混凝土研究现状

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1、...混凝土耐久性研究现状一、概述水泥混凝土以其原材料易得、易浇注成型、适应性强、性价比高、综合能耗低等优点而成为当今世界上应用最广泛、用量最大的建筑材料。尽管现代材料科学发展日新月异,但仍然没有科学家能预言可替代水泥混凝土的建筑材料新品种。从20世纪30—40年代开始,西方国家出于战后重建、工业化、城市化以及能源开发的需要，用混凝土修建了大量的基础设施,混凝土用量持续增长。之后，发展中国家经济的强劲增长进一步助推了混凝土用量的迅[1]猛增长然而从混凝土运用到实际工程的这100多年里，许多混凝土结构并无法达到设计师预估的服役年限，很多

2、提前就已经失效了。这其中有些是由于设计抗力能力不足导致，有的是由于使用荷载连续不利变化造成的，但更多的是由于结构的耐久性不足而造成的。特别是沿海及近海地区的混凝土结构，由于海洋中盐类对混凝土的腐蚀，尤其是对钢筋的锈蚀而造成结构的提早损坏，从而丧失了耐久性。早期损坏的结构需要花费大量的人力物力进行维修加固，甚至会造成有关安全性的重大问题。据国内外记载的资料可知，因为混凝土耐久性不足而造成的经济损失是在混凝土所有破坏中占比最大的，远超过了人们对它的预估，国外学者曾用“五倍定律”形象地描述了混凝土结构耐久性设计的重要性，即设计阶段对钢筋防护

3、方面节省1美元，那么就意味着发现钢筋锈蚀时，采取措施将追加维修费5美元。混凝土表面顺筋开裂时采取措施将追加维修费25美元，严重破坏时采取措施将追加维修费125美元。所以对于土木工程研究者来说，混凝土的耐久性研究应是重中之重。二、国内外研究现状混凝土的耐久性贯穿混凝土结构设计、材料选择、施工和运行管理的全过程。研究混凝土的耐久性不能脱离结构型式、应力状态、环境条件(包括大环境和局部环境)。根据研究对象可分为材料层次、构件层次和结构层次。材料层次的研究重点是劣化机理、防劣化技术措施、评定标准和劣化状态识别等;结构(构件)层次的研究更注重劣

4、化对结构(构件)层次承载力和安全性的影响评价(健康诊断)、极限状态判断、使用寿命预测修复补救措施等。根据造成混凝土劣化的主导因素和机理,混凝土耐久性问题研究主要集中在以下4个方面:(1)钢筋锈蚀:氯盐腐蚀(海洋及近海环境、除冰盐环境、盐湖环境、海砂及外加剂),保护层中性化(碳化、大气污染及酸雨、酸性介质),杂散电流腐蚀;(2)冻融作用:淡水冻融,盐水冻融(海水、盐湖等),盐冻(除冰盐);(3)环境水和盐类侵蚀:硫酸盐(镁盐)侵蚀,溶出性侵蚀(渗透溶蚀、碳酸侵蚀),土壤腐蚀(中碱性土、酸性土、内陆盐土、海滨盐土),盐卤腐蚀(海洋及近海、

5、盐湖),泛酸性侵蚀(pH≤4的环境水、污水);[2](4)碱骨料反应:碱硅酸反应,碱碳酸反应。对此国内外的学者主要从混凝土的抗渗透性，抗腐蚀性和抗冻性三个方面着手进行混凝土的耐久性研究。如在抗冻方面1945年,Powers提出了混凝土冻融破坏的毛细孔水结冰静水压假说。静水压理论：冰首先在混凝土的表面上形成，把试件内部封闭起来由于结冰膨胀所造成的压力迫使水分向内进入饱和度较小的区域混凝土渗透性较大时,形成水压梯度,对孔壁产生压力,随着冷却速度的加快,水饱和度的提高和气孔间隔的增大以及渗透性和气孔尺寸的减小,水压将会增高，当水压超过了混凝

6、土抗拉极限强度时，孔壁就会破裂，混凝土受到损害。结果在......气温上升结冰融解之后又发生冻结。这种反复出现的冻融交替具有累积的作用,使混凝土的裂缝扩张,表面剥落直至完全瓦解[3],之后Powers又与Helmuth一起提出了渗透压假说：渗透压理论含有未冻水的孔与含冰和离子溶液的大孔之间的渗透压毛细孔与凝胶孔内溶液之间的浓度差会引起凝胶孔向毛细孔中的扩散,从而形成了渗透压趋于平衡使孔壁的压力增加。即使水中没有离子溶解,水分子从小孔到含冰孔扩散时也有类似渗透压作用。1975年,[4]Fagerlund提出了混凝土抗冻性的临界水饱和度理

7、论,很好地解释了混凝土的冻融破坏现象Setzer的微冰晶透镜模型理论指出，冻融作用主要是一个饱和作用发生的过程，只有混凝土达到一定的饱和程度，内部破坏才有可能发生。[5]这些假说的提出对研究混凝土材料领域起着至关重要的作用,引领着后来的学者在混凝土抗冻领域进行深入研究。目前有关混凝土冻融的研究工作主要有混凝土冻融破坏机理的进一步深入探讨、提高混凝土抗冻性的措施和冻融耐久性劣化预测模型等方面。到目前为止,混凝土的受冻破坏机理还不是完全清楚,它可以是由于静水压或者是渗透压,或者是冻融过程中水分迁移的不连续性,混凝土内部的临界饱和度,或者微

8、冰晶透镜的长大,或者上述一个或者几个作用机理的结。一些学者在前人的基础上提出了一些新的理论如热弹性应力理论、低温腐蚀理论等。对改善混凝土抗冻性的研究主要是从冻融破坏的机理出发,针对混凝土内部结构组成和外部环境条件对抗冻性