混凝土耐久性淺談畢業(yè)論文

1、<p><b>　　網絡教育學院</b></p><p>　　本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設 計）</p><p><b>　　原創(chuàng)優(yōu)秀論文</b></p><p>　　題 目： 混凝土耐久性淺談 </p><p><b>　　學習中心：</b></p&g

2、t;<p>　　層 次： 專科起點本科 </p><p>　　專 業(yè)： 土木工程 </p><p>　　年 級： 2009 年 秋 季 </p><p><b>　　學 號： </b></p><p><b>　　學

3、 生： </b></p><p>　　指導教師： 趙 麗 妍 </p><p>　　完成日期： 2011年 9月 9日 </p><p><b>　　內容摘要</b></p><p>　　混凝土結構是應用非常廣泛的一種結構形式，但是由于其結構自身和使用環(huán)境的特點，使得混凝土

4、存在嚴重的耐久性問題。通過對國內外鋼筋混凝土工程耐久性現狀的介紹，從混凝土的碳化、凍融破壞、侵蝕性介質的腐蝕、混凝土堿集料反應、鋼筋銹蝕等方面論述了影響混凝土結構耐久性的因素及其對混凝土的破壞機理，并針對性地提出了預防的措施。</p><p>　　關鍵詞：混凝土；耐久性；抗凍性；滲透性</p><p><b>　　目 錄</b></p><

5、p><b>　　內容摘要I</b></p><p><b>　　引 言1</b></p><p><b>　　1 緒論2</b></p><p>　　1.1 混凝土耐久性問題的提出2</p><p>　　1.2 混凝土耐久性的概念[3]2</p&

6、gt;<p>　　2 混凝土耐久性問題的分析4</p><p>　　2.1 混凝土凍融破壞4</p><p>　　2.1.1 破壞原因4</p><p>　　2.1.2 影響因素5</p><p>　　2.2 混凝土滲透破壞5</p><p>　　2.2.1 破壞原因5</p

7、><p>　　2.2.2 影響因素6</p><p>　　2.3 堿骨料反應7</p><p>　　2.3.1 破壞原因7</p><p>　　2.3.2 影響因素7</p><p>　　2.4 混凝土的碳化8</p><p>　　2.4.1 破壞原因8</p>

8、<p>　　2.4.2 影響因素9</p><p>　　2.5 鋼筋銹蝕[4]9</p><p>　　2.5.1 破壞原因10</p><p>　　2.5.2 影響因素11</p><p>　　2.6 侵蝕性介質的腐蝕12</p><p>　　2.6.1 產生原因12</p&g

9、t;<p>　　2.6.2 影響因素12</p><p>　　3 提高混凝土耐久性的措施14</p><p>　　3.1 防止混凝土的凍融破壞14</p><p>　　3.2 增強混凝土的抗?jié)B性14</p><p>　　3.3 避免或減輕堿骨料反應14</p><p>　　3.4 提

10、高混凝土抗碳化能力14</p><p>　　3.5 鋼筋銹蝕的預防[7]15</p><p>　　3.6 預防侵蝕性介質的腐蝕15</p><p>　　4 結論與展望16</p><p><b>　　參考文獻18</b></p><p><b>　　引 言</b

11、></p><p>　　混凝土結構以其整體性好、耐久性好、可塑性強、維修費用少等優(yōu)點廣泛使用于整個20世紀，發(fā)現混凝土的耐久性問題則是在60至70年代。一些發(fā)達國家的基礎工程使用了三四十年后，紛紛進入老化期。人們始料不及的是混凝土材料在不利的環(huán)境、運用條件下，出現了一系列影響結構耐久性的物理、化學現象【1】，如混凝土的碳化、保護層剝落、裂縫的發(fā)展、鋼筋銹蝕、滲透凍融破壞、混凝土集料的化學腐蝕等等。我國七十年

12、代后期建造的基礎工程亦發(fā)現有嚴重的開裂現象。因而混凝土結構的耐久性問題已成為工程師們不容忽視的一個問題。</p><p>　　混凝土結構的耐久性概括起來是指混凝土抵抗周圍不利因素長期作用的性能[2]。結構耐久性問題主要表現為：混凝土損傷；鋼筋的銹蝕、脆化、疲勞、應力腐蝕；以及鋼筋與混凝土之間粘結錨固作用的消弱等三個方面。從短期效果而言，這些問題影響結構的外觀和使用功能；從長遠看，則為降低結構安全度，成為發(fā)生事故的

13、隱患，影響結構的使用壽命。下面通過對混凝土耐久性問題的分析和提高耐久性的措施兩個方面來探討混凝土的耐久性問題。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 混凝土耐久性問題的提出</p><p>　　長期以來，混凝土作為土建工程中用途最廣，用量最大的建筑材料之一，在近百年的發(fā)展中，其強度不斷提高。但是，在提高強

14、度的同時，混凝土結構的耐久性問題也愈來愈被人們所關注。人們一直以為混凝土是非常耐久的材料，直到20世紀70年代末期，發(fā)達國家才逐漸發(fā)現原先建成的基礎設施工程在一些環(huán)境下出現過早損壞。美國許多城市的混凝土基礎設施工程和港口工程建成后20-30年，甚至在更短的時期內就出現劣化。</p><p>　　我國建設部的一項調查表明，國內大多數工業(yè)建筑物在使用25-30年后即需大修，處于嚴酷環(huán)境下的建筑物使用壽命僅15-20年

15、。民用建筑和公共建筑的使用環(huán)境相對較好，一般可維持50年以上，但室外的陽臺、雨罩等露天構件的使用壽命通常僅有30-40年。橋梁、港口等基礎設施工程的耐久性問題更為嚴重，由于鋼筋的混凝土保護層過薄且密實性差，許多工程建成后幾年就出現鋼筋銹蝕、混凝土開裂。海港碼頭一般使用10年左右就因混凝土順筋開裂和剝落，需要大修。當前，我國的基礎設施建設工程規(guī)模宏大，投入資金每年高達2萬億元人民幣以上，約30-50年后，這些工程將進入維修期，所需的維修費

16、或重建費用將更為巨大。有專家估計，我國“大干”基礎設施工程建設的高潮還可延續(xù)20年，由于忽視耐久性問題，迎接我們的還會有“大修”20年的高潮，這個高潮可能不用很久就將到來，其耗費將倍增于當初這些工程施工建設時的投資。因此，提高混凝土耐久性，延長工程使用壽命，盡量減少維修重建費用是建筑行業(yè)實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的關鍵。</p><p>　　1.2 混凝土耐久性的概念[3]</p><p>　　

17、混凝土耐久性是指混凝土在設計壽命周期內，在正常維護下，必須保持適合于使用，而不需要進行維修加固，即指混凝土在抵抗周圍環(huán)境中各種物理和化學作用下，仍能保持原有性能的能力?；炷凉こ痰哪途眯耘c工程的使用壽命相聯系，是使用期內結構保持正常功能的能力，這一正常功能不僅僅包括結構的安全性，而且更多地體現在適用性上。混凝土耐久性主要包括以下幾方面：一是抗?jié)B性。即指混凝土抵抗水、油等液體在壓力作用下滲透的性能?？?jié)B性對混凝土的耐久性起著重要的作用，因

18、為抗?jié)B性控制著水分滲入的速率，這些水可能含有侵蝕性的化合物，同時控制混凝土受熱或受冷時水的移動。二是抗凍性?；炷恋目箖鲂允侵富炷猎陲査疇顟B(tài)下，經受多次抵抗凍融循環(huán)作用，能保持強度和外觀性的能力。在寒冷地區(qū)，尤其是在接觸水又受凍的環(huán)境下的混凝土，要求具有較高的抗凍性能。三是抗侵蝕性?；炷帘┞对谟谢瘜W物質的環(huán)境和介質中，有可能遭受化學侵蝕而破壞。一般的化學侵蝕有水泥漿體組分的浸出、硫酸鹽侵蝕、氯化物侵蝕、碳化等。</p>

19、<p>　　2 混凝土耐久性問題的分析</p><p>　　混凝土耐久性問題，是指結構在所使用的環(huán)境下，由于內部原因或外部原因引起結構的長期演變，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-集料反應失效，化學腐蝕失效，鋼筋銹蝕造成結構破壞等[3、4]。下面作具體分析。</p><p>　　2.1 混凝土凍融破壞</p>

20、<p>　　混凝土凍融破壞，是由于混凝土中的水受凍結冰后體積膨脹，在混凝土內部產生應力，由于反復作用或內應力超過混凝土抵抗強度致使混凝土破壞。結構處于冰點以下環(huán)境時，部分混凝土內孔隙中的水將結冰，產生體積膨脹，過冷的水發(fā)生遷移，形成各種壓力，當壓力達到一定程度時，導致混凝土的破壞?；炷涟l(fā)生凍融破壞的最顯著的特征是表面剝落，嚴重時可以露出石子。</p><p>　　2.1.1 破壞原因</p&g

21、t;<p>　　混凝土的抗凍性是混凝土受到物理作用(干濕變化、溫度變化、凍融變化等)后反映混凝土耐久性的重要指標之一。對混凝土的抗凍性不能單純理解為抵抗凍融的性質，不僅在嚴寒地區(qū)混凝土建筑物有抗凍的要求，溫熱地區(qū)混凝土建筑物同樣會遭到干、濕、冷、熱交替的破壞作用，經歷時間長久會發(fā)生表層削落，結構疏松等破壞現象，如浙江省的富春江水電站，湖南省的桃江水庫等，都發(fā)生過不同程度的凍融破壞，所以對混凝土的凍融破壞的研究顯得尤為重要。

22、</p><p>　　對混凝土凍融破壞的機理，目前的認識尚不完全一致，按照公認程度較高的，由美國學者T.C.Powerse提出的膨脹壓和滲透壓理論，吸水飽和的混凝土在其凍融的過程中，遭受的破壞應力主要由兩部分組成。其一是當混凝土中的毛細孔水在某負溫下發(fā)生物態(tài)變化，由水轉變成冰，體積膨脹9%，因受毛細孔壁約束形成膨脹壓力，從而在孔周圍的微觀結構中產生拉應力；其二是當毛細孔水結成冰時，由凝膠孔中過冷水在混凝土微觀結構

23、中遷移和重分布引起的滲管壓。由于表面張力的作用，混凝土毛細孔隙中的水的冰點隨著孔徑的減小而降低。當膠凝孔水形成冰核的溫度在-78℃ 以下時，由冰與過冷水的飽和蒸汽壓差和過冷水之間的鹽分濃度差引起水分遷移而形成滲透壓。</p><p>　　另外膠凝不斷增大，形成更大膨脹壓力，當混凝土受凍時，這兩種壓力會損傷混凝土內部微觀結構，當經過反復多次的凍融循環(huán)以后，損傷逐步積累不斷擴大，發(fā)展成互相連通的裂縫，使混凝

24、土的強度逐步降低，最后甚至完全喪失。</p><p>　　2.1.2 影響因素</p><p>　　混凝土的抗凍性能與混凝土內部的孔結構和氣泡含量多少密切相關?？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，除了孔結構和含氣量外，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?；炷潦怯伤嗌皾{和粗骨料組成的毛細孔多孔體。在拌制混凝

25、土時，為了得到必要的和易性，加入的拌和用水總要多于水泥的水化水，這部分多余的水便以游離水的形式滯留于混凝土中形成連通的毛細孔，并占有一定的體積，另外，還有一些水泥水化后形成的膠凝孔。這種毛細孔的自由水就是導致混凝土遭受凍害的主要因素，因為水遇冷凍結成冰后會發(fā)生體積膨脹，引起混凝土內部結構的破壞。當混凝土處于飽水狀態(tài)時，毛細孔中的水結冰，膠凝孔中的水處于過冷狀態(tài)，這樣使得膠凝孔中的水向毛細孔中冰的界面處滲透，于是在毛細孔中又產生一種滲透壓

26、力。此外，膠凝孔向毛細孔滲透的結果必然使毛細孔中冰的體積進一步膨脹。</p><p>　　2.2 混凝土滲透破壞</p><p>　　混凝土的抗?jié)B性【6】，指混凝土抵抗壓力水滲透的能力。它是指氣體、液體或者離子受壓力、化學式或電場作用，在混凝土中滲透、擴散或遷移的難易程度?；炷敛牧系母g大多是在有水及有害離子侵入得條件下產生的，混凝土的耐久性跟滲透性有著密切的關系，滲透破壞直接導致了混

27、凝土碳化、凍融破壞、鋼筋腐蝕、化學侵蝕等混凝土耐久性問題的產生，最終致使結構力下降甚至結構受到破壞。</p><p>　　2.2.1 破壞原因</p><p>　　混凝土的滲透性是其微觀結構決定的，如混凝土的空隙率、孔徑分布，以及骨料組成等。混凝土的毛細孔越大，其強度越低，滲透性也越大。普通混凝土的界面區(qū)疏松多孔，界面區(qū)Ca(OH)2富集并取向生長，往往成為各中有害介質入侵的通道。因此對

28、滲透性的影響較大?；炷潦且环N多相非均質材料，從微觀上看是多孔結構，水通過這些空隙在混凝土中滲透?；炷帘砻娼佑|到水時，會有兩種力促使水分向混凝土內部滲入壓力差和毛細孔壓力。隨著混凝土表面水分滲入，毛細孔壁摩擦阻力增大，滲水速度隨滲透深度的增加成比例下降，當水達到混凝土的另一側滲出。若壓力差大于孔壁摩擦阻力和毛細阻力，則水將從混凝土的另一側滲出。弱壓力差小于孔壁摩擦阻力毛細阻力，則水的遷移為毛細孔遷移，此時的遷移速度取決于混凝土背水面水

29、的蒸發(fā)速度。</p><p>　　水在多孔材料中運動可分為七個階段：</p><p>　　第一階段，水分通過吸附和表面擴散進入材料的空隙；第二階段，水在孔壁上形成吸附層，水分通過蒸汽擴散深入材料空隙內部；第三階段，隨著相對濕度的增加，空氣開始在孔中冷凝并形成水膜，水膜兩側出現壓差，于是促使水膜在孔中滲透；第四階段，孔部局部水飽和，液體滲透并伴有蒸汽擴散；第五階段，孔中局部水飽和，液體滲透、

30、流動；第六階段，孔完全飽和，液體流動，此時符合達西定律；第七階段，離子擴散，如氯離子擴散，當存在濃度差時，離子擴散最為有效。</p><p>　　由此我們知道混凝土中存在大量的空隙和裂縫是混凝土產生滲透的主要原因?；炷恋目捉Y構包括水泥石漿體空隙、集料中的空隙、集料和將題解免檢的空隙等，施工不良也會導致部分蜂窩結構。</p><p>　　2.2.2 影響因素</p><

31、;p>　　影響混凝土滲透性的因素很多。內部因素是指本身混凝土材料本身材料組成和結構特性，外在因素是混凝土所處的使用環(huán)境，混凝土本身所處的材料結構和性能可通過配合比及適當的制作工藝來達到。外部因素是客觀存在的，提高混凝土抗?jié)B性的關鍵在于減少混凝土堆腐蝕介質易感的組分，提高混凝土本身的致密性，盡可能的減少原生裂縫，并加強混凝土硬化后的體積穩(wěn)定性。</p><p>　　一是水灰比對混凝土滲透性的影響。實際施工中，

32、對于影響性能極大的加水量，往往由于施工人員根據振搗是否方便而定，為了加快施工和避免出現蜂窩空洞等缺陷，加水量常常過多，過多超量的水在混凝土內留下了孔隙，從而大大降低了混凝土的密實性，使混凝土容易受有害氣體和液體的侵蝕和滲透，這是水灰比影響耐久性的主要原因。</p><p>　　二是摻合料對混凝土滲透性的影響。摻合料（火山灰、粉煤灰、礦渣）能顯著降低混凝土的滲透性，這是由于漿體結構得到了改善，水灰產物填充空隙，毛細

33、空隙率降低，孔徑細化，孔的連通性被阻斷，從而滲透性降低。</p><p>　　三是孔結構?？梢哉f絕大部分影響混凝土強度的因素都影響混凝土的滲透性。這兩者之間有一定的聯系，但沒有必然的聯系，因為混凝土的抗?jié)B性與連通的空隙有關，而抗壓輕度主要是受總的空隙率控制的。</p><p>　　2.3 堿骨料反應</p><p>　　堿骨料反應也叫堿硅反應，是指混凝土中的堿性物

34、質與骨料中的活性成分發(fā)生化學反應，引起混凝土內部自膨脹應力而開裂的現象。堿骨料反應給混凝土工程帶來的危害是相當嚴重的，因為堿骨料反應時間較為緩慢，短則幾年，長則幾十年才能被發(fā)現。</p><p>　　堿骨料反應的因素在混凝土內部，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。許多國家因堿-集料反應不得不拆除大壩，橋梁，海堤和學校，造成巨大損失，國內工程中也有堿-集料反應損害的類似報道，一些立交橋，鐵道軌枕

35、等發(fā)生不同程度的膨脹破壞。</p><p>　　2.3.1 破壞原因</p><p>　　水泥中95 %以上的主要成分是CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3，另外含有少量的其他氧化物MgO，SO3，K2O，Na2O等,這些氧化物主要是生產過程中反應不夠充分而殘留在水泥中的,其成分與含量跟水泥生產的原材料和工藝水平有關。Na2O水化后生成NaOH，K2O水化后生成KOH，堿骨料反應通常

36、可分為堿硅酸反應、堿碳酸鹽反應、堿硅酸鹽反應3種類型。</p><p>　　堿硅酸反應是指混凝土中堿與骨料中微晶或無定形硅酸發(fā)生反應，生成堿硅酸類。堿碳酸鹽反應是指混凝土中的堿與具有特定結構的粘土質細粒白云質石灰?guī)r或粘土質細粒白云巖骨料發(fā)生下列反應，進行所謂的去(脫)白云化作用。堿硅酸鹽反應是指混凝土中的堿與骨料中某些層狀結構的硅酸鹽發(fā)生反應，使層狀硅酸鹽層間間距增大，骨料發(fā)生膨脹，致使混凝土膨脹開裂。 <

37、/p><p>　　混凝土中的堿與集料中活性組分發(fā)生的化學反應，引起混凝土的膨脹，開裂，甚至破壞。</p><p>　　2.3.2 影響因素</p><p>　?。?）混凝土中的堿含量</p><p>　　混凝土中的堿含量越大，混凝土發(fā)生堿骨料反應的可能性越大，引起的破壞越嚴重。</p><p>　?。?）混凝土的水灰比&

38、lt;/p><p>　　在通常的水灰比范圍內，隨著水灰比減少混凝土堿骨料反應的膨脹量有增大趨勢，水灰比為0.4時膨脹量為最大。</p><p><b>　?。?）骨料的特性</b></p><p>　　骨料中的活性成分越多，混凝土中的堿骨料反應膨脹量越大。</p><p>　　骨料的粒徑過大或過小都使反應膨脹量減小，中間粒度

39、的骨料引起的反應膨脹量最大。骨料的空隙較大時也能緩解堿骨料的膨脹壓力。</p><p>　?。?）混凝土的孔隙率</p><p>　　混凝土的孔隙率也能緩解反應膨脹壓力，因此，加入引氣劑也能緩解堿骨料反應的壓力。</p><p>　　（5）環(huán)境溫濕度的影響</p><p>　?、倩炷林械膲A骨料反應離不開水。因此環(huán)境濕度對其有明顯影響。雖然說

40、在低濕度條件下混凝土空隙中的堿溶液濃度增大，會促進堿骨料反應但是如果環(huán)境濕度度低于80%時外界不能供給混凝土水分混凝土內部就不可能發(fā)生物體吸水膨脹的物理反應。</p><p>　?、诃h(huán)境溫度對混凝土堿性骨料的反應也有影響，在高溫下混凝土堿骨料反應加快，在混凝土未凝結之前已完成膨脹，混凝土的塑性變形吸收了膨脹壓力。</p><p>　　2.4 混凝土的碳化</p><p

41、>　　混凝土的碳化是混凝土所受到的一種化學腐蝕?？諝庵蠧O2氣滲透到混凝土內，與其堿性物質起化學反應后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低的過程稱為混凝土碳化，又稱作中性化，其化學反應為：Ca（OH）2＋CO2＝CaCO3＋H2O。水泥在水化過程中生成大量的氫氧化鈣，使混凝土空隙中充滿了飽和氫氧化鈣溶液，其堿性介質對鋼筋有良好的保護作用，使鋼筋表面生成難溶的Fe2O3和Fe3O4，稱為鈍化膜。碳化后使混凝土的堿度降低，當碳化超過混凝土

42、的保護層時，在水與空氣存在的條件下，就會使混凝土失去對鋼筋的保護作用，鋼筋開始生銹?？梢姡炷撂蓟饔靡话悴粫苯右鹌湫阅艿牧踊?，對于素混凝土，碳化還有提高混凝土耐久性的效果，但對于鋼筋混凝土來說，碳化會使混凝土的堿度降低，同時，增加混凝土孔溶液中氫離子數量，因而會使混凝土對鋼筋的保護作用減弱。 </p><p>　　2.4.1 破壞原因</p><p>　　拌和混凝土時，硅酸鹽水泥

43、的主要成份CaO水化作用后生成Ca（OH）2，它在水中的溶解度低，除少量溶于孔隙液中，使孔隙液成為飽和堿性溶液外，大部分以結晶狀態(tài)存在，成為孔隙液保持高堿性的儲備，它的PH值為12.5～13.5.空氣中的CO2氣體不斷地透過混凝土中未完全充水的粗毛細孔道，氣相擴散到混凝土中部分充水的毛細孔中，與其中的孔隙液所溶解的Ca（OH）2進行中和反應。反應產物為CaCO3和H2O，CaCO3溶解度低，沉積于毛細孔中。該反應式為：Ca（OH）2+

44、CO2→CaCO3↓+ H2O反應后，毛細孔周圍水泥石中的羥鈣石補充溶解為Ca 和OH-，反向擴散到孔隙液中，與繼續(xù)擴散進來的CO2反應，一直到孔隙液的PH值降為8.5～9.0時，這層混凝土的毛細孔中才不再進行這種中和反應，此時即所謂“已碳化”。確切地說，碳化應稱為碳酸鹽化。另外，凡是能與Ca（OH）2進行中和反應的一切酸性氣體，如SO2、SO3、H2S以至于氣相HCI等，均能進行上述中和反應，使混凝土堿度降低，故混凝土碳化應廣義地稱為

45、“中性化”。混凝土表層碳化后，大氣中的CO2繼續(xù)沿混凝土中未完全充水的毛細孔道向混凝土深處氣相擴</p><p>　　2.4.2 影響因素</p><p>　　首先影響較大的是水泥品種，因不同的水泥中所含硅酸鈣和鋁酸鈣鹽基性高低不同；其次，影響混凝土碳化主要還與周圍介質中CO2的濃度高低及濕度大小有關，在干燥和飽和水條件下，碳化反應幾乎終止，所以這是除水泥品種影響因素以外的一個非常重要的

46、原因；再次，在滲透水經過的混凝土時，石灰的溶出速度還將決定于水中是否存在影響Ca（OH）2溶解度的物質，如水中含有NaSO4及少量Mg2+時，石灰的溶解度就會增加，如水中含有Ca(HCO)3的Mg(HCO)3對抵抗溶出侵蝕則十分有利。因為它們在混凝土表面形成一種碳化保護層；另外，混凝土的滲透系數、透水量、混凝土的過度振搗、混凝土附近水的更新速度、水流速度、結構尺寸、水壓力及養(yǎng)護方法與混凝土的碳化都有密切的關系。</p>&

47、lt;p>　　2.5 鋼筋銹蝕[4]</p><p>　　鋼筋銹蝕就是鋼筋放在潮濕的空氣中發(fā)生氧化反應而銹蝕，在這種情況下，適當的銹蝕是有利的，可以增大與混凝土的粘結力。另一種情況，如果已經澆筑到構件里，因為構件的混凝土保護層破損或脫落而露出鋼筋導致鋼筋銹蝕，這是一種結構損傷，會嚴重影響結構的使用壽命，應采取加固修補措施，防止鋼筋外漏。</p><p>　　混凝土中水泥水化后，在鋼

48、筋表面形成一層致密的鈍化膜，因此在正常情況下鋼筋不會銹蝕；但鈍化膜一旦破壞，在有足夠水和氧氣條件下會產生電化學腐蝕?；炷林袖摻钜坏┌l(fā)生銹蝕，在鋼筋表面生成一層疏松的銹蝕產物，同時向周圍混凝土孔隙中擴散。</p><p>　　鋼筋銹蝕，一方面會使鋼筋有效截面減小，另一方面，銹蝕產物體積膨脹使混凝土保護層脹裂甚至脫落，鋼筋和混凝土之間的粘結作用下降，破壞他們共同作用的基礎，從而嚴重影響混凝土結構物的安全性和正常使用

49、性能。</p><p>　　2.5.1 破壞原因</p><p>　　鋼筋的腐蝕分為濕腐蝕和干腐蝕兩種，鋼筋在混凝土結構中的銹蝕是在有水分子參與的條件下發(fā)生的腐蝕，屬濕腐蝕。這種腐蝕屬電化學腐蝕，鋼筋的銹蝕過程是一個電化學反應過程。</p><p>　　鋼筋銹蝕過程可表示為：</p><p>　　Fe→Fe2+＋2e－ 陽極

50、反應</p><p>　　1/2O2＋H2O＋2e－→2OH－陰極反應</p><p>　　將上述兩個反應式綜合起來得：Fe＋1/2O2＋H2O→Fe(OH)2</p><p>　　Fe(OH)2+1/2H2O+1/4O2→Fe(OH)3 </p><p>　　即反應的結果是陽極生成了氧化物，在O2及H2O共同存在的條件下，由于上述電化學反應

51、使鋼筋表面的鐵不斷失去電子而溶于水，從而逐漸被腐蝕，在鋼筋表面形成紅鐵銹，體積膨脹數倍，引起混凝土結構開裂。</p><p>　　由于混凝土漿體的pH值很高，鈍化可保護鋼筋不銹蝕，但當pH值改變時，金屬自身的氧化還原本質會使鋼筋發(fā)生銹蝕。當pH值為9.5～12.5時，金屬表面存在一層氧化鐵或氫氧化鐵膜，鋼筋不容易發(fā)生銹蝕。水泥水化時很快便在金屬上形成了鈍化膜，隨著水化的緩慢進行，該保護膜的厚度逐漸變大，一般為10

52、－3～10－1μm。通過陰極測量，發(fā)現該層鈍化膜確實存在，但對于保護膜的形成條件、化學和礦物組成仍不確定，很可能該層保護膜中存在著多個相。 </p><p>　　鋼筋的去鈍過程是由于在鈍化膜表面形成的一層非離子層中含有Fe2+和Fe3+，即使pH值很高（12～13），氯離子的濃度很低，鐵的可溶性也會增大，這種復雜的遷移過程降低了鈍化膜的穩(wěn)定性。 </p><p>　　通常規(guī)定混凝土中氯離子

53、濃度應不得高于0.2%，由于該值缺乏理論依據，一些學者提出了Cl-和OH-的比值限定值：Cl－/OH-高于0.6時，可能發(fā)生鋼筋銹蝕。可以看出，必須根據水泥漿中的堿含量來確定氯離子的限值，但由于集料中含有一定數量的堿，且鋁相使氯離子的遷移不定，使問題更加復雜化。 </p><p>　　鋼筋銹蝕使混凝土的強度降低，當鐵銹的厚度超過0.1mm時，就會引起混凝土表面開裂?？梢酝ㄟ^對混凝土中的鋼筋進行半電池電極測試來確定

54、鋼筋是否銹蝕，當電場值低于-0.35V時，即認為鋼筋已發(fā)生了銹蝕。若有疑問，可以通過測量極化電阻來確定鋼筋的銹蝕速率。 </p><p>　　總的來說，陽極反應使混凝土中的氧氣降低，產生濃度梯度，氧氣從混凝土表面擴散進來，其擴散速率決定著鋼筋的銹蝕速率。然而，當氯離子的含量很高時，銹蝕速率也可能會高于氧氣的擴散速率。 </p><p>　　由于鋼筋在混凝土中的銹蝕導致電化學反應，因而其銹蝕

55、速度與銹蝕量均可用電量來表示。通常當腐蝕電流密度為100μA/cm2時，其銹蝕速度約為1mm/a。</p><p>　　2.5.2 影響因素</p><p>　　混凝土結構中，鋼筋受到周圍混凝土的保護，一般并不被腐蝕，只有在一定條件下才產生銹蝕。</p><p>　?。?）混凝土碳化造成鋼筋銹蝕</p><p>　　正常情況下，空氣中的二氧

56、化碳氣體在混凝土表面逐漸被氫氧化鈣吸收，形成碳酸鈣，這種現象稱為混凝土碳化，碳化的速度除與二氧化碳的濃度有關外，還取決于相對濕度及混凝土的密實度等。一般狀態(tài)下，由于水泥的水化作用，混凝土內的pH值為12～13，在此環(huán)境下，鋼筋周圍形成一種保護膜，即鈍化膜，可保護鋼筋不被銹蝕；當pH值小于9時，該鈍化膜即遭破壞。只有在混凝土內堿度降低，也就是說碳化深度達到或超過鋼筋保護層時，鋼筋表面的鈍化膜被破壞，鋼筋才開始銹蝕。</p>

57、<p>　?。?）與環(huán)境濕度密切相關</p><p>　　在十分潮濕的環(huán)境中，即相對濕度接近100％時，混凝土孔隙中充滿水分，二氧化碳氣體不容易透入，難以造成鋼筋銹蝕。當相對濕度低于60％時，在鋼筋表面難以形成水膜，鋼筋幾乎不生銹。而當空氣相對濕度在80％左右時，有利于碳化作用，混凝土中鋼筋就容易被銹蝕。</p><p>　?。?）混凝土振搗不密實或存在裂縫造成鋼筋銹蝕</

58、p><p>　　混凝土水灰比過大，水泥用量過少，混凝土振搗不密實及養(yǎng)護不到位，或在混凝土澆筑過程中產生露筋、蜂窩、麻面等，會使混凝土孔隙過大或存在裂縫，便于空氣中的水和二氧化碳氣體侵入，引起鋼筋銹蝕。</p><p>　?。?）混凝土內摻加氯鹽造成鋼筋銹蝕</p><p>　　氯鹽在提高混凝土的早期強度和防凍方面是很有效的，但如果摻量過多，過量的氯離子會破壞鋼筋表面的鈍

59、化膜，從而導致鋼筋銹蝕。故規(guī)范規(guī)定一般混凝土結構中氯鹽摻量不得超過水泥重量的l％。</p><p>　?。?）侵蝕性氣體的侵入造成鋼筋銹蝕</p><p>　　當空氣中含有工業(yè)廢氣，如氯化氫和氯等酸性氣體，將同樣被混凝土吸收而與氫氧化鈣結合，造成混凝土堿度迅速下降，使鋼筋遭受銹蝕。</p><p>　　2.6 侵蝕性介質的腐蝕</p><p&g

60、t;　　在一些侵蝕性介質（包括酸、堿、硫酸鹽、壓力流動水等）中的混凝土，可能遭受化學侵蝕而破壞。當混凝土結構處在有侵蝕性介質作用的環(huán)境時，會引起水泥石發(fā)生一系列化學，物理與物化變化，而逐步受到侵蝕，嚴重的使水泥石強度降低，以至破壞。</p><p>　　2.6.1 產生原因</p><p>　　常見的化學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，

61、會溶解水泥石中的組分，使水泥石孔隙增加，密實度降低，從而進一步造成對水泥石的破壞；研究表明，當水泥石中的氧化鈣溶出5%時，強度下降7%，當溶出24%時，強度下降29%，因此，淡水沖刷會對水工建筑有一定影響；而當水中溶有一些酸類時，水泥石就受到溶淅和化學溶解雙重作用，腐蝕明顯加速，這類侵蝕常發(fā)生在化工廠；碳酸對混凝土的影響主要為：在溶淅水泥石的同時，破壞混凝土內的堿環(huán)境，降低水泥水化產物的穩(wěn)定性，影響水泥石的致密度，造成對混凝土的侵蝕;硫

62、酸鹽的腐蝕則表現為SO42-離子深入混凝土內與水泥組分反應，生成物體積膨脹開裂造成損壞；海水中由于存在多種離子，侵蝕形式較為復雜，但主要是由于鎂鹽使硬化水泥石的結構組分分解，同時硫酸鹽作用會造成對水泥石的損壞，而氧化鎂沉淀會堵塞混凝土孔隙，會使海水侵蝕有所緩和。</p><p>　　2.6.2 影響因素</p><p>　?。?）混凝土自身性能對侵蝕的影響</p><

63、p>　?、倩炷磷陨硇阅苁且恍┗炷量沽蛩猁}侵蝕的內因，它是由構成混凝土的各種材料及施工條件來決定的組成混凝土的原材料主要是水泥、粗細骨料、水、礦物摻和料及外加劑等。混凝土凝結硬化的實質是水泥和水產生一系列的水化反應，所以水泥的品種對混凝土硫酸鹽侵蝕的影響性很大，實驗表明，不同品種的水泥品種配置的混凝土具有不同的抗硫酸鹽侵蝕能力?；炷恋目沽蛩猁}侵蝕能力在很大程度上取決于水泥的礦物組成及相對含量。</p><p

64、>　　②配合比及施工質量對硫酸鹽侵蝕的影響</p><p>　　配合比對硫酸鹽侵蝕主要體現在混凝土的水灰比和膠砂比上。水灰比越大，膠砂比越少，試件的孔隙率越大，混凝土的滲透性越大，則侵蝕溶液易進入試件內部，使硫酸鹽侵蝕速度加快，施工質量好壞對硫酸鹽侵蝕的影響也很大，混凝土質量不好，導致蜂窩、麻面、振搗不良等現象，即使配合比再合理，硫酸鹽侵蝕也是很嚴重的。</p><p>　　（2）侵

65、蝕溶液的影響</p><p>　　侵蝕溶液的濃度和溫度對混凝土硫酸鹽的侵蝕有著顯著的影響，歸納起來有以下幾個方面：第一濃度不同侵蝕產物不同。第二侵蝕溶液的溫度和濃度不同，混凝土硫酸鹽的侵蝕的速度不同。隨著溶液溫度和濃度的增加，侵蝕的速度加快。</p><p>　?。?）環(huán)境及工作條件對侵蝕的影響</p><p>　　環(huán)境及工作條件影響內容較多，一是碳化作用，空氣中的

66、CO2與水泥化合物發(fā)生反應，導致混凝土中PH降低和混凝土本身的粉化，致使只有在高堿環(huán)境下才能穩(wěn)定的氯鋁酸鹽水解，又產生Cl-的腐蝕。二是Cl-的影響，環(huán)境中游離的Cl-是破壞混凝土的結構的最重要因素，一旦滲入將和混凝土中的C3A反應，生成比反應物大幾倍的固體化合物，又產生Cl-的腐蝕。三是SO42-的影響，腐蝕機理跟Cl-離子的一樣，也是產生大體積的固化物。四是鎂鹽的影響。鎂鹽在滲入混凝土中與Ca(OH)2發(fā)生反應，使混凝土中堿性降低，

67、水泥石中的水化碳酸鈣便易于呈酸性的鎂鹽發(fā)生反應，結果使水泥石粘結力減弱，混凝土強度減低。第五環(huán)境的溫度、濕度和凍融交替嚴重的影響者混凝土耐久性。當溫度大于40度時，濕度大于90%時，導致混凝土加速破壞，凍融交替的越頻繁，混凝土受到的危害越大。</p><p>　　3 提高混凝土耐久性的措施</p><p>　　通過對混凝土耐久性問題的分析，我們知道影響混凝土耐久性的的主要因素，如何提高混

68、凝土的耐久性，保證混凝土長期使用的安全，工程中應根據具體情況,有針對性地采取相應措施,提高混凝土的耐久性。</p><p>　　3.1 防止混凝土的凍融破壞</p><p>　　混凝土的組成、配合比、養(yǎng)護條件和密實度決定了其在飽水狀態(tài)下抵抗凍融破壞的能力，目前只有加氣混凝土才能有效提高混凝土的抗凍性。引氣是提高混凝土抗凍性的主要參數。一般引氣量4％-8％，同時，應避免采用吸水率較高的集料

69、，加強排水以免混凝土結構被水飽和。在混凝土中摻加優(yōu)質引氣型高效減水劑，既能獲得大量均勻分布的微小氣泡，顯著提高抗凍性，又能大幅度減小W／C，從而保證混凝土強度不降低，甚至有所提高。</p><p>　　3.2 增強混凝土的抗?jié)B性</p><p>　　摻加高效減水劑，在保證混凝土拌和物所需流動性（工作性）的同時，盡可能降低用水量，減小水灰比，使混凝土的總孔隙率，特別是毛細孔隙率大幅度降低。

70、摻入高效活性礦物摻料，如硅灰、粉煤灰等，改善混凝土中水泥石的膠凝物質的組成，使水泥石結構更為致密，有效地阻斷可能形成的滲透通道，提高混凝土強度，增強混凝土自身抵抗環(huán)境侵蝕破壞的能力等。</p><p>　　3.3 避免或減輕堿骨料反應</p><p>　　混凝土堿集料反應危害很大，一旦發(fā)生很難修復。當混凝土使用有堿活性反應的骨料時，必須從配合比出發(fā)，嚴格控制混凝土中的總堿含量以保證混凝土

71、的耐久性。此外，外加劑特別是早強劑帶來高含量的堿，為預防堿集料反應，在設計上應對外摻劑的使用提出要求。加強施工管理。嚴格控制施工配合比，攪拌必須均勻，振搗必須到位，要嚴格遵守養(yǎng)護制度，可以用表面養(yǎng)護劑來改善養(yǎng)護條件，提高保水性，加速表面硬化?；炷翗嫾那治g病害都是從表面開始的，在混凝土終凝前做好原漿抹面壓光，增強表面密實度，也可采用表面浸漬和表面涂覆的手段來降低混凝土表面滲透性。</p><p>　　3.4

72、提高混凝土抗碳化能力</p><p>　　碳化對混凝土結構耐久性影響主要是使混凝土堿度降低，進而鋼筋脫鈍、銹蝕。為此必須減小、延緩混凝土的碳化。鋼筋外留下足夠的混凝土保護層厚度是簡單有效的方法；混凝土配合比將影響碳化速度，足夠的水泥用量、降低水灰比、采用減水劑都可減緩碳化速度。此外，提高混凝土密實性、增強抗?jié)B性、對混凝土采用覆蓋面層等措施可減緩或隔離CO2向混凝土內部滲透，大大提高混凝土抗碳化能力。</p&

73、gt;<p>　　3.5 鋼筋銹蝕的預防[7]</p><p>　　常用的方法有環(huán)氧涂層鋼筋，采用靜電噴涂環(huán)氧樹脂粉末工藝在鋼筋表面形成一定厚度的環(huán)氧樹脂防腐涂層，這種鋼筋保護層能長期保護鋼筋使其免遭腐蝕。此外，在混凝土表面涂層也是簡便有效的方法，但涂料應是耐堿、耐老化和與鋼筋表面有良好附著性的材料。還可摻加高效減水劑，在保證混凝土拌和物所需流動性的同時，盡可能降低用水量，減小水灰比，使混凝土的總

74、孔隙率，特別是毛細孔隙率大幅度降低。還可研究新技術，開發(fā)新產品，如耐銹鋼筋、阻銹鋼筋等。</p><p>　　3.6 預防侵蝕性介質的腐蝕</p><p>　　在我國侵蝕性介質對混凝土結構危害最嚴重的應是氯鹽的影響。提高混凝土抗氯離子滲透能力的措施是限制水灰比，保證最低水泥用量以確保堿度，摻入適量優(yōu)質摻和料（粉煤灰、磨細礦渣、硅灰）等。一要重視選材，水泥是混凝土的重要組成部分，其性質對混

75、凝土結構性友重要影響根據腐蝕環(huán)境的不同，合理選擇水泥品種有利于提高混凝土的耐久性。外加劑、摻合料鋼筋料的選用也很重要；二是重視干濕交替環(huán)境下的混凝土耐久性設計；三是關于混凝土裂縫控制等級和鋼筋保護層厚度；四是鋼筋阻銹劑的使用；五是陰極保護技術；六是地基處理，污染土的處理及地下污染水的處理、設置基礎隔離墻等，以避免堿性污染，保證基礎的耐久使用年限。這樣有效的預防侵蝕性介質的腐蝕，提高混凝土的耐久性。</p><p>

76、;<b>　　4 結論與展望</b></p><p>　　混凝土耐久性是影響工程使用壽命的主要問題，通過對影響混凝土耐久性主要因素的分析，我們提出了防止凍融破壞、增加混凝土抗?jié)B性、避免及減輕堿骨料反應，提高混凝土抗碳化能力、鋼筋腐蝕的預防及侵蝕性介質的預防等各項措施，來增強混凝土的耐久性，避免及減少混凝土受到傷害?；炷两Y構的耐久性是一個涉及環(huán)境、材料、設計、施工等多種因素的復雜問題，要解

77、決好這個問題需要進行多方面的工作，如正確的結構設計、材料選擇以及嚴格的施工質量，同時應注意對其在使用階段實行必要的管理和維護。只有這樣，才能保證和提高混凝土結構的耐久性，才能保證我國建筑事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。</p><p>　　混凝土耐久性是一個十分復雜的結構工程問題，雖然已在這方面做了很多工作，但仍有許多不完善的地方有待解決，這里就將混凝土耐久性研究的發(fā)展方向提出一些看法。</p><p>

78、;　?。?）材料破壞細觀機理與宏觀力學性能相關的研究</p><p>　　基于混凝土微裂縫的產生、擴展是一個典型的損傷發(fā)育和演化過程，現代損傷力學是研究這個過程的強有力的手段。因此，以現代材料測試手段為基礎，通過試驗測量及理論分析，獲得在非力學破壞因素作用下混凝土細觀結構的狀態(tài)改變量及相對應的宏觀性能指標的變化量，結合損傷力學的理論，建立混凝土耐久性衰減過程的損傷力學模型，以此來研究混凝土的耐久性破壞過程，進而可

79、以此模型對混凝土結構的耐久性進行評估。</p><p>　?。?）結合工程建立耐久性衰減或預測的多因素模型</p><p>　　由于目前國內外對混凝土結構耐久性的研究主要是在實驗室中針對某一具體影響因素展開的研究，而實際環(huán)境中混凝土結構遭受著凍融、碳化、鋼筋銹蝕等多種破壞因素的影響，其影響因素涉及材料、環(huán)境、受力狀況等諸多方面。因此，應該發(fā)展結構全生命周期內的耐久性研究技術，結合實際存在的

80、多種因素影響模式建立基于工程實際條件的耐久性衰減或預測多因素模型，這應該是混凝土結構耐久性研究的主要方向之一。</p><p>　　（3）混凝土結構耐久性設計方法的研究</p><p>　　欲真正實現混凝土結構耐久性設計，必須確定出類似結構強度設計那樣的設計參數。該設計參數是混凝土結構性能的特征參數。為此，需事先確定衡量混凝土結構耐久性的評定指標以及由此指標的損失率表示的混凝土結構耐久性完

81、全失效的判定標準，還需確定混凝土結構性能退化規(guī)律即耐久性衰減規(guī)律或衰減模型。知道了混凝土結構耐久性失效標準和耐久性衰減規(guī)律，即可根據結構設計使用壽命確定混凝土結構的性能參數。該性能參數對于混凝土材料而言，可以用以確定混凝土的配合比，確定出的配合比參數與強度設計的配合比參數比較，取兩者的較嚴格的參數?；炷敛牧系脑撔阅軈悼赡苁腔炷恋目捉Y構參數或其它細觀結構參數，總之，其可以反映混凝土的本質特征。</p><p>

82、;　?。?）混凝土結構耐久性檢測與評估方法的研究</p><p>　　目前有關混凝土結構耐久性評估都存在著效率較低，成本高，準確率較差，主觀經驗性的內容較多等不足之處，主要原因之一就是混凝土結構耐久性檢測技術尚不發(fā)達，評估方法還不很科學。所以,研究開發(fā)新的結構耐久性檢測技術尤其是高效準確的無損檢測技術，將是混凝土結構耐久性研究領域很有應用前景的發(fā)展方向?？傊?，混凝土結構耐久性的研究具有巨大的現實意義和應用價值。&

83、lt;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 魏新良，淺談混凝土結構的耐久性.現代商貿工業(yè)，2007，(01).128-129.</p><p>　　[2] 楊廣云.混凝土結構耐久性問題的研究現狀.山西：山西建筑,2007年第10期.133-134.</p><p>　　[3] 陳西更,井曉輝

84、.淺析混凝土結構的耐久性.山西：山西建筑，2009年第26期.56-57.</p><p>　　[4] 金偉良，趙羽習.混凝土結構耐久性.北京:科學出版社,2002年9月,第一版.70-141</p><p>　　[5] 程世韜.混凝土耐久性之淺析.中國科技信息，2010年第15期.64-66</p><p>　　[6] 吳迎春，管小軍.從混凝土滲透性評價混凝土的耐