chap5 高性能混凝土的性能-耐久性能-2(精品).ppt

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1、碳化碳化(Carbonation)碳化机理碳化机理碳化是指空气中的碳化是指空气中的CO2气体不断透过混凝土中未完全气体不断透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔道，气相扩散到混凝土内部充水的毛细充水的粗毛细孔道，气相扩散到混凝土内部充水的毛细孔中与其中的孔隙液所溶解的孔中与其中的孔隙液所溶解的Ca(OH)2进行中和反应，生进行中和反应，生成碳酸盐或其他物质的现象：成碳酸盐或其他物质的现象：CO2+H2O-H2CO3 Ca(OH)2+H2CO3-CaCO3+2H2O C2S2H3+3H2CO3-3CaCO3+2SiO2+6H2O碳化碳化(Carbonation)碳化对混凝土性能的影响碳化对混凝土性能的

2、影响l体积收缩体积收缩l不利于钢筋保护不利于钢筋保护l有可能提高混凝土强度有可能提高混凝土强度刘家刘家峡峡甘肃甘肃盐锅盐锅峡峡甘肃甘肃八盘八盘峡峡甘肃甘肃龙羊龙羊峡峡青海青海大量已大量已建建工程硫酸盐侵蚀破坏严重。工程硫酸盐侵蚀破坏严重。硫酸盐侵蚀硫酸盐侵蚀(Sulphate attack)r 硫酸盐侵蚀的类型、原理及影响因素硫酸盐侵蚀的类型、原理及影响因素r 提高混凝土抗硫酸盐侵蚀的措施提高混凝土抗硫酸盐侵蚀的措施硫酸盐侵蚀硫酸盐侵蚀(Sulphate attack)硫酸盐侵蚀的类型硫酸盐侵蚀的类型 r 物理侵蚀破坏物理侵蚀破坏r 化学侵蚀破坏化学侵蚀破坏 石膏侵蚀石膏侵蚀 钙矾石侵蚀钙矾石

3、侵蚀 TSATSA碳硫硅钙石硫酸盐侵蚀碳硫硅钙石硫酸盐侵蚀 盐类结晶破坏盐类结晶破坏化学侵蚀破坏化学侵蚀破坏TSA型型TSA侵蚀的认识过程侵蚀的认识过程q 1965年年,Erlin 和和Stark首次发现首次发现thaumasite腐蚀产物；腐蚀产物；q 19711976间间,法国人法国人Lachaud报道报道69例硫酸盐侵蚀破坏，例硫酸盐侵蚀破坏，认为有一半以上是由认为有一半以上是由thaumasite形成引起的；形成引起的；q 1998年年,英国格洛斯特郡英国格洛斯特郡10座高速公路桥基础因座高速公路桥基础因thaumasite 而破坏而破坏,TEG(Thaumasite Expert G

4、roup)成立；成立；q 1999年年,TEG提交研究报告提交研究报告,明确提出明确提出TSA概念概念(Thaumasite form of sulfate attack)；q 2002年年6月，第一届月，第一届Thaumasite和和TSA国际会议在英国召开。国际会议在英国召开。化学侵蚀破坏化学侵蚀破坏TSA型型 碳酸盐、硫酸盐、碳酸盐、硫酸盐、水共同作用下水泥石水共同作用下水泥石中中CSH分解形成无强分解形成无强度的度的thaumasite，混，混凝土变为无强度的泥、凝土变为无强度的泥、砂混合物砂混合物与传统的钙矾石或石与传统的钙矾石或石膏型侵蚀破坏相比，膏型侵蚀破坏相比，TSA侵蚀并不引

5、起混侵蚀并不引起混凝土宏观体积发生明凝土宏观体积发生明显膨胀、开裂显膨胀、开裂英国某桥墩基础混凝土因英国某桥墩基础混凝土因TSATSA侵蚀成泥浆状侵蚀成泥浆状TSA发生的条件发生的条件 r SO42-离子主要来源于含硫地下水及土壤离子主要来源于含硫地下水及土壤。r SiO32-的来源的来源 硬化浆体中其主要胶凝物质是硬化浆体中其主要胶凝物质是CSH，它是形成碳硫硅它是形成碳硫硅钙石所需硅酸盐的主要来源；残留的未水化的硅酸三钙石所需硅酸盐的主要来源；残留的未水化的硅酸三钙和硅酸二钙是次级来源。钙和硅酸二钙是次级来源。rCO32-的来源的来源 大部分来自石灰石质骨料或填料的石灰石；大部分来自石灰石

6、质骨料或填料的石灰石；或者来源于水中所溶或者来源于水中所溶解的无机碳酸盐及生物碳酸盐。解的无机碳酸盐及生物碳酸盐。r水的来源水的来源 所有的硫酸盐侵蚀形式都需要水源或非常潮湿的环境条件，混凝所有的硫酸盐侵蚀形式都需要水源或非常潮湿的环境条件，混凝土中土中TSA 的发生和发展也是如此，干燥条件可以有效阻止或减缓的发生和发展也是如此，干燥条件可以有效阻止或减缓TSA 的发生。的发生。r温度温度 低温条件（低温条件（15）不是混凝土发生）不是混凝土发生TSA 的必要条件，但低温条件的必要条件，但低温条件加快了加快了TSA 的发生和发展。的发生和发展。TSA发生的条件发生的条件 r改变胶凝材料组份改变

7、胶凝材料组份:控制控制C3A和和C4AF的含量，能直接减少钙矾石的含量，能直接减少钙矾石的生成量，而控制的生成量，而控制C3S的含量，主要是为了减少水化后混凝土中的含量，主要是为了减少水化后混凝土中Ca(OH)2的含量的含量r混合材的掺入混合材的掺入:粉煤灰、矿渣等火山灰质混合材的掺入，特别是粉煤灰、矿渣等火山灰质混合材的掺入，特别是与抗硫酸盐水泥联合使用时，能显著提高混凝土的抗硫酸盐侵与抗硫酸盐水泥联合使用时，能显著提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。蚀性能。r防止水分的进入防止水分的进入:一方面它是直接参与反应的物质，另一方面水一方面它是直接参与反应的物质，另一方面水的存在为各种离子的迁移和反应

8、的进行提供一个介质的存在为各种离子的迁移和反应的进行提供一个介质r减少硫酸盐、碳酸盐源减少硫酸盐、碳酸盐源 提高混凝土抗硫酸盐侵蚀的措施提高混凝土抗硫酸盐侵蚀的措施青藏铁路工程面临硫酸盐侵蚀的严峻考验青藏铁路工程面临硫酸盐侵蚀的严峻考验内容概要AAR的分类和反应机理的分类和反应机理AAR的发生条件的发生条件AAR的破坏特征的破坏特征AAR的主要影响因素的主要影响因素防止防止AAR的措施的措施AAR与其它耐久性破坏的协同作用与其它耐久性破坏的协同作用碱骨料反应碱骨料反应(Alkali-aggregate reaction)一、碱一、碱-集料反应的分类和反应机理集料反应的分类和反应机理AAR是指混

9、凝土孔溶液中由水泥、含碱外加剂和环境等释放的Na+、K+、OH-与集料中的有害矿物发生具有膨胀性化学反应，导致混凝土膨胀和开裂。按有害矿物的种类不同，AAR可以分为碱硅酸反应(ASR)和碱碳酸盐反应(ACR)。1 碱-硅酸反应(ASR)碱-硅酸反应(ASR)是指混凝土中的碱组分与集料中的某些硅活性组分之间发生的化学反应，其结果导致集料被侵蚀，生成具有膨胀性的产物并导致混凝土结构开裂。其过程包括碱溶液扩散到活性组分(物理过程)、碱与活性组分发生化学反应形成ASR凝胶(化学过程)和产物吸水肿胀(物理过程)。2 碱-碳酸盐反应（ACR）碱-碳酸盐反应（ACR）是指混凝土中的碱与某些碳酸盐矿物产生化学

10、反应引起混凝土的地图状开裂。ACR的膨胀机理与ASR是完全不同的。当碱与白云石作用时发生如下的反应，并称之为去白云化(dedolomitization)反应。化学方程式表示为：CaMg(CO3)2+2OH-Mg(OH)2+CaCO3+CO32-在此反应中，反应物的固相体积大于反应产物的固相体积，因此反应本身不可能引起膨胀。但白云石晶体中包裹有干燥的粘土，去白云化反应使菱形白云石晶体遭受破坏，从而使粘土暴露造成能够吸水而膨胀的条件。即去白云石化是膨胀的前提条件，而干粘土吸水是膨胀的本质原因。碱-硅酸盐反应实质上是碱-硅酸反应，而膨胀的快慢决定于石英的晶体尺寸、晶体缺陷以及微晶石英在岩石中的分布状

11、态。当微晶石英分散分布于其它矿物之中，则Na+、K+、OH-必须通过更长的通道和受到更大的阻力才能到达活性颗粒表面，从而使反应延缓。二、碱二、碱-集料反应的发生条件集料反应的发生条件不论是ASR还是ACR，必须同理具备三个条件：1)混凝土中有一定量的碱；2)必须有相当数量的活性集料；3)使用环境有足够的湿度。1 混凝土中有一定量的碱配制混凝土时带入的碱外界环境中带入的碱2 必须有相当数量的活性集料所谓活性二氧化硅一般是指无定形二氧化硅、隐晶质、微晶质和玻璃质二氧化硅。硅质岩石的碱活性主要决定于二氧化硅的结晶度，无定性者活性最大，晶体缺陷越强，则活性越高。RILEM（国际材料与建筑构造研究实验所

12、联合会）标准中根据集料所含活性组分的类型及其含量对其进行分类：集料中含有%或更多的蛋白石类高活性的组分时，集料为活性；集料中不含有蛋白石或类似的高活性组分，并且组成中含有95%以上的被认定为非活性组分时，集料为非活性；集料中含有活性组分，但活性组分的含量介于非活性与活性集料含量之间的集料为潜在碱活性集料。采用光学显微镜可以在一定程度上做出定性的判定。用差示扫描量热计（DSC）测石英573 晶型转变的吸热谷；用正电子湮没测晶体缺陷以及用X-射线上五指峰图形来判定石英的结晶程度。直接实验方法如砂浆棒法、压蒸法等活性集料的判定方法活性集料的判定方法:3 使用环境有足够的湿度 混凝土发生碱-集料反应破

13、坏的第三个条件是空气中相对湿度必须大于80%，或者直接与水接触。如果混凝土的原材料具备了发生碱-集料反应的条件，则只要具备高湿度或水直接接触的条件，反应物就会吸水膨胀，使混凝土内部受到膨胀压力；内部膨胀压力大于混凝土自身抗拉强度时，混凝土结构就会破坏。三、碱三、碱-集料反应的破坏特征集料反应的破坏特征外观上主要是表面裂缝、变形和渗出物；内部特征主要有内部凝胶、反应环、内部裂缝等。四、主要影响因素四、主要影响因素 由碱-集料反应的机理得知，影响这一反应的主要因素为水泥的碱含量及集料本身有无反应活性，另外就是孔隙水量，这三要素缺一不可。因此，影响碱-集料反应的因素也均与这三要素相关。1 水泥的含碱

14、量 碱-集料反应引起的膨胀值与水泥中的Na2O的当量含量紧密相关（Na2O+0.658K2O）。公式中K2O的系数是根据Na2O和K2O的分子量之比确定的。即将K2O换算成等当量的Na2O，因而使它们产生的OH-和阳离子溶液浓度相等。2 混凝土的水灰比水灰比大，混凝土的孔隙度增大，各种离子的扩散及水的移动速度加大，会促进碱-集料反应发生；另一方面，混凝土水灰比大其孔隙量大，又能减少孔隙水中碱液浓度，因而减缓碱-集料反应；在通常的水灰比范围内，随着水灰比减小，碱-集料反应的膨胀量有增大的趋势，在水灰比为0.4时膨胀量最大。3 反应性集料的特性一般，随着反应性集料含量的增加，混凝土的反应膨胀量加大

15、；集料粒度对碱-集料反应也有影响，粒度过大或过小都能使反应膨胀量减小，中间粒度（0.150.6mm）的集料引起的膨胀量最大，因为此时反应性集料的总表面积最大；反应性集料的孔隙率对膨胀量有影响，多孔集料能减缓碱-集料反应。4 混凝土孔隙率混凝土的孔隙率能减缓碱-集料反应时胶体吸水产生的膨胀压力，因而随孔隙率增加，反应膨胀量减小，特别是细孔减缓效果更好。因此，加入引气剂能减缓碱-集料反应的膨胀，根据试验，引入4%的空气能使膨胀量减少约40%。5 环境湿度 虽然在低湿度条件下混凝土孔隙中的碱溶液浓度增大会促进碱-集料反应，但如果环境相对湿度低于85%，如果外界不供给水分，就不会发生反应胶体的吸水膨胀

16、。冻融循环冻融循环(Freezing and thawing cycle)抗冻性是指混凝土在水饱和状态下，能经受多次冻融抗冻性是指混凝土在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。循环作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。混凝土抗冻性一般以抗冻等级表示。抗冻等级是采用混凝土抗冻性一般以抗冻等级表示。抗冻等级是采用龄期龄期28的试块在吸水饱和后，承受反复冻融循环，以的试块在吸水饱和后，承受反复冻融循环，以抗压强度下降不超过抗压强度下降不超过25，而且质量损失不超过，而且质量损失不超过 时时所能承受的最大冻融循环次数来确定的。所能承受的最大冻融循环次数来确定的。

17、混凝土划分为以下抗冻等级：混凝土划分为以下抗冻等级：10、F15、F25、F50、F150、F200、F250、F300等九个等级，分别表示混凝土等九个等级，分别表示混凝土能够承受反复冻融循环次数为能够承受反复冻融循环次数为10、25、25、50、100、150、200、250和和300次。次。冻融循环冻融循环(Freezing and thawing cycle)冻融循环冻融循环(Freezing and thawing cycle)混凝土受冻融作用破坏的原因，是混凝土内混凝土受冻融作用破坏的原因，是混凝土内部的孔隙水在负温下结冰后体积膨胀造成的静水部的孔隙水在负温下结冰后体积膨胀造成的静水

18、压力，因冷冻水蒸汽压的差别推动未冻水向冻结压力，因冷冻水蒸汽压的差别推动未冻水向冻结区的迁移造成的渗透压力，当这两种压力所产生区的迁移造成的渗透压力，当这两种压力所产生的内应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土就会产的内应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝，多次冻融使裂缝不断扩展直至破坏。生裂缝，多次冻融使裂缝不断扩展直至破坏。冻融循环冻融循环(Freezing and thawing cycle)影响混凝土抗冻性的因素有：影响混凝土抗冻性的因素有：l混凝土强度愈高，抵抗冻融破坏的能力越强，抗冻性越好。混凝土强度愈高，抵抗冻融破坏的能力越强，抗冻性越好。l混凝土密实度、混凝土孔隙构造及数量。密实度越小，开口混凝土密实度、混凝土孔隙构造及数量。密实度越小，开口孔隙愈多，水分愈易渗入，静水压力越大，抗冻性越差。孔隙愈多，水分愈易渗入，静水压力越大，抗冻性越差。l混凝土孔隙充水程度。饱水程度愈高，冻结后产生的冻胀作混凝土孔隙充水程度。饱水程度愈高，冻结后产生的冻胀作用就大，抗冻性越差。用就大，抗冻性越差。l外加剂。外加剂。例如引气剂，例如引气剂，对冰冻破坏起到很好的缓冲作用。适对冰冻破坏起到很好的缓冲作用。适宜的引气量以为宜。宜的引气量以为宜。