【文章內容簡介】 孔中的靜水壓和滲透壓越大，混凝土抗凍性越低。 2）水灰比 它的變化影響混凝土中可凍水的含量、平均起步間距及混凝土的強度。水灰比越大，可凍水的含量越多，混凝土的結冰速度越快；氣泡結構越差；平均氣泡間距越大；混凝土強度越低，抗凍性越差。 3）外加劑 影響氣泡間距的主要因素是含氣量，混凝土中封閉空氣泡除攪拌、振搗混入外，主要是引氣劑 等 其他外加劑人為引入的。引入的空氣泡越多，平均氣泡間距越小，毛細孔中的靜水壓和滲透壓越小，混凝土抗凍性越好。 4）強度 靜水壓和滲透壓強過混凝土的抗拉強度時，混凝土即產生凍融破壞。當含氣量和平均氣泡間距相同時，強度高的混凝土的抗凍性高于強度低的混凝土。 5）骨料 骨料的凍害機理可用靜水壓假設來解釋。 6）水泥品種和用量 隨水泥混合材料入量的增加，混凝土的抗凍性越差。 7）凍結溫度和降溫溫度 靜水壓力與結冰速度和降溫速度成正比，空隙水的凍結是隨著大孔向小孔擴展。大孔凍結時結冰速度大，小孔凍結時結凍速度小，結冰 速度隨溫度的降低而第二章開始另起一頁。 閱后刪除 此文本框 混凝土橋梁耐久性研究 7 降低。 破壞機理 混凝土的凍融破壞機理一般認為是由于凍結時，混凝土孔隙中水結冰，產生凍脹壓力，并使水分遷移過程中還產生液體壓力，這種壓力如果超過混凝土的抗拉強度，混凝土就產生劣化，出現(xiàn)局部開裂；而在融化時，水分進一步滲入孔隙中，如此循環(huán)，導致混凝土連續(xù)損傷。在混凝土中摻入引氣劑，其所產生的無數(shù)微小的互不連續(xù)的氣泡，可以容納自由水的遷移，具有緩解凍融過程中產生膨脹壓力和滲透壓力的作用，可適應提高混凝土的抗凍性?；炷恋膬鋈谄茐氖且粋€復雜的物理過程。當環(huán)境溫度下降時，表面混凝土溫 度下降較快，內部混凝土溫度降低較慢，因而在內外混凝土之間形成溫度梯度。當環(huán)境溫度低于 0 度時，混凝土表面孔隙中水開始結冰。孔隙中的水分將會逐步凍結，引起各種壓力，當壓力超過混凝土能承受的應力時，混凝土內部產生新的細微 裂紋。當環(huán)境溫度升高時，混凝土內孔隙水解凍，細小孔隙及新產生微細裂紋因毛細現(xiàn)象而吸水飽滿，與其相連的孔隙也會吸收一部分水。凍融過程重復發(fā)生時，混凝土內部孔隙及微裂縫逐漸增大、擴展并互相連通，使得新裂縫不斷產生。凍融循環(huán)一段時間后，會發(fā)生由表及里的混凝土凍融破壞?；炷羶鋈谄茡Q機理在很大程度上知道了 混凝土材料抗凍性的研究，對提高混凝土抗凍性能起到了重要作用。 混凝土碳化 影響因素 影響混凝土碳化速度的因素是多方面的。首先影響較大的是水泥品種，因不同的水泥中所含硅酸鈣和氯酸鹽基性高低不同；其次，影響紀念堂碳化主要還與 周圍介質中 CO2的濃度高低及濕度大小有關，在干燥和飽和水條件下，碳化反應幾乎終止，所以這是除水泥品種影響因素以外的一個非常重要的原因； 再次，在滲透水經過的混凝土時，石灰的溶出速度還講決定于水中是否存在影響 Ca（ OH） 2溶解度的物質，如水中含有 Na2SO4及少量 Mg2+時，石灰的溶解度就會增加，如水中含有 Ca（ HCO3） 2和 Mg（ HCO3） 2對抵抗溶出侵蝕則十分有利。因為它們在混凝土表面形成一種碳化保護層；另外，混凝土的滲透系數(shù)、透水量、混凝人的過度振搗、混凝人附近水的更新速度、水流速度、結構尺寸、水壓力及養(yǎng)護方法與混凝混凝土橋梁耐久性研究 8 土的碳化都有密切的關系。 破壞機理 拌和混凝土時，硅酸鹽水泥的主要成分 CaO 水化作用后生產 Ca（ OH） 2， 它在水中的溶解度低，除少量溶于孔隙液中，使孔隙液成為飽和堿性溶液外，大部分以結晶狀態(tài)存在，成為孔隙液保持高堿性的儲備，它的 PH 值為 — ，空氣中的 CO2 氣體不斷地透過混凝土中未完全充水的粗毛細孔道，氣相擴散到混凝土中部分充水的毛細孔中。與其中的孔隙液所溶解的 Ca（ OH） 2進行中和反應。反應產物為 CaCO3和 H2O， CaCO3溶解度低， 沉積于毛細孔中。 該反應是為： Ca(OH)2CO2→ CaCO3↓ H2O 反應后，毛細孔周圍水泥石中的羥鈣石補充溶解為 Ca2 和 OH，反向擴散到孔隙液中，與繼續(xù)擴散進行來的 CO2 反應，一直到孔隙液的 PH 值降為 — 時，這層混凝土的毛細孔中國才不再進行這種中和反應，此時即所謂“已碳化”。確切地 說，碳化應稱為碳酸鹽化。另外，凡是能與 Ca（ OH） 2進行中和反應 的一切酸性氣體，如 SO S0 H2S 以至于其相 HCI等，均能進行上述中和反應，使混凝土堿度降低，故混凝土碳化應廣義 地稱為“中性化”?；炷帘韺犹蓟螅髿庵袊?CO2 繼續(xù)沿混凝土中未完成充水的毛細孔道向混凝土深處氣相擴散，更深入地進行碳化反應。碳化后的混凝土質地酥松，強度降低。 最初的混凝土孔隙中充滿了飽和 Ca（ OH） 2溶液，它使鋼筋表層發(fā)生初始的電化學腐蝕， 該腐蝕物在鋼筋表面形成一層致密的覆蓋物，即 Fe2O3 和 Fe3O4，這層覆蓋物稱為敦化膜，在高堿性環(huán)境中，即 PH》 時，它可以阻止鋼筋被進一步腐蝕。 當混凝土碳化深度超過保護層達到鋼筋表面時，鋼筋周圍孔隙液的 PH 值降低到 ，敦化膜被破壞，鋼筋將完成電化腐蝕，導致鋼筋銹蝕。 2FeO2→ 2FeO H2CO3→ FeCO3 H2O 4FeCO3 10H2O O2 → 4Fe(OH)3 4H2CO3 鋼筋一生銹，體積增大，破壞了混凝土覆蓋層，沿鋼筋產生裂縫。水、空氣進入裂縫，加速了鋼筋的銹蝕。 當然， 引起混凝土中鋼筋銹蝕的因素不只是混凝土的碳化，其中氯化物就是一個非常重要的影響因素。事實上，氯化物引起的鋼筋去敦化一般要滬寧圖碳化引起的鋼筋去敦化要嚴重得多，例如通遠是 C45 級混凝土，如果鋼筋去敦化時間都是 50 年。則在一般的碳化環(huán)境中，混凝土最小保護層厚度只要 1cm，而在氯化混凝土橋梁耐久性研究 9 物的環(huán)境中，就至少要 7cm,因此，在氯化物影響明顯的工程中（例如海洋工程）在考慮混凝土碳化對鋼筋銹蝕的影響時更考慮氯化物的影響。 混凝土滲透破壞 影響因素 隨著砼強度等級的提高，砼滲水高度呈降低趨勢，砼的抗 滲等級逐漸增加，反應了砼水滲透性隨著砼的強度增加而提高； 對于摻加礦物摻和料的砼，存在最佳摻量。在某一摻量前，隨著礦物摻合料的增加，抗水滲透性而提高，說明礦物摻合料最充分發(fā)揮了二次水化作用和微集料作用；但超過最佳摻量后，抗?jié)B性能趨于下降。 破壞機理 當水與砼接觸時，由于壓力差和毛細孔的表面張力會使水向砼內部遷移，于是發(fā)生滲透現(xiàn)象。砼的滲透性能主要取決于砼的孔隙率、孔結構及骨料的性能。雖然含有大小不同的孔隙和裂縫，但并非這些孔隙和裂縫均是滲水通道，抗?jié)B性除了孔隙率之外還要看空結構。 堿骨料反應 影響因素 堿硅酸反應堿一硅酸反應是水泥中的堿與骨料中的活性氧化硅成分反應產生堿硅酸凝膠或稱堿硅凝膠，其體積大于反應前的體積，且有很強的吸水性，吸水后進一步膨脹，引起砼內部膨脹應力，而且 堿硅酸膠凝吸水后進一步堿骨料反應的發(fā)展，使砼內部膨脹應力增大，導致砼開裂，嚴重的可導致砼結構崩塌。其反應機理如下：砼中的活性骨料與砼中的堿基料發(fā)生反應： 2NaOH+SiO2Nao Si H2O，當 KOH 和 NaOH 濃度較低時，不足以引起砼的破壞，一般認為當含堿量小于 %時，可不考慮堿骨 料反應。堿 硅酸鹽反應的機理與堿 硅酸反應的機理是一致的，只是反應速度比較緩慢。能與堿發(fā)生