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混凝土結構損傷的機理(建筑材料原因)

時間:2018-07-27  瀏覽量:1825

1. 由于水泥導致混凝土結構損傷的機理

混凝土中水泥是其最重要的組成部分,水泥的質量往往決定了混凝土的質量。

(1)水泥的不合理儲存:由于水泥本身的化學成分,導致水泥容易跟空氣中的水分和二氧化碳反應,使其表面硬化,嚴重降低自身凝膠力強度。尤其在潮濕環境當中,反應更快。因此水泥的存放不應長于3個月,并且避免存放在潮濕環境當中。

隨著商品混凝土的廣泛普及,上述問題已經得以有效解決。但對于采用現場攪拌混凝土的部分小型工程,水泥的不合理存放,也是導致結構問題的重要原因。

(2)水泥的安定性不合格:當水泥熟料當中含過多游離氧化鈣和游離氧化鎂,遇水反應后,一方面會使混凝土體積膨脹,導致結構開裂;另一方面會降低混凝土結構的強度。

(3)水泥的水化熱:水泥的水化反應會產生熱量,水化熱在內部積聚難以散熱。造成混凝土內部升溫的時間很短,但是降溫時間長。對于大體積混凝土容易產生較大的溫差,形成貫穿性的裂縫。

這種損傷難以避免,通常采取各種施工措施減少、控制裂縫的發展,例如:通過分層分階段的澆筑。

2. 由于骨料導致混凝土結構損傷的機理

混凝土當中骨料占體積70%以上,混凝土的質量與骨料的質量有密切的關系。骨料主要是就地取材,不同地區的骨料往往由較大的差別,所以容易造成比較多的結構質量問題。
(1)堿-骨料反應:水泥中的可溶性堿與骨料中的活性物質(如SiO2)在混凝土硬化后逐漸反應,生產含堿性的凝膠體,吸水膨脹,使混凝土因膨脹而開裂。不但削弱了混凝土的耐久性,甚至使混凝土失去承載能力。由于這種損傷既難以控制,而且無法修復,被稱為混凝土結構的“癌癥”。

為了避免堿骨料反應,現行方法采用不含活性物質的骨料。相關的規范標準對混凝土中的骨料有嚴格的限制,骨料要通過堿活性試驗,確保不含對工程無害的活性物質。

(2)骨料的其它有害物質:混凝土的骨料往往含有大量的雜質,對結構造成較大的影響,主要分為以下三類。

a. 有機物含量:含有大量的腐爛動植物有機質,對水泥水化反應產生不良影響;

b. 含泥量:黏土和粉塵含量高也降低了混凝土的強度;

c. 硫酸鹽、氯化物含量:沿海地區不法建筑商人使用海沙作為原材料,海沙含有大量的氯化物或者硫酸鹽,導致鋼筋銹蝕進而導致結構開裂。

3. 鋼筋的銹蝕混凝土結構損傷的機理

鋼筋銹蝕,是混凝土建筑破壞的一個重要原因,早已引起全世界建筑行業的關注與重視。全球各國每年花費大量的資金用于維修鋼筋的銹蝕。

(1)混凝土對鋼筋的保護與鋼筋銹蝕的機理

鐵元素性質比較活潑,在自然界當中主要以氧化鐵的形式存在。鋼鐵由氧化鐵高溫熔煉而成,處于不穩定的狀態,容易與空氣中的水、氧氣、二氧化碳等物質反應,恢復為氧化鐵。

混凝土的水化作用產生大量的游離OH-,其pH值一般達到12.5~13.5。鋼筋在高堿性環境下表面形成鈍化膜,防止鋼筋銹蝕。

隨著使用時間的推移,空氣中的二氧化碳與混凝土中的堿性物質發生反應,逐漸使混凝土pH值較低,也就是混凝土的中性化?;炷林行曰?,鈍化膜對鋼筋的保護失效。若混凝土中含一定量的氯化物,就算混凝土尚未中性化,也會使鈍化膜對鋼筋的保護失效。

當失去鈍化膜,鋼筋滿足一下三個條件就會產生銹蝕:

a. 鋼筋表面存在電位差;

b. 陽極區段的鋼筋表面處于活化狀態;

c. 存在水分與氧氣。

銹蝕后鋼筋的受力截面減少,銹蝕層膨脹使混凝土保護層沿鋼筋方向“順筋”開裂,使混凝土剝落。

(2)影響鋼筋銹蝕的主要因素

a. pH值:pH值越大,鈍化膜對鋼筋的保護越好。pH>10時,鋼筋的銹蝕極其緩慢。

b. 氯化物:混凝土中含氯化物含量超過一定量時,即使混凝土還處于堿性,鋼筋仍會銹蝕。

c. 水與氧氣:水與氧氣是鋼筋銹蝕的必要條件,隔絕水或者氧氣就可以防止鋼筋的銹蝕。


混凝土結構的損傷成因眾多,而且復雜。一般業主難以其成因及危害性。

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