【正文】 ........... 15 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................... 16 東南大學(xué)畢業(yè)論文 1 第一章 緒論 之前一直 認(rèn)為，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)很好地結(jié)合了鋼筋與混凝土材料的優(yōu)點(diǎn)，可模性好、可塑性強(qiáng)、整體性好 、耐久性好、后期維護(hù)費(fèi)用較低以及易于就地取材等諸多優(yōu)點(diǎn)使得當(dāng)今世界上的橋梁建造大多選擇采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。但隨著時(shí)間的推后和累積，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有人們當(dāng)初想象的那樣耐久，其良好性能會(huì)在使用期內(nèi)由于諸多因素的影響而逐漸退化從而引起世界上對(duì)耐久性問(wèn)題的關(guān)注。 混凝土中的鋼筋銹蝕的造成混凝土耐久性損傷的最重要原因，研究混凝土中的鋼筋銹蝕是分析現(xiàn)有結(jié)構(gòu)性能退化及耐久性評(píng)估的關(guān)鍵工作，對(duì)于預(yù)測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命和剩余壽命具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。我國(guó)最早對(duì)鋼筋銹蝕的研究開(kāi)始于南京水利科學(xué)研究院，從上世紀(jì)八十年代 開(kāi)始日益引起重視。 目前，我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)處于一個(gè)較大的發(fā)展階段，每年都會(huì)投資上萬(wàn)億元來(lái)修建高速公路、橋梁等。有專家估計(jì)，我國(guó)大力修建基礎(chǔ)建設(shè)的高潮時(shí)間還將延續(xù)數(shù)十年，但是由于忽視耐久性的重要性，我國(guó)在不久的將來(lái)還會(huì)出現(xiàn)維修加固的高潮段。 針對(duì)鋼筋銹蝕的普遍存在性，對(duì)鋼筋銹蝕的防護(hù)刻不容緩。關(guān)于鋼筋銹蝕防護(hù)的主要策略是提高混凝土自身的防護(hù)能力，還有就是其他之外的輔助措施，兩者結(jié)合起來(lái)使用。主要的防護(hù)措施有以下幾種：使用環(huán)氧涂層鋼筋；使用高性能混凝土，添加礦物摻合料和外加劑；適當(dāng)加大混凝土保護(hù)層厚度；電化學(xué)保護(hù)主 要用于工程修復(fù)；盡量減少混凝土表觀質(zhì)量缺陷等等。 東南大學(xué)畢業(yè)論文 2 第二章 混凝土中的鋼筋銹蝕 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于材料層次原因、使用環(huán)境條件以及隨著時(shí)間的遞增，結(jié)構(gòu)的受力性能會(huì)慢慢下降，從而承載能力也會(huì)漸漸下降，更進(jìn)一步的影響結(jié)構(gòu)的正常安全使用性能，縮短結(jié)構(gòu)的使用壽命，對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性造成很大的影響。當(dāng)外界環(huán)境中的二氧化碳?xì)怏w、氯離子等腐蝕介質(zhì)侵入到混凝土內(nèi)部時(shí)，很多時(shí)候造成了表層混凝土剝落開(kāi)裂，其內(nèi)部堿性大大降低，最后破壞鋼筋表面的鈍化膜，使鋼筋發(fā)生銹蝕。當(dāng)局部的鋼筋發(fā)生銹蝕時(shí)，會(huì)和還沒(méi)有開(kāi)始銹蝕的鋼筋形成腐蝕電池，在其 他條件都具備的情況下進(jìn)而擴(kuò)大到整個(gè)結(jié)構(gòu)的所有鋼筋。銹蝕 開(kāi)始主要都是分布在鋼筋的表層面上，形式一般為斑狀銹蝕 。 混凝土中鋼筋銹蝕的機(jī)理 在自然界中，鋼筋里的鐵元素的穩(wěn)定性不是很好，一般情況下都是以鐵的氧化物形式存在于鐵礦石中?；炷林械匿摻钿P蝕為電化學(xué)銹蝕，這種反應(yīng)需要具備以下幾個(gè)條件：陰陽(yáng)兩極、離子電荷以及閉合的電流回路，鋼筋的銹蝕過(guò)程就是發(fā)生在這樣一個(gè)條件都完全具備的腐蝕電池中。二氧化碳和氯離子對(duì)混凝土本身都沒(méi)有破壞作用，但是這兩種物質(zhì)在鋼筋鈍化膜破壞的過(guò)程中起著非常重要的作用。 混凝土結(jié)構(gòu)所處的環(huán) 境在實(shí)際工程中可以分為三種類型： 干燥環(huán)境 混凝土濕度分布情況大致是外面潮濕而內(nèi)部干燥，電位最高的部分是順筋裂縫處的鋼筋，陰極是那些尚未受到銹蝕影響的深層次鋼筋，其銹蝕速度會(huì)加快，這種腐蝕反應(yīng)能夠加速其他部位也同樣產(chǎn)生順筋裂縫。因?yàn)榛炷岭娮柘鄬?duì)較大，作為腐蝕電池中的陰陽(yáng)極鋼筋表層作為孤立電極，面積較大從而導(dǎo)致銹蝕速率慢。 表面濕潤(rùn)環(huán)境 該環(huán)境的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要包括長(zhǎng)期潮濕環(huán)境結(jié)構(gòu)、處于雨季的暴露結(jié)構(gòu)和頻繁干濕循環(huán)環(huán)境等。如果結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在著順筋裂縫，其銹蝕的電化學(xué)特點(diǎn)為外部潮濕內(nèi)部干燥，順筋裂縫電 位是最低的，尚未發(fā)生銹蝕處的鋼筋作為陰極會(huì)加快此處的銹蝕速度，出現(xiàn)大陰極小陽(yáng)極的明顯特點(diǎn)，鋼筋銹蝕速度會(huì)在一個(gè)很大的數(shù)值上繼續(xù)再加速銹蝕。 長(zhǎng)期浸泡環(huán)境 處于此環(huán)境的電化學(xué)銹蝕特點(diǎn)與表面潤(rùn)濕環(huán)境的情況基本相同，但是氧氣濃度差別不大并且內(nèi)外濕度相差也不是很大，從而使得不同部位鋼筋的電位差也會(huì)較小。當(dāng)順筋裂縫寬度較大時(shí)，一方面混凝土濕度較大，另一方面其電阻率較小，這樣有可能產(chǎn)生比較高的宏電流，如此將增大順筋裂縫附近鋼筋銹蝕速度。 鋼筋腐蝕過(guò)程 混凝土中鋼筋銹蝕過(guò)程大致可分為 下 圖幾個(gè)階段 東南大學(xué)畢業(yè)論文 3 腐蝕孕育期 開(kāi)始澆筑混凝土直至混凝土碳化層已經(jīng)接觸到鋼筋表面，或者說(shuō)氯離子的侵蝕已經(jīng)深入到混凝土內(nèi)部鋼筋表面，并開(kāi)始對(duì)鋼筋發(fā)生去鈍化作用也就是鋼筋銹蝕為止，這段時(shí)間以 t0表示。 腐蝕發(fā)展期 氯離子侵蝕鋼筋表面，鋼筋開(kāi)始發(fā)生銹蝕到混凝土的保護(hù)層表面因?yàn)槭艿戒摻畹匿P脹力而出現(xiàn)開(kāi)裂、剝落等破壞，這段時(shí)間以 t1表示。 腐蝕破壞期 因鋼筋銹蝕而使得混凝土表面最后嚴(yán)重開(kāi)裂、大面積剝落等嚴(yán)重破壞，到不得不經(jīng)過(guò)全面大修為止，這段時(shí)間以 t2表示。 腐蝕危害期 鋼筋銹蝕的范圍已經(jīng)擴(kuò)大到整個(gè)混凝土 結(jié)構(gòu)并遭受嚴(yán)重破壞，致使結(jié)構(gòu)不再能夠安全使用，這段時(shí)間以 t3表示。 一般情況下， t0t1t2t3。 鋼筋銹蝕的影響因素 混凝土碳化對(duì)鋼筋銹蝕的影響 鋼筋銹蝕是造成混凝土結(jié)構(gòu)耐久性損傷的主要因素，而一般情況下，混凝土碳化是鋼筋銹蝕的前提條件。因此，研究混凝土碳化對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估具有重要的理論意義，混凝土碳化是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的一個(gè)很重要的因素。一般情況下早期混凝土堿性很高， pH 值一般都會(huì)大于 ，在如此高堿環(huán)境中，鋼筋會(huì)很容易發(fā)生鈍化，在其表東南大學(xué)畢業(yè)論文 4 面形成了一層鈍化膜， 從而能保護(hù)鋼筋不受銹蝕。然而當(dāng)空氣中的 CO2和 H2O 從混凝土表面的細(xì)縫中深入進(jìn)來(lái)時(shí)，與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，直接降低了混凝土的 pH 值。最終，鋼筋表面的鈍化膜被直接氧化破壞，鋼筋直接與其他物質(zhì)接觸，在條件都具備的情況下很容易發(fā)生銹蝕。鋼筋的銹蝕又會(huì)導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開(kāi)裂，結(jié)構(gòu)耐久性降低等不良后果。更甚，隨著全球溫室效應(yīng)的影響加重，空氣中 二氧化碳 的濃度也越來(lái)越高，大量處在暴露環(huán)境下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)面臨的碳化問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。從上世紀(jì)六十年代開(kāi)始，國(guó)際上一些發(fā)達(dá)國(guó)家就著手重視混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題，對(duì)混 凝土碳化進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究及理論分析。我國(guó)在此方面的研究起步比較晚，從八十年代開(kāi)始才注重對(duì)混凝土碳化造成鋼筋銹蝕問(wèn)題的研究，通過(guò)多次調(diào)查實(shí)際混凝土工程、碳化模型試驗(yàn)來(lái)研究影響混凝土碳化的因素。經(jīng)過(guò)近五十年的研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)混凝土碳化機(jī)理與影響因素已經(jīng)有了相當(dāng)深刻的了解與認(rèn)識(shí)，并在此基礎(chǔ)上提出了很多關(guān)于碳化深度的計(jì)算數(shù)學(xué)模型，為更深入的研究混凝土中的鋼筋銹蝕提供了理論基礎(chǔ)。 混凝土碳化對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響 國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)研究結(jié)果表明，混凝土在碳化后的抗壓強(qiáng)度是有所提升的，但是它的延展性卻大大下降，具有非常 明顯的脆性性質(zhì)，對(duì)整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)有很大的影響。很大程度上說(shuō)因?yàn)樘蓟蟮幕炷量紫堵式档?，相?duì)而言密實(shí)度就會(huì)有較大提高，從而就使混凝土的抗壓強(qiáng)度增加。另一方面，混凝土在碳化過(guò)程中，碳化反應(yīng)會(huì)釋放出大部分水分，碳化層混凝土收縮，對(duì)內(nèi)部有明顯的壓力產(chǎn)生，而對(duì)外層來(lái)說(shuō)就自然產(chǎn)生了拉應(yīng)力，最后可能致使表層出現(xiàn)細(xì)小的裂縫。關(guān)于混凝土碳化現(xiàn)象的研究如果只是停留在對(duì)材料層次上的深入探討沒(méi)有很大的實(shí)際應(yīng)用工程意義，不止要在這個(gè)層次上研究對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能影響，更應(yīng)深入研究結(jié)構(gòu)層次上的影響。就目前國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀而言，針對(duì)混凝 土結(jié)構(gòu)的碳化研究主要是混凝土碳化后對(duì)鋼筋銹蝕產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響的耐久性問(wèn)題，還有就是使混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力降低的影響。不僅如此，還應(yīng)加大力度研究混凝土碳化之后本身對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能有哪些方面的影響這些重大方向。由于混凝土碳化之后，其結(jié)構(gòu)關(guān)系也會(huì)隨之發(fā)生了一定的變化，但是之前計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)性能時(shí)對(duì)它進(jìn)行了假定不變，這就直接導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，繼而引起其他系列影響，關(guān)于這個(gè)方面的研究也是比較少的。有相關(guān)文獻(xiàn)認(rèn)為：混凝土碳化之后提高的混凝土強(qiáng)度緊緊局限于表面碳化層，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)影響意義不是很大。但是這種概述只看到了混凝土碳化 對(duì)強(qiáng)度有所提高的層面上，而完全沒(méi)有注意到碳化之后的混凝土在變形以及延展性性能方面都有了非常顯著的變化。 混凝土碳化對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的影響 混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生碳化后，碳化內(nèi)部 pH 值下降幅度比較大，由強(qiáng)堿性變?yōu)槿鯄A性，使得鋼筋脫鈍，很容易導(dǎo)致鋼筋的銹蝕。鐵銹