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結構耐久性的影響因素
結構耐久性的影響因素
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自19世紀20 年代出現(xiàn)了波特蘭水泥后，由于用它配制成的混凝土具有工程所需要的強度和耐久性，而且原料易得，造價較低，因而迅速廣泛應用于建筑領域。20世紀初，有人發(fā)表了水灰比等學說，初步奠定了混凝土強度的理論基礎。以后，相繼出現(xiàn)了輕集料混凝土、加氣混凝土及其他混凝土，各種混凝土外加劑也開始使用。60年代以來，廣泛應用減水劑，并出現(xiàn)了高效減水劑和相應的流態(tài)混凝土；高分子材料進入混凝土材料領域，出現(xiàn)了聚合物混凝土；多種纖維被用于分散配筋的纖維混凝土。現(xiàn)代測試技術也越來越多地應用于混凝土材料科學的研究。
盡管混凝土發(fā)展迅速，近年來各種各樣的研究更是層出不窮，關于混凈土結構耐久性的研究和討論，也始終都是專家學者們研究的熱門課題。然而，從混凝土應用于建筑工程至今的150年間，大量的鋼筋混凝土結構由于各種各樣的原因而提前失效，達不到預定的服役年限。這其中有的是由于結構設計的抗力不足造成的，有的是由于使用荷載的不利變化造成的，但更多的是由于結構的耐久性不足導致的。特別是沿海及近海地區(qū)的混凝土結構，由于海洋環(huán)境對混凝土的腐蝕，尤其是鋼筋的銹蝕而造成結構的早期損壞，喪失了結構的耐久性能，已成為實際工程中的重要問題。早期損壞的結構需要花費大量的財力進行維修補強，甚至造成停工停產的巨大經濟損失。耐久性失效是導致混凝土結構在正常使用狀態(tài)下失效的最主要原因。
國內外統(tǒng)計資料表明，由于混凝土結構耐久性病害而導致的損失是巨大的，并且耐久性問題越來越嚴重。結構耐久性造成的損失大大超過了人們的估計。國
外學者曾用“五倍定律”形象地描述了混凝土結構耐久性設計的重要性，即設計階段對鋼筋防護方面節(jié)省1美元，那么就意味著：發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕時采取措施將追加維修費5美元；混凝土表面順筋開裂時采取措施將追加維修費25美元；嚴重破壞時采取措施將追加維修費125美元。
因此，鋼筋混凝土結構耐久性問題是一個十分重要也是迫切需要加以解決的問題，通過開展對鋼筋混凝土結構耐久性的研究，一方面能對已有的建筑結構物進行科學的耐久性評定和剩余壽命預測，以選擇對其正確的處理方法；另一方面可對新建項目進行耐久性設計，揭示影響結構壽命的內部與外部因素，從而提高工程的設計水平和施工質量。因此，它既有服務于服役結構的現(xiàn)實意義，又有指導待建結構進行耐久性設計的理論意義，同時，對于豐富和發(fā)展鋼筋混凝土結構可靠度理論也具有一定的理論價值。
正因為混凝土結構耐久性的問題如此重要，近年來世界各國均越來越重視混凝土結構的耐久性問題，眾多的研究者對混凝土結構耐久性展開了研究，取得了系列研究成果，而材料層面的成果尤為顯著。眾所周知，混凝土耐久性的影響因素有因素兩類，即內部因素和外部因素。內部因素有混凝土強度，密實度，水泥用量，水灰比，氯離子及堿含量，外加劑用量，保護層厚度等等；外部因素則包括溫度，濕度，CO2含量，侵蝕性介質，空氣流動性等。
第一類影響因素中，骨料和水泥的研究較為成熟，對混凝土性能的影響規(guī)律性也較強，如在其他材料不變化時，骨料的最大粒徑越小，骨料的表面積就越大，在獲得相同和易性的情況下，水灰比就越大，且最大程徑越小時，混凝土中的 9界面體積就越大，界面越多，對混凝土的傳輸影響就越顯著，對其耐久性影響就越明顯；水泥亦有類似現(xiàn)象，如水泥〈這里指純水泥，不考慮摻合料的影響〉的
細度增加時，要獲得相同的和易性，則應提高水灰比等。
第二類影響因素較為復雜．在實際工況中，多為兩種或兩種以上的因素耦合，如結構混凝土通常是在承載工況下服役，不可避免地受碳化、凍融等因素的共同作用。混凝土的碳化是指混凝土中的氫氧化鈣與滲透進混凝土中的二氧化碳和其它酸性氣體發(fā)生化學反應的過程。碳化的實質是混凝土的中性化，堿性降低，鋼筋的鈍化膜破壞，在水分和其它有害介質侵入的情況下，鋼筋就會發(fā)生銹蝕。
氯離子的侵蝕則是氯離子從外界環(huán)境侵入已硬化的混凝土造成的。海水是
結構耐久性的影響因素 氯離子的主要來源，氯離子對混凝土的侵蝕屬于化學侵蝕，對結構的危害是多方面的，但最終表現(xiàn)為鋼筋的銹蝕。至于堿-骨料反應一般指水泥中的堿和骨料中的活性硅發(fā)生反應，生成堿-硅酸鹽凝膠，并吸水產生膨脹壓力，造成混凝土開裂，且很難加以控制，堿-骨料反應一旦開始，一般不到兩年就會使結構出現(xiàn)開裂。在高寒地區(qū)還廣泛存在著凍融循環(huán)破壞，滲入混凝土中的水在低溫下結冰膨脹，從內部破壞混凝土的微觀結構． 經多次凍融循環(huán)后損傷積累將使混凝土剝落酥裂，強度降低。
此外，鋼筋腐蝕是影響鋼筋混凝土結構耐久性和使用壽命的重要因素。 鋼筋腐蝕伴有體積膨脹，使混凝土出現(xiàn)沿鋼筋的縱向裂縫，造成鋼筋與混凝土之間的粘結力破壞，鋼筋的有效截面積減少，結構構件的承載力降低，變形和裂縫增大等一系列不良后果，并隨時間的推移，腐蝕會逐漸惡化，最終可能導致結構的完全破壞。值得注意的是，幾乎所有侵蝕混凝土和鋼筋的作用都需要有水作介質。 混凝土結構開裂后，腐蝕速度將大大加快，耐久性將進一步惡化。在影響混凝土結構耐久性的諸多因素中，鋼筋銹蝕危窯最大，混凝土保護層碳化和開裂是鋼筋銹蝕的前提，水分、氧氣的存在是引起鋼筋銹蝕的必要條件。
關于混凝土的研究一定會隨著科技的發(fā)展而愈加深入，各式新材料和新技術的不斷研發(fā)和投入使用也會使得混凝土的耐久性不斷的提高，可以預見，未來的某一天，混凝土的耐久性這個“老大難”問題將不在困擾著建筑行業(yè)。
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