1、混凝土耐久性技術黃維蓉重慶交通大學材料實驗教學中心內容一、概述二、混凝土碳化三、混凝土鋼筋銹蝕四、混凝土凍融破壞五、混凝土化學侵蝕破壞一、概述(續土木工程結構的安全性(2構件的整體牢固性防止自然和人為災難1976年唐山地震:22萬座(建筑物80%、25萬人死亡1998年長江洪災:479萬座房屋1999年綦江彩虹橋整體垮塌:40人死亡土木工程結構的安全性混凝土與鋼筋等結構材料性能劣化混凝土與鋼筋等結構材料性能劣化（環境因 素環境因素一、概述（續.單因素作用凍融凍融、碳化碳化、銹蝕銹蝕、硫酸鹽硫酸鹽、堿骨料反應堿骨料 反應、磨損多因素作用鹽凍破壞鹽凍破壞、含鹽環境干濕循環含鹽環境干濕循環、荷載下的

2、耐久 性一、概述（續混凝土結構的耐久性（1定義混凝土耐久性混凝土耐久性:在實際使用條件下抵抗各種環境因素作用在實際 使用條件下抵抗各種環境因素作用,，一、概述（續混凝土結構的耐久性（2產生耐久性問題的原因混凝土=人造石人造石:耐久耐久、實用實用、價廉內在因素硅酸鹽水泥礦相和水化產物硅酸鹽水泥礦相和水化產物:高堿高堿、不穩定 混凝土結構混凝土結構:多孔和不均質多孔和不均質，有害物質容易進入一、概述（續2.混凝土結構的耐久性（3工程結構工程結構耐久性耐久性耐久性現狀現狀混凝土與鋼筋等結構材料性能劣化混凝土與鋼筋等結構材料性能劣化（環境因 素環境因素哈綏高速公路:1996年亞冬會,一個冬季破壞一、概

3、述（續2.混凝土結構的耐久性（3工程結構工程結構耐久性耐久性耐久性現狀現狀混凝土與鋼筋等結構材料性能劣化混凝土與鋼筋等結構材料性能劣化（環境因 素環境因素新疆塔城機場新疆塔城機場:19951995年通航僅半年年通航僅半年年通航僅半 年，跑道嚴重剝蝕一、背景（續混凝土結構的耐久性（3工程結構工程結構耐久性耐久性耐久性現狀現狀混凝土與鋼筋等結構材料性能劣化混凝土與鋼筋等結構材料性能劣化（環境因 素環境因素北京西直門立交橋：10年后嚴重剝蝕和銹蝕,1999年重建一、背景（續混凝土結構的耐久性（3工程結構耐久性現狀二、混凝土碳化空氣空氣、土壤土壤、水等環境中的酸性氣體或液體侵入混凝土并與水化產物進行中

4、和反應導致混凝土中導致混凝土中pH pH pH值降低值降低值降低（中性化過程中性 化過程二、混凝土碳化（續1.碳化機理碳化機理（1（1水泥水化產物水泥水化產物Ca（OH2和CSH CSH凝膠凝膠CSH CSH是不穩定的是不穩定的硅膠硅膠（溶于水溶于水+ + + Ca（OHCa（OH2二、混凝土碳化（續2. 2.影響因素影響因素（1（1材料因素材料因素W/C比：隨W/C比增大，碳化增加二、混凝土碳化（續2. 2.影響因素影響因素（1（1材料因素材料因素水泥用量:碳化隨水泥用量增加而稍有降低 二、混凝土碳化（續2. 2.影響因素影響因素（1（1材料因素材料因素水泥品種和外加劑二、混凝土碳化（續2.

5、影響因素影響因素（1（1材料因素材料因素強度 051015202530354001020304050607080碳化深度（m m抗壓強度（MPa MPa加摻合料基準二、混凝土碳化（續2. 2.影響因素影響因素（2（2環境因素環境因素相對濕度:通過液相進行反應（混凝土內部的飽水度（a濕度很低:CO 2擴散速 度ff,但缺乏液相進行碳化反應（b濕度很高:CO 2擴散速度口二、混凝土碳化(續2. 2.影響因素影響因素(2(2環境因素環境因素CO 2濃度CO 2濃度ff混凝土碳化ff: XC 0.5(a自然環境CO 2濃度:農村0.03%,城市 0.04%,室內0.1%(b碳化試驗CO 2濃度:20%

6、二、混凝土碳化混凝土碳化(續2. 2.影響因素影響因素(2(2環境因素環境因素溫度溫度f,碳化f(反應和擴散速度反應和擴散速度(3(3其它因素其它因素施工質量振搗不密實振搗不密實、蜂窩蜂窩、微裂紋等導致混凝土碳化ff早期養 護條件濕養護時間對碳化影響很大對碳化影響很大（粉煤灰、礦渣等水泥等水泥礦渣 水泥混凝土濕養3d的碳化比濕養7d的大50%二、混凝土碳化（續3.碳化產生的影響碳化產生的影響（1（1素混凝土素混凝土力學性能（強度：明顯提高（抗壓強度可增加3070%孔結構:總孔隙率明顯 降低，孔結構明顯粗化滲透性:增加二、混凝土碳化（續3.碳化產生的影響碳化產生的影響（2（2鋼筋混凝土鋼筋混凝土

7、鋼筋銹蝕:碳化因中性化將鋼筋鈍化膜破壞而增加銹蝕滲透性：因碳化增 加滲透性，有害物質更容易進入三、鋼筋混凝土銹蝕三、鋼筋混凝土銹蝕鋼筋混凝土銹蝕（續1.1.鋼筋銹蝕產生的必要條件鋼筋銹蝕產生的必要條件鋼筋表面鈍化膜破壞（先決條件條件有氧氣存在有水存在三、鋼筋混凝土銹蝕（續2.2.鋼筋銹蝕機理鋼筋銹蝕機理三、鋼筋混凝土銹蝕（續2.2.鋼筋銹蝕機理鋼筋銹蝕機理三、鋼筋混凝土銹蝕（續3.3.鋼筋銹蝕的后果鋼筋銹蝕的后果三、鋼筋混凝土銹蝕（續Cl -離子引起的鋼筋銹蝕（1（1Cl Cl -離子濃度缺乏Cl -離子時離子時:pH 11.5，鋼筋鈍化膜是穩定的當Cl -離子存在時離 子存在時:鋼筋鈍化膜很

8、容易破壞（2混凝土中Cl -離子的來源原材料引入環境中擴散和滲透進入（3混凝土中Cl -離子的擴散（4影響Cl-離子進入混凝土中的因素W/C比水泥成分摻合料種類三、鋼筋混凝土銹蝕鋼筋混凝土銹蝕（續影響混凝土鋼筋銹蝕的因素三、鋼筋混凝土銹蝕鋼筋混凝土銹蝕（續5.影響混凝土鋼筋銹蝕的因素（1材料參數水泥中C 3A含量三、鋼筋混凝土銹蝕鋼筋混凝土銹蝕（續5.影響混凝土鋼筋銹蝕的因素（1材料參數摻合料三、鋼筋混凝土銹蝕鋼筋混凝土銹蝕（續5.影響混凝土鋼筋銹蝕的因素（2其它參數Cl -離子濃度三、鋼筋混凝土銹蝕鋼筋混凝土銹蝕（續（2其它參數飽水度三、鋼筋混凝土銹蝕鋼筋混凝土銹蝕（續三、鋼筋混凝土銹蝕鋼筋

9、混凝土銹蝕（續四、混凝土凍融和鹽凍破壞混凝土凍融和鹽凍破壞（續破壞機理破壞機理凍融和鹽凍破壞的根本原因凍融和鹽凍破壞的根本原因:混凝土有可凍水*混 凝土不含水或很少時:不會因凍融而破壞*混凝土長期凍結混凝土長期凍結:一般破 壞很小四、混凝土凍融破壞混凝土凍融破壞（續破壞機理破壞機理（1普通凍融破壞*水結冰產生9.1%的體四、混凝土凍融破壞混凝土凍融破壞（續破壞機理破壞機理滲透壓理論（Powers和Helmuth由孔內冰與未凍水之間的自由能差引起的化學能差（濃度差和物理能差（壓力差四、混凝土凍融破壞混凝土凍融破壞（續破壞特征破壞特征*內部微裂紋*表面變酥和剝蝕四、混凝土凍融破壞混凝土凍融破壞（續

10、評定評定抗凍性的方法（1抗凍性試驗方法（快速凍融法*試件中心凍結溫度-15C溶液*每次循環降溫歷時1.51.5-2.5小時試件*試件中心最高融解溫度8C桶*每次循環升溫歷時1.01.0-1.5小時*整個凍融歷時2.52.5-4.0小時四、混凝土凍融破壞混凝土凍融破壞（續主要影響因素主要影響因素(1(1W/C W/C 比4.4.主要影響因素主要影響因素(2強度主要影響因素主要影響因素(3含氣量*非引氣混凝土非引氣混凝土:抗凍性口*引氣混凝土引氣混凝土:抗凍性l(W/C影響I(4氣泡間距系數平均氣泡間距I：抗凍性ff主要影響因素主要影響因素(5水泥品種與礦物摻合料 水泥品種水泥品種:礦物摻合料不同

11、5.5.主要影響因素主要影響因素(6骨料四、混凝土凍融破壞混凝土凍融破壞（續主要影響因素主要影響因素（7養護條件 蒸汽養護四、混凝土凍融破壞混凝土凍融破壞（續主要影響因素主要影響因素（7養護條件 蒸汽養護*預養時間主要影響因素主要影響因素(7養護條件6.6 .抗凍性混凝土的設計技術原則抗凍性混凝土的設計技術原則(2W/C 比*引氣劑的使用劑的使用:不能降低對W/C的控制*高抗凍性混凝土高抗凍性混凝 土：W/C 0.456.6 .抗凍性和抗鹽凍性混凝土的設計技術原則抗凍性和抗鹽凍性混凝土的設計 技術原則（4骨料*混凝土抗凍性和抗鹽凍性能混凝土抗凍性和抗鹽凍性能:一個重要因素*最 好選用碎石:不宜用卵石*骨料在24