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关键词:钢筋混凝土梁;数值模拟;应力
随着计算机的发展,数值模拟方法在工程领域得到了越来越广泛的应用。数值模拟可以提供结构位移、应力、应变、混凝土屈服、钢筋塑性流动等信息,这些对于研究钢筋混凝土结构的性能和改进工程结构设计都有重要的意义。
1数值模拟的意义
对于钢筋混凝土构件,材料的非线性与几何非线性同时存在,试验方法存在一定的局限性,导致对钢筋混凝土构件的内部受力状态和破坏机理的研究不够深入。混凝土是由水泥、水、砂和石子及各种掺合料硬化而成,是成分复杂、性能多样的建筑材料。长期以来,人们用线弹性理论来分析钢筋混凝土结构的应力或内力,而以极限状态的设计方法确定构件的承载能力。这种方法往往是基于大量的试验数据基础上的经验公式,虽然能够反映钢筋混凝土构件的非弹性性能[1],但是在使用上存在局限性,也缺乏系统的理论性。随着计算机的发展,有限元法在工程领域得到了越来越广泛的应用。随着计算机的普及和完善,运用数值模拟方法检验和代替部分试验,具有节约成本、方便等有点。
2钢筋混凝土梁的模拟分析
2.1模型建立
以钢筋混凝土梁为例进行模拟分析:梁长6米,高取为500mm,截面宽度去为300mm,在跨中施加集中荷载20kN,梁左端施加可动铰支座约束,右端施加固定铰支座约束。
2.2位移图
受力前的图形为图2中的边框线,梁在集中力荷载作用下的位移图为图2.2中的实体。在集中荷载的作用下,以梁跨中间的位置向下弯曲最为明显,越到两端位移越小,直至为零,这与假设的边界约束条件相一致。
2.3应力图
从图中可以看出,梁受力后跨中截面部分的应力最大[2]。随着荷载的逐步加大跨中部分的应力变成红色,表明此处为梁的受力薄弱环节,在结构设计和施工中此处都应该加强措施以保证梁构件的安全。
3结语
数值模拟方法以其自身强大的优势,在一定程度可以起到辅助和代替部分试验的重要作用。在今后的发展研究中,随着数值模拟理论的不断进步,它必将会为工程实践提供准确的理论依据。
参考文献
关键词:钢筋混凝土 防腐技术 初探
Abstract: The reinforced concrete structure is most commonly used in building in China, whose quality will directly affect people's lives and property. Howerer, the corrosion is the most serious factor that pose a threat to the safety of reinforced concrete structures. Based on the analysis on the definition of concrete corrosion, the significance of corrosion resistance, the corrosion types and mechanismn and its influencing factors, the paper proposes several suggestions and measures for strengthening the concrete corrosion resistance, hoping to provide theoretical basis for better anti-corrosion of reinforced concrete.
Key words: reinforced concrete; anti-corrosion technology; exploration
中图分类号: TU375 文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012)
钢筋混凝土是当今世界上使用最多的工程材料。由于现代对建筑物耐久性的要求越来越高,人们对提高建筑物耐久性的研究越来越多。而相关研究表明钢筋混凝土的腐蚀是影响建筑结构耐久性的重要因素。因此,解决钢筋混凝土的防腐问题成为我们当务之急。本文在对钢筋混凝土腐蚀机理和影响因素研究分析的基础上,提出了一些加强混凝土防腐的建议措施,为今后的钢筋混凝土防腐工作的改进提供一定的理论基础。
一、钢筋混凝土防腐的意义
钢筋混凝土的防腐对于建筑结构的耐久性非常重要。合理有效的钢筋混凝土防腐可以使钢筋混凝土结构在正常的气象及使用条件下的寿命得到延长。相反的,若是忽视钢筋混凝土的防腐问题,在未采取任何措施的普通环中, 钢筋混凝土结构往往会由外到内慢慢出现疏松、渗漏、露石、开裂、剥落和钢筋锈蚀等问题,极大的缩短钢筋混凝土结构的使用寿命,更有甚者会对整个工程的安全造成危险。因此,进行钢筋混凝土的防腐工作的意义是非常重大。
二、钢筋混凝土腐蚀的类型和机理
1、钢筋混凝土腐蚀的类型
钢筋混凝土的腐蚀主要有两类,分别是氯盐对钢筋混凝土的腐蚀和碳化对钢筋混凝土的腐蚀。在氯盐对钢筋混凝土的腐蚀中,氯盐侵入钢筋混凝土方式有两种,即钢筋混凝土拌合时为了达到改善混凝土的某些性质而加入外加剂时的引入和钢筋混凝土硬化后外界氯离子通过渗透作用的侵入。这两种侵入方式中,后者被认为是氯盐对钢筋混凝土的腐蚀的主要原因。而在碳化对钢筋混凝土的腐蚀中,碳化的主要原因是空气中的二氧化碳气体与混凝土中的氢氧化钙发生了化学反应,生成了碳酸钙。碳酸钙的生成破坏了钢筋碱性环境,使钢筋容易发生锈蚀,造成钢筋混凝土腐蚀情况的出现。
2、钢筋混凝土腐蚀的机理
我们一般所说的钢筋混凝土腐蚀指的是凝土中的水泥和钢筋被腐蚀介质腐蚀。腐蚀介质包括酸、碱、盐,每种介质对应的腐蚀机理也存在差别。酸性介质腐蚀钢筋混凝土的机理是:其发生了相关反应破坏了混凝土的保护层,进而对保护层里钢筋表面钝化膜进行了破环,最终导致钢筋锈蚀。碱性介质腐蚀钢筋混凝土的机理是:在其侵入混凝土并出现干温交替情况下,其会对混凝土有一定的结晶破环作用。盐类介质腐蚀钢筋混凝土的机理是:在干湿交替的环境条件下,侵入到混凝土内部的盐类介质会发生反应而体积增大,进而对水泥内部压力增大,造成混凝土的剥落,最终使钢筋腐蚀。
三、钢筋混凝土腐蚀的影响因素
对钢筋混凝土腐蚀有影响的因素很多,但是其主要重要的主要有以下几个方面:
1、氯化物的影响
氯化物是钢筋混凝土被腐蚀的最主要原因,其氯离子的浓度高低与钢筋混凝土中钢筋的锈蚀速度存在直接的关系。其侵入钢筋混凝土的方式主要是如前所述的在混凝土生产过程中通过外加剂侵入和从外界通过扩散侵入。因此,研究氯化物对钢筋混凝土腐蚀的影响可以从混凝土质量、内部孔隙结构、混凝土保护层开裂与否和混凝土保护层的厚度等几个方面进行。
2、混凝土碳化
混凝土的碳化是造成钢筋混凝土被腐蚀的又一重要原因,其与钢筋混凝土结构物的耐久性有密切的关系。混凝土碳化对钢筋混凝土腐蚀的影响主要通过生成碳酸钙来破坏钢筋的碱性环境,使钢筋表面的钝化膜失稳,进而造成钢筋的腐蚀。混凝土结构的碳化过程非常缓慢,其与混凝土自身的空隙率及渗透性有很大的关系。
3、水和氧气的影响
水和氧气是造成钢筋混凝土被腐蚀的重要原因之一,混凝土孔隙中水和氧气的存在为钢筋锈蚀提供了必备的条件。孔隙中的水与钢筋的腐蚀速率存在着直接的联系。通常认为在一定的含水量范围内,混凝土孔隙中的含水量与钢筋的腐蚀速度存在正相关的关系。而氧气在钢筋表明有水膜的条件下,会使钢筋发生电化学腐蚀,且水中溶解的氧气量在一定范围内时,溶解氧的多少和钢筋腐蚀的速率有正相关的的关系。
4、保护层厚度
保护层厚度也是造成钢筋混凝土被腐蚀的原因之一。在干燥的环境中,保护层厚度对混凝土腐蚀影响不大。而在极潮湿的环境中,保护层厚度与氧扩散阻力成正相关的关系,而氧扩散阻力与钢筋混凝土的腐蚀成负相关的关系。此外,混凝土保护层厚度还对氯离子的扩散有影响。
四、加强钢筋混凝土防腐的措施
1、控制原材料中氯化物的含量
混凝土的原材料包括水泥、水、沙子、石子及外加剂。在进行钢筋混凝土原材料的选择时,除了满足施工的质量要求外,还应选择氯化物含量较少的材料。如对水泥的选择时,应选择火山灰和粉煤灰类水泥,其成分可以有效减少氯化物对水泥石的溶解和析出;对于水的选择,尽量选择含氯量低的水,禁止使用海水;沙子应尽量避免使用海沙,如必须使用时,应严格控制其含氯量;外加剂的选择时也应考虑氯化物含量的问题,其含氯量应符合相关的标准。而对于预应力的钢筋混凝土结构,国家规定禁止使用含氯的外加剂。
2、选用耐腐蚀钢筋
钢筋混凝土结构中,原有钢筋材料在自身抗腐蚀方面表现不佳。随着相关技术的发展,钢筋混凝土结构中使用比较多的耐腐蚀钢筋是环氧涂层钢筋。其具有良好的抗拉和抗弯性、耐化学侵蚀的性和耐高碱性。环氧涂层钢筋的使用可以从一定程度上缓解钢筋混凝土结构的腐蚀速度。但是此种材料也存在一定的不足,即其涂层一旦被破坏,他的防腐性能将大打折扣,甚至比不上传统的钢筋材料。因此,在以后的工程实践中,应该对其涂层质量缺陷进行相关的研究。
3、进行阴极保护
阴极保护是钢筋混凝土防腐的有效措施。通过外加电流或者牺牲阳极,可以实现钢筋的阴极保护。进行阴极保护的钢筋,可以有效防止氯离子对钢筋的电化学腐蚀,使钢筋混凝土结构防腐中氯化物的问题得到有效解决,在很大程度上提高了钢筋混凝土的防腐效果。
五、结论
钢筋混凝土的防腐工作与人民财产的安全息息相关,应该得到我们足够的重视。我们需要在弄清其腐蚀机理和影响因素的前提下,对现有工作进行改进,使钢筋混凝土的防腐工作的成效得到进一步提高。
参考文献
1、葛燕,朱锡昶,朱雅仙,李岩. 混凝土中钢筋的腐蚀与阴极保护[M]. 北京: 化学工业出版社, 2009.
1、混凝土的主要材料是砂和石头,而水泥和钢筋在这个材料中,所占的比例是不大的。当然砂和石大多数情况下都是由建筑所在地供应的,水泥与钢筋在中国大多数地方都有,所以钢筋混凝土可以就地取材,非常的方便。
2、从钢筋的结构来看,把混凝土和钢筋包裹起来之后,哪怕是在侵蚀性介质的环境下,也可以通过特殊的工艺将它做成耐腐蚀性的,这样一来就可以确保建筑长时间使用了也不会出现什么问题。
3、钢筋混凝土具有非常不错的可模型,它可以根据建筑的需求制作成不同形状的构建,这个不但对建筑结构进行了合理的挑选,而且还为构建断面提供了方便,所以得到了无数人的认可。
上文给大家介绍了钢筋混凝土有哪些优势的相关内容,希望能够给到大家一些小小的帮助。
(来源:文章屋网 )
论文摘要:钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土桥梁耐久性损伤的最主要和最直接因素,也是混凝土桥梁耐久性破坏的主要形式之一。本文从锈蚀机理、影响因素和影响后果等方面进行了综述性讨论。
钢筋锈蚀是一个比较普遍、并且严重威胁结构安全的耐久性问题。它在影响结构物耐久性因素中,占据主导地位。美国、英国、德国和日本等国每年均花费巨资用于混凝土结构的耐久性修复,其中钢筋锈蚀占有相当大的比例。我国也有相当数量的钢筋混凝土桥梁相继进入老化期,钢筋锈蚀的研究和防治显得非常重要。
钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土桥梁耐久性损伤的最主要和最直接因素,也是混凝土桥梁耐久性破坏的主要形式之一。钢筋锈蚀对桥梁结构的破坏分为三个时期:前期是钢筋表面局部锈蚀出现锈斑、锈片等;中期是钢筋整个表面锈蚀,并产生膨胀,与保护层脱离,发生层裂;后期表现为钢筋铁锈进一步膨胀,混凝土本身发生破坏,出现顺筋胀裂,混凝土脱离,直至钢筋不断锈蚀,有效截面不断减小,桥梁结构承载力不断下降,钢筋混凝土构件丧失基本承载能力。
一、钢筋混凝土桥梁中钢筋锈蚀机理
正常情况下,由于初始混凝土的高碱性,钢筋混凝土桥梁结构力筋表面形成一层致密的钝化膜,使其处于钝化状态。但随着环境介质的侵入,钝化膜逐渐遭到破坏,从而导致腐蚀的发生。
力筋发生锈蚀需要三大基本要素:
(一)力筋表面钝化膜的破坏;
(二)充足氧的供应;
(三)适宜的湿度(RH=60~80%)。
三个要素缺一不可,第一要素为诱发条件,而腐蚀速度则取决于氧气及水分的供应。
钢筋的锈蚀一般为电化学锈蚀。发生电化学锈蚀必须具备3个条件:
1、在钢筋表面形成电位差;
2、在阴极部位钢筋表面存在足够的氧气和水;
3、在阳极区,使阳极部位的钢筋表面处于活化状态,即钢筋表面的钝化膜遭到破坏。
在氧气和水的共同作用下,钢筋表面不断失去电子发生电化学反应,逐渐被锈蚀,在钢筋表面生成红锈,引起混凝土开裂。
对于钢筋混凝土桥梁,在一般环境条件下,钢筋的锈蚀通常由两种作用引起:一种是混凝土碳化作用;一种是氯离子的侵蚀。二氧化碳和氯离子对混凝土本身都没有严重的破坏作用,但是这两种环境物质都是混凝土中钢筋钝化膜破坏的最重要又最常遇到的环境介质:混凝土碳化使混凝土孔隙溶液中的Ca(OH)2含量逐渐减少,PH值逐渐下降,钝化膜逐渐变得不再稳定以至于完全被破坏,使钢筋处于脱钝状态;周围环境中的氯离子从混凝土表面逐渐渗入到混凝土内部,当到达钢筋表面的混凝土孔溶液中的游离氯离子浓度超过一定值(临界浓度)时,即使混凝土碱度再高,pH值大于11.5值,Cl-也能破坏钝化膜,从而使钢筋发生锈蚀。氯盐引起钢筋锈蚀的发展速度很快,远比碳化锈蚀严重,这种情况常发生在近海或海洋环境以及冬季经常使用除冰盐的环境。
二、影响钢筋混凝土桥梁钢筋锈蚀的主要因素
(一)混凝土的保护层厚度及完好程度和混凝土的密实度
这三个方面都与侵蚀性介质的侵蚀速度有关,保护层厚度对钢筋锈蚀的影响呈线性关系,因此世界各国规范对保护层厚度都作了规定。我国新修订的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中,对钢筋的最小保护层厚度规定中,随着使用环境条件的劣化,混凝土保护层厚度也在增加。混凝土的密实度影响着混凝土的渗透性,渗透性高的混凝土更容易发生锈蚀。
(二)混凝土的碳化程度
混凝土的碳化降低了混凝土的碱度,造成PH值降低,给钢筋脱钝提供了可能。钢筋的失重率与混凝土的碳化深度差不多呈线性关系,由此混凝土的碳化程度对钢筋锈蚀有重大影响。
(三)环境条件
环境对钢筋锈蚀的影响主要有以下几个方面:温度、湿度、二氧化碳的浓度、氧气的浓度以及侵蚀性介质的浓度。对于钢筋混凝土桥梁来说,影响最大的是湿度,当桥梁处在湿度较大的环境下,尤其是水位浮动的桥墩部位和浪溅区,最容易发生锈蚀。
(四)氯离子的影响
氯化物是一种很危险的侵蚀介质,但是在我国北方地区,为保证冬季交通畅行,向道路、桥梁及城市立交桥等撒除冰盐,大量使用的氯化钠和氯化钙,使得氯离子渗入混凝土,引起钢筋锈蚀破坏。
北方地区许多的工程经验教训表明,大量地使用除冰盐是影响钢筋混凝土桥梁结构耐久性的主要原因之一。根据国外的相关研究报道,使用除冰盐的桥梁结构一般在5~10年就开始腐蚀破损造成钢筋锈蚀,混凝土胀裂。由于到目前为止,还没有找到能够完全替代除冰盐的除冰方法,除冰盐仍将继续使用。因此采取针对除冰盐的防腐蚀措施是十分重要的。
三、钢筋锈蚀对钢筋混凝土桥梁耐久性的影响
钢筋锈蚀的直接结果是钢筋的截面积减少,不均匀锈蚀导致钢筋表面凹凸不平,产生应力集中现象,使钢筋的力学性能退化,如强度降低、脆性增大、延性变差,导致构件承载力降低。
(一)锈蚀后钢筋的力学性能
锈蚀钢筋抗力的降低直接影响服役结构和构件的承载能力,严重时可能造成结构提前失效甚至倒塌。沿钢筋长度发生均匀锈蚀时,钢筋的失重率近似等于钢筋的截面面积损失率,钢筋所能抵抗的极限拉力的降低与钢筋截面面积锈损率基本成正比,此时,可以简单地用锈损钢筋的实际截面面积乘以未锈钢筋的极限抗拉强度获得锈蚀钢筋的极限抗拉能力。
但是,由于混凝土材料的不均匀性、使用环境的不稳定性、钢筋各部位受力程度的不同等因素,实际上混凝土中的钢筋锈蚀很少有均匀锈蚀的情况,通常钢筋截面面积损失率大于重量损失率,而且随着钢筋锈蚀的发展,锈蚀的不均匀性和离散性增大,重量损失率与截面面积损失率的差异也越大。因此,钢筋极限抗拉能力的下降,除钢筋截面的锈损、有效截面面积减小外,还有一个因素:锈损钢筋的表面凹凸不平,受力以后缺口处产生应力集中,使锈蚀钢筋的屈服强度和极限强度降低;且锈损越严重,应力集中引起的强度降低越多。
(二)钢筋锈蚀后对钢筋与混凝土协同工作性能的影响
钢筋锈蚀后,钢筋与混凝土之间的粘结锚固性能降低。试验研究结果表明,锈蚀钢筋混凝土主梁抗弯承载力试验值小于只考虑锈蚀后钢筋截面积减小、屈服强度降低计算得到的抗弯承载力值,说明钢筋和混凝土的粘结强度降低也是锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力降低的主要影响因素之一。因此,对受拉钢筋必须乘以协同工作系数,以考虑粘结退化对钢筋混凝土梁抗弯承载力的影响。
理论上,考虑粘结强度降低的影响,锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力应介于未锈蚀构件和无粘结构件之间,而相同条件下无粘结受弯构件承载力约为正常构件的70%~80%左右,那么kb则应处于0.7~1之间。
(三)钢筋锈蚀后对钢筋混凝土桥梁结构性能的影响
【关键词】混凝土;腐蚀;钢筋;耐久性
前 言
钢筋混凝土结构是目前应用较广的结构形式之一。随着建筑物的老化和环境污染的加重,钢筋混凝土结构耐久性问题越来越引起国内外广大研究者的关注。在第二届国际混凝土耐久性会议上,Mehta教授指出:“当今世界混凝土破坏原因,按递减顺序是:钢筋腐蚀、冻害、物理化学作用”。他明确地将“钢筋腐蚀”排在影响混凝土耐久性因素的首位。
一、钢筋的腐蚀过程
钢筋的腐蚀机理钢筋的腐蚀过程是一个电化学反应过程。混凝土孔隙中的水分通常以饱和的氢氧化钙溶液形式存在,其中还含有一些氢氧化钠和氢氧化钾,pH值约为12.5。在这样强碱性的环境中,钢筋表面形成钝化膜,它是厚度为20~60的水化氧化物(nFe2O3?mH2O),阻止钢筋进一步腐蚀。因此施工质量良好、没有裂缝的钢筋混凝土结构,即使处在海洋环境中,钢筋基本上也不会发生腐蚀。但是由于各种因素,钢筋表面的钝化膜受到破坏,成为活化态时,钢筋就容易腐蚀。呈活化态的钢筋表面所进行的腐蚀反应的电化学机理是,当钢筋表面有水分存在时,就发生铁电离的阳极反应和溶解态氧还原的阴极反应,相互以等速度进行。其反应式如下阳极反应Fe–2e Fe2+阴极反应O2+2H2O+4e 4OH-腐蚀过程的全反应是阳极反应和阴极反应的组合,在钢筋表面析出氢氧化亚铁,该化合物被溶解氧化后生成氢氧化铁Fe(OH)3,并进一步生成nFe2O3?mH2O(红锈),一部分氧化不完全的变成Fe3O4(黑锈),在钢筋表面形成锈层。红锈体积可大到原来体积的四倍,黑锈体积可大到原来的二倍。铁锈体积膨胀,对周围混凝土产生压力,将使混凝土沿钢筋方向开裂,进而使保护层成片脱落,而裂缝及保护层的剥落又进一步导致更剧烈的腐蚀。
二、结构性能研究
对受腐蚀钢筋混凝土结构的研究方法主要是试验分析和有限元分析。试验分析中,腐蚀试件的模拟一是通过试验室试验,包括快速腐蚀试验(电化学腐蚀、加氯盐腐蚀等)和盐雾试验,二是长期自然暴露试验,三是替换构件法。有限元分析中,大多采用钢筋混凝土非线性有限元方法对受腐蚀钢筋混凝土构件进行非线性模拟。
钢筋腐蚀通常会改变正常配筋混凝土梁的破坏类型,框架梁一般为弯曲破坏,而受腐蚀梁很多情况下为剪切破坏。不论破坏形态是超筋梁的破坏还是少筋梁的破坏,结构的破坏形态都是从有预兆的塑性破坏变为无预兆的脆性破坏。随着纵筋腐蚀量的增加,钢筋混凝土梁的强度和刚度都在下降。
钢筋混凝土构件实际上都是处于工作状态,而构件在应力状态下的腐蚀与没有加载时有很大不同,其各方面的性能亦有很大改变。荷载对受腐蚀钢筋混凝土构件的影响是多方面的,加载历史和加载级别对腐蚀的发生和发展有明显影响,并影响混凝土中钢筋的腐蚀量,而腐蚀量反过来通过强度或刚度损失影响钢筋混凝土构件的适用性。
由于腐蚀使钢筋的截面尺寸、表面状况以及钢筋和混凝土之间的粘结等均发生了变化,腐蚀对钢筋混凝土结构动力性能的不利影响将更为严重。已有的试验表明,随着钢筋腐蚀量增加,钢筋混凝土构件的滞回曲线丰满程度和滞回环面积逐渐减小,表明构件耗能能力和延性降低。同时由于钢筋腐蚀程度的不均匀性,滞回曲线具有明显的不对称性.从骨架曲线看,腐蚀严重的构件承载力和刚度均降低较多,且达到极限荷载后平直段变短,延性降低。因此钢筋腐蚀对钢筋混凝土构件反复水平荷载作用下的恢复力性能有较大影响,在抗震设计中应予以考虑,以保证结构在地震作用下的安全。
三、钢筋混凝土锈蚀破坏及防护措施
1.钢筋混凝土锈蚀破坏
钢筋锈蚀是引起混凝土结构耐久性下降的最主要和最直接因素,目前对影响钢筋锈蚀的因素、锈蚀钢筋材料性能的变化、钢筋锈蚀的防护和检测等各方面均有较多的研究。
混凝土中钢筋的锈蚀破坏过程可分为三个阶段:阶段Ⅰ,从结构建成到钢筋表面钝化膜破坏;阶段Ⅱ,钢筋开始锈蚀,直到混凝土保护层出现顺筋开裂;阶段Ⅲ,钢筋加速锈蚀直到构件丧失承载能力。锈蚀的形式一般为斑状锈蚀,即锈蚀分布在较广的表面面积上。
2.防止钢筋锈蚀的主要措施
防止钢筋锈蚀的根本途径是减缓二氧化碳、氧、水等腐蚀因子通过混凝土保护层向钢筋表面渗透扩散的速度,以及防止氯离子在钢筋表面的积聚。
办法有两类:
第一类是采用防护材料或外部措施,如采用喷塑钢筋、钢筋表面涂锌、混凝土中掺加缓蚀剂、混凝土表面涂刷防护层、采用聚合物浸渍混凝土表层以及设置阴极保护设施等;
第二类是利用和加强混凝土保护层自身的保护功能,其措施主要有:确保保护层厚度,提高混凝土的密实性,控制混凝土拌和物中的氯盐含量。
总的来说,钢筋混凝土的锈蚀破坏是一个重要问题。探讨钢筋混凝土的耐久性的机理和失效概率,找出有效的防护措施,提高结构使用寿命,改进其维修办法等已成为当前钢筋混凝土学科中的一个重大研究课题。
四、提高混凝土的耐久性
1.掺入高性能减水剂 在保证混凝土强度等级、拌和物和易性的同时,尽可能减少用水量,降低水灰比,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。在这些絮凝装结构中,包裹着许多拌和水,从而降低了新拌混凝土的黏聚性。施工中为了确保混凝土拌和物的和易性,就必须在拌和时相应地增加用水量,促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂后,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,同时使水泥絮凝状的絮凝体内的游离水释放出来,因而达到减少用水量的目的。研究表明,当掺入高效减水剂时,完全可以将水灰比降低到0.38以下从而消除毛细管孔隙。
2.掺入活性矿物掺料 混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足,是影响混凝土耐久性的另一因素。在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(火山灰、矿渣、粉煤灰等)中含有大量活性SiO2及活性Al2O3,它们能和水泥水化过程中产生的游离石灰及高碱性水化硅酸钙产生二次反应,生成强度更高,稳定性更优的低碱性水化硅酸钙,从而改善水化胶凝物质的组成,消除游离石灰的目的。
3.消除混凝土自身的结构破坏因素 除了环境因素引起的混凝土结构破坏以外,混凝土本身的因素,也会引起混凝土结构的严重破坏,致使混凝土失效。例如,混凝土的化学收缩和干缩过大引起的开裂,水化热过高引起的温度裂缝,硫酸铝的延迟生成,以及混凝土的碱集料反应等。因此在确保混凝土强度等级的条件下提高混凝土的耐久性,就必须减小或消除这些结构破坏因素,降低或消除从原材料引入的碱、SO3、Cl 等可能引起破坏和钢筋腐蚀物质的含量,加强施工控制环节,避免收缩及温度裂缝产生,提高混凝土的耐久性。
五、结语
虽然目前国内外已经在受腐蚀钢筋混凝土结构的性能方面开展了一些研究,做了不同腐蚀情况下钢筋混凝土受弯构件、大小偏心受压构件、钢筋与混凝土粘接试件的试验等,并进行过一些有限元分析,得出了构件承载力和变形性能随钢筋腐蚀量的增加而不同程度降低的结论。但是对受腐蚀钢筋混凝土结构抗剪性能、动力性能的研究仍然极少,特别是对受腐蚀钢筋混凝土结构疲劳性能的研究几乎还是空白,我们应加强这方面的研究。
参考文献