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混凝土結構耐久性電化學方法——防護、修復、提升和控制 版權信息
- ISBN：9787030685766
- 條形碼：9787030685766 ; 978-7-03-068576-6
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
混凝土結構耐久性電化學方法——防護、修復、提升和控制 內(nèi)容簡介
本書按照電化學作用的“防護-修復-提升-控制”認知過程，共分為9章，包括緒論，混凝土內(nèi)部的離子傳輸，雙向電遷移的電化學作用，電化學的防護、修復、提升和控制技術，預應力結構的電化學方法和工程應用等內(nèi)容，涉及混凝土結構耐久性的電化學方法的理論與工程應用。 本書對土木、交通、水利、鐵道和能源等行業(yè)從事混凝土結構耐久性的電化學方法研究的教學、科研和工程應用的教師、科研工作者、研究生和工程技術人員具有指導意義和參考價值。
混凝土結構耐久性電化學方法——防護、修復、提升和控制 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 問題的提出 3
1.1.1 耐久性問題的重要性 3
1.1.2 耐久性問題的成因 4
1.1.3 耐久性的劣化階段 6
1.1.4 耐久性問題的解決方案 9
1.2 傳統(tǒng)的耐久性防護與修補 9
1.2.1 表面涂層法 10
1.2.2 阻銹劑法 10
1.2.3 修補方法 11
1.3 傳統(tǒng)的耐久性電化學技術 12
1.3.1 陰極保護技術 12
1.3.2 電化學除鹽 13
1.3.3 鋼筋阻銹劑與電滲阻銹 14
1.4 電化學方法的技術標準 17
1.5 本書的目的 18
參考文獻 19
第2章 混凝土內(nèi)部的離子傳輸 23
2.1 多離子傳輸模型 25
2.1.1 基本方程 25
2.1.2 電勢場條件 26
2.1.3 電勢場條件的模擬分析 27
2.1.4 實驗驗證 34
2.2 物質反應影響 36
2.2.1 析氫與耗氧反應 36
2.2.2 離子結合效應 37
2.2.3 離子分布影響 40
2.3 孔隙演變影響 42
2.3.1 孔隙率實驗 42
2.3.2 孔隙率變化模型 44
2.3.3 對離子傳輸?shù)挠绊?45
2.4 環(huán)境溫度影響 49
2.4.1 環(huán)境溫度效應 49
2.4.2 氯離子的結合效應 50
2.5 鋼筋分布影響 52
參考文獻 54
第3章 雙向電遷移的電化學作用 57
3.1 基本原理 59
3.1.1 離子電遷移的基本理論 59
3.1.2 雙向電遷移的基本原理 60
3.2 電遷移型阻銹劑 61
3.2.1 阻銹劑的種類 62
3.2.2 胺類阻銹劑的初選 63
3.2.3 胺類阻銹劑的阻銹原理 65
3.3 鋼筋的氫脆 66
3.3.1 氫脆現(xiàn)象 66
3.3.2 氫脆理論 67
3.3.3 氫脆分類 69
3.3.4 氫脆的防止措施 69
3.3.5 析氫控制機理 70
3.3.6 鋼筋氫脆評價方法 72
3.4 臨界極化電流密度 72
3.4.1 測定程序 72
3.4.2 穩(wěn)態(tài)臨界析氫電流密度 73
3.4.3 非穩(wěn)態(tài)下析氫電流密度 74
3.5 納米粒子電遷移原理 75
3.5.1 電動納米修復 75
3.5.2 對微觀結構的影響 76
3.5.3 對元素組成的影響 77
3.5.4 對孔隙率的影響 78
3.5.5 效果評價 79
參考文獻 80
第4章 電化學的防護技術 83
4.1 陰極保護原理 85
4.1.1 基本原理 85
4.1.2 適用條件 86
4.1.3 分類 87
4.2 外加電流陰極保護 88
4.2.1 主要特點 88
4.2.2 系統(tǒng)的組成 88
4.2.3 系統(tǒng)設計 90
4.2.4 國內(nèi)外技術規(guī)范的對比 96
4.3 犧牲陽極陰極保護 97
4.3.1 主要特點 97
4.3.2 材料性能 97
4.3.3 系統(tǒng)設計 100
4.3.4 國內(nèi)外技術規(guī)范的對比 101
4.4 工程案例 102
4.4.1 工程概況 102
4.4.2 設計依據(jù)及技術要求 102
4.4.3 系統(tǒng)組成 102
4.4.4 系統(tǒng)分區(qū) 103
4.4.5 RECON 控制系統(tǒng) 103
4.4.6 系統(tǒng)安裝 105
4.4.7 系統(tǒng)測試 105
參考文獻 106
第5章 電化學的修復技術 109
5.1 修復前的技術準備 111
5.2 技術的特點和局限性 112
5.3 電化學除氯技術 113
5.3.1 基本原理 113
5.3.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 114
5.3.3 適用范圍 114
5.4 電化學再堿化技術 115
5.4.1 基本原理 115
5.4.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 116
5.4.3 適用范圍 116
5.5 電沉積技術 117
5.5.1 基本原理 117
5.5.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 117
5.5.3 適用范圍 118
5.6 雙向電遷移技術 119
5.6.1 基本原理 119
5.6.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 120
5.6.3 適用范圍 120
5.7 應用案例 121
參考文獻 131
第6章 電化學的提升技術 133
6.1 電化學提升效果評價方法 135
6.1.1 鋼筋提升效果評價方法 135
6.1.2 混凝土提升效果評價方法 136
6.2 鋼筋和混凝土性能提升 136
6.2.1 鋼筋耐蝕性能提升 136
6.2.2 混凝土堿度提升 138
6.2.3 混凝土孔結構提升 143
6.2.4 基于納米電遷的混凝土性能增強 146
6.3 混凝土構件性能的提升 149
6.3.1 鋼筋網(wǎng)布置下的離子分布規(guī)律 150
6.3.2 鋼筋網(wǎng)布置下的鋼筋極化特征 155
6.4 結構性能與壽命的提升 157
6.4.1 氯鹽侵蝕結構性能與壽命提升 157
6.4.2 鋼筋脫鈍結構性能與壽命提升 163
6.4.3 鋼筋初銹結構性能與壽命提升 168
6.4.4 開裂混凝土結構性能與壽命提升 174
參考文獻 184
第7章 電化學的控制技術 185
7.1 鋼筋氫脆抑制機理 187
7.1.1 阻銹劑的氫脆抑制機理 187
7.1.2 阻銹劑的氫脆抑制效果 190
7.2 鋼筋變形性能控制 194
7.2.1 基于析氫反應的電化學參數(shù)控制 194
7.2.2 基于氫脆指標控制的雙向電遷移試驗 197
7.3 構件性能控制 203
7.3.1 構件靜力性能的控制 203
7.3.2 構件疲勞性能的控制 210
7.4 劣化過程控制 219
7.4.1 氯離子濃度監(jiān)測 220
7.4.2 鋼筋銹蝕電化學監(jiān)測 223
7.4.3 混凝土銹脹開裂監(jiān)測 230
7.5 失效壽命控制 237
7.5.1 臨界氯離子濃度識別 237
7.5.2 鋼筋脫鈍識別 250
參考文獻 254
第8章 預應力結構的電化學方法 257
8.1 預應力結構的電化學問題 259
8.1.1 預應力混凝土結構的耐久性 259
8.1.2 預應力筋氫脆敏感性高的成因 259
8.1.3 電化學修復參數(shù)對預應力筋氫脆敏感性的影響 260
8.2 預應力筋的電化學效應 261
8.2.1 試驗設計 261
8.2.2 不同通電時間對預應力筋氫脆的作用效應 263
8.2.3 不同電流密度對預應力筋氫脆的作用效應 267
8.2.4 不同電解質溶液對預應力筋氫脆的作用效應 272
8.3 預應力結構的電化學提升控制 274
8.3.1 試驗設計 275
8.3.2 應力-應變曲線特征 275
8.3.3 斷裂能比控制 277
8.3.4 電化學提升控制建議 278
參考文獻 278
第9章 工程應用 281
9.1 橋梁工程運營期的預防性維護 283
9.1.1 工程背景 283
9.1.2 實施過程 284
9.1.3 應用效果 286
9.2 橋梁工程施工期缺陷治理 289
9.2.1 工程背景 290
9.2.2 實施過程 291
9.2.3 應用效果 292
9.3 房屋建筑施工期缺陷治理 293
9.3.1 工程背景 293
9.3.2 實施過程 295
9.3.3 應用效果 298
9.4 “海砂屋”的防治與提升 301
9.4.1 工程背景 301
9.4.2 實施過程 302
9.4.3 實施效果 304
參考文獻 305
附錄一 在混凝土結構耐久性電化學方面作者指導的研究生學位論文(2012～2020年) 307
附錄二 作者在混凝土結構耐久性電化學領域發(fā)表的論文(2010～2020年) 308
索引 312
后記 314
CONTENTS
Preface
1 Introduction 1
1.1 Statement of Problem 3
1.1.1 Importance of Durability 3
1.1.2 Cause of Durability Problem 4
1.1.3 Deterioration of Durability 6
1.1.4 Solution to Problem of Durability 9
1.2 Protection and Repair on Traditional Durability 9
1.2.1 Surface Coating Method 10
1.2.2 Rust Inhibitor Method 10
1.2.3 Repair Technology 11
1.3 Traditional Electrochemical Techniques for Durability 12
1.3.1 Cathodic Protection Technology 12
1.3.2 Electrochemical Desalination 13
1.3.3 Steel Bar Rust Inhibitor and Electroosmosis Rust Inhibitor 14
1.4 Technical Standards for Electrochemical Methods 17
1.5 Purpose of This Book 18
Reference 19
2 Ion Transport in Concrete 23
2.1 Multi-Ion Transport Model 25
2.1.1 Fundamental Equation 25
2.1.2 Condition of Potential Field 26
2.1.3 Simulation Analysis for Condition of Potential field 27
2.1.4 Experimental Verification 34
2.2 Influence of Material Reaction 36
2.2.1 Hydrogen and Oxygen-Consumption Reaction 36
2.2.2 Effect of Ionic Bond 37
2.2.3 Influence of Ion Distribution 40
2.3 Influence of Pore Evolution 42
2.3.1 Porosity Experiment 42
2.3.2 Model of Porosity Change 44
2.3.3 Influence for Ion Transport 45
2.4 Influence of Ambient Temperature 49
2.4.1 Environmen
前言
第1章 緒論 1
1.1 問題的提出 3
1.1.1 耐久性問題的重要性 3
1.1.2 耐久性問題的成因 4
1.1.3 耐久性的劣化階段 6
1.1.4 耐久性問題的解決方案 9
1.2 傳統(tǒng)的耐久性防護與修補 9
1.2.1 表面涂層法 10
1.2.2 阻銹劑法 10
1.2.3 修補方法 11
1.3 傳統(tǒng)的耐久性電化學技術 12
1.3.1 陰極保護技術 12
1.3.2 電化學除鹽 13
1.3.3 鋼筋阻銹劑與電滲阻銹 14
1.4 電化學方法的技術標準 17
1.5 本書的目的 18
參考文獻 19
第2章 混凝土內(nèi)部的離子傳輸 23
2.1 多離子傳輸模型 25
2.1.1 基本方程 25
2.1.2 電勢場條件 26
2.1.3 電勢場條件的模擬分析 27
2.1.4 實驗驗證 34
2.2 物質反應影響 36
2.2.1 析氫與耗氧反應 36
2.2.2 離子結合效應 37
2.2.3 離子分布影響 40
2.3 孔隙演變影響 42
2.3.1 孔隙率實驗 42
2.3.2 孔隙率變化模型 44
2.3.3 對離子傳輸?shù)挠绊?45
2.4 環(huán)境溫度影響 49
2.4.1 環(huán)境溫度效應 49
2.4.2 氯離子的結合效應 50
2.5 鋼筋分布影響 52
參考文獻 54
第3章 雙向電遷移的電化學作用 57
3.1 基本原理 59
3.1.1 離子電遷移的基本理論 59
3.1.2 雙向電遷移的基本原理 60
3.2 電遷移型阻銹劑 61
3.2.1 阻銹劑的種類 62
3.2.2 胺類阻銹劑的初選 63
3.2.3 胺類阻銹劑的阻銹原理 65
3.3 鋼筋的氫脆 66
3.3.1 氫脆現(xiàn)象 66
3.3.2 氫脆理論 67
3.3.3 氫脆分類 69
3.3.4 氫脆的防止措施 69
3.3.5 析氫控制機理 70
3.3.6 鋼筋氫脆評價方法 72
3.4 臨界極化電流密度 72
3.4.1 測定程序 72
3.4.2 穩(wěn)態(tài)臨界析氫電流密度 73
3.4.3 非穩(wěn)態(tài)下析氫電流密度 74
3.5 納米粒子電遷移原理 75
3.5.1 電動納米修復 75
3.5.2 對微觀結構的影響 76
3.5.3 對元素組成的影響 77
3.5.4 對孔隙率的影響 78
3.5.5 效果評價 79
參考文獻 80
第4章 電化學的防護技術 83
4.1 陰極保護原理 85
4.1.1 基本原理 85
4.1.2 適用條件 86
4.1.3 分類 87
4.2 外加電流陰極保護 88
4.2.1 主要特點 88
4.2.2 系統(tǒng)的組成 88
4.2.3 系統(tǒng)設計 90
4.2.4 國內(nèi)外技術規(guī)范的對比 96
4.3 犧牲陽極陰極保護 97
4.3.1 主要特點 97
4.3.2 材料性能 97
4.3.3 系統(tǒng)設計 100
4.3.4 國內(nèi)外技術規(guī)范的對比 101
4.4 工程案例 102
4.4.1 工程概況 102
4.4.2 設計依據(jù)及技術要求 102
4.4.3 系統(tǒng)組成 102
4.4.4 系統(tǒng)分區(qū) 103
4.4.5 RECON 控制系統(tǒng) 103
4.4.6 系統(tǒng)安裝 105
4.4.7 系統(tǒng)測試 105
參考文獻 106
第5章 電化學的修復技術 109
5.1 修復前的技術準備 111
5.2 技術的特點和局限性 112
5.3 電化學除氯技術 113
5.3.1 基本原理 113
5.3.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 114
5.3.3 適用范圍 114
5.4 電化學再堿化技術 115
5.4.1 基本原理 115
5.4.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 116
5.4.3 適用范圍 116
5.5 電沉積技術 117
5.5.1 基本原理 117
5.5.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 117
5.5.3 適用范圍 118
5.6 雙向電遷移技術 119
5.6.1 基本原理 119
5.6.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 120
5.6.3 適用范圍 120
5.7 應用案例 121
參考文獻 131
第6章 電化學的提升技術 133
6.1 電化學提升效果評價方法 135
6.1.1 鋼筋提升效果評價方法 135
6.1.2 混凝土提升效果評價方法 136
6.2 鋼筋和混凝土性能提升 136
6.2.1 鋼筋耐蝕性能提升 136
6.2.2 混凝土堿度提升 138
6.2.3 混凝土孔結構提升 143
6.2.4 基于納米電遷的混凝土性能增強 146
6.3 混凝土構件性能的提升 149
6.3.1 鋼筋網(wǎng)布置下的離子分布規(guī)律 150
6.3.2 鋼筋網(wǎng)布置下的鋼筋極化特征 155
6.4 結構性能與壽命的提升 157
6.4.1 氯鹽侵蝕結構性能與壽命提升 157
6.4.2 鋼筋脫鈍結構性能與壽命提升 163
6.4.3 鋼筋初銹結構性能與壽命提升 168
6.4.4 開裂混凝土結構性能與壽命提升 174
參考文獻 184
第7章 電化學的控制技術 185
7.1 鋼筋氫脆抑制機理 187
7.1.1 阻銹劑的氫脆抑制機理 187
7.1.2 阻銹劑的氫脆抑制效果 190
7.2 鋼筋變形性能控制 194
7.2.1 基于析氫反應的電化學參數(shù)控制 194
7.2.2 基于氫脆指標控制的雙向電遷移試驗 197
7.3 構件性能控制 203
7.3.1 構件靜力性能的控制 203
7.3.2 構件疲勞性能的控制 210
7.4 劣化過程控制 219
7.4.1 氯離子濃度監(jiān)測 220
7.4.2 鋼筋銹蝕電化學監(jiān)測 223
7.4.3 混凝土銹脹開裂監(jiān)測 230
7.5 失效壽命控制 237
7.5.1 臨界氯離子濃度識別 237
7.5.2 鋼筋脫鈍識別 250
參考文獻 254
第8章 預應力結構的電化學方法 257
8.1 預應力結構的電化學問題 259
8.1.1 預應力混凝土結構的耐久性 259
8.1.2 預應力筋氫脆敏感性高的成因 259
8.1.3 電化學修復參數(shù)對預應力筋氫脆敏感性的影響 260
8.2 預應力筋的電化學效應 261
8.2.1 試驗設計 261
8.2.2 不同通電時間對預應力筋氫脆的作用效應 263
8.2.3 不同電流密度對預應力筋氫脆的作用效應 267
8.2.4 不同電解質溶液對預應力筋氫脆的作用效應 272
8.3 預應力結構的電化學提升控制 274
8.3.1 試驗設計 275
8.3.2 應力-應變曲線特征 275
8.3.3 斷裂能比控制 277
8.3.4 電化學提升控制建議 278
參考文獻 278
第9章 工程應用 281
9.1 橋梁工程運營期的預防性維護 283
9.1.1 工程背景 283
9.1.2 實施過程 284
9.1.3 應用效果 286
9.2 橋梁工程施工期缺陷治理 289
9.2.1 工程背景 290
9.2.2 實施過程 291
9.2.3 應用效果 292
9.3 房屋建筑施工期缺陷治理 293
9.3.1 工程背景 293
9.3.2 實施過程 295
9.3.3 應用效果 298
9.4 “海砂屋”的防治與提升 301
9.4.1 工程背景 301
9.4.2 實施過程 302
9.4.3 實施效果 304
參考文獻 305
附錄一 在混凝土結構耐久性電化學方面作者指導的研究生學位論文(2012～2020年) 307
附錄二 作者在混凝土結構耐久性電化學領域發(fā)表的論文(2010～2020年) 308
索引 312
后記 314
CONTENTS
Preface
1 Introduction 1
1.1 Statement of Problem 3
1.1.1 Importance of Durability 3
1.1.2 Cause of Durability Problem 4
1.1.3 Deterioration of Durability 6
1.1.4 Solution to Problem of Durability 9
1.2 Protection and Repair on Traditional Durability 9
1.2.1 Surface Coating Method 10
1.2.2 Rust Inhibitor Method 10
1.2.3 Repair Technology 11
1.3 Traditional Electrochemical Techniques for Durability 12
1.3.1 Cathodic Protection Technology 12
1.3.2 Electrochemical Desalination 13
1.3.3 Steel Bar Rust Inhibitor and Electroosmosis Rust Inhibitor 14
1.4 Technical Standards for Electrochemical Methods 17
1.5 Purpose of This Book 18
Reference 19
2 Ion Transport in Concrete 23
2.1 Multi-Ion Transport Model 25
2.1.1 Fundamental Equation 25
2.1.2 Condition of Potential Field 26
2.1.3 Simulation Analysis for Condition of Potential field 27
2.1.4 Experimental Verification 34
2.2 Influence of Material Reaction 36
2.2.1 Hydrogen and Oxygen-Consumption Reaction 36
2.2.2 Effect of Ionic Bond 37
2.2.3 Influence of Ion Distribution 40
2.3 Influence of Pore Evolution 42
2.3.1 Porosity Experiment 42
2.3.2 Model of Porosity Change 44
2.3.3 Influence for Ion Transport 45
2.4 Influence of Ambient Temperature 49
2.4.1 Environmen
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混凝土結構耐久性電化學方法——防護、修復、提升和控制 節(jié)選
第1章 緒論 工程中的混凝土結構耐久性問題一直以來都是工程界和學術界關注的重點。本章就混凝土結構耐久性問題的重要性、成因、劣化階段和解決方法做了簡明扼要的闡述，介紹了傳統(tǒng)的混凝土結構耐久性防護與修補方法；給出了傳統(tǒng)耐久性的電化學技術和各種相關技術；由此引出本書的寫作目的和具體安排。 1.1 問題的提出 1.1.1 耐久性問題的重要性 1824年，阿斯普丁發(fā)明了波特蘭水泥(一般指硅酸鹽水泥)，開始了人類應用混凝土建造建筑物的歷史。1849年，鋼筋混凝土的問世更是開創(chuàng)了混凝土在建筑結構應用中的新紀元。隨著混凝土和鋼筋材料性能的不斷改善，以及結構理論和施工技術的進步，鋼筋混凝土結構得到了飛速的發(fā)展，在工業(yè)和民用建筑、橋梁、隧道、礦井以及水利、海港等多個工程領域得到了廣泛的應用。在中國，鋼筋混凝土結構是所有結構形式中應用*多的，而且也是世界上使用鋼筋混凝土結構*多的地區(qū)。據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，2010年全國水泥產(chǎn)量為18.8億 t，占世界總產(chǎn)量的70%左右，到2019年，水泥產(chǎn)量已達23.5億t；鋼筋產(chǎn)量也由2010年的1.4億 t上升到2019年的2.5億 t，10年時間上漲了79.9%，如圖1-1所示。 圖1-1 2010～2019年國內(nèi)水泥和鋼筋年產(chǎn)量 Figure 1-1 Total production of cement and steel bar in China from 2010 to 2019 隨著混凝土結構的大量應用，混凝土結構的耐久性問題也越來越引起人們的重視；炷两Y構的耐久性，是指混凝土結構在環(huán)境作用和維修、使用條件下，結構或構件在設計使用年限內(nèi)保持其適用性和安全性的能力[1-1]。造成混凝土結構耐久性問題的因素有很多，包括結構自身的原因，如水泥、鋼筋等材料的品質與質量，結構有關耐久性的設計，施工的質量等；也包括環(huán)境因素，如碳化、腐蝕(氯鹽侵蝕)、凍融、堿骨料反應等。造成混凝土結構耐久性的經(jīng)濟損失也是巨大的。據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在美國，1975年總腐蝕損失為700億美元，其中與鋼筋腐蝕有關的占40%；1995年，總腐蝕損失達到3000億美元，2000年為4400億美元[1-1]。在英國，30年來的年平均腐蝕損失占全國 GDP的3.5%。英國政府每年在海洋環(huán)境對混凝土結構侵蝕破壞問題上投入約20億英鎊。在日本，每年因房屋維修就需要花費400億日元，其中約21.4%的損失是由鋼筋腐蝕導致的。在加拿大，所有橋梁的維修費統(tǒng)計至2005年已達到5000億美元[1-2]。在我國，1999年全年因腐蝕引起的經(jīng)濟損失就多達1800億～3600億元人民幣，而鋼筋銹蝕所引起的約占40%，損失為720億～1440億元人民幣。2000年我國公路普查[1-2]，發(fā)現(xiàn)有公路危橋9597座，受損路段達到了323451每延米，每年公路橋梁需要維修費用高達38億元，有6137座鐵路橋梁存在不同程度的劣化損害，占鐵路橋梁總數(shù)的18.8%。2004年《中國腐蝕調(diào)查報告》表明，每年建筑腐蝕造成的直接損失約1000億元，其中氯鹽環(huán)境的腐蝕占主要部分。“我國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究”階段性研究成果[1-3]表明，2014年我國腐蝕總成本超過2.1萬億元人民幣，約占當年 GDP的3.34%。 國外學者曾用“五倍定律”形象地描述了混凝土結構耐久性設計的重要性，即設計階段對鋼筋防護方面節(jié)省1美元，那么就意味著發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕時采取措施將追加維修費5美元，混凝土表面順筋開裂時采取措施將追加維修費25美元，嚴重破壞時采取措施將追加125美元[1-4]。五倍定律不僅說明了耐久性問題造成的損失之大，更強調(diào)了耐久性問題應當盡早解決。對于新建的工程項目，應根據(jù)其所處的環(huán)境，充分考慮在設計使用年限內(nèi)可能受到的碳化、氯鹽侵蝕、凍融等耐久性問題，做好相應的耐久性設計；對既有的混凝土結構建筑，可以采用科學的方法進行耐久性評定和剩余壽命預測，選擇正確的處理方法。這將對混凝土結構耐久性理論和工程應用的發(fā)展產(chǎn)生積極的影響，具有重要的理論價值和現(xiàn)實的應用意義。 1.1.2 耐久性問題的成因 混凝土結構耐久性問題的成因有許多，發(fā)生腐蝕破壞類型及造成的因素主要包括混凝土腐蝕、堿骨料腐蝕和鋼筋腐蝕等，如圖1-2所示。 圖1-2 混凝土結構耐久性腐蝕類型及因素 Figure 1-2 Types and factors of corrosion of reinforced concrete structural durability 1.混凝土的腐蝕 環(huán)境中含有CO2等侵蝕性介質，而混凝土的多孔性，決定了它容易被有害氣體和溶于水中的有害離子滲入。當混凝土孔隙系統(tǒng)被有害離子侵入時，這些離子就會與混凝土水泥石中的氫氧化鈣及水化鋁酸鈣發(fā)生化學反應，生成石膏和硫鋁酸鈣，這些產(chǎn)物或者溶于水，導致混凝土材料的損失和削弱；或者產(chǎn)生體積膨脹，使混凝土成為一種易碎的，甚至松散的狀態(tài)；同時，有些次生產(chǎn)物如鈣礬石在生成過程中體積膨脹，含量少時可增進混凝土的密實性，不會產(chǎn)生很大的影響，但如果含量很高，則會造成混凝土的膨脹開裂。 2.堿骨料反應 堿骨料反應(AAR)是指來自混凝土原材料中的水泥或環(huán)境中的堿性物質(Na2O或 K2O等)與骨料中堿活性礦物成分發(fā)生化學反應，造成混凝土體積膨脹，甚至開裂。由于骨料的廣泛分布，混凝土一旦發(fā)生堿骨料反應，破壞將是整體性的；炷烈驂A骨料反應產(chǎn)生的裂縫，同樣有利于氯離子和氧侵入內(nèi)部，加速鋼筋銹蝕破壞，進而導致混凝土工程使用壽命顯著縮短，嚴重的可使混凝土完全喪失使用功能。 3.凍融破壞 凍融破壞是當今世界混凝土破壞的*主要原因之一。它是指混凝土凝固硬化后微孔隙中的游離水，在溫度正負交替下，形成膨脹壓力及滲透壓力聯(lián)合作用的疲勞應力，使混凝土產(chǎn)生由表及里的剝蝕破壞，并導致混凝土力學性能降低的現(xiàn)象；炷涟l(fā)生凍融破壞的必要條件有兩個：一是有水滲入使其處于高飽和狀態(tài)；二是溫度正負交替。因此，不難理解混凝土凍融破壞經(jīng)常發(fā)生于寒冷地區(qū)的各種海工、水工建筑物；另外，廠房、橋梁和路面等時常接觸雨水、蒸汽作用的部分也會受到凍害；炷恋膬鋈谄茐氖呛涞貐^(qū)建筑物老化病害的主要問題之一，嚴重影響了建筑物的長期使用和安全運行，為使這些工程繼續(xù)發(fā)揮作用和效益，各部門每年都耗費巨額的維修費用，而這些維修費用為建設費用的1～3倍。 4.鋼筋腐蝕 通常情況下，混凝土內(nèi)部pH一般大于12.5。在這樣高的堿性環(huán)境中埋置的鋼筋容易發(fā)生鈍化作用，使鋼筋表面產(chǎn)生一層鈍化膜，能夠阻止混凝土中鋼筋的銹蝕。但當有二氧化碳和水汽從混凝土表面通過孔隙進入混凝土內(nèi)部與混凝土材料中的堿性物質發(fā)生中和反應時，就會導致混凝土的pH降低。當混凝土完全碳化后，就出現(xiàn)pH＜9的情況，在這種環(huán)境下，混凝土中埋置鋼筋表面的鈍化膜就會逐漸失效；在其他條件具備的情況下，鋼筋就會發(fā)生銹蝕。另外，氯鹽污染環(huán)境下的鋼筋混凝土結構物，造成鋼筋活化腐蝕、結構物破壞的主要因素是氯離子。當混凝土與含有氯離子的介質接觸時，氯離子會透過混凝土毛細孔到達鋼筋表面；由于氯離子具有極強的穿透能力，當鋼筋周圍的混凝土液相中的氯離子含量達到臨界值時，鋼筋鈍化膜就會發(fā)生局部破壞而使鋼筋活化，從而為鋼筋的腐蝕提供了動力學條件。一般認為，此臨界值受混凝土成分、組織與外界環(huán)境因素的影響。 鋼筋腐蝕后，導致混凝土結構性能的劣化和破壞，其主要表現(xiàn)為：鋼筋的腐蝕導致鋼筋截面積的減少，從而使得鋼筋的力學性能下降。大量的試驗研究表明，鋼筋腐蝕損失1.2%、2.4%和5%時，鋼筋混凝土板的承載能力分別下降了8%、17%和25%；鋼筋腐蝕損失達60%時，構件承載能力降低到與未配筋構件相近；鋼筋腐蝕會導致鋼筋和混凝土之間的結合強度下降，從而不能把鋼筋所受的拉伸強度有效傳遞給混凝土；炷帘Ｗo層的破壞一般表現(xiàn)為順筋開裂、空鼓和層裂；炷帘Ｗo層破壞后，一方面使鋼筋與混凝土界面結合強度迅速下降甚至完全喪失，另一方面環(huán)境中氯離子、二氧化碳及參加腐蝕反應的氧氣、水等介質會長驅直入，鋼筋腐蝕速率就大大加快，結構物迅速破壞乃至喪失功能。 1.1.3 耐久性的劣化階段 在影響混凝土結構耐久性能衰減的眾多因素中，鋼筋銹蝕是導致混凝土結構性能退化的*主要原因[1-5，1-6]。從結構全壽命周期的角度來看，結構性能變化可分為五個階段，都與混凝土結構耐久性密切關聯(lián)，如圖1-3所示。其中，t0為結構建成時刻；t1為鋼筋脫鈍時刻；t2為混凝土表面開裂時刻；t3為裂縫開展寬度達到限定裂寬所對應時刻；t4為結構達到承載能力極限所對應的時刻；tR為修復時刻；PIenhance、PIdesign、PIcracking、PIservice、PIsafety分別為修復后性能、設計性能、出現(xiàn)開裂時性能、適用性極限性能、安全性極限性能。 圖1-3 鋼筋銹蝕、結構性能隨時間變化的關系 Figure 1-3 Relationship between steel corrosion and structural property with time 1.0～t0階段的結構建造期 結構性能主要受設計、施工質量等眾多不確定的因素控制。目前主要采用高性能混凝土配合比設計、環(huán)氧涂層鋼筋、耐蝕鋼筋、陰極保護裝置以及良好施工質量控制等使
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