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科洛防水劑網(wǎng)訊 混凝土耐久性是指對風(fēng)化作用、化學(xué)腐蝕、磨 損或任何其它破壞過程的抵抗能力。工程結(jié)構(gòu)在長期使用過程中,在人為或自然 環(huán)境的作用下,其內(nèi)部將隨著時間的變化發(fā)生材料老化與結(jié)構(gòu)損傷,這種損傷積 累將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力下降、耐久性能降低。
影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素主要分為內(nèi)部因素和外部因素。由于內(nèi)外因素 的作用使混凝土結(jié)構(gòu)常發(fā)生凍融破壞、堿一集料反應(yīng)、混凝土碳化、鋼筋銹蝕、 磨蝕、化學(xué)侵蝕等。這些反應(yīng)將導(dǎo)致抗力下降甚至結(jié)構(gòu)破壞。
2.1混凝土滲透性與混凝土耐久性
1. 丨混凝土的滲透性
滲透性是多孔材料的基本性質(zhì)之一,它反映了材料內(nèi)部孔隙的大小、數(shù)量、 分布以及連通等情況。混凝土是一種多孔的、在各種尺度上多相的非均質(zhì)復(fù)合材 料。概括地說,混凝土的滲透性是指氣體、液體或離子受壓力、化學(xué)勢或電場作 用在混凝土中滲透、擴(kuò)散或遷移的難易程度。它衡量的是混凝土抵抗各種介質(zhì)入 侵的能力[16’|7]。
2.丨.2混凝土滲透性對混凝土耐久性影響
混凝土的主要破壞因素,鋼筋銹蝕、碳化、凍融循環(huán)、酸侵蝕、堿侵蝕、硫 酸鹽侵蝕、磨蝕等,它們作用機(jī)理各不相同且十分復(fù)雜,但共同點是:都與水或 其他有害液體或氣體向混凝土內(nèi)部傳輸?shù)碾y易程度有關(guān),即與混凝土的滲透性相 關(guān)?;炷敛牧系母g大多是在有水及有害液體或氣體侵入的條件下產(chǎn)生的,混 凝土的耐久性與滲透性有著密切的聯(lián)系。
(1) 凍融破壞與滲透性
凍融破壞是指混凝土在負(fù)溫與正溫交替循環(huán)作用下發(fā)生表面剝落、開裂、強(qiáng) 度降低、結(jié)構(gòu)疏松乃至破壞的現(xiàn)象。這種破壞在接觸水又受凍的環(huán)境下容易發(fā)生, 所以抗凍性也是混凝土耐久性的一項重要指標(biāo)。
材料微觀結(jié)構(gòu)決定了其宏觀的行為。決定滲透性的主要微觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)如混凝 土的密實度、孔隙構(gòu)造和數(shù)量,同時也是混凝土抗凍性的重要因素。因此混凝土 的滲透性一定程度上反映了其抵抗凍融破壞的能力。已有試驗表明混凝土滲透性 與抗凍性之間存在較好的相關(guān)性。
干燥的混凝土不會遭受冰凍破壞。由于混凝土含水率存在一個臨界飽和度,
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在濕環(huán)境中,水滲入混凝土內(nèi)部并達(dá)到這個臨界飽和度,在凍結(jié)時產(chǎn)生的壓力大 于周圍水泥漿體的抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生微裂縫?;炷两?jīng)充分養(yǎng)護(hù)后含水率可能低于 臨界飽和度,但如果其滲透性較高,且暴露于潮濕環(huán)境時,可以再次達(dá)到或超過 臨界飽和度。
因此,對處于凍融環(huán)境中的混凝土,其滲透性非常重要。滲透性不僅控制著 凍結(jié)時與內(nèi)部水的移動有關(guān)的滲透壓力,而且控制著冰凍前的臨界飽和度。
(2) 碳化與滲透性
研究表明,混凝土碳化是影響混凝土耐久性的一個重要因素。一般情況下, 早期混凝土呈較強(qiáng)的堿性(一般,pH>12.5),當(dāng)空氣、土壤、地下水等環(huán)境中的 酸性氣體(如C02、S02等)或液體侵入混凝土中,與水泥石中的堿性物質(zhì)發(fā)生 化學(xué)反應(yīng),使pH下降,稱為混凝土的中性化。其中,由空氣中的C02所引起的 中性化過程稱為混凝土的碳化。
混凝土的碳化是伴隨著C02氣體向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散,溶解于混凝土孔隙內(nèi)的 水,再與各水化產(chǎn)物發(fā)生碳化反應(yīng)這樣一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程。研究表明,混 凝土的碳化速度取決于C02氣體的擴(kuò)散速度及<:02與混凝土成分的反應(yīng)性?;炷?/span> 土的滲透性在很大程度上決定著C02的擴(kuò)散速度,從而影響著混凝土的抗碳化性
能。
許多研究證明混凝土的碳化與滲透指標(biāo)(吸水性、氣體滲透性、氯離子擴(kuò)散 性等)具有較好的相關(guān)性。
1) 碳化深度與吸水性關(guān)系。有調(diào)查研究表明碳化深度隨吸水量的增大而呈 線性增加趨勢。
2) 碳化深度與氣體滲透性關(guān)系。混凝土的碳化性能很大程度上取決于C02 在混凝土中的擴(kuò)散速度,因此也就必然受混凝土氣體滲透性的影響。有試驗結(jié)果 表明,混凝土碳化深度的平方與空氣滲透系數(shù)成良好的線性關(guān)系。
3) 碳化深度與氣離子擴(kuò)散性。有試驗結(jié)果表明,兩者間有較好的相關(guān)性[181。
(3) 堿一集料反應(yīng)與滲透性
堿一集料反應(yīng)是指混凝土中的堿性物質(zhì)與具有堿活性的集料間發(fā)生的化學(xué)反 應(yīng)。這種反應(yīng)引起明顯的混凝土體積膨脹和開裂,改變混凝土的微結(jié)構(gòu),是影響 混凝土耐久性的最主要因素之一。堿一集料反應(yīng)實際是混凝土中某些活性礦物集 料與混凝土中的堿性溶液之間的反應(yīng)。
混凝土發(fā)生堿一集料反應(yīng)的條件是集料的堿活性、水泥的含堿量或其他途徑 得到堿以及潮濕的外部環(huán)境。研究[19’2(>]表明,只有在空氣相對濕度大于80%,或 直接接觸水的環(huán)境中,堿一集料反應(yīng)膨脹破壞才會發(fā)生。否則,即使骨料具有堿 活性且混凝土中有超量的堿,堿骨料反應(yīng)也很緩慢。生成的凝膠在干燥狀態(tài)下不 產(chǎn)生體積膨脹,就不會產(chǎn)生破壞性膨脹開裂。所以,混凝土的滲透性對堿一集料
反應(yīng)有很大的影響,有效隔絕水的來源是防治堿一集料破壞的一個有效措施
(4) 鋼筋銹蝕與滲透性
鋼筋銹蝕是導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性損傷的一個主要原因,對結(jié)構(gòu)的抗力、 可靠性、使用壽命等有很大影響。鋼筋銹蝕是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件耐久性研究 中的重要課題,其危害之大遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人們的預(yù)計。
混凝土保護(hù)層滲透性決定了二氧化碳、水、氧氣和氯離子等各種侵蝕介質(zhì)的 滲透速度,從而也決定了鋼筋開始脫鈍腐蝕的時間[21,22]。腐蝕開始后,離子在陰 陽兩極間遷移的難易,也就是混凝土的滲透率,在很大程度上受混凝土密實度的 影響|23,241,而混凝土密實度與滲透性密切相關(guān),因此滲透性也影響著鋼筋銹蝕的 速度。
(5) 磨蝕與滲透性
混凝土的表面磨蝕分為三種情況:一是機(jī)械磨耗;二是沖磨;三是空蝕。 影響混凝土耐磨性的因素同樣影響混凝土滲透性,因此兩者間存在一定聯(lián)系。 有研究表明,混凝土表面吸水性與耐磨性之間存在很好的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)為
1) 95。這是因為這兩項指標(biāo)都與混凝土(特別是表層混凝土)的性能有關(guān),混凝 土的耐磨性決定于其強(qiáng)度和硬度,混凝土的表面吸水量則主要取決于表層混凝土 的水化程度和物理特性。另有試驗結(jié)果表明,可見磨耗深度與滲透性之間有很好 的相關(guān)性。
(6) 化學(xué)侵蝕與滲透性
混凝土在侵蝕性環(huán)境中,可能遭受化學(xué)侵蝕而破壞。對混凝土有侵蝕性的介 質(zhì)包括軟水、酸、堿、硫酸鹽等。一般說來,混凝土的化學(xué)侵蝕可分為三類[25,26]: 第一類是某些水化產(chǎn)物被水溶解、流失的溶出性侵蝕;第二類是混凝土的某些水 化產(chǎn)物與侵蝕性介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的溶解性侵蝕;第三類是混凝土某些水化產(chǎn)物 與侵蝕性介質(zhì)反應(yīng),生成膨脹性產(chǎn)物的膨脹性侵蝕。
對于溶出性侵蝕和酸侵蝕,Ca(OH)2或侵蝕產(chǎn)物隨水在混凝土中滲透而不斷 溶出是侵蝕不斷進(jìn)行的必要條件,溶出過程決定了反應(yīng)的快慢。因此,混凝土滲 透性是侵蝕速度的一個主要影響因素?;炷恋拿軐嵭栽胶?,滲透性越低則侵蝕 速度越慢。對于堿侵蝕,NaOH或KOH在混凝土內(nèi)部的擴(kuò)散以及空氣中C02進(jìn) 入混凝土的擴(kuò)散過程同樣也都受到混凝土滲透性的制約。硫酸鹽侵蝕中,混凝土 滲透性決定著硫酸根的滲透速度,從而在很大程度上決定了侵蝕速度。