浅析提高混凝土耐久性的措施

河南理工大学万方科技学院本科生毕业论文 浅浅谈谈提提高高混混凝凝土土耐耐久久性性的的措措施施 摘 要 提高混凝土的耐久性对于高层 大跨建筑 房屋建筑 及桥梁 隧道有着重要的意 义 随着工程建设量的增多 特别是某些混凝土工程在短期内遭受严重破坏的惨痛教 训 混凝土耐久性越来越引起各主管部门和设计 施工部门对它的重视 混凝土的耐久 性是指结构在设计使用年限内 正常维护条件下 在实际使用条件中能够保证其安全和 使用 而不要花费大量资金加固处理就能抵抗各种破坏因素的作用 主要表现在抗渗性 抗冻性 耐水性 抗化学腐蚀性 等性能 我国现有公路上 数以万计的旧桥 特别是 20世纪80年代以前修建的桥梁 由于设计荷载偏低 承载能力不足 宽度不够 加之年 久失修 维修养护不够 相当多的桥梁发生不同程度的破损 正逐步成为危桥 混凝土 耐久性愈来愈成为重要问题 也是影响可持续发展的一个重要方面 关键词关键词 混凝土 耐久性 提高耐久性措施 Abstract To improve the durability of concrete for high rise buildings large span buildings buildings and bridges tunnel has important significance With the increasing volume of engineering construction especially the painful lessons of some concrete engineering suffered serious damage in the short term more and more concrete caused by various departments and design construction department pay more attention to it The durability of concrete refers to the structure used in the design period normal maintenance conditions to ensure their safety and use in the actual use conditions and don t spend a lot of money will be able to resist all kinds of damage factors of the treatment effect of reinforcement Mainly in the impermeability frost resistance water resistance chemical corrosion resistance and other properties Our existing old bridge road tens of thousands especially before the bridge built in the twentieth Century 80 due to lower design loads low bearing capacity and the width is not enough disrepair repair and maintenance is not enough many bridges damaged in different degree is becoming a dangerous bridge More and more of the durability of concrete has become an important problem which is also an important aspect of sustainable development Key Words Concrete durability durability improvement measures 目 录 1 引言 1 2 混凝土耐久性的基本概述 2 2 1 混凝土耐久性的定义 2 2 2 混凝土耐久性的应用 2 2 3 混凝土耐久性的重要性 3 3 影响混凝土耐久性的主要因素 5 3 1 混凝土耐久性的内部因素 5 3 1 1 水灰比 5 3 1 2 化学反应 5 3 2 混凝土耐久性的外部因素 6 3 2 1 混凝土的冻融破坏 6 3 2 2 施工因素影响 6 3 2 3 侵蚀介质的腐蚀 6 4 提高混凝土耐久性的措施 7 4 1 消除混凝土自身的结构破坏因素 7 4 2 对混凝土材料提出具体要求 7 4 2 1 水泥 7 4 2 2 水 8 4 2 3 骨料 8 4 2 4 外加剂 9 4 3 掺入高效活性矿物掺料 11 4 4 混凝土的强度 11 4 5 防止冻融破坏 12 4 6 进行耐久性设计 12 4 6 1 改进建筑结构型式 12 4 6 2 合理设计混凝土配合比 12 4 6 3 对混凝土耐久性进行合理的评估 12 4 6 4 进行合理使用与正常维护 13 5 结论 14 参考文献 15 致谢 16 1 引 言 混凝土的工程应用至今已有一百多年的历史 是当今世界上最广泛使用的建筑材料 鉴于经济能源和资源等因素 高耐久性一直是人们不断追求的目标 土结构物建成后 随其使用时间的延长 其各项物理性能逐渐降低 这种质量的劣变通常称之为老化 混 凝土抵抗老化的能力称为耐久性 一般认为是混凝土在环境介质的作用下保持其使用 功能的能力 或混凝土抵抗随时间引起的性能与状态改变的能力 本世纪建造的混凝土 结构物由于种种原因 例如温变收缩 干缩 冻融循环 钢筋锈蚀 碱骨料反应和硫 酸盐侵蚀等 据估计使用寿命达不到100年 而自40年代以来 通过硅酸盐水泥成分的变 化以及混凝土技术的快速进步 混凝土的强度显著提高 但从钢筋保护和混凝土耐冻 耐腐蚀角度看 则与强度并不匹配 亦即 当今更多的混凝土结构 比之50年前更不耐 久 据综合估计 我国的某些混凝土结构 例如混凝土坝的平均寿命仅约为30 50年 相反 某些2000多年前用火山灰和石灰作为水硬性胶凝材料建造的罗马古建筑现在仍呈 现完好状态 为什么混凝土技术大大进步了 混凝土的强度普遍提高了 而混凝土的耐 久性问题却变得日益突出 甚至变得更为严重了呢 这不能不成为一个值得人们深刻思 考的问题 这其中有技术因素 也有经济利益使然 就后者来房面积增长可能导致今后 5 10年内 每年仍有较大的建筑总量 如果以每年竣工1000万m2 其中多层70 高层30 装修1000万m2计 所需砂浆将达到180万m3以上 如果加上工业与公共建筑 实际砂浆用 量将达到200万m3 因此提高混凝土的耐久性是一个刻不容缓的话题 本文将就如何提 高混凝土耐久性进行讨论 2 混凝土耐久性的基本概述 2 2 1 1 混混凝凝土土耐耐久久性性的的定定义义 混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用 长期保 持强度和外观完整性的能力 混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内 在各种环 境条件作用下 不需要额外的费用加固处理而保持其安全性 正常使用和可接受的外 观能力 简单地说 混凝土材料的耐久性指标一般包括 抗渗性 抗冻性 抗侵蚀性 混 凝土的碳化 中性化 碱骨料反应 2 2 2 2 混混凝凝土土耐耐久久性性的的应应用用 近10余年来 我国在若干重大工程的建设中已经充分贯彻了 混凝土耐久性设计 理念 并提升到了 强度设计与耐久性设计并重 强度服从耐久性 的认识高度 长江三峡水利枢纽工程是世界上最大的水利水电工程 具有防洪 发电 航运 供 水 养殖等综合功能 对长江和长江流域的自然生态 人文环境 经济发展的影响巨大 水库总库容393亿m3 电站总装机容量22400MW 年均发电846 8亿kWh 拦河坝最大坝高 183m 混凝土方量2700万m3 1993年开工后 各方专家对三峡工程混凝土大坝的耐久性 和工程安全运行年限进行了广泛的讨论 提出了 三峡大坝混凝土耐久性寿命500年的 设计构想 确保三峡工程一流质量的建议案 1997年曾被列为全国政协八届五次 会议的 一号提案 引起中央和国家领导人的高度重视 特别召开了关于三峡大坝混 凝土耐久性的高层决策会议 在这个会议上 明确提出了三峡大坝的设计思想要突出耐 久性设计的概念 同时明确了三峡大坝要采用微膨胀型低碱中热硅酸盐水泥 掺用优质 引气剂和优质高效减水剂 确定必须掺用 级粉煤灰 尽可能降低用水量 严格控制水胶 比 并明确三峡大坝外部混凝土 特别是水位变化区混凝土的抗冻等级要达到F250 为 预防混凝土的碱活性骨料反应 采用人工制备的花岗岩骨料 并限定水泥中的含碱量 0 5 以及混凝土的总碱含量 2 5kg m3 在施工过程中执行严格的温控防裂措施 防 裂关键部位混凝土出机口温度控制在7 浇筑温度 12 14 三峡工程1994年开始 的大坝混凝土配合比优化设计理念就符合高性能混凝土思想 三峡工程采取的提高混凝 土耐久性措施 穿越 世界屋脊 的青藏铁路格拉段全长1180多公里 其中海拔高度大于4000m的 路段约965km 穿越多年冻土地带的路段约550km 除格尔木和拉萨外 沿线年平均气温 为 2 6 极端最高气温为25 极端最低气温为 45 沿线气候干燥 干湿交替频 繁 年日正负温天数高达180d左右 冻融作用强烈 一些地段的河流中存在有害离子的侵 蚀危害 在如此恶劣的自然环境条件下进行铁路工程建设 对混凝土材料的长期耐久性 是个严峻挑战 为保证工程的长期耐久性使用要求 青藏铁路 明确提出了必须按高性 能混凝土原则配制桥隧结构用混凝土的要求 水胶比 0 4 抗冻耐久性指数0 6 0 9 电 通量 1000库仑 粉煤灰掺量10 15 同时掺入多重效能的复合高效外加剂达到高效减 水 早强 防冻 引气 增实 保坍 抗硫酸盐腐蚀和抑制碱硅酸反应膨胀的功效 杭州湾跨海大桥全长36km 其中跨越海域长度近32km 大桥主体结构除南 北航道 桥采用钢 箱梁外 其余均为混凝土结构 全桥混凝土用量约250万m3 设计使用寿命 100年 杭州湾跨海大桥保证混凝土结构的耐久性措施包括 以氯离子扩散系数为混凝 土耐久性的主要控制指标 采用大掺量掺合料和低水胶比 低氯离子扩散系数 设置合 理的钢筋保护层厚度 承台水变区90mm 桥墩浪溅区60mm 对特殊部位采取附加防护措 施 作为目前对耐久性问题认识不足的储备 环氧涂层钢筋 阴极防护 钢筋阻锈剂 表面防护涂层 安装耐久性检测系统进行长期动态跟踪监测和验证评估等 南水北调中线工程从湖北丹江口水库陶岔渠首引水至北京团城湖 输水总干线全长 1267km 天津干线从河北徐水向东至天津长154km 横跨江 淮 黄 海四大水系的700 余条大小河流 是我国实现水资源合理调配的特大型调水工程 沿途需兴建1000多座穿 越河流 道路 山体 山冲 谷口等众多复杂地形的水工建筑物 工程的耐久性问题 主要有冻融 碳化 碱活性骨料 重点是抑制碱骨料反应 确保工程的长期耐久性 针 对华北地区太行山脉和燕山山脉骨料的碱活性比较普遍的现状 工程在开工之前就制订 了 预防混凝土工程碱骨料反应技术条例 规定了骨料碱活性的检验规则 取样 检 验方法 检验程序 评定标准 工程分类 环境 结构分类 预防措施 混凝土碱含 量计算方法 工程管理与验收等 2 2 3 3 混混凝凝土土耐耐久久性性的的重重要要性性 高性能混凝土的核心是保证耐久性 耐久性对工程量浩大的混凝土工程来说意义 非常重要 若耐久性不足 将会产生极严重的后果 甚至对未来社会造成极为沉重的 负担 据美国一项调查显示 美国的混凝土基础设施工程总价值约为6万亿美元 每年 所需维修费或重建费约为3千亿美元 美国50万座公路桥梁中20万座已有损坏 平均每 年有150 200座桥