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鋼筋混凝土耐久性實驗方法研究
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.- 1[湖北]會議中心金屬屋面及鋼結(jié)構(gòu)工程施工組織設(shè)計(附三維流程圖)
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