混凝土材料的耐久性
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加拿大，为修复其劣化损坏的全部基础设施工程 估计需耗费5000亿美元。
日本, 每年用于房屋结构维修的费用达400亿日元。
我国现在面临的 耐久性问题是发 达国家早在二、 三十年以前曾经 遇到过的 宁波北仑港码头 混凝土梁 ― 建 成后11年就出现 大规模开裂现象。
宁波北仑港码头混凝土梁-建成后11年
* 混凝土是多孔材料 * Ca(OH)2的溶解度：每100g水溶解0.166g * 在静态水中：Ca(OH)2析晶沉淀，稳定存在 * 在流动水中：混凝土中Ca(OH)2不断溶出，混凝土边疏松、 孔洞化；CSH和CAH水化产物分解溶出 * 在压力水作用下：大坝、地下建筑物等混凝土中Ca(OH)2 溶出加速
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。
相关报道： 武汉1座大桥2000年
建成屡次维修后再现 裂缝 大桥维修5个月后仅 使用2月 桥面再次出 现坑洼 南京长江大桥维修不 到位陷入年年大修怪 圈
混凝土公路和桥梁的使用环境条件与 病害更为严重。
2000年全国公路普查: 危桥9597座, 需要维 修费用每年38亿/实际到位8亿
劣化：材料性能随时间的逐渐衰减。
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。
1.表面损耗造成的劣化
(Deterioration by surface wear)
进入 外在因素
环境因素：有害离子、冻融和干湿循环（温 度、湿度）等
人为因素：设计与施工问题、负荷超标准等
混凝土结构耐久性
结构设计/形式和构造 材料/混凝土和钢筋
施工/操作技术
养护/湿、热
孔的性质和分布 迁移机理
混凝土劣化
钢筋劣化
物理
化学和生物
锈蚀
抵抗力 安全
ห้องสมุดไป่ตู้
刚度 使用性能
表面条件 外观
5.3.3 混凝土的劣化 (Degradation of concrete)
盐结晶引起开裂
采用含盐砂的混凝土 路面因膨胀而在预留 的胀缝处被挤碎
因含盐地下 水通过毛细 作用上升在 混凝土电线 杆内部产生 膨胀而开裂
3、化学侵蚀
侵蚀介质与水泥水化产物发生反应——酸、硫酸盐和生物。
腐蚀速度取决于侵蚀性物质渗透、扩散到混凝土内部的速度。
（1）淡水溶蚀（Ca(OH)2溶出） 河水、湖水、地下水等淡水
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。
第五章 混凝土的性能
Properties of concrete
5.3 混凝土的耐久性 Durability of oncrete
经久耐用？
Deterioration of Reinforced Concrete Bridge due to Poor Durability
5.3.1 混凝土的耐久性概述
第一阶段 大规模新建阶段 第二阶段 大规模新建与维修改造并重 第三阶段 维修改造阶段 发达国家进入第三阶段 统计表明，目前我国处于第二阶段。混凝土结 构耐久性不足的问题，要比安全性不足更为严 重，更迫切需要解决 耐久性研究对新建结构及维修改造都极为重要
三、国内外耐久性现状
美国
（2）酸腐蚀
Acid attack
一、定义：
混凝土耐久性——混凝土抵抗环境介质作用并长期 保持其良好的使用性能的能力称为混凝土的耐久性。 混凝土结构耐久性——在设计确定的环境作用和维 修、使用条件下，结构构件在设计使用年限内保持 其适用性和安全性的能力。
古代混凝土与现代的混凝土过早劣化引发的 思考
二、重要性和必要性
土建基础设施工程主要用混凝土建造 基本建设三个阶段：
新疆塔城机场:1995年通航仅半年,跑道严重剥蚀
北京西直门立交桥: 10年后严重剥蚀和锈蚀, 1999年重建
高速公路不高速
安徽省内的合巢芜高速公路……长约100km的高速 公路路面处处千疮百孔、断裂破损
京珠高速粤北段 2000.11～12施工
2001.5开始出现裂缝
广东桂江大桥开裂 裂缝最宽处达10厘米
1998年美国土木工程学会报告：美国现有29%以 上的桥梁和1/3以上的道路老化，有2100个水坝 不安全，估计需有1.3万亿美元改善其安全状态。
美国每年用于基础设施修复的费用约为这些基 础设施总资产的10%。
英国，据统计有1/3的桥梁需要修复；1996年英国 的损失也超过了6亿英镑。
大量水泥混凝土公路需要大修(<10年)
2002年铁路: 7352座桥(18.2%)和3711座隧 道(65.5%)出现问题
城市立交桥: 大多数远未到使用年限就破 损严重(5~10年)
提高混凝土结构的耐久性的意义：
延长结构寿命、减少修复工作量，提 高经济效益
最重要的是避免安全事故的发生！
问题
1. 有没有混凝土结构物不要求很耐久？ 有。
2.哪一类混凝土结构物不要求耐久性？ 临时建筑（如围堰等）。
3.哪一类混凝土结构耐久性要求最高？ 纪念性建筑物、核废料储存设施等。
不需要考虑耐久性的建筑：围堰
纪念性建筑物，核废 料储存设施耐久性要 求最高
5.3.2混凝土耐久性问题的产生原因
内在因素 硅酸盐水泥矿相和水化产物：高碱、不稳定 混凝土结构：多孔和不均质，有害物质容易
日本, 每年用于房屋结构维修的费用达400亿日元。
我国现在面临的 耐久性问题是发 达国家早在二、 三十年以前曾经 遇到过的 宁波北仑港码头 混凝土梁 ― 建 成后11年就出现 大规模开裂现象。
宁波北仑港码头混凝土梁-建成后11年
* 混凝土是多孔材料 * Ca(OH)2的溶解度：每100g水溶解0.166g * 在静态水中：Ca(OH)2析晶沉淀，稳定存在 * 在流动水中：混凝土中Ca(OH)2不断溶出，混凝土边疏松、 孔洞化；CSH和CAH水化产物分解溶出 * 在压力水作用下：大坝、地下建筑物等混凝土中Ca(OH)2 溶出加速
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。
相关报道： 武汉1座大桥2000年
建成屡次维修后再现 裂缝 大桥维修5个月后仅 使用2月 桥面再次出 现坑洼 南京长江大桥维修不 到位陷入年年大修怪 圈
混凝土公路和桥梁的使用环境条件与 病害更为严重。
2000年全国公路普查: 危桥9597座, 需要维 修费用每年38亿/实际到位8亿
劣化：材料性能随时间的逐渐衰减。
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。
1.表面损耗造成的劣化
(Deterioration by surface wear)
进入 外在因素
环境因素：有害离子、冻融和干湿循环（温 度、湿度）等
人为因素：设计与施工问题、负荷超标准等
混凝土结构耐久性
结构设计/形式和构造 材料/混凝土和钢筋
施工/操作技术
养护/湿、热
孔的性质和分布 迁移机理
混凝土劣化
钢筋劣化
物理
化学和生物
锈蚀
抵抗力 安全
ห้องสมุดไป่ตู้
刚度 使用性能
表面条件 外观
5.3.3 混凝土的劣化 (Degradation of concrete)
盐结晶引起开裂
采用含盐砂的混凝土 路面因膨胀而在预留 的胀缝处被挤碎
因含盐地下 水通过毛细 作用上升在 混凝土电线 杆内部产生 膨胀而开裂
3、化学侵蚀
侵蚀介质与水泥水化产物发生反应——酸、硫酸盐和生物。
腐蚀速度取决于侵蚀性物质渗透、扩散到混凝土内部的速度。
（1）淡水溶蚀（Ca(OH)2溶出） 河水、湖水、地下水等淡水
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。
第五章 混凝土的性能
Properties of concrete
5.3 混凝土的耐久性 Durability of oncrete
经久耐用？
Deterioration of Reinforced Concrete Bridge due to Poor Durability
5.3.1 混凝土的耐久性概述
第一阶段 大规模新建阶段 第二阶段 大规模新建与维修改造并重 第三阶段 维修改造阶段 发达国家进入第三阶段 统计表明，目前我国处于第二阶段。混凝土结 构耐久性不足的问题，要比安全性不足更为严 重，更迫切需要解决 耐久性研究对新建结构及维修改造都极为重要
三、国内外耐久性现状
美国
（2）酸腐蚀
Acid attack
一、定义：
混凝土耐久性——混凝土抵抗环境介质作用并长期 保持其良好的使用性能的能力称为混凝土的耐久性。 混凝土结构耐久性——在设计确定的环境作用和维 修、使用条件下，结构构件在设计使用年限内保持 其适用性和安全性的能力。
古代混凝土与现代的混凝土过早劣化引发的 思考
二、重要性和必要性
土建基础设施工程主要用混凝土建造 基本建设三个阶段：
新疆塔城机场:1995年通航仅半年,跑道严重剥蚀
北京西直门立交桥: 10年后严重剥蚀和锈蚀, 1999年重建
高速公路不高速
安徽省内的合巢芜高速公路……长约100km的高速 公路路面处处千疮百孔、断裂破损
京珠高速粤北段 2000.11～12施工
2001.5开始出现裂缝
广东桂江大桥开裂 裂缝最宽处达10厘米
1998年美国土木工程学会报告：美国现有29%以 上的桥梁和1/3以上的道路老化，有2100个水坝 不安全，估计需有1.3万亿美元改善其安全状态。
美国每年用于基础设施修复的费用约为这些基 础设施总资产的10%。
英国，据统计有1/3的桥梁需要修复；1996年英国 的损失也超过了6亿英镑。
大量水泥混凝土公路需要大修(<10年)
2002年铁路: 7352座桥(18.2%)和3711座隧 道(65.5%)出现问题
城市立交桥: 大多数远未到使用年限就破 损严重(5~10年)
提高混凝土结构的耐久性的意义：
延长结构寿命、减少修复工作量，提 高经济效益
最重要的是避免安全事故的发生！
问题
1. 有没有混凝土结构物不要求很耐久？ 有。
2.哪一类混凝土结构物不要求耐久性？ 临时建筑（如围堰等）。
3.哪一类混凝土结构耐久性要求最高？ 纪念性建筑物、核废料储存设施等。
不需要考虑耐久性的建筑：围堰
纪念性建筑物，核废 料储存设施耐久性要 求最高
5.3.2混凝土耐久性问题的产生原因
内在因素 硅酸盐水泥矿相和水化产物：高碱、不稳定 混凝土结构：多孔和不均质，有害物质容易