西南交通大学研究生混凝土耐久性考试答案2

1试述耐久性极限状态标志及耐久性极限状态的可靠指标取值答：混凝土结构发生耐久性破坏可近似认为是当混凝土发开裂到一定程度时混凝土与钢筋之间的粘结力发生破坏从而不能满足受力要求，我国《混凝土结构耐久性设计规》中将混凝土结构构件的耐久性极限状态分为三种：钢筋开始发生锈蚀的极限状态，钢筋发生适量锈蚀的极限状态和混凝土表面发生轻微损伤的极限状态，然而这个破坏程度很难定量描述，同时可知，氯离子浓度是影响钢筋锈蚀的主要因素，所以可以通过对氯离子浓度的定量描述来反映混凝土结构的耐久性能。

在对氯离子侵蚀环境下的混凝土结构进行寿命预测时,保护层内部钢筋表面的氯离子浓度达到使钢筋开始锈蚀的临界浓度时,即认为结构开始进入失效状态,所以可近似将钢筋表面氯离子浓度达到临界值作为耐久性极限状态的标志。

2.论述混凝土产生裂缝原因及防止方法混凝土产生裂缝的主要原因可以分为内部材料原因和外部环境作用原因。

1）内部材料原因：材料原因引起的裂缝各类包括有: 干缩裂缝、中性化伴随钢筋腐蚀产生裂缝、氧化物使钢筋腐蚀产生裂缝、碱集料反应产生裂缝、水泥水化热产生裂缝。

2）外部环境作用原因：外部环境作用原因引起的裂缝各类包括有：冻融循环作用、干湿交替、盐结晶、施工原因引起的混凝土裂缝、养护条件不当引起的裂缝，结构设计不当引起的裂缝以及建筑物沉降不均引起的裂缝等。

防止措施：1）合理选择混凝土原材料和配合比，例如骨料品种、水泥品种等。

2）在混凝土中掺加外加剂，提高混凝土的密实度，或配置成高性能混凝土。

3）控制混凝土的搅拌质量和加强混凝土的早期养护条件以及合理的混凝土保护层厚度。

4）优化结构设计，加强施工质量。

3.为什么在有盐环境及有干湿交替时耐久性环境等级较差?答：混凝土是一种多孔材料，内部结构比较复杂，孔洞、微裂缝的分布和形态等对微观特征对混凝土的硫酸盐侵蚀有很大影响，干湿循环对混凝土产生疲劳破坏，干燥状态下水份蒸发，混凝土毛细孔内的硫酸钠溶液浓度上升，溶液过饱和产生析晶，体积膨胀使毛细孔内壁产生微裂缝，降低混凝土试件的抗渗透性；另一方面毛细孔内盐溶液的浓度增大促进了化学反应的速度，侵蚀产物生长速度加快，侵蚀产物富集体积膨胀微裂缝开展，也进一步降低混凝土的抗渗透性。

1）在干湿交替的条件下，潮湿时侵入混凝土孔隙中的盐溶液当环境转为干燥后因过饱和而结晶，还会产生极大的结晶压力使混凝土破坏。

2）盐在混凝土内部孔隙中形成的盐溶液浓度不同，导致渗透压不同，从而在混凝土内部形成更大的渗透压力作用，加速了混凝土的破坏。

3）盐类除了对混凝土产生化学侵蚀外，还会产生盐析（结晶）膨胀破坏，特别是在干湿交替部位，如海港码头、防波堤、海中桥墩、石油平台、盐湖中的各种土建结构)。

4.试述构件的冻融破坏的极限状态。

小试件的冻融破坏与大件构冻融破坏有何不同？答：混凝土的冻融破坏过程,实际上是水化产物结构由密实体到松散体的过程,而在这一发展过程中,又伴随着微裂缝的出现和发展,而且微裂缝不仅存在于水化产物结构中,也会使引气混凝土中的气泡壁产生开裂和破坏,这是导致引气混凝土冻融破坏的主要原因。

大构件发生冻融破坏的表现为由表及里破坏的过程，而小构件5.试任选择两种及以上因素作用下对混凝土结构耐久性的影响分析6 .目前国家耐久性规范中环境等级是如何划分的?是否存在瑕疵?答：我国《混凝土结构设计规范》GB50010-2010中耐久性设计中将环境类别分为7个类别，分别为一、二a、二b、三a、三b、四、五。

规范中环境类别的划分是根据不同环境中各种因素对混凝土结构破坏的影响程度大小来划分的，缺陷：1）规范中所划分的环境作用因素均为单一因素，而未涉及多重因素共同作用下的等级划分。

2）对不同种结构类型，在使用功能和结构造型方面对环境的适应能力可能不用，从而环境对其的因素作用也是不同的，不能以所处单一环境来划分种类。

7.碱—骨料反应（AAR）导致混凝土结构最终失效的原因是什么(混凝土强度降低?开裂刚度降低? 开裂导致钢筋锈蚀？）答：碱-硅酸反应是水泥中的碱与骨料中的活性氧化硅成分反应产生碱-硅酸盐凝胶，或称碱硅胶。

碱硅胶固相体积大于反应前的体积，而且有强烈的吸水性。

吸水后膨胀引起混凝土内部膨胀应力。

碱硅胶吸水后进一步促进碱-骨料反应的发展，使混凝土内部膨胀应力增大，导致混凝土开裂，混凝土开裂促使外部环境中的有害物质进入内部（尤其是氯离子）锈蚀钢筋，破坏钢筋与混凝土之间的粘结力，从而使得混凝土结构破坏，所以，可以认为碱-骨料反应导致混凝土结构最终破坏的原因为反应促使混凝土开裂导致钢筋锈蚀。

8.试分析影响混凝土耐久性的因素与改善措施。

答：混凝土耐久性能主要包括抗渗、抗冻、抗侵蚀、碳化、碱骨料反应及混凝土中的钢筋锈蚀等性能。

影响混凝土耐久性的原因错综复杂，除去社会因素、人为因素外，技术方面的主要因素有以下几个方面：1、碳化。

混凝土的碳化是指空气中的二氧化碳与水泥石中的碱性物质相互作用, 使其成分、组织和性能发生变化, 使用机能下降的一种很复杂的物理化学反应过程。

碳化会降低混凝土的碱度，破坏钢筋表面的钝化膜, 使混凝土失去对钢筋的保护作用, 给混凝土中钢筋锈蚀带来不利的影响。

同时，混凝土碳化还会加剧混凝土的收缩。

2、冻融破坏。

混凝土是由水泥砂浆和粗骨料组成的毛细孔多孔体。

当毛细孔中的水处于饱和水状态，在温度下降到冰点以下时，毛细孔中水结冰，胶凝孔中的水处于过冷状态，胶凝孔中处于过冷状态的水分子因为其蒸汽压高于同温度下冰的蒸汽压而向毛细孔中冰的界面处渗透，于是在毛细孔中又产生了一种渗透压力。

此外，胶凝水向毛细孔渗透的结果必然使毛细孔中的冰体积进一步膨胀，毛细孔壁同时承受膨胀压和渗透压两种压力，当这两种压力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会开裂。

在反复冻融循环后，混凝土中的裂缝会互相贯通，使混凝土由表及里遭到破坏。

3、氯离子侵蚀。

氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀将严重威胁混凝土结构的耐久性。

我国有广阔的海域，海岸线很长，沿海地区有大片盐碱地且大都以含氯盐为主使腐蚀条件更为苛刻，氯离子进入混凝土中并到达钢筋表面，当它吸附于局部钝化膜处时，可使该处pH值迅速降低。

氯离子对钢筋表面钝化膜的破坏首先发生在局部(点)，使这些部位(点)露出了铁基体，与尚完好的钝化膜区域之间构成腐蚀电池，腐蚀电池作用的结果是钢筋锈蚀。

混凝土中氯离子的存在，强化了离子通路，降低了阴、阳极之间的电阻，提高了腐蚀电池的效率，加速了电化学腐蚀过程。

以上电化学腐蚀过程中，氯离子通过破坏钝化膜、形成“腐蚀电池”、去极化作用和导电作用加速了钢筋的锈蚀，而氯离子在腐蚀过程中只参与了过程，并没有被“消耗”掉，这也是氯盐侵蚀的主要特点之。

改善措施：1）混凝土中掺入外加剂，例如减水剂、引气剂等，提高混凝土的耐久性。

2）混凝土中掺入具有火山灰质掺合料，例如优质粉煤灰、沸石粉等，或配制成高性能混凝土。

3）针对混凝土所处不同环境，合理设计保护层厚度。

4）对混凝土和钢筋进行涂层保护，限制外部有害物质进入内部锈蚀钢筋。

9.钢筋混凝土中钢筋锈蚀Cl-1临界浓度如何确定？钢筋锈蚀到什么程度可以认定结构失效。

答：1）CL离子是要求混凝土中钢筋锈蚀的主要原因，混凝土中CL离子浓度达到一定程度时会到底钢筋表面发生锈蚀，引起钢筋混凝土的破坏，此时的CL离子浓度成为临街氯离子浓度，临界氯离子浓度反应了混凝土抵抗氯离子侵蚀的能力。

然而混凝土中的OH根离子可以抵抗钢筋的锈蚀，所以，认为氯离子与氢氧根离子浓度之比表示临界氯离子浓度更为合理，2）钢筋发生锈蚀引起钢筋混凝土破坏的根本原因是当钢筋发生锈蚀后，钢筋与混凝土之间的粘结力会大大削弱，导致两者不能协同工作，不能满足受力要求，故可定义当钢筋与混凝土之间粘结力减小到某一特定值时对应的钢筋锈蚀程度作为结构失效的临界状态。

10.试分钢筋混凝土保护层厚度与那些因素有关？答：1工作状态的影响, 规范把构件类型按板墙壳、梁、柱进行分类，适当增加了梁、柱类构件的保护层；基础中纵向受力钢筋的保护层厚度不应小于40mm，无垫层时不应小于70mm；2防火要求的影响：有防火要求的建筑物以及四、五类环境中的建筑物，混凝土保护层厚度应符合现行有关防火标准的要求3钢筋直径的影响：纵向受力钢筋及预应力钢筋、钢丝、钢绞线的混凝土净保护层厚度（从钢筋外边缘到混凝土外边缘的距离）不应小于钢筋的公称直径，且应符合附表的规定4混凝土强度的影响等5 碳化。

当混凝土碳化锋面达到钢筋，或氯离子侵入，在钢筋表面积聚达到界限值，使钢筋脱钝，在有水和氧气的条件下，钢筋开始腐蚀，由于腐蚀产物的体积膨胀，随着腐蚀的不断进行，混凝土表面因钢筋腐蚀膨胀将破坏〔如顺筋胀裂、层裂或剥落)，此时刻可由tr t'表示。

由于顺筋胀裂后，钢筋腐蚀速度将明显加快，一般在设计阶段可将顺筋开裂确定为耐久性寿命终结。

6氯离子的侵入11.耐久性规范中还有那些不够完善的地方，请举例、分析可能的原因。

1）1.1设计环境条件2）环境与砼之间的作用复杂多样,既有物理作用如波浪冲击、泥沙磨损、低强度老化、冻融循环等,又有化学作用如砼碳化、碱骨料反应、盐侵蚀等,这些作用往往不是独立存在,而是某几种同时存在,对结构耐久性产生影响.如何对这种协同作用作出评价,是设计耐久砼的重要环节.但现行规范对此考虑较少.3）1.2砼质量与耐久性4）按现行规范,砼质量以砼抗压强度来反映,同时为保证砼在不同环境下的耐久性,规范对水灰比、水泥用量也给出了限定.但是,实践经验表明,对各种混合水泥拌制的砼,由于水泥品种不同以及是否掺有减水剂、引气剂等原因,即使它们的强度(指28天标准抗压5）强度)、水灰比、水泥用量相同,也往往表现出不同的耐久性能.因此,上述三个参数作为评定砼的质量指标而言,显然具有不足之处.寻找更合适的砼质量评定指标或指标体系以及获得这些指标的标准试验方法,则是进一步修订规范时应考虑的问题.6）1.3裂缝宽度与结构耐久性7）现行规范中的最大裂缝宽度限值有两种含义:一是保证结构的适用性;二是保证结构具有足够的耐久性,这里所述的耐久性问题主要是指裂缝与钢筋锈蚀的关系.一般认为,沿钢筋的纵向裂缝对钢筋锈蚀程度的影响是显著的,但对于横向受力裂缝则不能一概而论.如:8）(1)对于普通钢筋砼构件,横向裂缝宽度对钢筋锈蚀的影响与结构的暴露时间有关[6],在短期暴露情况下,横向裂缝宽度与钢筋锈蚀程度呈正相关趋势,而对于长期暴露情况,横向裂缝宽度与钢筋锈蚀程度的关系不太明显.9）(2)对于预应力砼构件,横向裂缝宽度对结构的耐久性较为敏感,因为一旦锈蚀,很可能会导致预应力钢筋的脆性破坏.10）(3)在重复荷载作用下,裂缝处的腐蚀产物会影响卸荷段裂缝的闭合.通常裂缝愈宽,腐蚀产物的体积愈大,裂缝闭合的可能性或闭合程度愈小,局部范围内钢筋的腐蚀也就愈严重. 11）综上所述,现行规范中关于横向受力裂缝最大宽度限值的规定对结构耐久性是必要的,但仅此尚不够全面,还需要补充裂缝的其它有关规定,对横向受力裂缝限值也应视各种情况区别对待,这样的规范似乎更为合理.12）1.4耐久性失效准则13）耐久性失效应从以下几方面考虑:(1)结构外观或表面破损已不能满足正常使用或美学要求;(2)钢筋锈蚀或结构破损已导致结构承载力下降到不能允许的程度;(3)对结构进一步维修在技术上或经济上已不可行等.由此可见,耐久性是结构的综合性能,涉及结构的承载能力、正常使用以及维修等,反映了结构性能随时间的变化.现行规范把耐久性简14）单地归入正常使用状态似乎欠妥.15）1.5砼结构损伤过程的不确定性16）结构破坏是结构损伤累积的必然结果,而影响结构损伤的因素以及各因素之间的关系复杂多样,其中大部分具有不确定性.我国现行规范仍以确定性观点来处理耐久性问题,显然是不合适的.12.为什么说材料在使用过程中逐步劣化是结构耐久性降低的主要原因。