混凝土的耐久性 ppt课件

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混凝土结构的耐久性设计

四、混凝土结构耐用久性设计
当结构和结构构件受到多种、复杂环境类别共同作用时，应分别满足每种环境类别单独作用下的耐久性要求。
不同类型环境下的结构构件，混凝土耐久性评价指标的选取宜参考表 4.5.4。氯离子含量、碱含量、抗渗等级、含气量、气泡间隔系数、抗冻耐久性指数、抗碱-骨料反应能力、耐磨蚀性能的要求应符合《公路工程混凝土结构耐久性设计细则》（在编）相关规定。裂缝宽度、保护层厚度应满足规范要求。
《结构设计原理》课件
013、混凝土结构的耐久性设计
一、混凝土结构的耐久性
混凝土结构的耐久性是指结构对气候变化、化学侵蚀、物理作用或任何其它破坏过程的抵抗能力。
混凝土结构耐久性问题的表现： ◎混凝土的损伤：裂缝、破碎、酥裂、磨损、溶蚀等。 ◎钢筋的锈蚀、脆化、疲劳、应力腐蚀。 ◎钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的削弱。
二、影响混凝土结构耐久性的因素 1、影响混凝土耐久性的因素 ☆ 混凝土的碳化 ☆ 化学侵蚀 ☆ 碱集料反应 ☆ 冻融破坏 ☆ 温度变化的影响 2、钢筋的腐蚀及其对结构耐久性的影响
三、混凝土结构耐用久性设计原则混凝土桥梁结构的耐久性取决于混凝土材料自身特
性和结构的使用环境，与结构设计、施工及养护管理密切相关。
四、混凝土结构耐用久性设计不同环境类别下，钢筋混凝土及预应力混凝土构件
的混凝土强度等级不应低于表4.5.5 的要求。注：承台、桩基础不受此规定限制。
结构混凝土耐久性的基本要求
环
境类
环境条件
型
Ⅰ 温暖或寒冷地区的大气环境；与无侵蚀的水或土接触的环境
最大水泥
比
0.55
最小水泥用量
275
➢提出对混凝土材料选控要求（适宜的原材料、合理的配合比、适当的耐久性指标），以确保混凝土的耐久性；

《混凝土结构的耐久》课件

耐久性与结构安全之间的关系
耐久性是确保建筑结构安全性的基础，反之，不良的耐久性能导致结构病害及结构安全事故的发生。
混凝土结构的环境及损害机理
环境因素
混凝土结构受到的环境因素包括温度、湿度、大气有害气体等，这些都会对混凝土结构造成不同的损害。
损害机理
混凝土结构的主要损害机理包括碳化、氯盐侵蚀、渗水等，这些损害将加速结构的老化病害，缩短使用寿命。
维修和保养
及时的维修和保养可以延长混凝土结构的使用寿命，增加结构的耐久性。
提高混凝土结构耐久性的方法
1 பைடு நூலகம்术措施
混凝土配合比设计、加强维护、提高施工质量等技术措施可以有效地提高混凝土结构的耐久性。
2 材料措施
高性能混凝土、新型混凝土添加剂、贴面材料和复合材料等可以提高混凝土结构的力学性能和耐久性。
混凝土结构的耐久性的影响因素
设计
• 混凝土配合比设计 • 技术方案 • 施工规范
原材料质量
• 水泥 • 骨料 • 混凝土添加剂
环境因素
• 温度和湿度 • 大气污染 • 海侵作用等
混凝土结构耐久性提升的实际案例
嘉陵江大桥
新型混凝土添加剂则提高了混凝土强度和耐久性，在加快施工进度的同时，保证了桥梁的使用寿命。
《混凝土结构的耐久》 PPT课件
本课件将介绍混凝土结构的耐久性及其重要性，以及提高耐久性的方法和评估标准。
概述
什么是耐久性？
耐久性是指材料或结构在预定服务时间内，能够不断地保持预期性能的能力。
混凝土结构的耐久性重要性
混凝土结构的寿命与使用安全密切相关，结构耐久性是设计、建造、使用混凝土结构的重要考虑因素之一。
混凝土结构耐久性评估

混凝土的耐久性

Page: 10
对于一些强度比较高的混凝土，这种方法不利于我们进行对比试验。这种情况下，就不利于我们做对比试验。通常采用相对渗透系数法。
0.8MPa加压24h，然后沿轴向劈开，看水渗透的高度。沿水印的上边缘画一条线，均匀的取10个点，读取的数据取平均值做为渗透高度Dm。
相对渗透系数:
Sk mDm2 2TH
Page: 20
五、碳化
CO2 Ca(OH )2 H2OCaCO3 H 2O
碳化前：水泥凝胶中的Ca(OH)2含量约为25％，PH＝12～13，碱性。碳化后：Ca(OH)2浓度下降，PH＝8.5～10，接近中性。
不利影响：碱性条件下，钢筋表面生成钝化膜碳化改变了混凝土内部的碱性环境，削弱了混
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3、碱－骨料反应发生的条件：
（1）水泥中含碱量大于0.6％，按(Na2O+0.658K2O)计；（2）骨料中有活性物质（活性二氧化硅、蛋白石、燧石等）；（3）环境中有水存在。
针对碱－骨料反应发生的条件，可以采取相应的措施来进行防治。
此外还可以在混凝土中掺入活性掺合料（粉煤灰）或引气剂。实际应用中主要从控制原材料品质方面来防止碱骨料反应的发生。
在北方大部分地区，冬季温度比较低，对于混凝土的抗冻性要求比较高。
Page: 3
2、混凝土的抗冻试验（快冻法）
试件尺寸为100mm×100mm×400mm，成型养护24d，浸水4d。冻融箱中心温度从-17±2℃至8±2℃ ，每循环25 次进行一次测试。测试内容主要有两个：
质量损失达到初始质量的5％动弹性模量损失达到初始值的40％
大冲刷深度达数米，不得不进行大修。
Page: 13
（2）道路路面混凝土。车辆荷载的反复作用（冲击、摩擦）

概述混凝土耐久性 PPT

青藏公路桥墩冻胀破坏
1907----上海大厦和外百渡桥(百年建筑)
不达拉宫(重建1690年)石木结构
• 故宫(紫禁城)建成于1420年)
• 砖木结构
赵州桥建于(公元 605-618年)
赵州桥建于(公元605618石拱结构)
• 1937-------钱塘江大桥(钢混结构)
1.4 结构耐久性研究存在的主要问题
◆对于一般建筑结构，设计工作寿命为50年，重要的建筑物可取100年。
◆近年来，随着建筑市场化的发展，业主也可以对建筑的寿命提出更高要求。对于其它土木工程结构，根据其功能要求，设计工作寿命也有差别，如桥梁工程一般要求在100年以上。
混凝土结构使用寿命
无损伤劣化开始，可修补毁坏,废弃
Deterioration of Reinforced Concrete Bridge due to Poor Durability
混凝土桥梁立柱和主梁耐久性退化的典型例子
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
1.2 桥梁面临的严重耐久性问题 2）缆索承重桥梁的严重耐久性问题
国内部分缆索承重桥梁拉索（或吊杆）的更换记录
1.2 桥梁面临的严重耐久性问题
3）拱桥的耐久性问题
混凝土双曲拱桥：严重开裂，加固、降级及拆除
混凝土结构耐久性的概念及其研究现状
◆混凝土结构应能在自然和人为环境的化学和物理作用下，满足在规定的设计工作寿命内不出现无法接受的承载力减小、使用功能降低和不能接受的外观破损等的耐久性要求。
◆耐久性是指结构在预定设计工作寿命期内，在正常维护条件下，不需要进行大修和加固满足，而满足正常使用和安全功能要求的能力。
① 仅通过某一因素影响下材料退化机理来预测结构总体退化规律是困难的 ② 绝大多数试验不能正确反映桥梁实际工作情况 ③ 对于桥梁结构中广泛应用的预应力砼构件很少进行研究 ④ 现有的砼耐久性的研究成果与结构的设计、施工控制等存在脱节 ⑤ 主要针对房屋建筑结构而很少专门对桥梁结构的耐久性问题进行研究 ⑥ 对如何从结构构造和细节的角度改善桥梁耐久性很少有人研究 ⑦ 对于后期养护和管理的问题很少进行研究 ⑧ 对桥梁结构及构件的使用寿命等问题没有明确的规定

《土木工程材料》课件——混凝土的耐久性

抗冻等级≥F50的混凝土为抗冻混凝土。
对高抗冻性混凝土，其抗冻性也可采用快冻法，以相对动弹性模量值不小于60％，而且质量损失不超过5％时所能承受的最大冻融循环次数来表示。
提高混凝土抗冻性的最有效方法是掺入引气剂（1998、2km 试验路段，公路不低于C40，其他C30）、减水剂和防冻剂，或使混凝土更密实。
抗渗等级≥P6的混凝土为抗渗混凝土。
图3-24 硬化水泥浆体渗透性与水灰比的关系（93%水化度）
渗透性—水灰比关系存在临界区域
最初几周，硬化水泥浆体的渗透性下降数个量级
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。
抗渗性主要与其密实度及内部孔隙的大小和构造有关。
影响混凝土抗渗性的因素有：
1）水灰比对抗渗性起决定作用。 2）骨料的最大粒径
3）养护方法蒸汽养护较自然养护的要差。
4）水泥品种 5）外加剂 6）掺合料 7）龄期
混凝土的抗渗性用抗渗等级表示。混凝土的抗渗等级分为P4、P6、P8、P10、P12等五个等级，相应表示能抵抗0.4、0.6、0.8、1.0及1.2MPa的静水压力而不渗水。
风与温度相对湿度硫酸盐离子温度变化
氧气和水
控制变量游离氧化钙和氧化镁水化热和冷却速率水泥含碱量，骨料组分骨料吸水性，混凝土含气量，骨料最大尺寸混凝土温度，表面的防护配合比设计，干燥速度配合比设计，水泥种类，外加剂温度升高和变化速率混凝土坍落度、保护层、钢筋直径保护层、混凝土抗渗性

2024版年度水泥混凝土试验方法ppt课件

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含气量试验
试验目的：测定水泥混凝土的含气量，以评估其耐久性和抗冻性。
01
试验步骤
02
04
振实试模内的混凝土，并刮去多余的混凝土。
05
将试模密封并放入含气量测定仪内，启动测定仪进行含气量测定。
在混凝土拌合物中取样，并将其装入含气量测定仪的试模内。
03
2024/2/3
06
读取并记录测定结果，计算该混凝土拌合物的含气量。
工程验收与质量评定
3
在工程竣工验收阶段，通过试验方法检测水泥混凝土结构的强度、耐久性等指标，评定工程质量等级。
2024/2/3
28
案例分析：某工程水泥混凝土强度检测实例
01 工程概况
某大型商业综合体项目，采用框架结构，主体结构使用水泥混凝土材料。
03
02
检测结果
04
检测方法
在项目施工过程中，采用回弹法、超声法等无损检测方法对水泥混凝土强度进行检测。
26
07 水泥混凝土试验方法的应用与案例分析
2024/2/3
27
试验方法在工程中的应用
1
水泥混凝土材料性能检测
通过试验方法检测水泥混凝土材料的强度、耐久性、变形等性能指标，为工程设计提供依据。
2
施工质量监控
在施工过程中，通过试验方法监控水泥混凝土的配合比、坍落度、含气量等参数，确保施工质量满足要求。
耐久性
混凝土应具有良好的耐久性，能够抵抗环境因素的侵蚀和破坏，保证结构长期安全使用。
变形性
混凝土应具有较小的收缩和徐变变形，以保证结构的稳定性和安
全性。
6
02 水泥混凝土原材料及配合比设计

混凝土结构耐久性讲稿PPT课件

风力等级≥11级，且年累计刮风时间大于90天
被大量夹杂泥砂或物体磨损、冲刷
31
3、混凝土耐久性指标
（1）混凝土的耐久性一般包括混凝土抗裂性、护筋性、耐蚀性、抗冻性、耐磨性及抗碱－骨料反应性等。混凝土的耐久性指标应根据结构的设计使用年限、所处的环境类别及作用等级等确定。
.
32
（2）混凝土耐久性的一般要求：
.
H1 ≥200 ≤600 ≥2000 ≤3000 ≥3000 ≤12000
≤6.5 ≥5.5 ≥15 ≤40 ≥300 ≤1000
环境作用等级
H2
H3
＞600 ＞3000 ≤3000 ≤6000
＞3000 ＞12000 ≤12000 ≤24000
＞12000 ≤24000
＞24000
≥2000 ＞3000 ≤3000 ≤12000
.
20
（2）氯盐环境
环境作用等级
环境条件特征
长期在海水水下区
离平均水位15m以上的海上大气区 L1
离涨潮岸线100m～300m的陆上近海区
土中氯离子………..,水中氯例子………
离平均水位15m以内的海上大气区
L2
离涨潮岸线100m以内的陆上近海区
海水潮汐区或浪溅区（非炎热地区）
海水潮汐区或浪溅区（南方炎热地区）
气泡间距系数
.
25
渗透压假说大孔中的部分溶液先结冰后，未冻溶液中盐的浓度上升，与周围较小孔隙中的溶液之间形成浓度差。浓度差使小孔中的溶液向大孔迁移。
两个重要参数平均气泡间距：直线导线法－250微米？300微米？临界水饱和度：
.
26
临界水饱和度：
.
27
抗冻试验方法（1）快速冻融法

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第三节:化学侵蚀
2.硫酸盐侵蚀
化学侵蚀最广泛和最普通的形式是硫酸盐的侵蚀。
图为被硫酸盐腐蚀土壤破坏的混泥土柱
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第三节:化学侵蚀
硫酸盐侵蚀的机理
硫酸盐侵蚀引起的危害性包括混凝土的整体开裂和膨胀以及
水泥浆体的软化和分解。水泥中的C3A含量过高将使混凝土遭受硫酸盐腐蚀，其主要原
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第三节:化学侵蚀
1.渗滤和盐霜
当水分能经材料渗出时，无论连续或间歇的，或当暴露的表面受干湿交替作用时，混凝土的表面几乎常常出现盐霜。盐霜由沉积的盐类所组成，这些盐类可能是混凝土渗析出的盐经蒸发水分后的结晶，或与大气中二氧化碳相互作用的结晶而生成。典型的盐类为硫酸盐、钠、钾或钙的碳酸盐，其主要组成是碳酸钙。
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W/C 0.40 0.45 0.50 0.60 0.70 >0.70
养护时间/d 3 7 28
180 365 不可能形成
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第一节：混凝土的渗透性
掺入辅助胶凝材料，特别是硅灰，可以显著降低渗透性——事实上这种下降比仅降低水胶比W/C的效果更明显。硅灰的掺入同时减小了孔隙率和孔的尺寸。
硫酸盐腐蚀的三个过程：
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第一节：混凝土的渗透性
水泥浆的Kp不是常数，此值决定与W/C比和水泥浆的龄期
密实的充分水化的水泥浆体
水泥浆体的泥龄对渗透系数的影响（W/C=0.51)
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第一节：混凝土的渗透性
经过养护后的浆体渗透系数是非常小的，即使总孔隙率高时，其渗透系数与低孔隙率的岩石同级。因此可总结为水并不能顺利通过细小的胶孔，其渗透性受互相连通的毛细孔网络所控制。如继续水化，则由于C-S-H凝胶的形成而堵塞了互相连通的孔，使毛细管网络变得愈加扭曲，并伴有Kp不断减小。达到出现完全不连通毛细孔所需要的养护时间是W/C的函数。
混凝土的耐久性
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1
目录
混
凝土的渗透
化学
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2
概述
混凝土的耐久性的含义：
抵抗因服役环境外部因素和材料内部原因造成的侵蚀和破坏，而保持其原有性能不变的能力。混凝土的三个主要成分：集料、浆体和加筋材料，其中任一组分的有害性质都会使混凝土损坏，同时也可由于化学的或物理的因素而损坏。
（4）
所形成的硅胶，如反应式（3）所示，可以与MH缓慢反应形成无
胶凝性的硅酸镁晶体。当MgSO4 浓度很高时，硫铝酸盐腐蚀完全被镁盐腐蚀所取代。
反应式（3）和（4）由于氢氧化镁的不溶性而继续进行。MH的沉淀也增
加了石膏腐蚀的速率：
CH

M
S
(aq)

CSH2

MH ppt课件
（5）
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第三节:化学侵蚀
＊ W/C比对混凝土耐久性起双重的作用，因为低W/C 比也能增加混凝土的强度，从而改善混凝土抵抗因有害反应而产生内应力的破坏。
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第一节：混凝土的渗透性
达西定律
反映水流通过水泥浆体的流速规律
表达式：v

Kp
h x
v —— 水的速度 h —— 龙头（水压力） x —— 试件的厚度； Kp —— 渗透系数
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第二节:化学迁移
大部分混凝土都含有毛细孔水，化学迁移将由孔溶液和化学物质的相互作用控制。酸将溶解水泥浆体的组成和一些集料，从而提高了混凝土的渗透性和扩散系数。一些有机物会形成钙皂，将减小渗透性，但大部分碳氢化合物与混凝土不发生反应。一些无机盐，如氯化钠和氯化钙将对混凝土产生像冻融破坏加剧的物理作用或者与混凝土内部的钢筋反应，使钢筋锈蚀。其他物质，如硫酸盐由于化学侵蚀使混凝土严重损伤。
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3
概述
化学侵蚀：渗滤和盐霜，硫酸盐腐蚀，碱--集料反应，酸类和碱类，金属的腐蚀；
物理腐蚀包括：冻融，干湿，温度变化，磨损和磨耗。
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4
破坏的钢筋混凝土结构
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第一节：混凝土的渗透性
＊对耐久性影响最大的单一参数是水灰比W/C （或水胶比W/cm）。
＊如果W/C比减小，则浆体的孔隙率减少，混凝土变得不透水。

CH SO42 (aq) C S H2 2OH (aq)
（2）
此反应又称为石膏腐蚀，因为它伴随固体体积产生约120%的膨胀。对于较高的硫酸盐浓度，在10年甚至更长的时间内，石膏腐蚀与式（1）所表达的钙矾石结晶腐蚀相比仍处于次要地位。然
而，长期暴露在硫酸盐环境中，即使硅酸盐水泥中铝酸盐浓度较低，石膏腐蚀也将称为破坏的主要原因。
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第三节:化学侵蚀
盐霜的产生表明在混凝土内部发生了明显的渗滤，严重的渗滤导致孔隙率增加，从而降低混凝土的强度和增加了受侵蚀性化合物作用的弱点。氢氧化钙是水化产物，它最易从混凝土中渗出；C-S-H凝胶本来是不分解的，只有长期处于严重渗滤条件下才会分解。因此，氢氧化钙含量多的水泥浆体，更易于渗滤和起霜，在不利条件下损坏的可能性更大。渗出速率取决于渗透水中含有各种溶解盐的总量。
因是单硫型铝酸盐形成钙矾石。

C3 A S H12 2C S H2 16 H C6A S 3 H32
（1）
此反应伴有固体体积增加55%，引起浆体内部体积膨胀，并同时产生内应力，最后导致开裂。体积膨胀也可由微晶状态的钙矾石吸水引起。
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第三节:化学侵蚀
硫酸盐腐蚀开始是硫酸根离子和氢氧化钙反应：
＊ W/C比的变化对渗透性的影响主要受制于毛细孔的孔隙率，而不是凝胶孔的孔隙率。
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第一节：混凝土的渗透性
水灰比对渗透性的影响图
当W/C比大于0.42 后，毛细孔的体积将明显增加。
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第一节：混凝土的渗透性
＊混凝土的渗透性对混凝土耐久性起着重要的作用，因为渗透性控制着水分渗入的速率，这些水可能含有侵蚀性的化合物，同时也控制混凝过程中受热或冰冻时水的移动。
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第三节:化学侵蚀
不同硫酸盐的影响
硫酸镁腐蚀性较强，因为由于存在镁离子，有可能增加额外的腐蚀反应，从而使C-S-H和硫铝酸钙分解：
C3S2H3 3M S(aq) 3CSH2 3MH 2SHx
（3）
C4 ASH12 3M S(aq) 4CSH2 3MH AH3