【文章內(nèi)容簡介】 混凝土滲透破壞 混凝土結(jié)構(gòu)的滲透破壞 是指氣體、液體或者離子 等有害介質(zhì) 在混凝土中滲透、擴(kuò)散或遷移 ，最終導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)受到破壞 。 混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生滲透破壞后，有害介質(zhì)首先破壞結(jié)構(gòu)表層混凝土，導(dǎo)致混凝土中發(fā)生鋼筋銹蝕、堿骨料反應(yīng)等變化，而這些變化多數(shù)伴隨著體積的膨脹，膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力又使得混凝土進(jìn)一步開裂，從而進(jìn)一步加大混凝土的滲透性，使得有害介質(zhì)的入侵更加迅速，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)循環(huán)往復(fù) 產(chǎn)生更大范圍的破壞。因此混凝土的滲透性給有害介質(zhì)提供了入侵的通道，而有害介質(zhì)與混凝土發(fā)生的破壞性反應(yīng)則增大了混凝土的滲透性，兩者相互促進(jìn)，最終嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。 破壞原因 混凝土具有多種粒徑的孔隙， 連通的孔隙會成 為氣體、液體或有害介質(zhì)進(jìn)入混凝土的通道，導(dǎo)致混凝土破壞。 混凝土的滲透機(jī)理是水與混凝土表面接觸時 ， 壓力差和毛細(xì)孔壓力不斷促使混凝土結(jié)構(gòu)耐久性淺談 5 水分向混凝土內(nèi)部遷移。隨著水分遷移的深入 ， 水與毛細(xì)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(dāng)水達(dá)到混凝土相反的一側(cè)時 ， 毛細(xì)孔壓力就會改變方 向 ， 阻礙水分的滲出。若壓力差大于孔壁摩擦阻力和毛細(xì)阻力 ， 則水將從混凝土相反的一側(cè)滴出 ； 若壓力差小于摩擦阻力和毛細(xì)孔阻力 ， 則水的遷移為毛細(xì)孔遷移 ， 此時的遷移速度取決于混凝土背水面水分的蒸發(fā)速度。 影響因素 影響混凝土滲透性的因素主要有水灰比、骨料最大粒徑、混凝土養(yǎng)護(hù)方法、水泥品種、外加劑等因素。具體影響情況為： （ 1）混凝土的水灰比會影響混凝土孔隙的大小和數(shù)量，進(jìn)而直接影響混凝土結(jié)構(gòu)的密實性。水灰比越小，混凝土越密實，其抗?jié)B性越好，反之亦然。 （ 2） 由于骨料和水泥漿的界面處易產(chǎn)生裂隙和較大骨料下 方易形成孔穴，因此在水灰比相同時，混凝土骨料的最大粒徑越大，其抗?jié)B性能越差； （ 3） 蒸汽養(yǎng)護(hù)的混凝土，其抗?jié)B性較潮濕養(yǎng)護(hù)的混凝土要差。在干燥條件下，混凝土早期失水過多，容易形成收縮裂 縫 ，因而降低混凝土的抗?jié)B性。而在潮濕環(huán)境中或水中硬化的混凝土，不但總孔隙率降低，而且孔徑也較小。這就增加了混凝土密實性，提高了混凝土的抗?jié)B性； （ 4） 水泥的品種、性質(zhì)也影響混凝土的抗?jié)B性能。水泥的細(xì)度越大，水泥硬化體孔隙率越小，強(qiáng)度就越高，則其抗?jié)B性越好； （ 5） 在混凝土中摻入某些外加劑，如減水劑等，可減小水灰比，改善混凝土的和 易性，因而可改善混凝土的密實性，即提高了混凝土的抗?jié)B性能； 堿骨料反應(yīng) 混凝土中的堿與 混凝土中的活性骨料發(fā)生反應(yīng)，生成膨脹性物質(zhì)，導(dǎo)致混凝土發(fā)生膨脹破壞，稱為堿骨料反應(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)，使混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、 彈性模量等力學(xué)性能明顯下降，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全使用性，而其反應(yīng) 一旦發(fā)生很難阻止，更不易修補(bǔ)和挽救，被稱為混凝土的“癌癥”。 破壞原因 堿骨料反應(yīng)主要可分為堿與硅酸、堿與碳酸鹽及堿與硅酸鹽三種反應(yīng) 。 （ 1） 堿 硅酸反應(yīng) ：是分布最廣 、研究最多的堿骨料反應(yīng)，該反應(yīng)是 指混凝混凝土結(jié)構(gòu)耐久性淺談 6 土中的堿組分與骨料中的活性 SiO2 之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，其結(jié)果是導(dǎo)致骨料被侵蝕，生成堿 硅酸凝膠，并從周圍介質(zhì)中吸收水分而膨脹，導(dǎo)致混凝土開裂。 （ 2）堿 碳酸鹽反應(yīng)：是指混凝土中的堿與碳酸鹽礦物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)引起混凝土的地圖狀開裂。堿 碳酸鹽反應(yīng)是孔溶液中的堿與骨料中的白云石之間的反應(yīng)。這一反應(yīng)不是發(fā)生在骨料顆粒與水泥砂漿的表面，而是發(fā)生在骨料顆粒的內(nèi)部，水鎂石 Mg（ OH） 2 晶體排列的壓力和粘土吸水膨脹，引起混凝土的內(nèi)部應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土開裂。 （ 3）堿 硅酸鹽反應(yīng)： 是指混 凝土中的堿與骨料中某些層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽發(fā)生反應(yīng) ， 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。 影響因素 從堿骨料反應(yīng)發(fā)生的條件出發(fā)，分析該種破壞的影響因素主要是： （ 1） 活性骨料 ：引起混凝土堿骨料反應(yīng)的主要因素是混凝土中含有堿活性的骨料。因此 在施工中盡量選擇無堿活性的骨料， 在不得不采用具有堿活性的骨料時，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土中總的堿量 ； （ 2） 活性摻合料 ：摻用活性摻合料 ， 如 硅灰、礦渣、粉煤灰（高鈣高堿粉煤灰除外）等，對堿骨料反應(yīng)有明顯的抑制效果。活性摻合料與混凝土 結(jié)構(gòu) 中的堿起反應(yīng)， 反應(yīng)產(chǎn)物均勻分散在混凝土中，而不是集中在骨料表面，不會發(fā)生有害的膨脹，從而降低了混凝土的含堿量，起到抑制堿骨料反應(yīng)的作用 ； （ 3） 水分 ： 堿骨料反應(yīng)要有水分，如果沒有水分，反應(yīng)就會大為減少乃至完全停止。因此，要防止外界水分滲入混凝土 結(jié)構(gòu)中 以減輕堿骨料反應(yīng)的危害 。 混凝土的碳化 混凝土的碳化作用是 指空氣中的二氧化碳?xì)怏w滲透到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鈣和水，使混凝土堿度降低的過程，這一過程又稱混凝土的中性化。 破壞原因 碳化的化學(xué)反應(yīng)式為： Ca（ OH） 2＋ CO2＝ CaCO3↓ ＋ H2O 混凝土的碳化反應(yīng)結(jié)果有兩個方面：一方面，反應(yīng)生成碳酸鈣和其他固態(tài)物質(zhì)會堵塞在混凝土孔隙中，使混凝土的孔隙率下降，大孔減少，從而減弱了后續(xù)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性淺談 7 CO2的擴(kuò)散，使混凝土密實度提高；另一方面，孔隙中的 Ca(OH)2濃度及 PH 值降低，導(dǎo)致鋼筋脫鈍而銹蝕。 影響因素 影響混凝土碳化的因素有很多，但概括其主要因素有兩方面， 一方面是 材料因素， 另一方面是 環(huán)境條件因素。 （ 1） 材料方面： 不同的水泥，其礦物組成、混合材量、外加劑、生料化學(xué)成分不同，直接影響水泥的活性和混凝土的堿度，對碳化速度有著重要的影響 。一般而言，水泥中熟料越多，則混凝土的碳化速度越慢。不同的骨料品種和粒徑級配不同，其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)差別很大，直接影響混凝土的密實性。其材質(zhì)致密堅實，級配好的骨料混凝土，其碳化的速度較慢。 水灰比的角度， 在水泥用量一定的條件下，增大水灰比，其混凝土的孔隙率增加，密實度降低，滲透性增大，空氣中的水分及有害物質(zhì)較多的侵入混凝土內(nèi)部，加快混凝土的碳化。 （ 2） 環(huán)境條件： 溫度對混凝土碳化表現(xiàn)在當(dāng)溫度下降較大時，混凝土表面收縮產(chǎn)生拉力，一旦超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，使得混凝土表面開裂，為二氧化碳和水分滲入創(chuàng)造條件，加速混凝土碳 化；另外，溫度高時，二氧化碳在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)較大，為其余氫氧化鈣反應(yīng)提供了有利條件，陽光的照射加速了其反應(yīng)的碳化速度。 另外，影響混凝土碳化程度的因素 還有養(yǎng)護(hù)方法和齡期 ， 混凝土強(qiáng)度 ，相對濕度 ， CO2濃度等等。 鋼筋銹蝕 混凝土中水泥水化后， 會生成堿性的氫氧化鈣，導(dǎo)致混凝土孔隙中的水分有很高的堿性， 在鋼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(chǎn)生電化腐蝕?；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(chǎn)物，同時向周圍混凝土 孔隙中擴(kuò)散?；炷林械匿摻钿P蝕后，一方面會使鋼筋有效截面減小，另一方面，銹蝕產(chǎn)物體積膨脹使混凝土保護(hù)層脹裂甚至脫落，鋼筋混凝土之間的粘結(jié)作用下降。 破壞原因 混凝土中鋼筋銹蝕的實質(zhì)是電化學(xué)腐蝕。 主要 表現(xiàn)為鋼筋在外部介質(zhì)作用下發(fā)生電化 學(xué) 反應(yīng)，逐步生成氫氧化鐵 （ 即鐵銹 ） 等， 鐵銹的體積會比原金屬增大2~4 倍，產(chǎn)生膨脹壓力， 造成混凝土順筋裂縫，從而成為腐蝕介質(zhì)滲入鋼筋的通混凝土結(jié)構(gòu)耐久性淺談 8 道，加快結(jié)構(gòu)的損壞。 影響因素 鋼筋銹蝕的開始是從鋼筋周圍的鈍化膜破壞開始的，因此 影響混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕的因素 主要有 ： （ 1） 混凝土液相 pH 值 ： 鋼筋銹蝕速度與混凝土液相 pH 值有密切關(guān)系。當(dāng) pH值大于 10 時，鋼筋銹蝕速度很?。欢?dāng) pH 值小于 4 時，鋼筋銹蝕速度急劇增加。 （ 2） 混凝土密實度和保護(hù)層厚度 ：混凝土越密實，破壞性介質(zhì)越不容易進(jìn)入混凝土腐蝕鋼筋； 保護(hù)層厚度對鋼筋銹蝕的影響呈線性關(guān)系，因此世界各國規(guī)范對保護(hù)層厚度都作了規(guī)定。 （ 3） 水泥品種和摻合料 ： 粉煤灰等礦物摻合料能降低混凝土的堿性，從而影響鋼筋 銹蝕破壞 。 化學(xué)侵蝕 一些侵蝕性介質(zhì)，比如酸、堿、硫酸鹽、壓力動水等，侵入混凝土，可能會造成混凝土的化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕 主要有三類，分別為溶出性侵蝕、溶解性侵蝕和膨脹性侵蝕。 產(chǎn)生 原因 （ 1）溶出性侵蝕：對于一些 密實性較差、滲透性較大的混凝土，在一定壓力的流動水中，水化產(chǎn)物 Ca（ OH） 2會不斷溶出并流失。 Ca（ OH） 2的溶出使水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣失去穩(wěn)定性而水解、溶出，這些水化產(chǎn)物的溶出使混凝土的強(qiáng)度不斷降低。 （ 2）溶解性侵蝕：溶解性侵蝕分為酸侵蝕和堿侵蝕兩類。當(dāng)環(huán)境水的 PH 值小于 時，會對混凝土造成酸侵蝕；由于水泥的水化會生成堿性物質(zhì)，因此混凝土中呈堿性，當(dāng)堿在一定的濃度（ 15%以下）、溫度（低于 50℃ ）時，堿對混凝土的侵蝕作用很小，但是對于高濃度的堿溶液或者熔融狀堿會對混凝土產(chǎn)生侵蝕作用。 （ 3）膨脹性侵蝕：硫酸鹽與混凝土的水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對混凝土產(chǎn)生膨脹破壞作用，是典型的膨脹性侵蝕。 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性淺談 9 影響因素 結(jié)構(gòu)的密實程度和孔隙特征對混凝土 化學(xué)侵蝕會有所 影響 ； 結(jié)構(gòu)密實和孔隙封閉的混凝土，環(huán)境水不易侵入，故其抗侵蝕性較強(qiáng) 。 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性淺談 10 3 提高混凝土耐久性的措施 從上述分析可知，混凝土的外部環(huán)境，原料，密實度和抗?jié)B性是混凝土耐久性能的重要因素．因此，工程中應(yīng) 根據(jù)具體情況，有針對性地采取相應(yīng)措施，從混凝土的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工程施工三個方面提高混凝土的耐久性． 混凝土材料 水泥 水泥及水泥類材料的強(qiáng)度和工程性能，是通過水泥砂漿的凝結(jié)，硬化形成的，水泥石一