也應(yīng)考慮構(gòu)件受局部損壞后的整體耐久能力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尚應(yīng)控制混凝土的裂縫的開裂寬度。 3.3 混凝土工程施工應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)耐久性 混凝土的拌制盡量采用二次攪拌法，裹砂法，裹砂石法等工藝，提高混凝土拌合料的和易性，保水性，提高混凝土強(qiáng)度，減少用水量；大體積混凝土的澆筑振搗應(yīng)控制混凝土的溫度裂縫，收縮裂縫，施工裂縫，建立混凝土的澆筑振搗制度，提高混凝土密實(shí)度和抗?jié)B性，重視混凝土振搗后的表面工序，并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，以減少混凝土裂縫?；炷恋氖┕み^程對(duì)控制構(gòu)件外觀裂縫，施工裂縫至關(guān)重要，應(yīng)加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，特殊季節(jié)施工的混凝土結(jié)構(gòu)，尚應(yīng)采取特殊措施。 3.4 使用階段的檢查和維護(hù)。過去建成的大量工程已經(jīng)過早老化，而且以往的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，房屋的維修問題十分突出。由于維修費(fèi)用不到位，造成工程安全隱患，并在以后需支出更多的大修費(fèi)用。因此定期的檢查和維護(hù)是非常必要的，這對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的適用性和耐久性是非常重要的。短期看檢測(cè)和維修會(huì)增加一些費(fèi)用，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，卻是非常有益的。尤其是結(jié)構(gòu)的損壞有可能會(huì)導(dǎo)致公眾安全的建筑物、橋梁和隧道等工程，有必要制定定期檢測(cè)與評(píng)估的法規(guī)，確保這些工程在使用期內(nèi)能正常的使用。 結(jié)語: 從上述分析可知，混凝土的外部環(huán)境，內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，原料，密實(shí)度和抗?jié)B性是混凝土耐久性能的重要因素。因此，工程中應(yīng)根據(jù)具體情況，有針對(duì)性地采取相應(yīng)措施，提高混凝土的耐久性?；炷两Y(jié)構(gòu)根據(jù)所處環(huán)境的不同可以劃分為大氣環(huán)境、土壤環(huán)境、海洋環(huán)境和工業(yè)環(huán)境等。環(huán)境中的侵蝕性介質(zhì)通過各種途徑進(jìn)入混凝土內(nèi)部，使鋼筋和混凝土的性能劣化、粘結(jié)性能降低，使得混凝土結(jié)構(gòu)的承載力，適用性和安全性降低，最終會(huì)影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)可能沒有達(dá)到設(shè)計(jì)壽命就提前發(fā)生破壞?；炷两Y(jié)構(gòu)根據(jù)引起耐久性損傷的原因，又可以將環(huán)境劃分為一般環(huán)境、特殊環(huán)境和災(zāi)害環(huán)境。一般環(huán)境中的二氧化碳、酸雨、濕度與溫度等能使混凝土中性化，并使混凝土中的鋼筋產(chǎn)生銹蝕，而環(huán)境濕度與溫度則是影響鋼筋銹蝕的最主要因素；特殊環(huán)境中的鹽、酸、堿是導(dǎo)致鋼筋銹蝕破壞與混凝土腐蝕破壞的主要原因，如寒冷地區(qū)的凍害、沿海地區(qū)的鹽害、腐蝕性土壤及工業(yè)環(huán)境中的酸堿腐蝕等；災(zāi)害環(huán)境主要指火災(zāi)、地震等對(duì)結(jié)構(gòu)造成的偶發(fā)損傷，這些損傷與環(huán)境損傷造成的因素共同作用，將使結(jié)構(gòu)性能隨時(shí)間劣化。如果說結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)解決的是構(gòu)件或結(jié)構(gòu)承載能力問題，那么結(jié)構(gòu)耐久性研究則解決的是混凝土抵抗環(huán)境作用能力問題。由于混凝土結(jié)構(gòu)的破壞都是從混凝土和鋼筋的劣化開始的，因此材料層次的研究是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的最基礎(chǔ)部分，包括對(duì)混凝土和鋼筋的研究。目前對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究成果大多數(shù)是在材料方面取得的，主要包括混凝土的碳化、鋼筋銹蝕、堿-骨料反應(yīng)和凍融破壞等的研究，以及化學(xué)、物理、生化過程和環(huán)境侵蝕分析。通過對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)材料的研究我們來建立各種模型，為我們?cè)诨炷两Y(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)和評(píng)估的研究打下基礎(chǔ)。因此，我們把混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究劃分為因素研究、機(jī)理研究、性能研究、評(píng)估研究四個(gè)層次，這四個(gè)層次由低到高發(fā)展，各個(gè)層次又相互依存、相互影響。目前對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究一般從環(huán)境層次、材料層次、構(gòu)件層次和結(jié)構(gòu)層次四個(gè)方面來進(jìn)行,而對(duì)材料層次和構(gòu)件層次的研究比較多些?；炷聊途眯陨钊胙芯坎⒗L制成圖1。簡(jiǎn)單的說混凝土材料的耐久性指標(biāo)一般包括：1 混凝土的碳化 2 混凝土中鋼筋的銹蝕 3 堿-骨料反應(yīng) 4 混凝土凍融破壞 5 氯離子侵蝕從提高混凝土耐久性和混凝土技術(shù)可持續(xù)發(fā)展方面概述現(xiàn)代混凝土技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展方向?；炷夹g(shù)發(fā)展的根本方向是堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，在與地球資源環(huán)境和諧共生的發(fā)展基礎(chǔ)上，最大限度地改善混凝土的耐久性，提高其使用壽命?；炷良夹g(shù)發(fā)展的一個(gè)終極目標(biāo)是最大限度地延長(zhǎng)其使用壽命，也即耐用性(Serviceability)問題。這就對(duì)混凝土的長(zhǎng)期性能特別是耐久性提出了更高的要求。另外一個(gè)很重要的問題是混凝土技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展，其目標(biāo)就是要使混凝土技術(shù)的發(fā)展與資源、環(huán)境等實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)，盡量減少造成修補(bǔ)或拆除的浪費(fèi)和建筑垃圾，大量利用優(yōu)質(zhì)的工業(yè)廢棄物和礦石，盡量減少自然資源和能源的消耗，減少對(duì)環(huán)境的污染。1 混凝土的耐久性混凝土的耐久性可定義為“在使用過程中經(jīng)受氣候變化、化學(xué)侵蝕、磨蝕等各種破壞因素的作用而能保持其使用功能的能力”。一般混凝土建筑物的使用壽命要求在50年以上，很多國(guó)家對(duì)橋梁、水電站大壩、海底隧道、海上采油平臺(tái)、核反應(yīng)堆等重要結(jié)構(gòu)的混凝土耐久性要求在100年以上。氣候條件適中的陸上建筑物，應(yīng)要求混凝土在200年內(nèi)安全使用。我國(guó)GB 500102002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，混凝土的耐久性設(shè)計(jì)應(yīng)按照環(huán)境類別和設(shè)計(jì)使用年限進(jìn)行，分為50年和100年2個(gè)耐久性預(yù)期目標(biāo)，對(duì)于重大、重要工程應(yīng)按照100年壽命來設(shè)計(jì)混凝土。近幾年來，我國(guó)已有不少工程的混凝土設(shè)計(jì)壽命達(dá)到100年，這些工程大都結(jié)合環(huán)境條件和特點(diǎn)，采取專門有效的措施，以充分保證混凝土工程的耐久性設(shè)計(jì)要求。比較著名的百年工程有三峽大壩、東海大橋、南京地鐵1號(hào)線、崇明越江通道北港橋梁、重慶朝天門大橋空心橋墩、杭州灣大橋等。但是近幾十年以來，混凝土構(gòu)筑物因材質(zhì)劣化造成失效以至破壞崩塌的事故在國(guó)內(nèi)外也是屢見不鮮，并有愈演愈烈之勢(shì)。國(guó)際上混凝土的大量使用始于20世紀(jì)30年代，到五六十年代達(dá)到高峰。許多發(fā)達(dá)國(guó)家每年用于建筑維修的費(fèi)用都超過新建的費(fèi)用。過去，除了大型水利工程外，我國(guó)混凝土工程的耐久性問題長(zhǎng)期不受重視，混凝土結(jié)構(gòu)沒有達(dá)到預(yù)期的使用壽命，受環(huán)境作用過早破壞的實(shí)例很多，由此造成的經(jīng)濟(jì)損失也很大。由于許多工程設(shè)計(jì)只滿足荷載要求，而沒有提出耐久性的要求，使已建成的混凝土構(gòu)筑物存在耐久性隱患。我國(guó)在50年代興建的水電站大壩有很多已經(jīng)成為“病壩”，我國(guó)的混凝土工程量在改革開放30多年來突飛猛進(jìn)，可以預(yù)見，耐久性不佳的混凝土工程的劣化問題將會(huì)日趨嚴(yán)重。因此，混凝土耐久性問題越來越受到人們的重視。1.1 混凝土的耐久性破壞混凝土耐久性涉及到混凝土性能的方方面面，是影響混凝土使用壽命的首要因素。造成混凝土耐久性不佳的原因多種多樣，主要可分為：(1)物理破壞：由溫度變化引起的收縮膨脹裂縫(這是由于混凝土內(nèi)骨料和硬化水泥漿體不同的溫度膨脹系數(shù)而引起)，如凍融循環(huán)、除冰鹽分對(duì)混凝土的剝蝕等：(2)化學(xué)破壞：由混凝土內(nèi)部材料引起的堿骨料反應(yīng)以及外部侵蝕性離子(Gl-)引起的諸如鋼筋銹蝕、硫酸鹽侵蝕以及碳化(CO2)等；(3)機(jī)械破壞：沖擊、磨損、流動(dòng)淡水溶蝕作用、流動(dòng)氣體的磨蝕、沖蝕等(如道路、水利混凝土)。如何有效地預(yù)防和抵抗這些破壞因素的破壞力，是解決混凝土耐久性問題的關(guān)鍵。1.2 混凝土耐久性破壞常見原因我國(guó)已故混凝土權(quán)威吳中偉院士早在1991年就指出，近年來混凝土耐久性破壞愈趨嚴(yán)重的原因很多，常見的較重要的主要有：(1)原材料因素：如水泥因?yàn)閺?qiáng)度提高、細(xì)度增大、硬化速度加快等因素，加劇了混凝土結(jié)構(gòu)的開裂問題；優(yōu)質(zhì)合格的骨料資源日趨枯竭，只有采用質(zhì)次或有問題的集料(如海砂、風(fēng)化砂石、堿活性骨料等)，對(duì)集料的質(zhì)量也缺乏必要的重視；(2)施工原因：過于追求施工進(jìn)度，對(duì)混凝土工程的施工質(zhì)量控制不嚴(yán)，也不注意對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的養(yǎng)護(hù)；(3)應(yīng)用原因：現(xiàn)代混凝土的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，使大量混凝土工程所處的環(huán)境與使用條件日益嚴(yán)酷，但未認(rèn)真采取相應(yīng)的對(duì)策以提高其在嚴(yán)酷環(huán)境下的使用壽命；(4)設(shè)計(jì)研究原因：對(duì)混凝土工程耐久性的研究試驗(yàn)工作大部分局限在試驗(yàn)室階段，與實(shí)際使用環(huán)境脫節(jié)，更重要的是混凝土工程在設(shè)計(jì)過程中常常只考慮單一的破壞因素，忽視對(duì)實(shí)際中常發(fā)生的2個(gè)以上破壞因素引起的綜合破壞作用，即對(duì)混凝土耐久性綜合癥缺少認(rèn)識(shí)。1.3 混凝土耐久性研究存在的問題混凝土耐久性問題自20世紀(jì)50年代提出，受到世界各國(guó)的廣泛重視，幾十年來各國(guó)混凝土行業(yè)工作者進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)試驗(yàn)研究工作，獲得了一定的成果，有些成果對(duì)一些常見的耐久性問題的解決起到了顯著作用：如引氣劑對(duì)提高混凝土抗凍性的作用；限制水泥和混凝土中的堿含量對(duì)堿集料反應(yīng)的預(yù)防；活性礦物摻合料對(duì)提高抗?jié)B性和對(duì)鹽類侵蝕作用的抵抗以及對(duì)減輕碳化作用、保護(hù)鋼筋以免銹蝕、抑制混凝土中的堿集料反應(yīng)以及防止淡水溶析作用和表面破壞等均提出了有效的措施。為了得到耐久性良好的混凝土，按耐久性設(shè)計(jì)混凝土和預(yù)測(cè)混凝土的使用壽命成為耐久性研究的主要內(nèi)容和最終目標(biāo)。但是我們也應(yīng)該看到，由于研究?jī)?nèi)容的片面性和理論深入不夠以及研究方法存在的局限性和缺陷性，使得大量基礎(chǔ)的耐久性研究成果對(duì)解決實(shí)際混凝土工程耐久性問題的成效不大，也使當(dāng)前的混凝土耐久性問題呈現(xiàn)越來越嚴(yán)重的趨勢(shì)。主要表現(xiàn)在：(1)針對(duì)單一破壞的因素研究較多，而忽略了常常在建筑物中出現(xiàn)的多因素共同作用的研究；(2)很多試驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)條件下得到的，與混凝土實(shí)際使用環(huán)境相差甚遠(yuǎn)，使試驗(yàn)結(jié)果無法進(jìn)行比對(duì)。典型的如骨料堿活性反應(yīng)快速檢測(cè)法(ASTMCl260，南非快速砂漿棒法等)，該方法是將試件浸泡在801N的NaOH溶液中進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)條件十分嚴(yán)酷，與混凝土實(shí)際環(huán)境條件相差甚遠(yuǎn)；(3)材料因素研究得多，結(jié)構(gòu)因素研究得少，基礎(chǔ)理論的研究更少，缺乏定量研究，更缺少區(qū)分不同體系、不同結(jié)構(gòu)的材料在耐久性能上差別的對(duì)比。1.4 常見的耐久性綜合癥實(shí)際混凝土工程中的耐久性問題相對(duì)比較復(fù)雜，常常不是單一出現(xiàn)的，而是多種因素共同作用的結(jié)果，因此，有必要充分了解混凝土中的耐久性綜合作用因素?；炷凉こ讨谐霈F(xiàn)的常見耐久性綜合癥如下：(1)碳化與鋼筋銹蝕：(2)凍融循環(huán)(包括海水凍融)與鋼筋銹蝕；(3)鹽類腐蝕與鋼筋銹蝕；(4)鹽類腐蝕與凍融循環(huán)、機(jī)械力破壞；(5)鹽類腐蝕中SO42-、Mg2+、Cl-作用的綜合疊加效應(yīng)引起混凝土的快速破壞；(6)緩慢延續(xù)的堿集料反應(yīng)與其它破壞作用的綜合和疊加。研究防治混凝土耐久性綜合癥，必須弄清楚破壞作用的主次和先后，并對(duì)幾種因素的共同作用，尤其是疊加效應(yīng)加以研究。疊加效應(yīng)相對(duì)比較復(fù)雜，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)負(fù)疊加，即互相抵消的特殊現(xiàn)象?；炷林幸詨A集料反應(yīng)為主因及導(dǎo)因的耐久性綜合癥現(xiàn)象十分普遍，具體表現(xiàn)在：(1)堿集料反應(yīng)十鋼筋銹蝕：前者是導(dǎo)因，堿集料反應(yīng)引起開裂導(dǎo)致鋼筋銹蝕，造成嚴(yán)重破壞；(2)堿集料反應(yīng)+凍融循環(huán)：我國(guó)北方有幾處機(jī)場(chǎng)跑道因堿集料反應(yīng)而開裂，加速了凍融破壞；(3)堿集料反應(yīng)+海水腐蝕：如日本沖繩島海港的混凝土結(jié)構(gòu)破壞：(4)堿集料反應(yīng)+機(jī)械力(包括沖擊、磨損、疲勞等)破壞：如日本阪神高速公路梁、柱、橋面等；(5)堿集料反應(yīng)+除冰鹽+鋼筋銹蝕：如北京、天津等地的立交橋破壞等。因此，在對(duì)混凝土按耐久性進(jìn)行設(shè)計(jì)和壽命預(yù)測(cè)方面，應(yīng)綜合考慮各種不同的破壞因素，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、同類材料的性能、快速試驗(yàn)結(jié)果以及混凝土工程暴露的環(huán)境條件等，對(duì)所設(shè)計(jì)的混凝土工程的耐久性進(jìn)行預(yù)測(cè)。TAG: 混凝土 1.5 提高混凝土耐久性的途徑混凝土的耐久性是一個(gè)十分復(fù)雜的綜合性問題，不僅與所使用的材料本身有關(guān)，還與混凝土結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境條件(包括溫濕度、結(jié)構(gòu)物周圍的水和土壤中的侵蝕性離子、空氣中的侵蝕性成分等)緊密相連，因此要系統(tǒng)提高混凝土的耐久性，必須先將環(huán)境條件調(diào)查清楚，再結(jié)合混凝土所采用的材料進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)。(1)修訂現(xiàn)行的設(shè)計(jì)及施工規(guī)范，將對(duì)工程結(jié)構(gòu)的耐久性要求納入相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程中。這方面的工作最近幾年已經(jīng)開展，已將一般混凝土結(jié)構(gòu)的50年和100年的耐久性要求列入了相應(yīng)的建筑設(shè)計(jì)及驗(yàn)收規(guī)范中，如GB/T 503622005住宅性能評(píng)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、GB 500102002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范以及GB 500032001砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范等。(2)從設(shè)計(jì)階段入手，混凝土工程結(jié)構(gòu)除了按強(qiáng)度設(shè)計(jì)，保證受力安全外，還必須根據(jù)結(jié)構(gòu)物使用環(huán)境按耐久性設(shè)計(jì)，以保證工程的使用壽命。這是混凝土耐久性研究的發(fā)展趨勢(shì)，已經(jīng)成為當(dāng)前最活躍的混凝土技術(shù)研究方向之一。日本是最早對(duì)混凝土耐久性設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)進(jìn)行研究的國(guó)家，已有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)綱目和預(yù)測(cè)參數(shù)。根據(jù)日本專家調(diào)查得出的各類混凝土的實(shí)際使用壽命為田：一般混凝土制品20年、橋梁工程壽命50年、混凝土壩壽命100年，并以此制定了鋼筋混凝土建筑物的設(shè)計(jì)壽命。系統(tǒng)的耐久性設(shè)計(jì)綱目基本內(nèi)容包括(1)按照建筑物的劣化狀態(tài)將耐久性設(shè)計(jì)目標(biāo)分為100、65、30年3個(gè)等級(jí)；(2)劣化外力分為一般劣化外力和特殊劣化外力；(3)相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)方法。英國(guó)在20世紀(jì)80年代修訂的混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范中增加了大量的耐久性條款，根據(jù)暴露環(huán)境條件的嚴(yán)酷程度對(duì)最小保護(hù)層厚度、混凝土強(qiáng)度、抗凍性、最大水灰比、水泥品種、最小水泥用量、最大膠結(jié)材料用量(水泥+礦物摻合料)、引氣量、集料要求等等都作了具體規(guī)定，對(duì)按照耐久性要求設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)工程起到了很好的指導(dǎo)作用。我國(guó)的黃士元、劉崇熙等專家于20世紀(jì)90年代初就提出了“按耐久性設(shè)計(jì)混凝土”的思想，經(jīng)過10多年的發(fā)展，越來越為建筑工程界和材料界所認(rèn)識(shí)。但是總的說來，我國(guó)在按耐久性設(shè)計(jì)混凝土方面還有大量的工作和實(shí)際問題需要不斷研究和解決。(3)在政府的領(lǐng)導(dǎo)下，建立地方混凝土耐久性專家組，系統(tǒng)研究對(duì)本地區(qū)混凝土耐久性有重大影響的各種因素，并提出指導(dǎo)性意見，混凝土耐久性研究涉及因素繁多，既包括材料科學(xué)的基礎(chǔ)研究，也涉及惡劣環(huán)境對(duì)混凝土的侵蝕作用，而且我國(guó)幅員遼闊，各地原材料性能差異很大，制定全國(guó)統(tǒng)一的指導(dǎo)性文件，各地在實(shí)施過程中難免會(huì)遇到種種困難。因此，有必要在地方政府的領(lǐng)導(dǎo)和扶持下，集中有限的人力、物力和財(cái)力，成立一個(gè)以混凝土耐久性專家小組為核心的地方科研基地，這個(gè)科研基地可以依托科研院所或高等院校，結(jié)合本地實(shí)際，對(duì)本地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展影響較大的重要混凝土結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行全面調(diào)查，并對(duì)原材料進(jìn)行試驗(yàn)研究，為本地區(qū)混凝土工程的耐久性設(shè)計(jì)從材料篩選到工程施工提供指南。這方面英國(guó)有著十分成功的先例：英國(guó)混凝土協(xié)會(huì)依托BRE(土木工程研究機(jī)構(gòu))，組成各個(gè)專家小組，對(duì)混凝土技術(shù)的方方面面都做了詳盡的調(diào)查研究和試驗(yàn)工作，發(fā)布了很多技術(shù)報(bào)告，如“TR30-堿骨料反應(yīng)：如何降低其對(duì)混凝土的危害”，“TR40?；郀t礦渣和粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用”等。BRE對(duì)堿骨料反應(yīng)也做了深入的研究，制作了50cmx50cmx50sm的大型混凝土試件放置在室外大氣環(huán)境下，對(duì)潛在堿活性骨料和礦物摻合料對(duì)堿骨料反應(yīng)的抑制作用進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，已經(jīng)歷時(shí)20余年。這些長(zhǎng)期試驗(yàn)的數(shù)據(jù)具有很高的實(shí)用價(jià)值，可與實(shí)驗(yàn)室快速法試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)而科學(xué)預(yù)測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。2 混凝土技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展可持續(xù)發(fā)展的本質(zhì)是努力應(yīng)用科學(xué)的、技術(shù)的和經(jīng)濟(jì)的知識(shí)，去糾正由于無節(jié)制的技術(shù)激增所造成的負(fù)面后果?？沙掷m(xù)發(fā)展的主要方面是通過保護(hù)和減少浪費(fèi)來更有效地利用能源和材料的更大循環(huán)利用m，由此可見，混凝土技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的出路就是利用現(xiàn)代混凝土科學(xué)技術(shù)增加混凝土的使用壽命，盡量減少造成修補(bǔ)或拆除的浪費(fèi)和建筑垃圾，大量利用優(yōu)質(zhì)的工業(yè)廢棄物和礦石，盡量減少自然資源和能源的消耗，減少對(duì)環(huán)境的污染?？沙掷m(xù)發(fā)展的根本出路是混凝土的高性能化和綠色化。2.1 高性能混凝土(HPC)2.1.1 高性能混凝土概念HPC是1990年由美國(guó)學(xué)者首先提出的，由于其具有良好的耐久性和優(yōu)異的工作性和物理力學(xué)性能，一問世就廣泛受到工程界的高度重視和關(guān)注，美、法、日、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家都把HPC作為跨世紀(jì)的新材料而投入大量的人力、資金進(jìn)行研究，西方學(xué)者更是將HPC稱為21世紀(jì)的混凝土。HPC與普通混凝土的不同之處是普通混凝土的設(shè)計(jì)是以強(qiáng)度作為主要控制指標(biāo)，而HPC則是以耐久性作為主要控制指標(biāo)，強(qiáng)度只起從屬的作用。高強(qiáng)度不一定高性能，而高性能必須要求混凝土具有較高的密實(shí)度和抗?jié)B能力，因此其強(qiáng)度也不會(huì)太低。國(guó)內(nèi)外研究資料表明，HPC具有優(yōu)良的抗?jié)B、抗凍性，并能抑制堿骨料反應(yīng)，抗碳化能力、抗Cl-滲透性及耐蝕性均有大幅度提高，徐變和干縮性能也有較大改善。但是HPC也存在著自收縮問題，其對(duì)混凝土長(zhǎng)期性能的影響，尚待進(jìn)一步研究，而且HPC的強(qiáng)度越高，脆性越大也面臨著摻入纖維改性的問題。在我國(guó)，HPC目前己在上海、北京、廣東等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的不少重要工程中被采用，并在高層建筑、大跨度橋梁、海上建筑、漂浮結(jié)構(gòu)等工程中顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性。在工程安全使用期、經(jīng)濟(jì)合理性、環(huán)境條件的適應(yīng)性等方面具有明顯的效益。2006年3月1日實(shí)施的GB/T503622005住宅性能評(píng)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)中的經(jīng)濟(jì)性能評(píng)定把高強(qiáng)高性能混凝土的使用列入了建筑設(shè)計(jì)施工新技術(shù)嚴(yán)節(jié)材”方面)的一項(xiàng)重要的評(píng)定內(nèi)容。2006年6月1日實(shí)施的GB/T503782006(綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的節(jié)材與材料資源利用也要求建筑結(jié)構(gòu)材料合理采用高性能混凝土。因此，研究開發(fā)及應(yīng)用高性能混凝土對(duì)提升建筑技術(shù)的整體水平，確保混凝土工程的耐久性十分必要，且具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。2.1.2 混凝土高性能化的技術(shù)途徑HPC根據(jù)不同用途要求，應(yīng)保證混凝土的耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)合理性等”。要實(shí)現(xiàn)其所具有的多種性能，就必須嚴(yán)格控制混凝土生產(chǎn)過程的各環(huán)節(jié)，控制水膠比、選用優(yōu)質(zhì)原材料，并必須摻加一定數(shù)量的礦物細(xì)摻料和高效減水劑。正確選擇原材料：除選用優(yōu)質(zhì)的硅酸鹽水泥和骨料外，還必須添加超細(xì)礦物質(zhì)摻合料和新型高效減水劑，后兩者的綜合作用強(qiáng)化了混凝土中的水泥漿體與骨料之間的過度區(qū)，改善了水泥石的孔結(jié)構(gòu)，提高了水泥石的密實(shí)度，從而賦予混凝土高性能。合理的工藝參數(shù)：控制水灰比小于0.4；粗骨料體積分?jǐn)?shù)0.4左右、最大粒徑不大于25mm：砂率34%39%；膠凝材料(水泥+礦物細(xì)摻料)用量不超過500-600kg/m3；摻加0.8%1.4%的高效減水劑。適宜的施工工藝及控制：采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)、泵送施工、高頻振動(dòng)、控制塌落度損失，并對(duì)混凝土進(jìn)行嚴(yán)格養(yǎng)護(hù)。2.1.3 HPC實(shí)際工程應(yīng)用情況及施工應(yīng)注意的問題(1)HPC的應(yīng)用：10多年來HPC得到了廣泛應(yīng)用，其代表工程有：上海金茂大廈C60混凝土、深圳地王C60混凝土、上海東方明珠電視塔C60混凝土、首都機(jī)場(chǎng)新航站樓C50-C60混凝土、廣州虎門大橋C50混凝土、美國(guó)西雅圖雙聯(lián)廣場(chǎng)C135混凝土以及美國(guó)芝加哥311瓦克大廈C85混凝土等。(2)施工注意問題：HPC的施工質(zhì)量控制比普通混凝土要嚴(yán)格得多，在施工過程中特別要嚴(yán)格控制混凝土中的用水量，因?yàn)镠PC水灰比小、用水量少，用水量的微小變化會(huì)影響其強(qiáng)度及工作性。還有就是養(yǎng)護(hù)問題，HPC必須盡早進(jìn)行潮濕養(yǎng)護(hù)，直至其抗拉強(qiáng)度足以抵抗開裂為止。養(yǎng)護(hù)過程中還必須從外界補(bǔ)充水分，當(dāng)水化反應(yīng)進(jìn)行到一定的程度時(shí)，必須灑水養(yǎng)護(hù)，可采用濕麻袋或濕紡織袋覆蓋混凝土表面，其上壓塑料塊，塑料板下鋪設(shè)打孔軟管，注入水以保持麻袋長(zhǎng)期的濕潤(rùn)。2.2 綠色混凝土綠色混凝土概念是由吳中偉院士在1997年提出的，它具有比傳統(tǒng)混凝土更高的強(qiáng)度和耐久性，可以實(shí)現(xiàn)非再生性資源的可循環(huán)利用和有害物質(zhì)的最低排放，既能減少環(huán)境污染，又能與自然生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)共生。綠色混凝土的環(huán)境協(xié)調(diào)性是指對(duì)資源和能源的消耗少、對(duì)環(huán)境污染小和循環(huán)再生利用率高。此外，綠色混凝土還具有自適應(yīng)性，也即具有滿意的使用性能，又能夠改善環(huán)境，具有感知、調(diào)節(jié)和修復(fù)等機(jī)敏特性。綠色混凝土的主要特點(diǎn)有：(1)最大限度地降低水泥用量，大量利用工業(yè)廢料；(2)與傳統(tǒng)混凝土相比，具有更加良好的力學(xué)性能和耐久性；(3)具有與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)性，減輕對(duì)環(huán)境的負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)非再生資源的可循環(huán)使用，節(jié)省能源及還物質(zhì)的“零排放”；(4)能夠?yàn)槿祟愄峁睾?、舒適、便捷和安全的生存環(huán)境。2.2.1 綠色混凝土的發(fā)展方向綠色混凝土作為綠色建材的一個(gè)分支，自20世紀(jì)90年代以來，國(guó)內(nèi)外對(duì)此開展了廣泛深入的研究，主要包括綠色高性能混凝土、再生骨料混凝土、環(huán)保型混凝土和機(jī)敏混凝土等。(1)綠色高性能混凝土(Green High Performance Con-crete，GHPC)。其發(fā)展方向是研制推廣中低強(qiáng)度(如C30C50)的綠色高性能混凝土(HPC通常的強(qiáng)度下限為C50)，可以大量使用包括粉煤灰、礦渣等的礦物摻合料，既有效利用了固體廢棄物，又大大減少水泥用量，符合改善和保護(hù)環(huán)境的需要。(2)再生骨料混凝土。該類混凝土可綜合利用各種固體廢棄物生產(chǎn)混凝土用的集料，減少天然砂、石資源的大量消耗，作為骨料的固體廢棄物包括建筑固體廢棄物、回收的碎玻璃骨料、回收的廢棄輪胎，還有各種爐渣、煤矸石、礦渣等，目前再生骨料專指解體混凝土塊經(jīng)破碎、清洗、分級(jí)而成的骨料。(3)生態(tài)環(huán)保型混凝土是指能夠改善、美化環(huán)境，對(duì)人類與自然的協(xié)調(diào)具有積極作用的混凝土材料，該類混凝土的研究和開發(fā)剛剛起步，目前所研制和開發(fā)的主要品種有透水混凝土、綠化植被混凝土和海洋生物適應(yīng)性混凝土等。2.2.2 綠色混凝土的摻合料綠色混凝土中大量使用了礦物摻合料(大都為工業(yè)廢渣)作輔助膠凝材料，一方面可利廢、節(jié)材(減少水泥使用量)，同時(shí)還可以改善新拌混凝土的工作性、提高硬化混凝土的耐久性。摻合料是混凝土中除水泥、水、砂、石及外加劑以外的第6組分，主要作用是改善新拌和混凝土的物理力學(xué)性能。常用的摻合料可分為活性和非活性2類，非活性摻合料在混凝土中一般不產(chǎn)生火山灰反應(yīng)，或反應(yīng)十分緩慢，如磨細(xì)石英砂、石灰石和硬礦渣等；活性礦物摻合料本身不硬化或硬化速度很慢，但能與水泥水化生成的氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有水硬性的膠凝材料。綠色高性能混凝土所采用的摻合料通常選用活性礦物摻合料，且多為工業(yè)廢料，