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混凝土的耐久性组成材料与结构

耐久性


混凝土在使用过程中抵抗各种破坏因素作用的能力。混凝土耐久性的好坏,决定混凝土工程的寿命。它是混凝土的一个重要性能,因此长期以来受到人们的高度重视。


在一般情况下,混凝土具有良好的耐久性。但在寒冷地区,特别是在水位变化的工程部位以及在饱水状态下受到频繁的冻融交替作用时,混凝土易于损坏。为此对混凝土要有一定的抗冻性要求。用于不透水的工程时,要求混凝土具有良好的抗渗性和耐蚀性。抗渗性 、抗冻性 、抗侵蚀性 为混凝土耐久性。


影响混凝土耐久性的破坏作用主要有6种:


冰冻-融解循环作用:是最常见的破坏作用,以致有时人们用抗冻性来代表混凝土的耐久性。冻融循环在混凝土中产生内应力,促使裂缝发展、结构疏松,直至表层剥落或整体崩溃。


环境水的作用:包括淡水的浸溶作用、含盐水和酸性水的侵蚀作用等。其中硫酸盐、氯盐、镁盐和酸类溶液在一定条件下可产生剧烈的腐蚀作用,导致混凝土的迅速破坏。环境水作用的破坏过程可概括成为两种变化:一是减少组分,即混凝土中的某些组分直接溶解或经过分解后溶解;二是增加组分,即溶液中的某些物质进入混凝土中产生化学、物理或物理化学变化,生成新的产物。上述组分的增减导致混凝土体积的不稳定。


风化作用:包括干湿、冷热的循环作用。在温度、湿度变幅大、变化快的地区以及兼有其他破坏因素(例如盐、碱、海水、冻融等)作用时,常能加速混凝土的崩溃。


中性化作用:在空气中的某些酸性气体,如Cl2、H2S和CO2在适当温、湿度条件下使混凝土中液相的碱度降低,引起某些组分的分解,并使体积发生变化。


钢筋锈蚀作用:在钢筋混凝土中,钢筋因电化学作用生锈,体积增加,胀坏混凝土保护层,结果又加速了钢筋的锈蚀,这种恶性循环使钢筋与混凝土同时受到严重的破坏,成为毁坏钢筋混凝土结构的一个最主要原因。


碱-集料反应:最常见的是水泥或水中的(碱分Na2O、K2O) 和某些活性集料(如蛋白石、燧石、安山岩、方石英)中的SiO2起反应,在界面区生成碱的硅酸盐凝胶,使体积膨胀,最后能使整个混凝土建筑物崩解。这种反应又名碱-硅酸反应。此外还有碱-硅酸盐反应与碱-碳酸盐反应。


此外,有人将抵抗磨损、气蚀、冲击以至高温等作用的能力也纳入耐久性的范围。


上述各种破坏作用还常因其具有循环交替和共存叠加而加剧。前者导致混凝土材料的疲劳;后者则使破坏过程加剧并复杂化而难于防治。


要提高混凝土的耐久性,必须从抵抗力和作用力两个方面入手。增加抵抗力就能抑制或延缓作用力的破坏。因此提高混凝土的强度和密实性常常有利于耐久性的改善,其中密实性尤为重要,因为孔缝常是破坏因素进入混凝土内部的途径,所以混凝土的抗渗性和抗冻性密切相关。另一方面通过改善环境以削弱作用力,也能提高混凝土的耐久性。此外,还可采用外加剂(例如引气剂之对于抗冻性等),谨慎选择水泥和集料,掺加聚合物,使用涂层材料等,来有效地改善混凝土的耐久性,延长混凝土工程的安全使用期。


耐久性是一项长期性能,而破坏过程又十分复杂。因此,要较准确地进行测试及评价,还存在着不少困难。只是采用快速模拟试验,对在一个或少数几个破坏因素作用下的一种或几种性能变化,进行对比并加以测试的方法还不够理想,评价标准也不统一,对于破坏机理及相似规律更缺少深入的研究,因此到目前为止,混凝土的耐久性还难于预测。除了试验室快速试验以外,进行长期暴露试验和工程实物的观测,从而积累长期数据,将有助于耐久性的正确评定。


组成材料与结构


普通混凝土是由水泥、粗骨料(碎石或卵石)、细骨料(砂)、外加剂和水拌合,经硬化而成的一种人造石材。砂、石在混凝土中起骨架作用,并抑制水泥的收缩;水泥和水形成水泥浆,包裹在粗细骨料表面并填充骨料间的空隙。水泥浆体在硬化前起润滑作用,使混凝土拌合物具有良好工作性能,硬化后将骨料胶结在一起,形成坚强的整体。


主要技术性质


混凝土的性质包括混凝土拌合物的和易性、混凝土强度、变形及耐久性等。


和易性又称工作性,是指混凝土拌合物在一定的施工条件下,便于各种施工工序的操作,以保证获得均匀密实的混凝土的性能。和易性是一项综合技术指标,包括流动性(稠度)、粘聚性和保水性三个主要方面。


强度是混凝土硬化后的主要力学性能,反映混凝土抵抗荷载的量化能力。混凝土强度包括抗压、抗拉、抗剪、抗弯、抗折及握裹强度。其中以抗压强度最大,抗拉强度最小。


混凝土的变形包括非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。非荷载作用下的变形有化学收缩、干湿变形及温度变形等。水泥用量过多,在混凝土的内部易产生化学收缩而引起微细裂缝。


混凝土耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素作用,长期保持强度和外观完整性的能力。包括混凝土的抗冻性、抗渗性、抗蚀性及抗碳化能力等