混凝土的耐久性讲解
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5.养护条件：及时充分，利于水泥水化，减小毛细孔孔 径和总孔隙率。加热养护，温湿度都影响毛细孔结构， 梯度大而引起内部裂缝，增大孔隙率。
20.2 若干耐久性问题
2.1渗透 1.渗透：当混凝土与周围介质存在压力差时，高压一方的气 体或液体将向低压方迁移的现象。
渗透性的强弱取决于混凝土结构的孔结构和孔隙率
概念
耐久性：在结构及其各组成部分，在所处的自然环
境和使用条件等因素的长期作用下，抵抗材料性能劣
化、仍能维持结构的安全和适用功能的能力。
使用寿命：结构在正常使用条件下，不须重大维修
而仍能维持安全和适用功能所延续的时间，可作为表 达结构耐久性的数量指标。
• 1.2耐久性失效的特点
本质上并非外力所致
⑴外界介质或材料内部对混凝土的物理和化学作用的 结果（CO2 、CL离子、碱质等） ⑵耐久性失效是个缓慢积累的过程
2.4碳化 1.中性化：结构周界的环境介质中所含酸性物质（ CO2 SO2、 HCL等）与砼表面接触，通过各种孔隙渗透至内部，与水泥石 的碱性物质发生化学反应，称为混凝土中性化。
最普遍发生的形式：空气中砼的碳化
有利：碳化后部分凝胶孔和毛细孔被 碳化物堵塞，密实性和抗压强度提高
不利：碳化降低碱度，一旦碳化层深 及钢筋表面，钝化膜被破坏而生锈。 碳化的砼加剧了收缩变形，导致裂缝 出现、粘结力下降，甚至保护层剥落
2.抗渗性：混凝土抵抗气体或液体渗透的能力。
混凝土的抗水性：试件在单位时间、单位水头（cm）作用下、通过单位截
面积F（cm2）、渗透过L（cm）厚度的渗水量Q（cm3/s）。用渗透系数k
（cm/s）作为定量
指标。
k
QL
Q k hF
不易渗水的密实砼：对标准试hF件施加水压，按规L定速度（0.1MPa/8h）缓慢
第20章 耐久性
20.1 砼结构的耐久性的特点 20.2 若干耐久性问题 20.3 结构耐久性设计和评估
20.1 结构的耐久性问题及特点
• 1.1工程中的问题：
砼的主要原材料使其比木、钢结构更为耐久； 工程中也发现个别结构，未达预期使用期限前，因各 种原因出现不同程度的损伤和局部破裂现象。如开裂、掉 皮，棱角破损，强度下降，钢筋保护层剥落、裸露和锈蚀， 构件弯曲下垂等，妨碍结构的继续使用，甚至造成承载力 损失，威胁安全。如沿海地区结构受氯盐侵；冬季撒放除 冰盐而腐蚀公路和桥梁中的钢筋；砼遭受反复冻融作用而 胀裂。 以上都属于砼结构耐久性裂化和失效。
蚀流失
2.6钢筋锈蚀 当裂缝、腐蚀和碳化深入到钢筋所在位置，很容易招
致钢筋锈蚀，钢筋直径和面积小Байду номын сангаас锈蚀后强度显著降低， 使结构承载力严重折减而出现安全问题。
防止和延缓钢筋锈蚀措施： A从环境方面着手 B从材料的选用、制作和构造设计方面着手
影响孔结构和孔隙率的因素：
1.水灰比 ：越大，孔直径明显增大，总孔隙率就越大
2.水泥品种和细度：水泥中粗颗粒多，凝胶孔、毛细孔 的尺寸和体积率都增大。
3.骨料品种：天然岩石粗骨料，内部孔隙率小，封闭； 天然和人工轻骨料，本身孔隙率大，多开放孔型。
4.配制质量 ：搅拌、运输、浇筑、振捣操作不善，易 产生大孔洞和缺陷
混凝土表面至碳化层的最大厚度称为碳 化深度D（mm）
碳化深度快速试验方法： 用高浓度CO2测定砼的碳化深度
D Ct
C—CO2浓度（%） t—碳化龄期
—碳化速度系数，反映砼抗碳化能力
Dn
Cntn Ck tk
Dk
减轻和延缓混凝土的碳化进度， 提高耐久性的措施：
2.5化学腐蚀 过程：侵蚀性介质进入混凝土内部→物理或化学作用→混 凝土腐蚀、胀裂和剥落、钢筋锈蚀、→结构失效。
增压，当一组试件6个中的3个在背水面出现水珠或湿点，记下水压H（MPa）。
抗渗标号计算式：S=10H-1
2.2冻融
1.混凝土环境温度的周期性降低和升高，使内部水冻成冰， 冰融成水，反复循环。 2.冻融循环--损伤积累--裂缝扩张、延伸甚至贯通—破裂由 表及里--混凝土强度降低 3.混凝土抵抗冻融破损的能力称为抗冻性。
混凝土腐蚀的原因和机理由于侵蚀介质和环境条件分： ①溶蚀型腐蚀 ②结晶膨胀型腐蚀
措施： 1选址 ，控制侵蚀性介质 2设计、材料和施工 3.采用抗腐蚀性较强的水泥品种 4较低的水灰比，保证水泥用量，添加活性掺和料，提高砼密实性
和抗渗性 5增大保护层厚度 6对结构砼表面涂料或浸渍处理，防止侵蚀性水渗入和减少砼的溶
碱-骨料反应的必要条件： 砼中含碱，骨料有活性和孔隙有水，且各自达一定指标
混凝土中总含碱量主要取决于 水泥品种所决定的Na2O当量 和水泥用量（kg/m3）。
碱-骨料反应的可能和严重性 ——宏观地用单位体积的 含碱量（kg/m3）表示。
防止和减轻混凝土的碱-骨料反应 最有效措施： 控制（减少水泥中的含碱量）
砼的抗冻标号：用28天龄期的标准试件进行慢冻法，在每次冻融循 环后测定其重量和抗压强度。同时达到重量损失5%和强度损失25%的 最大冻融循环次数。如D25,D100。
4.抗冻性主要取决于内部孔结构和孔隙率，含水饱和程度， 受冻龄期等。 提高抗冻性方法:
降低水灰比，掺加优质粉煤灰和硅粉，合理配比材料， 改进施工操作和加强养护，提高砼密实性，减少孔隙率。
⑶引起失效的诸因素相互关联，相互影响
⑷耐久性首先受控于正常使用极限状态，而非承载能 力极限状态。
• 1.3混凝土的孔结构
耐久性失效的严重性在很大程度取决于混凝土材料内部结构 的多孔性和渗透性。
砼内部空隙是其施工配置和水泥水化凝固过程的必然产物，因其产 生原因和条件不同，孔隙尺寸、数量、分布和孔型（封闭或开放式）的 区别，对砼的渗透性有很大影响。 孔的种类： 1.凝胶孔 2.毛细孔 3.非毛细孔
还有： a最简单有效法：拌合砼时掺加引气剂，在其内部形成大 量分布均匀、但互不连通的封闭形微气孔，如图20-2，可 吸收毛细水结冰时膨胀作用，减轻对内部结构的破坏程度。 b冬季施工，添加防冻剂、早强剂，或升温养护，防止早 期受冻，促进凝固硬化过程。
2.3碱-骨料反应： 定义：混凝土骨料中的某些活性矿物与混凝土孔隙中的碱性溶 液（KOH、NaOH）之间发生反应，体积膨胀 ，在混凝土中产 生膨胀应力，导致混凝土开裂和强度降低。
20.2 若干耐久性问题
2.1渗透 1.渗透：当混凝土与周围介质存在压力差时，高压一方的气 体或液体将向低压方迁移的现象。
渗透性的强弱取决于混凝土结构的孔结构和孔隙率
概念
耐久性：在结构及其各组成部分，在所处的自然环
境和使用条件等因素的长期作用下，抵抗材料性能劣
化、仍能维持结构的安全和适用功能的能力。
使用寿命：结构在正常使用条件下，不须重大维修
而仍能维持安全和适用功能所延续的时间，可作为表 达结构耐久性的数量指标。
• 1.2耐久性失效的特点
本质上并非外力所致
⑴外界介质或材料内部对混凝土的物理和化学作用的 结果（CO2 、CL离子、碱质等） ⑵耐久性失效是个缓慢积累的过程
2.4碳化 1.中性化：结构周界的环境介质中所含酸性物质（ CO2 SO2、 HCL等）与砼表面接触，通过各种孔隙渗透至内部，与水泥石 的碱性物质发生化学反应，称为混凝土中性化。
最普遍发生的形式：空气中砼的碳化
有利：碳化后部分凝胶孔和毛细孔被 碳化物堵塞，密实性和抗压强度提高
不利：碳化降低碱度，一旦碳化层深 及钢筋表面，钝化膜被破坏而生锈。 碳化的砼加剧了收缩变形，导致裂缝 出现、粘结力下降，甚至保护层剥落
2.抗渗性：混凝土抵抗气体或液体渗透的能力。
混凝土的抗水性：试件在单位时间、单位水头（cm）作用下、通过单位截
面积F（cm2）、渗透过L（cm）厚度的渗水量Q（cm3/s）。用渗透系数k
（cm/s）作为定量
指标。
k
QL
Q k hF
不易渗水的密实砼：对标准试hF件施加水压，按规L定速度（0.1MPa/8h）缓慢
第20章 耐久性
20.1 砼结构的耐久性的特点 20.2 若干耐久性问题 20.3 结构耐久性设计和评估
20.1 结构的耐久性问题及特点
• 1.1工程中的问题：
砼的主要原材料使其比木、钢结构更为耐久； 工程中也发现个别结构，未达预期使用期限前，因各 种原因出现不同程度的损伤和局部破裂现象。如开裂、掉 皮，棱角破损，强度下降，钢筋保护层剥落、裸露和锈蚀， 构件弯曲下垂等，妨碍结构的继续使用，甚至造成承载力 损失，威胁安全。如沿海地区结构受氯盐侵；冬季撒放除 冰盐而腐蚀公路和桥梁中的钢筋；砼遭受反复冻融作用而 胀裂。 以上都属于砼结构耐久性裂化和失效。
蚀流失
2.6钢筋锈蚀 当裂缝、腐蚀和碳化深入到钢筋所在位置，很容易招
致钢筋锈蚀，钢筋直径和面积小Байду номын сангаас锈蚀后强度显著降低， 使结构承载力严重折减而出现安全问题。
防止和延缓钢筋锈蚀措施： A从环境方面着手 B从材料的选用、制作和构造设计方面着手
影响孔结构和孔隙率的因素：
1.水灰比 ：越大，孔直径明显增大，总孔隙率就越大
2.水泥品种和细度：水泥中粗颗粒多，凝胶孔、毛细孔 的尺寸和体积率都增大。
3.骨料品种：天然岩石粗骨料，内部孔隙率小，封闭； 天然和人工轻骨料，本身孔隙率大，多开放孔型。
4.配制质量 ：搅拌、运输、浇筑、振捣操作不善，易 产生大孔洞和缺陷
混凝土表面至碳化层的最大厚度称为碳 化深度D（mm）
碳化深度快速试验方法： 用高浓度CO2测定砼的碳化深度
D Ct
C—CO2浓度（%） t—碳化龄期
—碳化速度系数，反映砼抗碳化能力
Dn
Cntn Ck tk
Dk
减轻和延缓混凝土的碳化进度， 提高耐久性的措施：
2.5化学腐蚀 过程：侵蚀性介质进入混凝土内部→物理或化学作用→混 凝土腐蚀、胀裂和剥落、钢筋锈蚀、→结构失效。
增压，当一组试件6个中的3个在背水面出现水珠或湿点，记下水压H（MPa）。
抗渗标号计算式：S=10H-1
2.2冻融
1.混凝土环境温度的周期性降低和升高，使内部水冻成冰， 冰融成水，反复循环。 2.冻融循环--损伤积累--裂缝扩张、延伸甚至贯通—破裂由 表及里--混凝土强度降低 3.混凝土抵抗冻融破损的能力称为抗冻性。
混凝土腐蚀的原因和机理由于侵蚀介质和环境条件分： ①溶蚀型腐蚀 ②结晶膨胀型腐蚀
措施： 1选址 ，控制侵蚀性介质 2设计、材料和施工 3.采用抗腐蚀性较强的水泥品种 4较低的水灰比，保证水泥用量，添加活性掺和料，提高砼密实性
和抗渗性 5增大保护层厚度 6对结构砼表面涂料或浸渍处理，防止侵蚀性水渗入和减少砼的溶
碱-骨料反应的必要条件： 砼中含碱，骨料有活性和孔隙有水，且各自达一定指标
混凝土中总含碱量主要取决于 水泥品种所决定的Na2O当量 和水泥用量（kg/m3）。
碱-骨料反应的可能和严重性 ——宏观地用单位体积的 含碱量（kg/m3）表示。
防止和减轻混凝土的碱-骨料反应 最有效措施： 控制（减少水泥中的含碱量）
砼的抗冻标号：用28天龄期的标准试件进行慢冻法，在每次冻融循 环后测定其重量和抗压强度。同时达到重量损失5%和强度损失25%的 最大冻融循环次数。如D25,D100。
4.抗冻性主要取决于内部孔结构和孔隙率，含水饱和程度， 受冻龄期等。 提高抗冻性方法:
降低水灰比，掺加优质粉煤灰和硅粉，合理配比材料， 改进施工操作和加强养护，提高砼密实性，减少孔隙率。
⑶引起失效的诸因素相互关联，相互影响
⑷耐久性首先受控于正常使用极限状态，而非承载能 力极限状态。
• 1.3混凝土的孔结构
耐久性失效的严重性在很大程度取决于混凝土材料内部结构 的多孔性和渗透性。
砼内部空隙是其施工配置和水泥水化凝固过程的必然产物，因其产 生原因和条件不同，孔隙尺寸、数量、分布和孔型（封闭或开放式）的 区别，对砼的渗透性有很大影响。 孔的种类： 1.凝胶孔 2.毛细孔 3.非毛细孔
还有： a最简单有效法：拌合砼时掺加引气剂，在其内部形成大 量分布均匀、但互不连通的封闭形微气孔，如图20-2，可 吸收毛细水结冰时膨胀作用，减轻对内部结构的破坏程度。 b冬季施工，添加防冻剂、早强剂，或升温养护，防止早 期受冻，促进凝固硬化过程。
2.3碱-骨料反应： 定义：混凝土骨料中的某些活性矿物与混凝土孔隙中的碱性溶 液（KOH、NaOH）之间发生反应，体积膨胀 ，在混凝土中产 生膨胀应力，导致混凝土开裂和强度降低。