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混凝土结构损伤的机理(建筑材料原因)

时间:2018-07-27  浏览量:509

1. 由于水泥导致混凝土结构损伤的机理

混凝土中水泥是其最重要的组成部分,水泥的质量往往决定了混凝土的质量。

(1)水泥的不合理储存:由于水泥本身的化学成分,导致水泥容易跟空气中的水分和二氧化碳反应,使其表面硬化,严重降低自身凝胶力强度。尤其在潮湿环境当中,反应更快。因此水泥的存放不应长于3个月,并且避免存放在潮湿环境当中。

随着商品混凝土的广泛普及,上述问题已经得以有效解决。但对于采用现场搅拌混凝土的部分小型工程,水泥的不合理存放,也是导致结构问题的重要原因。

(2)水泥的安定性不合格:当水泥熟料当中含过多游离氧化钙和游离氧化镁,遇水反应后,一方面会使混凝土体积膨胀,导致结构开裂;另一方面会降低混凝土结构的强度。

(3)水泥的水化热:水泥的水化反应会产生热量,水化热在内部积聚难以散热。造成混凝土内部升温的时间很短,但是降温时间长。对于大体积混凝土容易产生较大的温差,形成贯穿性的裂缝。

这种损伤难以避免,通常采取各种施工措施减少、控制裂缝的发展,例如:通过分层分阶段的浇筑。

2. 由于骨料导致混凝土结构损伤的机理

混凝土当中骨料占体积70%以上,混凝土的质量与骨料的质量有密切的关系。骨料主要是就地取材,不同地区的骨料往往由较大的差别,所以容易造成比较多的结构质量问题。
(1)碱-骨料反应:水泥中的可溶性碱与骨料中的活性物质(如SiO2)在混凝土硬化后逐渐反应,生产含碱性的凝胶体,吸水膨胀,使混凝土因膨胀而开裂。不但削弱了混凝土的耐久性,甚至使混凝土失去承载能力。由于这种损伤既难以控制,而且无法修复,被称为混凝土结构的“癌症”。

为了避免碱骨料反应,现行方法采用不含活性物质的骨料。相关的规范标准对混凝土中的骨料有严格的限制,骨料要通过碱活性试验,确保不含对工程无害的活性物质。

(2)骨料的其它有害物质:混凝土的骨料往往含有大量的杂质,对结构造成较大的影响,主要分为以下三类。

a. 有机物含量:含有大量的腐烂动植物有机质,对水泥水化反应产生不良影响;

b. 含泥量:黏土和粉尘含量高也降低了混凝土的强度;

c. 硫酸盐、氯化物含量:沿海地区不法建筑商人使用海沙作为原材料,海沙含有大量的氯化物或者硫酸盐,导致钢筋锈蚀进而导致结构开裂。

3. 钢筋的锈蚀混凝土结构损伤的机理

钢筋锈蚀,是混凝土建筑破坏的一个重要原因,早已引起全世界建筑行业的关注与重视。全球各国每年花费大量的资金用于维修钢筋的锈蚀。

(1)混凝土对钢筋的保护与钢筋锈蚀的机理

铁元素性质比较活泼,在自然界当中主要以氧化铁的形式存在。钢铁由氧化铁高温熔炼而成,处于不稳定的状态,容易与空气中的水、氧气、二氧化碳等物质反应,恢复为氧化铁。

混凝土的水化作用产生大量的游离OH-,其pH值一般达到12.5~13.5。钢筋在高碱性环境下表面形成钝化膜,防止钢筋锈蚀。

随着使用时间的推移,空气中的二氧化碳与混凝土中的碱性物质发生反应,逐渐使混凝土pH值较低,也就是混凝土的中性化。混凝土中性化后,钝化膜对钢筋的保护失效。若混凝土中含一定量的氯化物,就算混凝土尚未中性化,也会使钝化膜对钢筋的保护失效。

当失去钝化膜,钢筋满足一下三个条件就会产生锈蚀:

a. 钢筋表面存在电位差;

b. 阳极区段的钢筋表面处于活化状态;

c. 存在水分与氧气。

锈蚀后钢筋的受力截面减少,锈蚀层膨胀使混凝土保护层沿钢筋方向“顺筋”开裂,使混凝土剥落。

(2)影响钢筋锈蚀的主要因素

a. pH值:pH值越大,钝化膜对钢筋的保护越好。pH>10时,钢筋的锈蚀极其缓慢。

b. 氯化物:混凝土中含氯化物含量超过一定量时,即使混凝土还处于碱性,钢筋仍会锈蚀。

c. 水与氧气:水与氧气是钢筋锈蚀的必要条件,隔绝水或者氧气就可以防止钢筋的锈蚀。


混凝土结构的损伤成因众多,而且复杂。一般业主难以其成因及危害性。

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