隨著高性能混凝土的普及,古建筑裝修行業(yè)設(shè)計(jì)等級(jí)的不斷提高,對(duì)建筑主體最基礎(chǔ)的構(gòu)成部分——混凝土的要求越來(lái)越高。除混凝土的適用性、經(jīng)濟(jì)性外,對(duì)其耐久性必須引起足夠重視,通過(guò)全方位、多層次來(lái)對(duì)混凝土進(jìn)行分析研究及過(guò)程控制,提高混凝土的耐久性。
近年來(lái)較大的橋梁質(zhì)量事故時(shí)有發(fā)生,橋梁設(shè)計(jì)使用年限不斷延長(zhǎng),長(zhǎng)則達(dá)到100年以上,這樣就必須采取以高性能混凝土為基礎(chǔ)的綜合耐久性技術(shù)方案來(lái)滿(mǎn)足其實(shí)用性。
混凝土的耐久性是指混凝土抵抗環(huán)境介質(zhì)作用并長(zhǎng)期保持其良好的使用性能和外觀完整性的能力。它是一個(gè)綜合性概念,包括抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕、碳化、堿骨料反應(yīng)及混凝土中的鋼筋銹蝕等性能。這些性能均決定著混凝土經(jīng)久耐用的程度,故稱(chēng)為耐久性。也即混凝土在設(shè)計(jì)壽命周期內(nèi),在正常維護(hù)下,必須保持其實(shí)用性,不需要進(jìn)行維修加固,仍能保持原有性能的能力。
耐久性混凝土技術(shù)途徑是采用優(yōu)質(zhì)混凝土礦物摻和料和新型高效減水劑復(fù)合,配以與之相適應(yīng)的水泥和級(jí)配良好的粗細(xì)骨料,形成低水膠比,低缺陷,高密實(shí)、高耐久的混凝土。
混凝土的耐久性主要由抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性、混凝土碳化、堿骨料反應(yīng)等幾個(gè)指標(biāo)來(lái)反應(yīng)。在我國(guó)普遍認(rèn)為影響混凝土耐久性的主要是兩種環(huán)境:一是長(zhǎng)期處于深水中受沖刷的混凝土,因cl-深入混凝土內(nèi)引發(fā)鋼筋銹蝕,混凝土碳化速度加快,導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂現(xiàn)象較為嚴(yán)重;二是晝夜溫差大、干熱、多風(fēng)地區(qū),由于混凝土等級(jí)不足及保護(hù)層厚度不夠等因素,對(duì)混凝土侵蝕也較為嚴(yán)重,以下就這兩種環(huán)境中的影響因素逐一進(jìn)行分析。
2.1 混凝土的碳化
混凝土的碳化是硬化后的混凝土必須經(jīng)歷的過(guò)程,所有混凝土都從表面開(kāi)始碳化,隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐步加深,碳化本身對(duì)混凝土并無(wú)破壞作用,主要是空氣中co2滲透到混凝土內(nèi),與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水,使混凝土堿度而降低。當(dāng)碳化超過(guò)混凝土的保護(hù)層時(shí),在水與空氣存在的條件下,就會(huì)使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用,鋼筋開(kāi)始生銹,使混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用減弱,混凝土的耐久性也就隨之降低。
2.2 混凝土的凍融破壞
硬化后的混凝土內(nèi)部有較多毛細(xì)孔,在混凝土全部凝結(jié)硬化完成后,多余的水分就滯留在毛細(xì)孔中,尤其在潮濕、浸水條件下,毛細(xì)孔處于飽水狀態(tài),混凝土處在低溫環(huán)境中時(shí),其內(nèi)部毛細(xì)孔中處于游離狀態(tài)的水結(jié)冰,產(chǎn)生體積膨脹;另外,毛細(xì)孔處于過(guò)冷狀態(tài)的水分,也將向毛細(xì)孔中冰的界面滲透而在毛細(xì)孔中產(chǎn)生滲透壓力,毛細(xì)孔中膨脹壓力和滲透壓力共同作用下混凝土內(nèi)部將產(chǎn)生損失和裂縫,多次反復(fù)損傷導(dǎo)致裂縫越來(lái)越寬,積累到一定程度時(shí)就引起結(jié)構(gòu)的破壞。
在各種侵蝕性介質(zhì)如酸、堿溶液等作用的環(huán)境下,主要是由于cl-、co32-、so42-、mg2+等一些腐蝕性介質(zhì)的存在,硬化后的混凝土中除內(nèi)部存在氣孔外,在骨料表面及骨料與水泥漿體之間也存在孔隙,在一定程度上為介質(zhì)侵蝕提供了通道,侵蝕介質(zhì)對(duì)混凝土產(chǎn)生腐蝕,最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。
2.4 混凝土堿集料反應(yīng)
堿集料反應(yīng)是指混凝土集料中某些活性礦物與混凝土微孔中的堿溶液產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng),也形象地被稱(chēng)為混凝土的“癌癥”。堿主要來(lái)源于膠凝材料、外加劑及骨料,其中活性材料主要是sio2、硅酸鹽、碳酸鹽等?;炷翂A集料反應(yīng)中堿與sio2反應(yīng)最為常見(jiàn),反應(yīng)后產(chǎn)生堿—硅酸鹽凝膠,遇水后膨脹,體積可增大3~4倍,將在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的膨脹應(yīng)力,從而造成混凝土的剝落、開(kāi)裂、強(qiáng)度降低,甚至導(dǎo)致破壞。
2.5 鋼筋銹蝕
鋼筋銹蝕是影響混凝土耐久性最常見(jiàn)的因素,它是一般混凝土保護(hù)層覆蓋下鋼筋的電化學(xué)腐蝕。在混凝土硬化后初期,由于有保護(hù)層的保護(hù)作用,鋼筋并不太容易銹蝕,隨著時(shí)間推移,在各種介質(zhì)的作用下,混凝土碳化深度不斷加深,導(dǎo)致堿度降低,鋼筋表面的鈍化膜遭到破壞,鋼筋逐步銹蝕,鋼筋銹蝕產(chǎn)物的體積不斷膨脹,膨脹壓力直接可以導(dǎo)致混凝土的開(kāi)裂,同時(shí)鋼筋隨著不斷銹蝕,截面變小,抗拉強(qiáng)度也隨之降低。