第2讲 工程结构损伤机理及危害

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1、结构可靠性鉴定与加固第2讲工程结构损伤机理及危害2.1混凝土结构损伤机理及其危害唐昌辉建筑工程系土木工程学院湖南大学Email:2863472302@qq.comPhone:137073181872.1.1混凝土中的钢筋腐蚀2.1.1混凝土中的钢筋腐蚀1.概述在第二届混凝土耐久性国际会议（1991）上，梅塔教授在题为《混凝土的耐久性——50年的进展》的主题报告中指出：“当今世界，在我国，1985年安徽省对14座水工混凝土建筑物进行锈蚀破坏调混凝土破坏原因按照重要性递降顺序排列是：钢筋腐蚀、混凝土的冻查，几乎不同程度地发生混凝土

2、碳化和钢筋锈蚀破坏。融破坏、侵蚀环境的物理化学作用。”美国标准局1975年的调查表明：美国全年各种腐蚀损失为700亿美锈蚀使钢筋受力截面减小，锈蚀层膨胀使混凝土保护层沿钢筋方元，其中混凝土中钢筋锈蚀损失占40%。向“顺筋”开裂，而后脱落，以致不得不花费大量经费对结构进行修补和加固。在英国，英格兰岛中部环线11座混凝土高架桥建设费是2800万英镑（1972年），因冷天撒盐融化冰雪，两年后发现钢筋锈蚀将混凝土顺筋胀裂，到1989年的15年间花费4500万英镑修补。2.1.1混凝土中的钢筋腐蚀2.1.1混凝土中的钢筋腐蚀过程：2.钢

3、筋腐蚀机理（1）钢筋表面存在电位差；条件：混凝土中的钢筋在同时满足下列三个条件时就会产（2）钢筋表面高碱性条件下形成的钝化膜被破坏；生锈蚀：（3）在水和氧气存在的条件下产生腐蚀电池反应，阴阳两极发生反应（1）钢筋表面存在电位差，不同电位区段之间形成阳极—阴极；，溶液中生成氢氧化亚铁：2+-2Fe+4OH¾¾®2FeOH()2（2）阳极区段钢筋表面处于活化状态，在阳极发生以下阳极反应：（4）氢氧化亚铁与水中的氧反应生成氢氧化铁，其下部的铁将进一步锈蚀。-2+2Fe-4e¾¾®2Fe（5）随着时间推移，一部分氢氧化铁氧化成为nFe

4、OmHO
（红锈），232一部分氧化不完全成为FeO（黒锈），红锈体积可增大到原来体34（3）存在水分和溶解氧，在阴极发生以下阴极反应：积的四倍，黒锈体积可大到原来的二倍，膨胀对砼产生压力，产生2HOO++4e-¾¾®4OH-顺筋裂纹。22（6）砼保护层脱落，进一步导致钢筋剧烈的腐蚀。2.1.1混凝土中的钢筋腐蚀2.1.1混凝土中的钢筋腐蚀3.影响钢筋腐蚀的主要因素4.钢筋腐蚀的措施（1）pH值：pH值越大，碱性成分在钢筋表面形成的钝化膜的保护作用就（1）常规防腐蚀法：越强。1）优选混凝土配合比，严格控制水灰比，选用合适的水泥

5、用量和外加剂（2）氯离子含量：该离子半径小，活性大，具有很强的穿越钝化膜的能。力。来源：防冻剂；外环境。2）保护层厚度达标。（3）氧：钢筋锈蚀的先决条件是所接触水中含有溶解态氧，在锈蚀工程3）保证施工质量，提高密实性、抗冻性和抗渗性，加强养护防止有害裂中起到促进阴极反应的作用，支配锈蚀速度。缝。（4）混凝土密实性：砼密实性越好，内部微细孔隙和毛细管通道越小，4）采用合适的材料，防止碱集料反应。有效阻隔外界腐蚀性介质、水和氧气渗入。5）严格限制氯离子含量。（5）混凝土保护层厚度。6）必要时采取表面涂层防护。（6）其他因素：预应力

6、钢筋的锈坑腐蚀，应力腐蚀，氢脆腐蚀。粉煤灰7）定期检查，发现有裂缝或混凝土疏松掉皮时及时鉴定处理。等矿物掺合料降低砼碱性等。2.1.1混凝土中的钢筋腐蚀2.1.2混凝土的中性化（2）特殊防腐蚀法：1.概述混凝土中性化：1）阴极保护。混凝土周围环境和介质中的CO2、HCl、SO2、Cl2等深入混凝土表面，与水泥石中的碱性物质发生反应从而使pH值降低的过程。混凝土在2）环氧树脂涂层钢筋。空气中的碳化是中性化最常见的一种物理化学过程。3）用纤维增强塑料Fiber-reinforcedplastics(FRP)代替钢筋。4）镀锌钢筋。

7、5）在混凝土内或钢筋表面加防锈剂。2.混凝土碳化的机理空气中的二氧化碳首先渗透到混凝土内部充满空气的孔隙和毛细管中，而后溶解于毛细管中的液相，与水泥水化过程中产生的氢氧化钙和硅酸三钙、硅酸二钙等水化产物相互作用，形成碳酸钙。2.1.2混凝土的中性化2.1.2混凝土的中性化3.混凝土碳化对结构的影响4.混凝土的碳化过程（1）化学反应过程：CO+HO¾¾®HCO2223在某些条件下，混凝土碳化会增加其密实性，提高混凝土抗化学腐蚀的能力，但由于碳化降低混凝土的碱度，破坏钢筋表面的钝化膜，是混CaOH()2+HCO23¾¾®CaCO3

8、+2HO2凝土失去对钢筋的保护作用，给混凝土中钢筋腐蚀带来不利影响，同时，混凝土碳化还会加剧混凝土的收缩，有可能导致混凝土的裂缝和3CaOSiO
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3HO2+2HCO23¾¾®3CaCO3+2SiO2+6HO2结构破坏。2CaOSiO

4HO+2HCO¾¾®2CaCO+