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基于渗透性的混凝土耐久性评价方法研究

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来源:
论文网
2018/02/03 10:35
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一、 认识混凝土的渗透性、耐久性以及引气 

  (一) 混凝土的渗透性 

  混凝土的渗透性,笼统地说是指气体、液体或离子受压力、化学势或电场作用在混凝土中渗透、扩散或迁移的难易程度。常用的混凝土渗透性测试方法有:透水法、透气法、氯池浸泡法及电量法等。 

  (二) 混凝土的耐久性 

  混凝土的耐久性是指混凝土抵抗外界化学侵蚀、气候变化、磨损以及其他任何破坏过程能力的重要体现,当在暴露的环境中,耐久性性能好的混凝土应保持其形态、质量和使用的功能。其中混凝土的耐久性研究主要包括化学腐蚀、冻融破坏、钢筋锈蚀以及碱集料破坏等相关因素对其耐久性的影响。 

  (三)矿物细掺料对混凝土渗透性的影响 

   混凝土的耐久性包括抗渗性、抗冻融性、抗冲刷性、抗空蚀性、抗化学侵蚀性、碱骨料反应膨胀、钢筋锈蚀破坏等多个方面。其中混凝土抗渗性能是非常关键的因素。 

   混凝土是一种透水材料,它的渗透性与其孔隙率、孔隙分布及孔隙连通性有关。振捣密实的混凝土,水灰比愈小,养护龄期愈长则渗透性愈小,在混凝土中掺入引气剂也可降低混凝土渗透性。 

   掺混合材料是降低水泥用量的重要措施, 矿物细掺料对混凝土渗透性的影响主要体现在矿物掺和料对混凝土界面的改善,孔隙填充效果,水化热和温升的降低以及复合胶凝材料活性对混凝土耐久性的明显改善。 

  提出要合理设计掺粉煤灰的混凝土的配合比他假定每种粉煤灰有一个独特的有效系数K重量为F的粉煤灰相当于重量为KF的水泥水灰比等于W/C+KFW为用水量C为水泥用量F为混合材料的掺量对于粉煤灰K约为0.20~0.25,对于硅粉K约为25。K值不仅随混合材料品种不同而不同,而且也随混合材掺量养护条件龄期的不同而不同; 

  二、 混凝土的渗透性与耐久性之间的关系 

  混凝土是一种多相的、不均匀的、多孔的复合体系,当其相对的表面存在压力、浓度和电位差时,就会发生物质的迁移。随着水工工程的发展,20世纪30年代,人们开始关注混凝土的渗透性。由于水工结构诸如大坝、水渠、涵管,以及海底隧道等,一旦渗透性能不能满足要求,就会造成污染、渗漏等工程事故。 

  (一) 混凝土的渗透性与耐久性之间的关系说明 

  混凝土的渗透性能与其耐久性有密切的关系:抗渗性能好的混凝土具有好的密实性、好的抗碳化能力、好的抵抗钢筋锈蚀能力以及抗冻性等。 

  渗透性是混凝土耐久性的最重要标志,是混凝土耐久的第一道防线,只有提高混凝土的抗渗性,做到“百毒不侵”,混凝土才能达到真正的耐久。只有对高性能混凝土的抗渗性进行深入的研究,了解渗透机理,才能对在役钢筋混凝土结构进行耐久性评定和剩余寿命预测,而且还可以用来对新建项目进行耐久性预测,对提高工程的设计水平和提高建筑物的使用寿命具有重要意义。 

  当今的混凝土设计已经由过去的强度设计逐步转换到耐久性设计上来,强度高的混凝土未必耐久性好。而耐久性失效带来的损失又是巨大的,为此有必要对混凝土的耐久性进行评价。渗透性作为耐久性的一个方面,是影响耐久性好坏的一个重要指标。可以说,抗渗性能高的混凝土具有较高的耐久性。 

  (二) 混凝土的渗透性对混凝土耐久性的影响 

  渗透性能对耐久性的影响取决于两个因素:内部因素和外部因素。内部因素是指混凝土的材料组成和结构特征。外部因素是指混凝土所处的使用环境。通过提高混凝土的抗渗性能来提高混凝土的耐久性,可以从内、外两个因素入手。内部因素可以通过合理的配合比设计以及适当的制作工艺来实现。外部因素是客观存在的,提高渗透性的关键是在于减少混凝土的密实性。 

  而实际工程中的混凝土往往是受环境中的水、气体以及侵蚀性介质的侵入而使其劣化的。产生这种劣化作用需要内外两个因素,内部因素是混凝土的成份和结构,外部因素是环境中侵蚀性介质和水的存在。必要条件是外部侵蚀性介质和水能够逐步渗透到混凝土内部。随着混凝土应用领域的不断扩大,以及向恶劣环境中的延伸,避免混凝土劣化的外部条件是不可能的,也是不明智的。为此有必要从内部因素入手提高混凝土的耐久性能。也就是当混凝土劣化的外部条件存在时,使混凝土不产生原始裂缝,混凝土硬化后体积稳定不产生收缩裂缝,同时改善混凝土成份和结构,减少易受腐蚀的组分,从根本上提高混凝土的抗侵蚀能力。 

  三、 混凝土的引气与耐久性之间的关系 

  就引气对混凝土抗冻性的影响,国内外已做了大量的研究。混凝土中掺加引气剂作为提高混凝土抗冻性的主要措施,在实际工程中已得到广泛的应用。 

  (一) 引气与耐久性的关系说明 

  1、预防碱-集料反应以提高混凝土的耐久性 

  混凝土碱集料反应:是指混凝土水泥中的碱和环境中可能渗入的碱与混凝土集料(砂、石)中的碱活性矿物成分,在混凝土固化后缓慢发生化学反应,产生胶凝物质吸收水分后发生膨胀,最终导致混凝土从内向外延伸开裂和损毁的现象。所以,凡能产生碱集料反应的混凝土,就能产生裂缝。这种裂缝会导致空气中CO2和水进入混凝土体内,与钢筋接触,造成钢筋锈蚀,最终破坏钢筋混凝土结构,影响混凝土的耐久性。据专家分析,已拆除的北京西直门立交桥建成不到20年就发生了碱集料反应,出现了钢筋锈蚀和混凝土耐久性降低的问题。易发生碱集料反应的环境为碱存在的环境,建筑物的地下室或基础工程、水池等在潮湿环境中极易发生碱集料反应。预防碱集料反应就是抑制工程碱环境的存在或减少混凝土碱含量。具体措施为:第一,控制混凝土中碱含量,混凝土中碱含量来自水泥、化学外加剂和矿物掺量,使其测算后的碱含量控制在一定范围内。第二,结构混凝土外露部分需采取有效防水措施,如:采用做防水、贴面砖等,防止雨水渗进混凝土结构。 

  2、引气对改善混凝土耐久性的作用分析 

  引气对改善混凝土耐久性的作用主要表现在如下三个方面: 

  第一、 混凝土中加入适摄的引气剂后,显著改变了硬化浆体的毛细孔结构,形成大量封闭孔,明显降低了毛细孔的抽吸作用。在同强度条件下,引气混凝土抗渗性能显著提高,有利于改善水和化学介质入侵引起的混凝土破坏,如氯离子侵入、硫酸盐化学侵蚀、碳化等引起的破坏。 

  第二、 引气产生的大量微小气泡难以被水填充,在混凝土中形成大量均匀分布的微小气泡,如这些微小气泡可以缓冲或抵消水结冰体积膨胀造成的静水压力和冰水蒸汽压差和溶液中盐浓度差造成的渗透压,从而大幅度提高混凝土的抗冻性,这些微小气泡也可作为体积膨胀的“缓冲阀“有效延缓或消除因物理膨胀和化学反应膨胀引起的混凝土破坏,如减小硫酸盐侵蚀、碱集料反应及盐结晶产生的膨胀压。 

  第三、 由于混凝土材料性质复杂多变,结构并不连续,而起含有许多大小、形状不同的空隙、缺陷,加入引气剂后,在混凝土中引入了大量细小、均匀的气泡,使混凝土的匀质性提高,混凝土中集料与浆体界面结构得到改善,有利于提高混凝土的抗压比或者说韧性。此外,掺加引气剂后混凝土早起强度发展滞后、弹性模量降低都对提高混凝土的早期抗裂性能有利。一般来说,混凝土的渗裂主要是混凝土内部的孔、缝造成的,混凝土抗裂性能的提高,早期裂纹的减少、裂纹宽度的降低,对提高混凝土的耐久性是至关重要的。 

  四、 结论 

  大量的工程实践表明,混凝土的渗透性以及混凝土引气的添加是影响混凝土耐久性的两个主要的因素,所以在混凝土施工中一定要通过采取有效措施提高混凝土的渗透性以及添加引气来提高混凝土的耐久性。 

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