1. 由于水泥導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)損傷的機(jī)理
混凝土中水泥是其最重要的組成部分,水泥的質(zhì)量往往決定了混凝土的質(zhì)量。
(1)水泥的不合理儲(chǔ)存:由于水泥本身的化學(xué)成分,導(dǎo)致水泥容易跟空氣中的水分和二氧化碳反應(yīng),使其表面硬化,嚴(yán)重降低自身凝膠力強(qiáng)度。尤其在潮濕環(huán)境當(dāng)中,反應(yīng)更快。因此水泥的存放不應(yīng)長于3個(gè)月,并且避免存放在潮濕環(huán)境當(dāng)中。
隨著商品混凝土的廣泛普及,上述問題已經(jīng)得以有效解決。但對(duì)于采用現(xiàn)場攪拌混凝土的部分小型工程,水泥的不合理存放,也是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)問題的重要原因。
(2)水泥的安定性不合格:當(dāng)水泥熟料當(dāng)中含過多游離氧化鈣和游離氧化鎂,遇水反應(yīng)后,一方面會(huì)使混凝土體積膨脹,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂;另一方面會(huì)降低混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。
(3)水泥的水化熱:水泥的水化反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生熱量,水化熱在內(nèi)部積聚難以散熱。造成混凝土內(nèi)部升溫的時(shí)間很短,但是降溫時(shí)間長。對(duì)于大體積混凝土容易產(chǎn)生較大的溫差,形成貫穿性的裂縫。
這種損傷難以避免,通常采取各種施工措施減少、控制裂縫的發(fā)展,例如:通過分層分階段的澆筑。
2. 由于骨料導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)損傷的機(jī)理
混凝土當(dāng)中骨料占體積70%以上,混凝土的質(zhì)量與骨料的質(zhì)量有密切的關(guān)系。骨料主要是就地取材,不同地區(qū)的骨料往往由較大的差別,所以容易造成比較多的結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題。
(1)堿-骨料反應(yīng):水泥中的可溶性堿與骨料中的活性物質(zhì)(如SiO2)在混凝土硬化后逐漸反應(yīng),生產(chǎn)含堿性的凝膠體,吸水膨脹,使混凝土因膨脹而開裂。不但削弱了混凝土的耐久性,甚至使混凝土失去承載能力。由于這種損傷既難以控制,而且無法修復(fù),被稱為混凝土結(jié)構(gòu)的“癌癥”。
為了避免堿骨料反應(yīng),現(xiàn)行方法采用不含活性物質(zhì)的骨料。相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對(duì)混凝土中的骨料有嚴(yán)格的限制,骨料要通過堿活性試驗(yàn),確保不含對(duì)工程無害的活性物質(zhì)。
(2)骨料的其它有害物質(zhì):混凝土的骨料往往含有大量的雜質(zhì),對(duì)結(jié)構(gòu)造成較大的影響,主要分為以下三類。
a. 有機(jī)物含量:含有大量的腐爛動(dòng)植物有機(jī)質(zhì),對(duì)水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生不良影響;
b. 含泥量:黏土和粉塵含量高也降低了混凝土的強(qiáng)度;
c. 硫酸鹽、氯化物含量:沿海地區(qū)不法建筑商人使用海沙作為原材料,海沙含有大量的氯化物或者硫酸鹽,導(dǎo)致鋼筋銹蝕進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。
3. 鋼筋的銹蝕混凝土結(jié)構(gòu)損傷的機(jī)理
鋼筋銹蝕,是混凝土建筑破壞的一個(gè)重要原因,早已引起全世界建筑行業(yè)的關(guān)注與重視。全球各國每年花費(fèi)大量的資金用于維修鋼筋的銹蝕。
(1)混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)與鋼筋銹蝕的機(jī)理
鐵元素性質(zhì)比較活潑,在自然界當(dāng)中主要以氧化鐵的形式存在。鋼鐵由氧化鐵高溫熔煉而成,處于不穩(wěn)定的狀態(tài),容易與空氣中的水、氧氣、二氧化碳等物質(zhì)反應(yīng),恢復(fù)為氧化鐵。
混凝土的水化作用產(chǎn)生大量的游離OH-,其pH值一般達(dá)到12.5~13.5。鋼筋在高堿性環(huán)境下表面形成鈍化膜,防止鋼筋銹蝕。
隨著使用時(shí)間的推移,空氣中的二氧化碳與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),逐漸使混凝土pH值較低,也就是混凝土的中性化?;炷林行曰?,鈍化膜對(duì)鋼筋的保護(hù)失效。若混凝土中含一定量的氯化物,就算混凝土尚未中性化,也會(huì)使鈍化膜對(duì)鋼筋的保護(hù)失效。
當(dāng)失去鈍化膜,鋼筋滿足一下三個(gè)條件就會(huì)產(chǎn)生銹蝕:
a. 鋼筋表面存在電位差;
b. 陽極區(qū)段的鋼筋表面處于活化狀態(tài);
c. 存在水分與氧氣。
銹蝕后鋼筋的受力截面減少,銹蝕層膨脹使混凝土保護(hù)層沿鋼筋方向“順筋”開裂,使混凝土剝落。
(2)影響鋼筋銹蝕的主要因素
a. pH值:pH值越大,鈍化膜對(duì)鋼筋的保護(hù)越好。pH>10時(shí),鋼筋的銹蝕極其緩慢。
b. 氯化物:混凝土中含氯化物含量超過一定量時(shí),即使混凝土還處于堿性,鋼筋仍會(huì)銹蝕。
c. 水與氧氣:水與氧氣是鋼筋銹蝕的必要條件,隔絕水或者氧氣就可以防止鋼筋的銹蝕。
混凝土結(jié)構(gòu)的損傷成因眾多,而且復(fù)雜。一般業(yè)主難以其成因及危害性。
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