【文章內容簡介】 侵蝕、碳化等。四是堿集料反應。某些含有活性組分的骨料與水泥水化析出的 KOH 和 NaOH 相互作用，對混凝土產(chǎn)生破壞性膨脹，是影響混凝土耐久性最主要的因素之一。 混凝土結構耐久性淺談 4 2 混凝土 結構 耐久性問題的分析 如 上一章 所述，混凝土 耐久性是指混凝土在實際使用過程中抵抗各種破壞因素作用，長期保持強度和外觀完整性的能力。主要包括抗凍性、抗?jié)B透性、抗堿集料反應，抗腐蝕等幾個方面。 本章將從凍融破壞、滲透破壞、堿骨料反應、 混凝土的 碳化、鋼筋銹蝕、 化學侵蝕 六個方面對混凝土結構發(fā)生耐久性失效的原因及影響因素進行論述。 混凝土凍融破壞 混凝土凍融破壞是指 混凝土在飽水或潮濕的狀態(tài)下，由于環(huán)境中溫度的正負變化， 導致 混凝土內部松弛產(chǎn)生疲勞應力，反復的凍融循環(huán)造成混凝土由表及里逐漸剝蝕的破壞現(xiàn)象。 混凝土發(fā)生凍融破壞后，破壞作用不斷積累，裂縫不斷 擴大和深入，由外向里，直至混凝土破壞，而其現(xiàn)象就是從表層開始向內逐層剝落。 當經(jīng)過反復多次的凍融循環(huán)以后，損傷逐步積累不斷擴大 ， 發(fā)展 成互相連通的裂縫，使混凝土的強度逐步降低， 最終嚴重影響了結構的長期使用 。 破壞 機理 混凝土凍害機理的研究始于 20 世紀 30 年代，有靜水壓假說、滲透壓假說 等。但由于混凝土結構凍害的復雜性，至今尚無公認的、完全反映混凝土凍害機理的理論。直至現(xiàn)在，被廣大科研學者接受的最有價值的解釋是靜 水壓假說和滲透壓假說的結合，這種結合奠定了混凝土抗凍性研究的理論基礎。 (1) 靜水壓假說 ： 硬化混凝土的孔隙有凝膠孔、毛細孔、空氣泡等。各種孔隙之間的孔徑差異很大。水轉變?yōu)楸鶗r體積膨脹 9％，在冰凍過程中，混凝土孔隙中的部分孔溶液冰凍膨脹，迫使未結冰的孔溶液從結冰區(qū)向外遷移?？兹芤涸诳蓾B透的水泥漿體結構中移動，必須克服粘滯阻力，因而產(chǎn)生靜水壓，形成破壞應力。 靜水壓假說能解釋成熟混凝土冰凍破壞的許多表現(xiàn)，它在引氣混凝土方面的應用也較成功。但從水壓力本質來理解它的作用應是瞬時性的，隨著時間進展危險理應逐漸消失才 對。然而試驗說明：混凝土冰凍破壞有時隨時間而日益劇烈、嚴重。在水泥漿冰凍時，水分的運動大多不像通常設想那樣，遠離冰凍地點而去，而恰恰是趨向冰凍地點；再次冰凍時的膨脹一般情形是隨冷卻速率增加而下降。這些都是靜水壓假說難以解釋的。 混凝土結構耐久性淺談 5 (2) 滲透壓假說 ： 滲透壓假說認為，由于混凝土孔溶液中含有鈉、鉀、鈣等鹽類，大孔中的部分溶液先結冰后，未凍溶液中鹽的濃度上升，與周圍較小孔隙中的溶液之間形成濃度差。這個濃度差的存在使小孔中溶液向已部分凍結的大孔遷移。即使是濃度為 0 的孔溶液，由于冰的飽和蒸汽壓低于同溫下水的飽和蒸汽壓， 小孔中的溶液也要向已部分凍結的大孔溶液中遷移?？梢姖B透壓是孔溶液的鹽濃度差和冰水飽和蒸汽壓差共同形成的。 影響因素 對于 影響混凝土 凍融破壞 的主要因素 總結起來大致 有 以下四個方面 ： （ 1） 水灰比 ： 水灰比 越 大， 使凝土 孔隙率 越 大，導致 混凝土的 吸水率增大，最終導致混凝土結構 凍融 破壞嚴重 ； （ 2） 孔結構和 孔隙特征 ： 連通毛細孔易吸水飽和， 使混凝土 凍害嚴重 ； 若為封閉孔，則不易吸水，凍害就小 ； （ 3） 飽水度 ： 若混凝土的孔隙非完全吸水飽和，冰凍過程產(chǎn)生的壓力促使水分向孔隙處遷移，從而降低冰凍膨脹應力，對混凝土破壞 作用就小 ； （ 4） 混凝土自身強度 ： 在相同的冰凍破壞應力作用下，混凝土強度越 低 ，凍害程度就越 高 。 混凝土滲透破壞 混凝土結構的滲透破壞 是指氣體、液體或者離子 等有害介質 在混凝土中滲透、擴散或遷移 ，最終導致混凝土結構受到破壞 。 混凝土結構發(fā)生滲透破壞后，有害介質首先破壞結構表層混凝土，導致混凝土中發(fā)生鋼筋銹蝕、堿骨料反應等變化，而這些變化多數(shù)伴隨著體積的膨脹，膨脹產(chǎn)生的應力又使得混凝土進一步開裂，從而進一步加大混凝土的滲透性，使得有害介質的入侵更加迅速，導致混凝土結構循環(huán)往復產(chǎn)生更大范圍的破壞。因此混凝土 的滲透性給有害介質提供了入侵的通道，而有害介質與混凝土發(fā)生的破壞性反應則增大了混凝土的滲透性，兩者相互促進，最終嚴重影響混凝土結構的耐久性。 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、液體或有害介質進入混凝土的通道，導致混凝土破壞。 混凝土的滲透機理是水與混凝土表面接觸時 ， 壓力差和毛細孔壓力不斷促使混凝土結構耐久性淺談 6 水分向混凝土內部遷移。隨著水分遷移的深入 ， 水與毛細孔壁摩擦阻力增大 ， 滲水速度隨滲透深度的增加成比例下降。當水達到混凝土相反的一側時 ， 毛細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阻力 ， 則水將從混凝土相反的一側滴出 ； 若壓力差小于摩擦阻力和毛細孔阻力 ， 則水的遷移為毛細孔遷移 ， 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，進而直接影響混凝土結構的密實性。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)護的混凝土，其抗?jié)B性較潮濕養(yǎng)護的混凝土要差。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、性質也影響混凝土的抗?jié)B性能。水泥的細度越大，水泥硬化體孔隙率越小，強度就越高，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 混凝土中的堿與 混凝土中的活性骨料發(fā)生反應，生成膨脹性物質，導致混凝土發(fā)生膨脹破壞，稱為堿骨料反應。 這種反應引起明顯的混凝土體積膨脹和開裂，改變混凝土的微結構，使混凝土的抗壓強度、抗折強度、 彈性模量等力學性能明顯下降，嚴重影響結構的安全使用性，而其反應 一旦發(fā)生很難阻止，更不易修補和挽救，被稱為混凝土的“癌癥”。 破壞原因 堿骨料反應主要可分為堿與硅酸、堿與碳酸鹽及堿與硅酸鹽三種反應 。 （ 1） 堿 硅酸反應 ：是分布最廣、研 究最多的堿骨料反應，該反應是 指混凝混凝土結構耐久性淺談 7 土中的堿組分與骨料中的活性 SiO2 之間發(fā)生的化學反應，其結果是導致骨料被侵蝕，生成堿 硅酸凝膠，并從周圍介質中吸收水分而膨脹，導致混凝土開裂。 （ 2）堿 碳酸鹽反應：是指混凝土中的堿與碳酸鹽礦物產(chǎn)生化學反應引起混凝土的地圖狀開裂。堿 碳酸鹽反應是孔溶液中的堿與骨料中的白云石之間的反應。這一反應不是發(fā)生在骨料顆粒與水泥砂漿的表面，而是發(fā)生在骨料顆粒的內部，