混凝土材料的耐久性_建筑材料.pptx
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
§3.5 混凝土耐久性 Deterioration of Reinforced Concrete Bridge
due to Poor Durability
DURABILITY of CONCRETE
建筑材料的耐久性
材料的耐久性——在长期使用过程 中维持其内部结构和使用性能在一 个可以接受的水平的能力。
1. 混凝土的渗透性
Permeability of Concrete
混凝土是一种多孔的物质。流体可以沿着混 凝土内部连通的孔隙渗透。混凝土中流体的渗
透能力称为混凝土的渗透性。
通常测定混凝土抵抗流体渗透的能力，称为
混凝土的抗渗性。
最初几周，硬化水泥浆体的渗透性下降数个量级
图3-24 硬化水泥浆体渗透性与水灰比的关系（93%水化度）
2. 离子在混凝土中的扩散
Diffusion of Ion in Concrete
离子的扩散行为虽与水在混凝土 中的传输不同，但它要以水为载体。 离子(或原子、分子）在浓度梯度作用 下运动，即扩散过程，传输速率由费 克（Fick)定律求得。
Fick定律：
P D C X
式中: P为 X方向物体单位面积上的传输速率； C / X 为浓度梯度， D为扩散系数，量纲为m2/s。 与渗透系数K类似，D取决于混凝土的孔结
构和扩散介质两方面。
3. 混凝土的吸水性
Sorptivity of concrete
硬化水泥浆体或混凝土因毛细 作用(而不是压力梯度)吸收或吸附 水份于其孔隙里的性质，称为吸水 性。试验表明：吸水性大小主要反 映混凝土靠近表层的抗渗性。
防波堤
3.5.2 混凝土的劣化 (Degradation of concrete)
P.K.Mehta. Building Durable Structures in 21st Century. CONCRETE INTERNATIONAL. March，2001.
劣化现象，例如钢筋锈蚀和硫酸盐侵蚀， 在水和离子渗入到混凝土内部时就会发生。 在相互隔离的微裂缝、可见裂缝与孔隙相连 通时，就产生渗透。因此，渗透与开裂是紧 密相关的。
以往，通常认为结构物的耐久性不足， 既不是设计，也不是材料的原因所引起。大多 数情况下，都认为是施工操作不当的责任。混 凝土捣实与养护不良、钢筋保护层不足以及接 缝漏水是施工存在问题的一些例子。
然而现今一个严重的问题是：许多新结构的 施工操作与以往保持一致，而过早劣化的现象却 在不断增多。这意味着混凝土结构过早劣化的现 象还将以很高的速度不断继续下去，除非我们深 入地了解现今的建设实践，深刻地认识影响混凝 土结构劣化的主要原因。
现今混凝土的水灰比减小使得自生 收缩加大；早期强度迅速增长引起弹性 模量相应快速增大、徐变系数减小，这 对混凝土的延伸率又产生不利影响，这 就是为什么高早强混凝土比中等和低强 度混凝土更易于开裂的原因。
3.5.1 水与混凝土的劣化
对许多建筑材料来说，水是它们生 产过程的重要原料之一，同时也是它们 破坏过程的主要介质。水也是多数结构 混凝土出现耐久性问题的核心。不仅物 理劣化过程与水有关；同时作为传输侵 蚀性离子的介质，水又是其化学劣化过 程的一个根源。
P. K. Metha “Influence of Fly Ash Characteristics on the Strength of Portland cement – Fly Ash Mixture. C.C. R. Vol. 15,1985.
罗马万神殿
The Pantheon Rome
在21世纪建造耐久的结构物
渗透性—水灰比关系存在临界区域
渗透性与耐久性
Permeability and durability
采用适宜的原材料及良好的生产、 浇筑与养护操作，当水泥用量为300～ 350Kg/m3、水灰比0.45～0.55，制备出 28d抗压强度为35～40MPa的混凝土， 在大多数环境条件下可以呈现足够低的 渗透性和良好的耐久性能。
2. 盐结晶引起开裂
（Cracking by crystallization of salt in pores)
混凝土因孔隙里盐发生结晶的物理作用， 可能造成严重的损害，许多多孔材料都可能 由于与其接触的饱和溶液析晶过程产生的压 力引起开裂。盐结晶只能发生在一定温度下 溶质的浓度超过饱和浓度的时候。过饱和度 越大，结晶压越大。例如岩盐NaCl在过饱和 度=2时，8℃下产生的结晶压可达55.4MPa， 足以让岩石或混凝土开裂。
包括磨耗、冲磨和空蚀三种作用。
磨耗指摩擦引起的损耗，主要为路面和工业 地坪由于车辆行驶造成；
冲磨发生于水工结构，例如隧道衬砌、溢流 面以及给排水管道等，当水夹带砂土颗粒流过混 凝土表面，与其碰撞、滑动或滚动引起的损耗；
水工混凝土还受到另一种称为空蚀（也称气 蚀）的作用。水流夹带气泡在流向突然变化时形 成高负压导致爆裂，使表面产生空穴的现象。
开裂的原因有很多，一个导致混凝土结 构早期开裂的主要原因，是为满足现代高速 施工，而采用高早强水泥及高强混凝土。
P.K.Mehta. Building Durable Structures in 21st Century. Concrete International. March，2001.
发生开裂的主要原因
结构耐久性——结构及其构件在环 境作用下长期维持其所需性能的能 力。
问题
1. 有没有混凝土结构物不要求很耐久？
2.ຫໍສະໝຸດ Baidu
有。
3. 2. 哪一类混凝土结构物不要求耐久性？
4. 临时建筑（如围堰等）。
5. 3. 哪一类混凝土结构耐久性要求最高？
6. 纪念性建筑物、核废料储存设施等。
古罗马时期的混凝土
欧洲的输水故道、君士坦丁的巴 西利卡会堂建筑、罗马的万神殿以及 那不勒斯等地海岸上的罗马混凝土工 程，尽管有的已经被海浪磨光了表面， 有的长满了青苔，而混凝土却仍能保 持完好。
分为两大类：
第一类，由水、空气和其它侵蚀性介质 渗透或扩散进入混凝土的速率所决定。
包括化学的：钢筋锈蚀、碱-骨料反应、 硫酸盐、海水和酸的侵蚀；物理的：冻融、 盐结晶、火灾等。
第二类，是磨耗、冲磨与空蚀，涉及一 些另外的机理。
1.表面损耗造成的劣化
(Deterioration by surface wear)
due to Poor Durability
DURABILITY of CONCRETE
建筑材料的耐久性
材料的耐久性——在长期使用过程 中维持其内部结构和使用性能在一 个可以接受的水平的能力。
1. 混凝土的渗透性
Permeability of Concrete
混凝土是一种多孔的物质。流体可以沿着混 凝土内部连通的孔隙渗透。混凝土中流体的渗
透能力称为混凝土的渗透性。
通常测定混凝土抵抗流体渗透的能力，称为
混凝土的抗渗性。
最初几周，硬化水泥浆体的渗透性下降数个量级
图3-24 硬化水泥浆体渗透性与水灰比的关系（93%水化度）
2. 离子在混凝土中的扩散
Diffusion of Ion in Concrete
离子的扩散行为虽与水在混凝土 中的传输不同，但它要以水为载体。 离子(或原子、分子）在浓度梯度作用 下运动，即扩散过程，传输速率由费 克（Fick)定律求得。
Fick定律：
P D C X
式中: P为 X方向物体单位面积上的传输速率； C / X 为浓度梯度， D为扩散系数，量纲为m2/s。 与渗透系数K类似，D取决于混凝土的孔结
构和扩散介质两方面。
3. 混凝土的吸水性
Sorptivity of concrete
硬化水泥浆体或混凝土因毛细 作用(而不是压力梯度)吸收或吸附 水份于其孔隙里的性质，称为吸水 性。试验表明：吸水性大小主要反 映混凝土靠近表层的抗渗性。
防波堤
3.5.2 混凝土的劣化 (Degradation of concrete)
P.K.Mehta. Building Durable Structures in 21st Century. CONCRETE INTERNATIONAL. March，2001.
劣化现象，例如钢筋锈蚀和硫酸盐侵蚀， 在水和离子渗入到混凝土内部时就会发生。 在相互隔离的微裂缝、可见裂缝与孔隙相连 通时，就产生渗透。因此，渗透与开裂是紧 密相关的。
以往，通常认为结构物的耐久性不足， 既不是设计，也不是材料的原因所引起。大多 数情况下，都认为是施工操作不当的责任。混 凝土捣实与养护不良、钢筋保护层不足以及接 缝漏水是施工存在问题的一些例子。
然而现今一个严重的问题是：许多新结构的 施工操作与以往保持一致，而过早劣化的现象却 在不断增多。这意味着混凝土结构过早劣化的现 象还将以很高的速度不断继续下去，除非我们深 入地了解现今的建设实践，深刻地认识影响混凝 土结构劣化的主要原因。
现今混凝土的水灰比减小使得自生 收缩加大；早期强度迅速增长引起弹性 模量相应快速增大、徐变系数减小，这 对混凝土的延伸率又产生不利影响，这 就是为什么高早强混凝土比中等和低强 度混凝土更易于开裂的原因。
3.5.1 水与混凝土的劣化
对许多建筑材料来说，水是它们生 产过程的重要原料之一，同时也是它们 破坏过程的主要介质。水也是多数结构 混凝土出现耐久性问题的核心。不仅物 理劣化过程与水有关；同时作为传输侵 蚀性离子的介质，水又是其化学劣化过 程的一个根源。
P. K. Metha “Influence of Fly Ash Characteristics on the Strength of Portland cement – Fly Ash Mixture. C.C. R. Vol. 15,1985.
罗马万神殿
The Pantheon Rome
在21世纪建造耐久的结构物
渗透性—水灰比关系存在临界区域
渗透性与耐久性
Permeability and durability
采用适宜的原材料及良好的生产、 浇筑与养护操作，当水泥用量为300～ 350Kg/m3、水灰比0.45～0.55，制备出 28d抗压强度为35～40MPa的混凝土， 在大多数环境条件下可以呈现足够低的 渗透性和良好的耐久性能。
2. 盐结晶引起开裂
（Cracking by crystallization of salt in pores)
混凝土因孔隙里盐发生结晶的物理作用， 可能造成严重的损害，许多多孔材料都可能 由于与其接触的饱和溶液析晶过程产生的压 力引起开裂。盐结晶只能发生在一定温度下 溶质的浓度超过饱和浓度的时候。过饱和度 越大，结晶压越大。例如岩盐NaCl在过饱和 度=2时，8℃下产生的结晶压可达55.4MPa， 足以让岩石或混凝土开裂。
包括磨耗、冲磨和空蚀三种作用。
磨耗指摩擦引起的损耗，主要为路面和工业 地坪由于车辆行驶造成；
冲磨发生于水工结构，例如隧道衬砌、溢流 面以及给排水管道等，当水夹带砂土颗粒流过混 凝土表面，与其碰撞、滑动或滚动引起的损耗；
水工混凝土还受到另一种称为空蚀（也称气 蚀）的作用。水流夹带气泡在流向突然变化时形 成高负压导致爆裂，使表面产生空穴的现象。
开裂的原因有很多，一个导致混凝土结 构早期开裂的主要原因，是为满足现代高速 施工，而采用高早强水泥及高强混凝土。
P.K.Mehta. Building Durable Structures in 21st Century. Concrete International. March，2001.
发生开裂的主要原因
结构耐久性——结构及其构件在环 境作用下长期维持其所需性能的能 力。
问题
1. 有没有混凝土结构物不要求很耐久？
2.ຫໍສະໝຸດ Baidu
有。
3. 2. 哪一类混凝土结构物不要求耐久性？
4. 临时建筑（如围堰等）。
5. 3. 哪一类混凝土结构耐久性要求最高？
6. 纪念性建筑物、核废料储存设施等。
古罗马时期的混凝土
欧洲的输水故道、君士坦丁的巴 西利卡会堂建筑、罗马的万神殿以及 那不勒斯等地海岸上的罗马混凝土工 程，尽管有的已经被海浪磨光了表面， 有的长满了青苔，而混凝土却仍能保 持完好。
分为两大类：
第一类，由水、空气和其它侵蚀性介质 渗透或扩散进入混凝土的速率所决定。
包括化学的：钢筋锈蚀、碱-骨料反应、 硫酸盐、海水和酸的侵蚀；物理的：冻融、 盐结晶、火灾等。
第二类，是磨耗、冲磨与空蚀，涉及一 些另外的机理。
1.表面损耗造成的劣化
(Deterioration by surface wear)