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betway必威登录浅谈如何加强水泥的耐久性及其防老化措施,浅析进步水工水泥耐久性的有效渠道

点击: 197 次  来源:http://www.010zws.com 时间:2020-03-17

摘要: 随着近年来我国建筑行业的快速发展,人们对建筑行业的要求日益严格。混凝土是一种广泛应用在水工建筑结构的材料,但是由于水工建筑结构自身的特点和其自身 使用环境的特点,使得混凝土在耐久性上存在着很大的问题,混凝土耐久性不足给水利工程造成很大的伤害,其实有很多由于水泥混凝土导致的裂缝是可以预防和治理的,因此加强对水工混凝土耐久性的研究可以对建筑工程的寿命起到一定的作用,同时还可以为我国的经济建设节约一部分经济开支。 关键词: 水工混凝土;耐久性;提高;途径 1 混凝土耐久性的含义

如何提高混凝土的耐久性及其防腐措施?下面本网为大家详细介绍一下,以供参考。

摘 要:目前我国水工结构混凝主要是采用28d强度设计,没有根据不同工况选择不同的设计标准,同时也没有对混凝土的原材料进行优选,导致水工结构耐久性较差。本文基于DuraCrete的混凝土寿命预测,从选取合适的原材料、优化设计指标合理的控制以及混凝土的用水量等方面探讨了混凝土耐久性设计要点,致力于提高大型水电站水工结构耐久性。

混凝土耐久性是指建筑在设计的使用年限中,抵御外界环境或者本身产生的压力的能力,其中包含混凝土的质量,环境介质的侵蚀作用以及安全使用期 三个方面。混凝土质量包括水灰比例、振捣密实、无裂缝的水工钢筋混凝土等,环境介质的侵蚀包含物流、化学、水溶液、气体等侵蚀,安全使用期是指建筑本身所 设计的使用年限。

我国混凝土结构耐久性问题不容忽视。我国人口众多,过去为及时解决居住需要和促进工业生产,建造过不少质量不高的民用房屋和工业厂房。结构设计虽然采用可靠度理论计算,实质上仅能满足安全可靠指标的要求,而对耐久性要求考虑不足,且由于忽视维修保养,现有建筑物老化现象相当严重。截至20世纪末,有近23.41亿平方米的建筑物进入老龄期,处于提前退役的局面。20世纪50年代不少在混凝土中采用掺入抓化钙快速施工的建筑,损坏更为严重。近几年房屋开发中反映出的质量问题也很突出,不少新建好的商品房,未使用几年就需要修复,造成极大浪费。

关键词:水工结构;耐久性;DuraCrete;混凝土

2 混凝土耐久性的重要性

我国是一个发展中的大国,正在从事着为世界所瞩目的大规模基本建设,而我国财力有限,能源短缺,资源并不丰富,因此科学合理的设计,优质的施工质量来提高混凝土结构耐久性及防腐性,延长结构使用寿命是摆在我们面前的一个很重要的课题和任务。

0 前言

混凝土的耐久性关系到工程质量的好坏和工程寿命的长短,近年来我国推行可持续发展战略过程中对水利水电工程的重视度日益加大。水利水电工程关 系到人们生活质量的提高,但同时水利水电工程消耗的材料不仅会造成一定的生态污染,还会加剧资源枯竭的脚步。这是由于水工混凝土耐久性不足导致的,其工程 维修费用的支出也给国家的经济发展带来了一定的负担。加强混凝土耐久性对我国经济的发展起到了很大的作用,提高我国水工混凝土的耐久性已经刻不容缓。因此 在水利水电工程建设过程中要将提高水工混凝土的耐久性提上日程。

一、混凝土工程中的耐久性问题

水工结构工程是我国基础建设工程中十分重要的一部分,所以在建设水利工程和它的使用周期中,水工结构必须具体安全、适用、耐久等特性。为了能够有效地完成水利机构工程的耐久性的目标,在大型水电站水工结构的设计阶段必须保证结构耐久性的设计能够符合工程要求。

3 影响水工混凝土耐久性的主要因素

强度和耐久性是混凝土结构的两个重要指标,因以往工程中习惯上只重视混凝土的强度,或片面追求高强度而忽视混凝土的耐久性。混凝土的耐久性是使用期内结构保证正常功能的能力,关系到结构物的使用寿命,随着结构物老化和环境污染的加重,混凝土耐久性问题已引起了各主管部门和广大设计、施工部门的重视。

1 造成水工结构耐久性降低的因素

3.1 混凝土的碳化 混凝土碳化是指混凝土在自然环境中,空气以及水中的二氧化碳渗透到混凝土中,与混凝土中的氢氧化钙发生作用,产生的碳酸盐和水对混凝土的耐久性具有一定的 破坏作用,当混凝土的碳化严重时会造成钢筋锈蚀,可能还会导致混凝土产生裂缝,造成建筑工程的破坏。 3.2 混凝土冻结 混凝土冻结需要满足两个条件,其一就是混凝土一直处于饱水的状态,二是混凝土外界气温变化大。在水饱和以及气温变化大的情况下容易使混凝土发生冻融的情况,这样对混凝土的耐久性也会造成一定的威胁。 3.3 混凝土的化学侵蚀 水利工程所处自然环境的特殊性使其经常受到自然环境的侵蚀。当发生泥石流情况时会使混凝土受到严重的侵蚀,造成水泥强度降低,最终影响混凝土的耐久性。 3.4 钢筋的锈蚀 当混凝土发生碳化导致钢筋表面发生锈蚀时,钢筋失去了碱性混凝土的保护,钝化膜对钢筋的保护力逐渐缩小,从而影响耐久性。

二、混凝土结构耐久性问题的分析

1.1 水工结构工程中存在裂缝

4 提高水工混凝土耐久性的措施

混凝土耐久性问题,是指结构在所使用的环境下,由于内部原因或外部原因引起结构的长期演变,最终使混凝土丧失使用能力,即所谓的耐久性失效,耐久性失效的原因很多,有抗冻失效,碱-集料反应失效,化学腐蚀失效,钢筋锈蚀造成结构破坏等。下面作具体分析:

在水木结构工程建设中,在某些情况下由于结构混凝土体积过大,在初期进行硬化时会产生许多的水化热,从而造成结构出现温度应力,可能会降低混凝土的抗拉性能,从而可能引发 渗透、冻融等一系统问题。这些问题会大大降低大型水电站水利结构的耐久性。

通过对上文的介绍中我们可以得知水工混凝土的耐久性对于水利建筑具有深远的影响,不仅会对建筑的寿命和质量造成重要影响,同时还与经济的投入 多少有一定关联,提高水工混凝土耐久性已经是水利水电建筑的重中之重。下面我们对提高水工混凝土耐久性提出相应的措施,希望能够对水利水电建筑的发展有所 帮助。 4.1 合理选择原材料 水泥对混凝土的耐久性具有重要的作用,因此在水泥品种的选择上要做到合理科学,要选择与水工建筑所处的工程环境相关的水泥,同时还要对水泥自身的抗热性, 抗冻性,以及抗腐蚀性进行相应的研究。比如在干燥的建筑环境中不适宜使用火山灰水泥,同时具有抗渗要求的混凝土不宜使用矿渣水泥等。因此为了提高水工混凝 土的耐久性必须要合理选择原材料,只有原材料选择的科学性才能从基础上保证混凝土的耐久性完成。 4.2 掺入高效减水剂和引气剂 自然环境中的水分和空气对水工混凝土的耐久性造成一定的威胁,因此掺上一定的减水剂和引气剂对水工混凝土的耐久性具有积极作用,水泥加水搅拌之后,由于颗 粒之间分子的作用使其产生絮状物,形成一定的凝聚结构,这里包含了一部分水,加入减水剂之后可以实现水泥颗粒相互分散,破坏了他们之间的凝聚结构,将凝聚 体中包裹的游离水被释放出来,增加混合物的流动性,进而提高混凝土的密度,提高混凝土的强度,抗冻性,对混凝土的耐久性具有一定的积极作用。引气剂,加入 混凝土拌和物中会提高混凝土的和易性,阻断混凝土内部空隙的通道,也会对混凝土的密度提高有一定作用,同时也是提高混凝土耐久性的好方法。 4.3 预防钢筋发生锈蚀 钢筋锈蚀情况的出现对于水工混凝土的耐久性也会造成一定的威胁,因此要对钢筋进行一定的防锈蚀处理,可以在混凝土表面涂上保护隔离层,防止周围环境的侵蚀 物质渗透到钢筋内部,对钢筋造成侵蚀。一般多采用环氧基液涂层,乳化沥青涂层,还有一种办法是将钢筋本身进行涂层保护,将钢筋直接保护起来。钢筋涂层保护 一般多采用环氧涂层钢筋,这样可以长期保证钢筋不受到侵蚀,同时在预防钢筋发生锈蚀问题上要积极开发新的产品,实现产品的更新换代。 4.4 消除混凝土自身的结构破坏 混凝土自身的一些物理、化学反应也会对混凝土的耐久性造成一定的伤害,比如混凝土膨胀或者收缩过大、过小都会引发开裂,因此为了提高混凝土的耐久性,要减 小混凝土自身的结构破坏,限制或者消除从原材料中引入的对混凝土耐久性有破坏作用的因素,加强对工程的控制力度,提高混凝土的耐久性。 4.5 严格遵守规范和设计 水利水电建筑的建设成功,水工混凝土耐久性的实现不仅仅需要专业性的操作,同时也要严格遵守规范和设计。很多工程在建设过程中为了缩短工期,减少工程经济 增加,就在建设过程中会减少工程程序,偷工减料,这样对整个工程的发展十分不利,继而对混凝土的耐久性也会造成一定的挑战。因此在水利水电建设过程中要严 格遵守规范和设计,采取有效可靠的措施和方法提高结构的耐久性和经济效益。

混凝土的冻融破坏

1.2 水工结构工程遭遇冻融破坏

5 结束语

结构处于冰点以下环境时,部分混凝土内孔隙中的水将结冰,产生体积膨胀,过冷的水发生迁移,形成各种压力,当压力达到一定程度时,导致混凝土的破坏。混凝土发生冻融破坏的最显著的特征是表面剥落,严重时可以露出石子。混凝土的抗冻性能与混凝土内部的孔结构和气泡含量多少密切相关。孔越少越小,破坏作用越小,封闭气泡越多,抗冻性越好。影响混凝土抗冻性的因素,除了孔结构和含气量外,还包括:混凝土的饱和度,水灰比,混凝土的龄期,集料的孔隙率及其间的含水率等。

大型水电站水工结构工程中的冻融破坏主要是指在一些温度处于零度以下的地区,混凝土在较为潮湿或者与水接触较为频繁的环境下,由于温度不断的正负变化,使得混凝土内部的水分冻结膨胀和溶解收缩,从而导致混凝土出现疲劳应力,进而使得混凝土遭遇冻融破坏,根据相关部门的调查研究表明,在我国至少有四分之一的水工结构遭遇着冻融破坏,这是一个相��高的比例,必须引起大家的高度关注。

混凝土耐久性是一个复杂的问题,混凝土的耐久性涉及环境、材料、设计、施工等方方面面,混凝土的耐久性问题对于工程质量的高低,工程寿命的长 短,经济效益的实现都具有重要的意义,但是在我国的混凝土结构的设计和施工过程中对耐久性的重视程度远远没有对安全性的重视程度高,因此加强混凝土耐久性 的认识至关重要,同时需要我们不断总结经验,完善相关的技术措施,加强我国的混凝土施工实现规范化、标准化的推进工作,从而为我国的水利工程建设提供重要 的保障。

混凝土的碱-集料反应

1.3 水工结构工程中存在着碳化和钢筋腐蚀的问题

参考文献: [1]何伟兵.九江长江公路大桥索塔清水混凝土的耐久性设计[J].上海公路,2011:43-46. [2]王冬梅.桥梁混凝土的耐久性问题研究[J].科技信息,2011:I0196-I0196. [3]侯鹏飞.要谈混凝土的耐久性[J].山西建筑,2012:118-120.

混凝土的碱-集料反应,是指混凝土中的碱与集料中活性组分发生的化学反应,引起混凝土的膨胀,开裂,甚至破坏。因反应的因素在混凝土内部,其危害作用往往是不能根冶的,是混凝土工程中的一大隐患。许多国家因碱-集料反应不得不拆除大坝,桥梁,海堤和学校,造成巨大损失,国内工程中也有碱-集料反应损害的类似报道,一些立交桥、铁道轨枕等发生不同程度的膨胀破坏。混凝土碱-集料反应需具备三个条件,即有相当数量的碱、相应的活性集料及水分。反应通常有三种类型:碱-硅酸反应,碱-碳酸盐反应,慢膨胀型碱-硅酸盐反应,避免碱-集料反应的方法可采用:尽量避免采用活性集料;限制混凝土的碱含量;掺用混合材。

在建设水工结・构工程的过程中,空气中的二氧化碳和施工过程使用的碳酸都可以与水泥发生化学反应,从而使得水泥碳化,进一步使得混凝土表面产生裂缝。混凝土表面上的缝隙会让更多的二氧化碳气体进入结构内部,这样不断的循环,使混泥土内部发生变化,导致混凝土的保护层失去了效果,降低了钢筋防腐能力,使得内部钢筋生锈,降低了钢筋的强度,从而导致整个水工结构工程的安全使用年限减少。

当混凝土结构处在有侵蚀性介质作用的环境时,会引起水泥石发生一系列化学、物理与物化变化,而逐步受到侵蚀,严重的使水泥石强度降低,以至破坏。常见的化学侵蚀可分为淡水腐蚀,一般酸性水腐蚀,碳酸腐蚀,硫酸盐腐蚀,镁盐腐蚀五类。淡水的冲刷,会溶解水泥石中的组分,使水泥石孔隙增加,密实度降低,从而进一步造成对水泥石的破坏;研究表明,当水泥石中的氧化钙溶出5%时,强度下降7%,当溶出24%时,强度下降29%,因此,淡水冲刷会对水工建筑有一定影响;而当水中溶有一些酸类时,水泥石就受到溶淅和化学溶解双重作用,腐蚀明显加速,这类侵蚀常发生在化工厂;碳酸对混凝土的影响主要为:在溶淅水泥石的同时,破坏混凝土内的碱环境,降低水泥水化产物的稳定性,影响水泥石的致密度,造成对混凝土的侵蚀;硫酸盐的腐蚀则表现为SO42-离子深入混凝土内与水泥组分反应,生成物体积膨胀开裂造成损坏;海水中由于存在多种离子,侵蚀形式较为复杂,但主要是由于镁盐使硬化水泥石的结构组分分解,同时硫酸盐作用会造成对水泥石的损坏,而氧化镁沉淀会堵塞混凝土孔隙,会使海水侵蚀有所缓和。

2 基于DuraCrete的混凝土寿命预测

钢筋的锈蚀,其一表现为钢筋在外部介质作用下发生电化反应,逐步生成氢氧化铁等铁锈,其体积比原金属增大2~4倍,造成混凝土顺筋裂缝,从而成为腐蚀介质渗入钢筋的通道,加快结构的损坏。氢氧化铁在强碱溶液中会形成稳定的保护层,阻止钢筋的锈蚀,但碱环境被破坏或减弱,则会造成钢筋的锈蚀,如混凝土的碳化或中性化。造成混凝土碳化和中性化的原因,主要是混凝土的密实度即抗渗性不足,酸性气体(如CO2,SO2,H2S,HCL,NO2)渗入混凝土内与氢氧化钙作用;其二,氯离子对钢筋表面钝化膜有特殊的破坏作用,当混凝土中氯含量超过标准时,钢筋会锈蚀,而水和氧的存在是钢筋被腐蚀的必要条件,因此,若混凝土开裂,造成水和氧的通道,则钢筋锈蚀加速,促成混凝土裂缝进一步开展,混凝土保护层剥落,最终使构件失去承载力。

DuraCrete主要是运用多个分项系数来反映混凝土的可靠指标,以性能表达式为它的计算模型,这种设计方法主要是依靠性能和可靠度为基础的耐久性。计算主要分为两个阶段,第一阶段是钢筋锈蚀的初期阶段,氯离子从混凝土的保护层进入到内部,使得钢筋开始发生锈蚀,第二阶段为钢筋腐蚀的发展阶段,钢筋锈蚀发展导致裂缝达到一定的宽度。除了在水环境中,第二阶段的腐蚀过程比较短,所以一般只考虑第一阶段,即指在保护层深度处的混凝土中氯离子浓度C达到钢筋锈蚀的临界浓度时作为极限状态,根据Fick第二定律可以列出预测混凝土寿命的方程式如下:

三、提高混凝土耐久性及防腐措施

如式子所示,g是一个大于或等于0的值;表示的是氯离子临界浓度设计值;表示保护层厚度设计值;表示混凝土对氯离子抗力的设计值;t表示时间值;

原材料的选择

令g=0,即可解得与极限状态相应的使用年限。

1.水泥水泥类材料的强度和工程性能,是通过水泥砂浆的凝结,硬化形成的,水泥石一旦受损,混凝土的耐久性就被破坏,因此水泥的选择需注意水泥品种的具体性能,选择碱含量小,水化热低,干缩性小,耐热性,抗水性,抗腐蚀性,抗冻性能好的水泥,并结合具体情况进行选择。水泥强度并非是决定混凝土强度和性能的唯一标准,如用较低标号水泥同样可以配制高标号混凝土。因此,工程中选择水泥强度的同时,需考虑其工程性能,有时其工程性能比强度更重要。

3 水电站水工结构耐久性的设计要点

2.集料与掺合料集料的选择应考虑其碱活性,防止碱集料反应造成的危害,集料的耐蚀性和吸水性,同时选择合理的级配,改善混凝土拌合物的和易性,提高混凝土密实度;大量研究表明了掺粉煤灰,矿渣,硅粉等混合材能有效改善混凝土的性能,改善混凝土内孔结构,填充内部空隙,提高密实度,高掺量混凝土还能抑制碱集料反应,因而掺混合材混凝土,是提高混凝土耐久性的有效措施,即近年来发展的高性能混凝土。

根据上一章节对混凝土寿命的预测,可以知道水电站水工结构使用年限具有一定的限制,以下将从三个方面对水工结构耐久性设计进行探讨:

混凝土的设计应考虑耐久的要求

3.1 选取合适的原材料

混凝土配比的设计配合比设计在满足混凝土强度,工作性的同时应考虑尽量减少水泥用量和用水量,降低水化热,减少收缩裂缝,提高密实度,采用合理的减水剂和引气剂,改善混凝土内部结构,掺入足量的混合料,提高混凝土耐久性能。结构构件应按其使用环境设计相应的混凝土保护层厚度,预防外界介质渗入内部腐蚀钢筋。结构的节点构造设计也应考虑构件受局部损坏后的整体耐久能力。结构设计尚应控制混凝土的裂缝的开裂宽度。

骨料是水工结构混凝土的主要原材料,因此骨料的好坏会对混凝土的耐久性产生直接的影响。比较好的混凝土骨料是灰岩骨料,这种骨料的有线胀系数比较低,不易开裂,一般的大型水电站水工结构工程往往需要选择这类骨料。但是在我们实际的大型水电站水工工程的施工过程中,在选择骨料时,往往会遵循就地取材的原则。在水电站水工工程中,需要使用大量的骨架,所以我们需要更加注意选取质量好的骨料加工仪器,优化骨料的粒子与匹配,从根本上提高混凝土的整体性能。同时在水电水工工程中,也需要选取优质的水泥,水泥的好坏也会影响到混泥土的强度和耐久性。

混凝土工程施工应考虑结构耐久性

3.2 优化设计指标

混凝土的拌制尽量采用二次搅拌法,裹砂法裹砂石法等工艺,提高混凝土拌合料的和易性,保水性,提高混凝土强度,减少用水量;大体积混凝土的浇筑振捣应控制混凝土的温度裂缝,收缩裂缝,施工裂缝,建立混凝土的浇筑振捣制度,提高混凝土密实度和抗渗性,重视混凝土振捣后的表面工序,并加强养护,以减少混凝土裂缝。混凝土的施工过程对控制构件外观裂缝,施工裂缝至关重要,应加强施工质量管理,特殊季节施工的混凝土结构,尚应采取特殊措施。

在大型水电站水工结构混凝土的设计中,应该采用28d的强度设计,严格遵循混凝土的设计标准,考虑裂缝和耐久性之间的关系。采用28d龄期强度设计能够有效的提高混凝土的负载量,但是对于需要承载较长时间的部分结构,如果一味的使用28d龄期强度设计,就需要使用更多的混凝土水泥,使得混凝土温度上升的速度变快,所以在这种情况下,应该在水泥中多掺入一些粉煤灰等物质,适当的减少水泥的用量,合理的设计混凝土的强度,降低混凝土温度上升的速度,减小混凝土出现裂缝的概率,提高混凝土的耐久性。在抗冲磨的水利施工中,一些工程还会采用100d以上龄期强度的设计标准,有能够有效的控制混凝土水泥的用量,能够提高混凝土耐久性和综合性能。

掺入高效减水剂

3.3 合理的控制混凝土的用水量

在保证混凝土拌和物所需流动性的同时,尽可能降低用水量,减少水灰比,使混凝土的总孔隙,特别是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水搅拌后,会产生一种絮凝状结构。在这些絮凝状结构中,包裹着许多拌和水,从而降低了新拌混凝土的工作性。施工中为了保持混凝土拌和物所需的工作性,就必须在拌和时相应地增加用水量,这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂的定向排列,使水泥质点表面均带有相同电荷,在电性斥力的作用下,不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态,还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜,同时使水泥絮凝体内的游离水释放出来,因而达到减水的目的。许多研究表明,当水灰比降低到0.38以下时,消除毛细管孔隙的目标便可以实现,而掺入高效减水剂,完全可以将水灰比降低到0.38以下。

混凝土的用水量对混凝土的性能有着重要的影响,它是混凝土技术的关键所在。选用合适的工艺对混凝土骨料进行加工,优化混凝土骨料粒子的大小,减少其针片颗粒的含量,可以有效的减少混凝土单位用水量。在某些工程中,由于地形的限制使得人工砂无法达到标准脱水的状态,这也会对混凝土的质量产生不同程度的影响。

掺入高效活性矿物掺料

4 结束语

普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足,是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中掺入活性矿物的目的,在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成。活性矿物掺料中含有大量活性Si02及活性Al203,它们能和水泥水化过程中产生的游离石灰及高硷性水化矽酸钙产生二次反映,生成强度更高、稳定性更优的低硷性水化矽酸钙,从而达到改善水化胶凝物质的组成,消除游离石灰的目的,使水泥石结构更为致密,并阻断可能形成的渗透路。此外,还能改善集料与水泥石的界面结构和界面区性能。这些重要的作用,对增进混凝土的耐久性及强度都有本质性的贡献。

混凝土原材料的好坏会直接影响混凝土抗裂性和耐久性,所以施工前应该对原材料进行优选,使混凝土的原材料符合技术指标,应采用28d的强度设计,严格遵循混凝土的设计标准,同时还应该改善骨料粒形和级配,掺加优质粉煤灰和外加剂等措施降低混凝土的单位用水量,合理的控制混凝土的用水量,最大程度的减少大型水电站混凝土开裂的几率。

暴露在空气中的混凝土结构以及沿海地区的桥梁工程,受到空气中的盐分等其它元素的侵蚀,缩短了混凝土构件的使用年限,可采取外表涂装的方法进行防腐处理措施。

参考文献:

[1]李美丹.关于桥梁混凝土结构耐久性试验研究[J].混凝土世界,2016:92-95.