基础工程结课论文

基础工程结课论文——

浅谈钢筋混凝土基础的耐久性

浅谈钢筋混凝土基础的耐久性

摘要：混凝土是当今世界用途最广，用量最大的建筑材料之一，也是全世界各类结构工程建设首选的建筑材料，钢筋混凝土结构是应用非常广泛的一种结构形式，但是由于其结构自身和使用环境的特点，使得钢筋混凝土存在严重的耐久性问题。目前在提出高强度和环保的同时，混凝土结构的耐久性问题也愈来愈被人们所关注。近几年来，中国虽然在混凝土的耐久性研究方面取得了长足的进步，在工程实践方面也取得了重大业绩，但是仍然面临一些问题有待解决。提高混凝土耐久性，延长工程使用寿命，尽量减少维修重建费用是建筑工程行业实施可持续发展战略的关键。

关键词：混凝土；耐久性；原因；措施

一

一、混凝土耐久性的概念

混凝土耐久性是指混凝土在设计寿命周期内，在正常维护下，必须保持适合于使用，而不需要进行维修加固，即使混凝土在抵抗周围环境中各种物理和化学作用下，仍能保持原有性能的能力。混凝土工程的耐久性与工程的使用寿命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能力，这一正常功能不仅仅包括结构的安全性，而且更多地体现在适用性上。

混凝土耐久性主要包括以下几方面：

1．抗渗性

抗渗性指混凝土抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能。抗渗性对混凝土的耐久性起着重要的作用，因为抗渗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，同时控制混凝土受热或受冷时水的移动。

2．抗冻性

混凝土的抗冻性是指混凝土在饱水状态下，经受多次抵抗冻融循环作用，能保持强度和外观性的能力。在寒冷地区，尤其是在接触水又受冻的环境下的混凝土，要求具有较高的抗冻性能。

3．抗侵蚀性

混凝土暴露在有化学物质的环境和介质中，有可能遭受化学侵蚀而破坏。一般的化学侵蚀有水泥浆体组分的浸出、硫酸盐侵蚀、氯化物侵蚀、碳化等。

4．碱—集料反应

某些含有活性组分的骨料与水泥水化析出的KOH和NaOH相互作用，对混凝土产生破坏性膨胀，是影响混凝土耐久性最主要的因素之一。

二、影响混凝土耐久性的因素

影响混凝土耐久性的原因错综复杂，不考虑洪水、地震等自然灾害，主要取决于以下四方面因素：钢筋混凝土的材料自身特性、钢筋混凝土的设计与施工质量、钢筋混凝土所处的环境、钢筋混凝土的使用条件与防护措施。

其中混凝土材料、钢材的自身特性和钢筋混凝土的设计与施工质量是决定钢筋混凝土耐久性的内因。钢筋混凝土所处环境条件和使用条件、防护措施是影响耐久性的外因。

影响钢筋混凝土耐久性的内因主要有：

1．水泥的品种及用量

水泥品种不同意味着其中所包含的化学成分和矿物成分以及水泥混合材料的品种和掺量有别，直接影响着水泥的活性和混凝土的碱性，对碳化速度有重要影响。水泥用量直接影响混凝土吸收CO2的量及混凝土的和易性、密实性。

2．水灰比和混凝土的抗压强度

混凝土的水灰比和强度是两个密切相关的概念，混凝土的水灰比越低，其强度越高，混凝土的密实程度也越高，反之亦然。在混凝土拌和过程中，水占据一定的空间，即使振捣比较密实，随着混凝土的凝固，水占据的空间也会变成微孔或毛细管等。因此水灰比对混凝土的孔隙结构影响极大，控制着混凝土的渗透性。在水泥用量一定的条件下，增大水灰比，混凝土的孔隙率增加，密实度降低，渗透性增大，碳化速度增大。

3．集料的品种和级配

集料的品种和级配不同，其内部孔隙结构差别很大，直接影响着混凝土的密实性，从而影响混凝土的碳化速度和钢筋的耐腐蚀性。

4．施工质量及养护方法

施工质量差表现为振捣不密实，养护不善，造成混凝土密实低，蜂窝麻面多，为大气中的二氧化碳、氧和水分的渗入创造了条件，加速了混凝土的碳化和钢筋的锈蚀速度；除此之外，混凝土养护状况对碳化也有一定影响；混凝土早期养护不良，水泥水化不充分，使表层混凝土渗透性增大，碳化加快。

5．混凝土碳化

混凝土的碳化又称为混凝土的中性化，几乎所有混凝土表面都处在碳化过程中。它是空气中二氧化碳与水泥石中的碱性物质相互作用，使其成分、组织和性能发生变化，使用机能下降的一种很复杂

的物理化学过程。混凝土碳化本身对混凝土并无破坏作用，其主要危害是由于混凝土碱性降低使钢筋表面在高碱环境下形成的对钢筋起保护作用的致密氧化膜遭到破坏，使混凝土失去对钢筋的保护作用，使混凝土中钢筋锈蚀。同时，混凝土的碳化还会加剧混凝土的收缩，这些都可能导致混凝土的裂缝和结构的破坏。所以说，混凝土的碳化与混凝土结构的耐久性密切相关，是衡量钢筋混凝土结构可靠度的重要指标。

6．侵蚀性介质的腐蚀

在各种侵蚀性介质如酸、碱溶液等作用的环境下，侵蚀性介质对混凝土产生腐蚀，最终可能导致结构破坏，最常见的为钢筋混凝土结构氯离子的侵蚀。氯离子是极强的去钝化剂，氯离子进入混凝土，到达钢筋表面，并吸附于局部钝化膜处时，可使该处的PH值迅速降低，破坏钢筋表面的钝化膜，引起钢筋腐蚀。

在冬季，为保证公路交通的畅通，道路养护人员向道路、桥梁及城市立交桥等撒盐或盐水，以化雪和除冰；或钢筋混凝土结构冬季施工时，掺人了含有氯离子的外加剂，这使得氯离子进入混凝土结构的内部。氯离子侵人混凝土腐蚀钢筋的机理，一是破坏钝化膜，氯离子进人混凝土到达钢筋表面，吸附于局部钝化膜处时，使该处呈酸性，从而破坏了钢筋表面的钝化膜；二是形成腐蚀电池，腐蚀电池作用的 结果使得钢筋表面产生蚀坑，且蚀坑发展十分迅速；三是去极化作用，氯离子不仅促成了钢筋表面的腐蚀电池，而且加速了电池的作用，即凡是进入混凝土中的氯离子，会周而复始地起到破坏作用，这也是氯离子危害的特点之一。

7．碱—集料反应

混凝土碱—集料反应被许多专家称为混凝土的“癌症”。碱—集料反应是指混凝土集料中某些活性矿物与混凝土微孔中的碱溶液产生的化学反应。碱主要来源于水泥熟料、外加剂，集料中活性材料主要是SiO2，和硅酸盐、碳酸盐等。

混凝土碱—集料反应分为3种：碱—硅反应、碱—碳酸盐反应和碱—硅酸盐反应。其中碱—硅反应最为常见。碱集料反应产生的碱—硅酸盐等凝胶遇水膨胀，将在混凝土内部产生较大的膨胀应力，从而引起混凝土开裂。混凝土集料在混凝土中呈均匀分布，故裂缝首先在混凝土表面无序、大量产生，随后将加速其他因素的破坏作用而使混凝土耐久性迅速降低。引起碱集料反应的三个条件中有两个来自混凝土内部：一是混凝土中掺人了一定数量的碱性物质，或者混凝土处于有利于碱渗入的环境；二是集料中有一定数量的碱活性骨料(如含SiO2的骨料)；三是潮湿环境，可以提供反应物吸水膨胀所需要的水分，在干燥条件下碱—集料反应难以发生。

混凝土发生碱—集料反应破坏的特征：外观上主要是表面裂缝、变形和渗出物；内部特征主要有内部凝胶、反应环、活性碱—集料、内部裂缝、碱含量等。混凝土结构一旦发生碱—集料反应出现裂缝后，会加速混凝土的其他破坏，空气、水、二氧化碳等侵入，会使混凝土碳化和钢筋锈蚀速度加快，而钢筋锈蚀产物铁锈的体积远大于钢筋原来的体积，又会使裂缝扩大。若在寒冷地区，混凝土出现裂缝后又会使冻融破坏加速，这样就造成了混凝土工程的综合性破坏。

8．冻融循环破坏

混凝土是由水泥砂浆和粗骨料组成的毛细孔多孔体。在拌制混凝土时，为了得到必要的和易性，加入的拌和用水总要多于水泥的水化水，硬化后的混凝土内部有较多毛细孔，这部分多余的水便以游离水的形式滞留于混凝土中形成连通的毛细孔，并占有一定的体积，另外，还有一些水泥水化后形成的胶凝孔。这种毛细孔的自由水就是导致混凝土遭受冻害的主要因素，因为水遇冷冻结成冰后会发生体积膨胀，引起混凝土内部结构的破坏。当混凝土处于饱水状态时，毛细孔中的水结冰，胶凝孔中的水处于过冷状态，这样使得胶凝孔中的水向毛细孔中冰的界面处渗透，而在毛细孔中产生渗透压力，于是在毛细孔中又产生一种渗透压力。此外，胶凝孔向毛细孔渗透的结果必然使毛细孔中冰的体积进一步膨胀。由此可见，处于饱水状态的混凝土受冻

时，其毛细孔壁同时承受膨胀和渗透两种压力。毛细孔中膨胀压力和渗透压力共同作用下混凝土内部将产生损失和裂缝，多次反复损伤导致裂缝越来越宽，当这两种压力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会开裂。在反复冻融循环后，混凝土中的裂缝会互相贯通，其强度也会逐渐降低，最后甚至完全丧失，使混凝土由表及里遭受破坏。

9．钢筋腐蚀

混凝土在一种或多种外界作用下，材料的耐久性能会发生衰退，逐渐降低了对其内部钢筋的保护作用。当钢筋外面的混凝土中性化或出现开裂等情况时，钢筋失去了碱性混凝土的保护，钝化膜破坏并开始锈蚀。锈蚀的钢筋不但截面积有所损失，材料的各项性能也会发生衰退，从而影响混凝土构件的承载能力和使用性能。钢筋锈蚀也是引起钢筋混凝土结构耐久性下降的最主要和最直接的因素。

混凝土中的钢筋锈蚀一般是电化学锈蚀，电化反应的必要条件是钢筋表面呈活化状态且同时存在水和Cl-。混凝土保护层碳化导致碱度降低是使钢筋表面活化的主要因素，Cl-侵入也可使钢筋表面钝化膜迅速破坏。

根据钢筋锈蚀区的分布将钢筋锈蚀分为两类：一， 裂缝处锈蚀，构件混凝土表面可能由于荷载作用产生结构性裂缝，或因干缩、温度应力、碳化、碱集料反应等产生非结构性裂缝。当环境中的水、氧、Cl-沿裂缝侵入时，造成裂缝处的钢筋产生锈蚀。二，普遍锈蚀，当混凝土碳化至钢筋表面时，一旦存在水、氧、Cl-等条件时，首先在裂缝处出现钢筋坑蚀，进而发展为钢筋横向的环状锈蚀，最终沿钢筋纵向扩展为片状锈蚀。成片的锈蚀因其体积膨胀导致混凝土沿钢筋布置方向发生混凝土保护层裂缝。

造成钢筋锈蚀的原因是多方面的，如周围介质的侵蚀，钢材的材质差，混凝土保护层的性能影响等。具体原因如下：

1)混凝土不密实或有裂缝

这往往是造成钢筋锈蚀的主要原因。尤其当水泥用量不当和浇捣不良，或者在混凝土浇筑中产生漏筋、蜂窝、麻面等缺陷，或者造成干缩或温差开裂、受到过载开裂、意外冲撞破损等，使钢筋直接暴露在环境中，失去了混凝土的保护，给水(汽)、氧和其他侵蚀介质的渗透创造了有利条件，多种侵蚀介质容易达到钢筋表面，从而加速钢筋的锈蚀。

2)混凝土的碳化

混凝土中的钢筋锈蚀的主要原因之一是“碳化”。空气中的二氧化碳气体，逐渐中和混凝土的水泥水化物，把结硬的水泥浆中的氢氧化碳转化为碳酸钙，使混凝土失去碱性而变成中性化。这种现象称为“碳化”。当碳化深度达到超过钢筋保护层时，使表层混凝土丧失碱性环境，其PH值低于1O，对钢筋不再起钝化作用，从而破坏钢筋的钝化膜，使钢筋失去保护的屏障。进而大气中的有害气体侵入混凝土，就会使钢筋遭到锈蚀而生锈。处于干燥环境下的混凝土碳化速度缓慢，具有良好保护层的钢筋混凝土结构一般不会发生钢筋腐蚀；而处于潮湿的或有侵蚀介质的环境中，混凝土将加速碳化，一般当PH值大于10时，钢筋腐蚀速度较小，当PH值小于4时钢筋腐蚀速度急剧增加。

3)掺入或侵入氯盐

氯离子对钢筋钝化膜的破坏作用最强，氯盐通过混凝土中的毛细孔或微裂缝渗入到钢筋的表面，直接攻击钝化膜，当钢筋表面的氯离子量超过临界值，钢筋保护膜遭到破坏，如果能供给氧气和水，就会造成钢筋局部发生腐蚀，因此氯盐是威胁耐久性最危险的化学物质。

从上述分析可知，钢筋混凝土应根据影响其耐久性的具体情况和不同的因素，有针对性地采取相应措施，提高混凝土的耐久性。

三、提高混凝土耐久性的措施

1)原材料的选择：a．水泥水泥类材料的强度和过程性能，是通过水泥砂浆的凝结，硬化形成的，水泥石一旦受损，混凝土的耐久性就破坏，因此水泥的选择需注意水泥品种的具体性能，选择碱含量小，水化热低，干缩性小，耐热性，抗水性，抗腐蚀性，抗冻性能好的水泥，并结合具体情况进行选择。b．集料与掺合料集料的选择应考虑其碱活性，防止碱集料反应造成的危害，集料的耐蚀性和吸水性，同时选择合理的级配，改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土密实度；大量研究表明了掺了粉煤灰，矿渣，硅粉等混合材能有改善混凝土的性能，改善混凝土内孔结构，填充内部孔隙，提高密实度，高掺量混凝土还能抑制碱集料反应，因而掺混合材混凝土，是提高混凝土耐久性的有效措施。即近年来发展的高性能混凝土。

2)混凝土的设计应考虑耐久性的要求：混凝土配合比的设计，配合比设计在满足混凝土强度，工作性的同时应考虑尽量减少水泥用

量，降低水化热，减少收缩裂缝，提高密实度，采用合理的减水剂和引气剂，改善混凝土内部结构，掺入足量的混合料，提高混凝土耐久性能，结构构件应按其使用环境设计相应的混凝土保护层厚度，预防外界介质渗入内部腐蚀钢筋。结构的节点构造设计也应考虑构件受局部损坏后的整体耐久能力。结构设计尚应控制混凝土的开裂宽度。

3)混凝土工程施工应考虑结构耐久性：混凝土的拌制尽量采用二次搅拌法，裹沙法，裹沙石法等工艺，提高混凝土拌合料的和易性，保水性，提高混凝土强度，减少用水量；大体积混凝土的浇注振捣应控制混凝土的温度裂缝，收缩裂缝，施工裂缝，建立混凝土的浇注振捣制度，提高混凝土密实度和抗渗性，重视混凝土振捣后的表面工序，并加强养护，以减少混凝土裂缝。混凝土的施工过程对控制构件外观裂缝，施工裂缝至关重要，应加强施工质量管理，特殊季节施工的混凝土结构，尚应采取特殊措施。

综上所述，提高混凝土耐久性是混凝土发展必然趋势。

钢筋混凝土基础的耐久性研究也应从上述各点出发，充分考虑实际基础所处环境，有针对性的对基础进行耐久性设计是当今社会发展所必需的。目前在提出高强度和环保的同时，混凝土结构的耐久性问题也愈来愈被人们所关注。提高混凝土耐久性，延长工程使用寿命，尽量减少维修重建费用是建筑工程行业实施可持续发展战略的关键。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/f82cd68ba0116c175f0e48f9.html