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結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素
結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素
土134?25?孫仕琦
自19世紀(jì)20 年代出現(xiàn)了波特蘭水泥后，由于用它配制成的混凝土具有工程所需要的強(qiáng)度和耐久性，而且原料易得，造價(jià)較低，因而迅速?gòu)V泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域。20世紀(jì)初，有人發(fā)表了水灰比等學(xué)說(shuō)，初步奠定了混凝土強(qiáng)度的理論基礎(chǔ)。以后，相繼出現(xiàn)了輕集料混凝土、加氣混凝土及其他混凝土，各種混凝土外加劑也開(kāi)始使用。60年代以來(lái)，廣泛應(yīng)用減水劑，并出現(xiàn)了高效減水劑和相應(yīng)的流態(tài)混凝土；高分子材料進(jìn)入混凝土材料領(lǐng)域，出現(xiàn)了聚合物混凝土；多種纖維被用于分散配筋的纖維混凝土�，F(xiàn)代測(cè)試技術(shù)也越來(lái)越多地應(yīng)用于混凝土材料科學(xué)的研究。
盡管混凝土發(fā)展迅速，近年來(lái)各種各樣的研究更是層出不窮，關(guān)于混凈土結(jié)構(gòu)耐久性的研究和討論，也始終都是專(zhuān)家學(xué)者們研究的熱門(mén)課題。然而，從混凝土應(yīng)用于建筑工程至今的150年間，大量的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于各種各樣的原因而提前失效，達(dá)不到預(yù)定的服役年限。這其中有的是由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗力不足造成的，有的是由于使用荷載的不利變化造成的，但更多的是由于結(jié)構(gòu)的耐久性不足導(dǎo)致的。特別是沿海及近海地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)，由于海洋環(huán)境對(duì)混凝土的腐蝕，尤其是鋼筋的銹蝕而造成結(jié)構(gòu)的早期損壞，喪失了結(jié)構(gòu)的耐久性能，已成為實(shí)際工程中的重要問(wèn)題。早期損壞的結(jié)構(gòu)需要花費(fèi)大量的財(cái)力進(jìn)行維修補(bǔ)強(qiáng)，甚至造成停工停產(chǎn)的巨大經(jīng)濟(jì)損失。耐久性失效是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)下失效的最主要原因。
國(guó)內(nèi)外統(tǒng)計(jì)資料表明，由于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性病害而導(dǎo)致的損失是巨大的，并且耐久性問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。結(jié)構(gòu)耐久性造成的損失大大超過(guò)了人們的估計(jì)。國(guó)
外學(xué)者曾用“五倍定律”形象地描述了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的重要性，即設(shè)計(jì)階段對(duì)鋼筋防護(hù)方面節(jié)省1美元，那么就意味著：發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕時(shí)采取措施將追加維修費(fèi)5美元；混凝土表面順筋開(kāi)裂時(shí)采取措施將追加維修費(fèi)25美元；嚴(yán)重破壞時(shí)采取措施將追加維修費(fèi)125美元。
因此，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題是一個(gè)十分重要也是迫切需要加以解決的問(wèn)題，通過(guò)開(kāi)展對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究，一方面能對(duì)已有的建筑結(jié)構(gòu)物進(jìn)行科學(xué)的耐久性評(píng)定和剩余壽命預(yù)測(cè)，以選擇對(duì)其正確的處理方法；另一方面可對(duì)新建項(xiàng)目進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)，揭示影響結(jié)構(gòu)壽命的內(nèi)部與外部因素，從而提高工程的設(shè)計(jì)水平和施工質(zhì)量。因此，它既有服務(wù)于服役結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實(shí)意義，又有指導(dǎo)待建結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)的理論意義，同時(shí)，對(duì)于豐富和發(fā)展鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可靠度理論也具有一定的理論價(jià)值。
正因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)耐久性的問(wèn)題如此重要，近年來(lái)世界各國(guó)均越來(lái)越重視混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題，眾多的研究者對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性展開(kāi)了研究，取得了系列研究成果，而材料層面的成果尤為顯著。眾所周知，混凝土耐久性的影響因素有因素兩類(lèi)，即內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素有混凝土強(qiáng)度，密實(shí)度，水泥用量，水灰比，氯離子及堿含量，外加劑用量，保護(hù)層厚度等等；外部因素則包括溫度，濕度，CO2含量，侵蝕性介質(zhì)，空氣流動(dòng)性等。
第一類(lèi)影響因素中，骨料和水泥的研究較為成熟，對(duì)混凝土性能的影響規(guī)律性也較強(qiáng)，如在其他材料不變化時(shí)，骨料的最大粒徑越小，骨料的表面積就越大，在獲得相同和易性的情況下，水灰比就越大，且最大程徑越小時(shí)，混凝土中的 9界面體積就越大，界面越多，對(duì)混凝土的傳輸影響就越顯著，對(duì)其耐久性影響就越明顯；水泥亦有類(lèi)似現(xiàn)象，如水泥〈這里指純水泥，不考慮摻合料的影響〉的
細(xì)度增加時(shí)，要獲得相同的和易性，則應(yīng)提高水灰比等。
第二類(lèi)影響因素較為復(fù)雜．在實(shí)際工況中，多為兩種或兩種以上的因素耦合，如結(jié)構(gòu)混凝土通常是在承載工況下服役，不可避免地受碳化、凍融等因素的共同作用�；炷恋奶蓟侵富炷林械臍溲趸}與滲透進(jìn)混凝土中的二氧化碳和其它酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。碳化的實(shí)質(zhì)是混凝土的中性化，堿性降低，鋼筋的鈍化膜破壞，在水分和其它有害介質(zhì)侵入的情況下，鋼筋就會(huì)發(fā)生銹蝕。
氯離子的侵蝕則是氯離子從外界環(huán)境侵入已硬化的混凝土造成的。海水是
結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素 氯離子的主要來(lái)源，氯離子對(duì)混凝土的侵蝕屬于化學(xué)侵蝕，對(duì)結(jié)構(gòu)的危害是多方面的，但最終表現(xiàn)為鋼筋的銹蝕。至于堿-骨料反應(yīng)一般指水泥中的堿和骨料中的活性硅發(fā)生反應(yīng)，生成堿-硅酸鹽凝膠，并吸水產(chǎn)生膨脹壓力，造成混凝土開(kāi)裂，且很難加以控制，堿-骨料反應(yīng)一旦開(kāi)始，一般不到兩年就會(huì)使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開(kāi)裂。在高寒地區(qū)還廣泛存在著凍融循環(huán)破壞，滲入混凝土中的水在低溫下結(jié)冰膨脹，從內(nèi)部破壞混凝土的微觀結(jié)構(gòu)． 經(jīng)多次凍融循環(huán)后損傷積累將使混凝土剝落酥裂，強(qiáng)度降低。
此外，鋼筋腐蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命的重要因素。 鋼筋腐蝕伴有體積膨脹，使混凝土出現(xiàn)沿鋼筋的縱向裂縫，造成鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力破壞，鋼筋的有效截面積減少，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力降低，變形和裂縫增大等一系列不良后果，并隨時(shí)間的推移，腐蝕會(huì)逐漸惡化，最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的完全破壞。值得注意的是，幾乎所有侵蝕混凝土和鋼筋的作用都需要有水作介質(zhì)。 混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂后，腐蝕速度將大大加快，耐久性將進(jìn)一步惡化。在影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的諸多因素中，鋼筋銹蝕危窯最大，混凝土保護(hù)層碳化和開(kāi)裂是鋼筋銹蝕的前提，水分、氧氣的存在是引起鋼筋銹蝕的必要條件。
關(guān)于混凝土的研究一定會(huì)隨著科技的發(fā)展而愈加深入，各式新材料和新技術(shù)的不斷研發(fā)和投入使用也會(huì)使得混凝土的耐久性不斷的提高，可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)的某一天，混凝土的耐久性這個(gè)“老大難”問(wèn)題將不在困擾著建筑行業(yè)。
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