鋼筋混凝土耐久性實驗方法研究

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摘要：隨著鋼筋混凝土在各個領(lǐng)域的運用，其耐久性越來越受到人們的關(guān)注，鋼雖然筋混凝土耐久性受很多因素的影響，但可以對相關(guān)因素進行控制，達到增強鋼筋混凝土耐久性的作用。本文對鋼筋混凝土耐久性影響因素進行總結(jié)，并根據(jù)相關(guān)因素對鋼筋混凝土耐久性進行了相關(guān)討論。

  小清新：鋼筋混凝土     耐久性    試驗方法    研究   鋼筋混凝土構(gòu)件的耐久性損傷與破壞，是鋼筋混凝面臨的一個重要問題。目前，越來越多的學(xué)者和工程技術(shù)人員投入到了鋼筋混凝土耐久性問題的研究中。在論述鋼筋混凝土耐久性實驗的重要意義的基礎(chǔ)上 ,分析了影響鋼筋混凝土耐久性問題的主要因素。鋼筋混凝耐久性主要因素的分析，對耐久性提高很重要。   一、鋼筋混凝土的定義   鋼筋混凝又土鋼筋砼,被廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中.澆筑混凝土之前,先進行綁筋支模,也就是用鐵絲將鋼筋固定成想要的結(jié)構(gòu)形狀，然后用模板覆蓋在鋼筋骨架外面。最后將混凝土澆筑進去，經(jīng)養(yǎng)護達到強度標準后拆模，所得即是鋼筋混凝土。   二、鋼筋混凝土國內(nèi)外研究現(xiàn)狀   對混凝土耐久性的研究可追溯到十九世紀四十年代，當時法國工程師維卡為了探索所建造的土倉碼頭被海水腐蝕的原因【1】，對使用的水硬性材料（石灰和火山灰制成的砂漿）的性能進行研究，經(jīng)對比分析受損前后成分的變化，從而得出其耐久性失效的原因。20世紀20年代初，隨著結(jié)構(gòu)計算理論及施工技術(shù)水平的相對成熟，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開始被大規(guī)模采用，應(yīng)用的領(lǐng)域也越來越廣闊。因此，許多新的耐久性損傷類型逐漸出現(xiàn)，這直接促使人們必須有針對性的進行研究，1934年~1964年間，卡皮斯和戈拉夫?qū)炷猎诤Ｋ械哪途眯赃M行了實驗研究，并提供了許多有關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)在自然條件下使用情況的可靠數(shù)據(jù)以及有關(guān)水泥種類、混凝土配合比和某些生產(chǎn)因素對混凝土抗蝕性影響的見解【2】。 進入20世紀60年代，混凝土結(jié)構(gòu)的使用已經(jīng)進入高峰期，同時混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究也進入了一個高潮，并且開始朝系統(tǒng)化、國際化方向發(fā)展。 我國從60年代開始了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究，當時主要研究內(nèi)容是混凝土的碳化和鋼筋的銹蝕。80年代初我國對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性開始了廣泛而深入的研究，而得到不少成果。中國土木工程學(xué)會與1982年，1983年連續(xù)召開了兩次全國耐久性學(xué)術(shù)會議。1991年12在天津成立了全國混凝土耐久性小組。2000年5月在杭州舉行了土木工程第就屆年會學(xué)術(shù)討論會。2001年11月國內(nèi)眾多有關(guān)專家學(xué)者在北京舉行的工程科技論壇上，就土建工程的安全性與耐久性問題進行了熱烈的討論，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題得到了前所未有的重視。我國的混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究進入有組織的工作階段?！?】   三、鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)   鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是指用配有鋼筋增強的混凝土制成的結(jié)構(gòu)。承重的主要構(gòu)件是用鋼筋混凝土建造的。包括薄殼結(jié)構(gòu)、大模板現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)及使用滑模、升板等建造的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物。用鋼筋和混凝土制成的一種結(jié)構(gòu)。鋼筋承受拉力，混凝土承受壓力。具有堅固、耐久、防火性能好、比鋼結(jié)構(gòu)節(jié)省鋼材和成本低等優(yōu)點。用在工廠或施工現(xiàn)場預(yù)先制成的鋼筋混凝土構(gòu)件，在現(xiàn)場拼裝而成。   四、鋼筋混凝土耐久性實驗研究的意義   對于大量的處于各種特定自然環(huán)境中德已建和待建的普通工業(yè)與民用鋼筋混凝土建筑物、構(gòu)筑物，需要評價其現(xiàn)在和未來的使用壽命，對于現(xiàn)有的正在遭受各種腐蝕性介質(zhì)侵蝕的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，面臨著如何評價修復(fù)后的耐久性問題；對于高性能混凝土或改性混凝土等建筑材料不僅需要研究其強度，而且需要研究其在嚴酷的自然或工業(yè)環(huán)境條件下得材料耐久性問題；對于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，在對其結(jié)構(gòu)強度和使用性能重視的同時，其結(jié)構(gòu)的耐久性研究問題也已開始提到議事日程上來，對其結(jié)構(gòu)的耐久性能喝加速實驗方法尚待進一步研究。 研究鋼筋混凝土耐久性的主要途徑是實驗研究，如何縮短耐蝕性實驗周期、如何實現(xiàn)符合實際侵蝕環(huán)境耐久性是研究耐久性的重要課題。建立有效的使用壽命預(yù)測方法，對于現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)安全可靠程度的鑒定與評估，結(jié)構(gòu)修復(fù)材料的選擇，高耐久性混凝土的配制，新型鋼筋混凝土的發(fā)展與應(yīng)用等都具有重要意義。   五、影響鋼筋混凝土耐久性的因素   1、鋼筋銹蝕與混凝土的凍融循環(huán)    鋼筋銹蝕與混凝土的凍融循環(huán)會對破壞混凝土的結(jié)構(gòu)造成損傷。當鋼筋銹蝕時，銹跡擴展，使混凝土開裂并使鋼筋與混凝土之間的結(jié)合力喪失。當水穿透混凝土表面進入內(nèi)部時，受凍凝結(jié)的水分體積膨脹，經(jīng)過反復(fù)的凍融循環(huán)作用，在微觀上使混凝土產(chǎn)生裂縫并且不斷加深，從而使混凝土壓碎并對混凝土造成永久性不可逆的損傷。    2、碳化作用    　　混凝土中的孔隙水通常是堿性的，鋼筋在pH值大于9.5時是惰性的，不會發(fā)生銹蝕?？諝庵械亩趸寂c水泥中的堿反應(yīng)使孔隙水變得更加酸性，從而使pH值降低。從構(gòu)件制成之時起，二氧化碳便會碳化構(gòu)件表面的混凝土，并且不斷加深。如果構(gòu)件發(fā)生開裂，空氣中的二氧化碳將會更容易更容易進入混凝土的內(nèi)部。通常在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，會根據(jù)建筑規(guī)范確定最小鋼筋保護層厚度，如果混凝土的碳化削弱了這一數(shù)值，便可能會導(dǎo)致因鋼筋銹蝕造成的結(jié)構(gòu)破壞。  測試構(gòu)件表面的碳化程度的方法是在其表面鉆一個孔，并滴以酚酞，碳化部分便會變成粉色，通過觀察變色部分便可得知碳化層的深度。    3、氯化腐蝕    氯化物， 包括氯化鈉，會對混凝土中的鋼筋腐蝕。因此，拌合混凝土?xí)r只允許使用清水。同樣使用鹽來為混凝土路面除冰是被禁止的。氯離子是一種高效活化劑，在較低濃度下即可有效的破壞鋼筋混凝土表面的鈍化劑。   4、堿骨料反應(yīng)    堿骨料反應(yīng)或堿硅反應(yīng)，（Alkali Aggregate Reaction，簡稱AAR，或Alkali Silica Reaction，簡稱ASR）是指當水泥的堿性過強時，骨料中的活性硅成分(SiO2)與堿發(fā)生反應(yīng)生成硅酸鹽，引起混凝土的不均勻膨脹，導(dǎo)致開裂破壞。它的發(fā)生條件為 (1)骨料中含有相關(guān)活性成分(2)環(huán)境中有足夠的堿性(3)混凝土中有足夠的濕度 75%RH。    5、高鋁水泥的晶體轉(zhuǎn)變    　　高鋁水泥對弱酸特別是硫酸鹽有抗性，同時早期強度增長很快，具有很高強度和耐久性。在第二次世界大戰(zhàn)后被廣泛使用。但是由于內(nèi)部水化物晶體的轉(zhuǎn)型，其強度會隨時間推移而下降，在濕熱環(huán)境下更為嚴重。在英國，隨著3起使用高鋁預(yù)應(yīng)力混凝土梁的屋頂?shù)牡顾?，這種水泥在當?shù)赜?976年被禁止使用，雖然后來被證明有制造缺陷，但禁令仍然保留。  6、硫酸鹽腐蝕    地下水中的硫酸鹽會與硅酸鹽水泥反應(yīng)生成具有膨脹性的副產(chǎn)品例如礬石(ettringite)或碳硫硅鈣(thaumasitein)從而導(dǎo)致混凝土的早期失效。   六、常用方法研究 1、真實實驗法：真實實驗法包括自然暴露發(fā)和退化構(gòu)件法   自然暴露發(fā)是將制作的試件放到特定的真實環(huán)境中一段時間讓其進行自然惡化發(fā)展，一般都要在10年甚至20年以上，然后測試其耐久性性能的退化。其優(yōu)點是真實性、可靠性。但周期很長。   退化構(gòu)件法是直接采用真實的退化結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件，來進行鋼筋混凝土耐久性實驗【5】 。由于采用真實的退化結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件，其結(jié)果相對較為真實。主要優(yōu)點是縮短了實驗周期。但退化構(gòu)件獲得較困難。   2、模擬實驗法   模擬實驗法是采取各種人工的方法對鋼筋混凝土構(gòu)件進行耐久性性能的加速退化，當達到所需退化程度后，即可進行耐久性實驗。優(yōu)點是實驗可控性高，認為控制，出去次要因素。實驗周期短，成本低，難度降低。同時實驗可靠性可以反復(fù)進行。但是，適當?shù)哪M方法選擇很重要，要是選擇不當，會導(dǎo)致構(gòu)件差異。同時模擬環(huán)境和實際環(huán)境可能存在差異。目前常用的模擬實驗法有內(nèi)滲法、浸泡法、通電法、人工氣候法。   結(jié)語：   綜上所述，從對鋼筋混凝土耐久性研究進展來看，一直以來，對鋼筋混凝土耐久性研究從未停止，不管是從宏觀的因素還是微觀的因素，對其研究都很多，找出了很多因素，但還有待更進一步的研究與發(fā)展。目前主要研究方向有單因素模擬向多因素模擬轉(zhuǎn)化、無應(yīng)力狀態(tài)模擬實驗向有應(yīng)力狀態(tài)模擬實驗的轉(zhuǎn)化。 參考文獻: [1]B.M.莫斯克文，C.H.阿列克謝耶夫，E.A.古捷耶夫等(蘇)，倪繼森.混凝土和鋼筋混凝土的腐蝕及其防護方法[J].化學(xué)工業(yè)出版社.1988.   [2]楊廣云，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題的研究現(xiàn)狀[J].山西建筑.2007,33:133~134.   [3]洪乃豐，腐蝕與混凝土耐久性預(yù)測的發(fā)展和難點討論[J].混凝土.2006,10:10~16.   [4]劉芳，混凝土中氯離子濃度確定及耐蝕劑的作用[J].浙江大學(xué).2006,43~54.   [5]吳相豪，李麗，海港碼頭混凝土構(gòu)件氯離子濃度預(yù)測模型[J].上海海事大學(xué)學(xué)報.2006,27：17~20.   [6]姬永生，袁迎曙，恒定氣候混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕速率的時變特性與機理[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報.2007,36：153~158.