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混凝土结构耐久性的影响因素及控制措施

更新时间:2015-07-30
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    在结构设计中,结构耐久性被定义为在预定作用和预期的维修和使用条件下,结构及其构件能在规定期限内维持所需技术性能(如安全性、适用性)的能力。以往,许多钢筋混凝土结构,特别是处于恶劣环境条件下的基础设施项目,往往由于混凝土耐久性不足,导致结构性能劣化、安全性能降低而达不到预期的使用寿命和使用功能。常见的环境作用对混凝土耐久性的影响因素包括:温度、湿度(水分)及其变化,空气中的氧气、二氧化碳和空气污染物(盐雾、二氧化硫、汽车尾气等),土体与水体中的氯盐、硫酸盐、碳酸等物质,以及北方地区为融化降雪而喷洒的化学除冰盐等。另外,混凝土耐久性的影响因素还包括:低周疲劳荷载、持久荷载、振动与磨损等力学作用、生物、辐射与电磁的作用。本文通过我在“伊远检测公司”的学习实践浅谈几点意见。

    一、影响混凝土耐久性的主要因素
    1.原材料对混凝土结构性能的影响混凝土骨料的含泥量太大、压碎值超过标准规定、物理和化学性质不稳定,掺合料不合格及水泥中的水化物稳定性不足,均会对其耐久性产生影响。例如:水泥水化后的水化物中有大量游离石灰,其强度极低、稳定性极差,在侵蚀条件下,就会成为首先遭到损坏的部分。
    2.配合比对混凝土结构性能的影响进行混凝土配合比设计时,要充分考虑满足混凝土耐久性要求。例如:高水灰比(即用水量大)的配合比在混凝土工程中虽然满足了施工的工作性要求,但会导致混凝土的空隙率很高,其中大部分为毛细孔。
    3.碳化对混凝土性能的影响混凝土碳化是大气环境中钢筋锈蚀的前提条件,会导致混凝土的碱性降低。当碳化达到钢筋表面时,混凝土将失去对钢筋的保护作用。在这种情况下,由于水和氧气的作用,钢筋就会产生锈蚀,引起钢筋截面减少、力学性能削弱,构建刚度、承载力逐渐下降,从而导致钢筋混凝土结构的耐久性降低。
    4.钢筋锈蚀对混凝土性能的影响材料与周围环境因素发生物理、化学或电化学作用而引起的渐进性损伤与破坏称为腐蚀,对钢材常称为锈蚀。钢筋生锈后,其生成物与混凝土的粘结力很低;钢筋锈蚀到一定程度后,锈蚀物产生的膨胀压力还会使混凝土保护层发生顺筋开裂,从而加快钢筋的锈蚀速度。
    二、提高混凝土耐久性的措施
    1合理选择混凝土原材料和配合比
    (1)合理选择水泥品种。在一般环境条件下,宜选择低水化热和低含碱量的水泥,不宜选择早强水泥。
    (2)合理选择混凝土骨料。混凝土骨料除要求质地坚硬和有足够的强度之外,还必须具有稳定的物理和化学性质。应限制或消除从原材料引入的碱、S03、CI-灯可能引起结构破坏和钢筋锈蚀的物质含量,以避免或减轻混凝土中的碱集料反应。
    (3)合理选择拌合及养护用水。应考虑混凝土拌合及养护用水对混凝土强度的影响,尤其要检查拌合水的杂质含量,防止混凝土生成时杂质影响其耐久性。
    (4)选用优质掺合料。掺加部分粉煤灰或细磨矿渣或硅灰,是配置高耐久性混凝土必不可少的环节。优质掺合料对提高混凝土的密实度和抗渗性有重要的作用。
    (5)优化混凝土配合比,确定最佳水泥用量和水胶比。控制水胶比,是为了减少混凝土拌合物凝结后多余的水溢出所产生的毛细孔道和孔隙,以减小混凝土的渗透性、防止冻融破坏;控制水泥用量,则是为了保证混凝土的密实性。
    (6)加强施工管理。严格控制施工配合比,搅拌必须均匀,振捣必须到位;要严格遵守养护制度,可以用表面养护剂来改善养护条件,提高保水性,加速表面硬化。
    (7)选择性能良好的外加剂。使用高效减水剂和引气剂,可以显著提高混凝土的抗渗性;恰当的使用一些养护剂、阻锈剂等,则可以改善混凝土的耐久性;掺入高效活性矿物料,可以改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成,达到消除游离石灰的目的,使水泥石结构更为致密,从而阻断可能形成的渗透缝隙。
    2.合理进行结构设计和构造设计
    (1)保证有足够的混凝土保护层厚度。混凝土保护层可以阻止外界侵蚀介质、氧气和水分的渗入。适当加大混凝土保护层厚度,是提高混凝土耐久性、延长混凝土结构使用寿命的重要措施;应针对不同的腐蚀环境,设计不同的保护层厚度。
    (2)合理的设计结构及构造。对结构或构建中易于发生的耐久性问题,在设计中应通过合理的结构设计和构造措施予以克服。
    (3)保证混凝土的强度。强度与耐久性虽是不同概念,但彼此又密不可分,他们之间的本质联系,是混凝土的内部结构都与水灰比这个因素密切相关。
    3.止混凝土的冻融破坏混凝土的组成、配合比、养护条件和密实度,决定了它在保水状态下抵抗冻融破坏的能力。目前,只有加气温凝土具备自然低温条件下的抗冻性,引气是其提高混凝土抗冻性的主要参数。引气量一般为4%,同时,应避免采用吸水率较高的集料并加强排水,以免混凝土结构被水饱和。
    三、提高混凝土耐久性的作用混凝土的耐久性,实质上是其在环境中的侵蚀性介质侵入并产生物理和化学反应后,对混凝土性能劣化的抵抗力。提高混凝土耐久性的关键,是减少混凝土中对腐蚀性介质易感的组分,同时提高混凝土本身的密实性,已尽可能减少原生裂缝。提高混凝土耐久性能使建筑物的安全使用期延长,其社会、经济以及环境等长期综合效益,将会大大超过建造初期所增加的费用。因此,提高混凝土的耐久性是混凝土工程发展的必然趋势。