混凝土结构损坏机理论文

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混凝土结构破坏机理分析

混凝土结构破坏机理分析

混凝土结构破坏机理分析一、引言混凝土结构作为一种广泛应用的建筑材料,具有高强度、耐久性好、施工方便等优点,在建筑工程中应用十分广泛。

然而,随着时间的推移,混凝土结构会发生各种破坏,这不仅会给建筑物带来安全隐患,而且还会影响建筑物的使用寿命。

因此,深入研究混凝土结构的破坏机理,对于提高混凝土结构的安全性和使用寿命具有重要意义。

二、混凝土的组成与结构混凝土是由水泥、砂、石子和水按一定比例混合而成的一种材料。

其中,水泥是混凝土的主要结合材料,砂和石子是填充材料,水用于混合和固结混凝土。

混凝土的基本结构是由水泥石、砂浆和骨料三个部分组成。

其中,水泥石是将水泥与水混合后形成的胶体,它充当着混凝土中胶凝材料的角色。

砂浆是将砂和水泥混合而成的材料,它主要充当着填充材料的角色。

骨料是混凝土中的主要强度部分,它是由石子、碎石、河卵石等颗粒状物料组成的。

三、混凝土结构的破坏形式混凝土结构的破坏形式主要包括拉伸破坏、压缩破坏、剪切破坏、弯曲破坏和扭转破坏等。

其中,压缩破坏是混凝土结构最常见的破坏形式,主要是由于混凝土的强度在压缩方向上比在拉伸方向上要高,所以当混凝土受到压力作用时容易出现破坏。

四、混凝土结构的破坏机理1. 拉伸破坏机理拉伸破坏是指混凝土结构在受到拉力作用时发生的破坏。

混凝土结构在受到拉力作用时,由于混凝土的强度较低,容易出现拉裂和断裂现象。

此外,混凝土结构在受到拉力作用时,还会出现应力集中的现象,进而导致混凝土的破坏。

2. 压缩破坏机理压缩破坏是指混凝土结构在受到压力作用时发生的破坏。

混凝土结构在受到压力作用时,由于混凝土的强度较高,容易出现压缩变形和破坏。

此外,混凝土结构在受到压力作用时,还会出现应力集中的现象,进而导致混凝土的破坏。

3. 剪切破坏机理剪切破坏是指混凝土结构在受到剪切力作用时发生的破坏。

混凝土结构在受到剪切力作用时,由于混凝土的强度较低,容易出现剪切破坏。

此外,由于混凝土结构在受到剪切力作用时,会出现应力集中现象,进而导致混凝土的破坏。

混凝土结构中的损伤与断裂行为

混凝土结构中的损伤与断裂行为

混凝土结构中的损伤与断裂行为混凝土结构在现代建筑中扮演着重要的角色,其具有高强度、耐久性和成本效益等优点。

然而,由于各种外部和内部因素的影响,混凝土结构很容易遭受损伤和断裂。

本文将探讨混凝土结构中的损伤与断裂行为,揭示其原因和解决方法。

1. 混凝土结构的损伤机制混凝土结构的损伤可以分为两种类型:可见损伤和隐蔽损伤。

1.1 可见损伤可见损伤通常指裂缝、脱落和变形等明显可观察到的破坏情况。

这些损伤往往是由于外部力的作用、热胀冷缩和化学侵蚀等因素引起的。

例如,长期受到重力荷载和震动的混凝土柱子可能会出现裂缝和变形。

1.2 隐蔽损伤隐蔽损伤指未能直接观察到的损伤,通常需要借助于无损检测技术才能发现。

这些损伤可能是由于材料内部缺陷、金属锈蚀和碱骨料反应等引起的。

比如,混凝土结构中的钢筋锈蚀可能导致钢筋与混凝土之间的粘结破坏,从而引发隐蔽损伤。

2. 影响混凝土结构损伤与断裂的因素混凝土结构的损伤与断裂行为受到多种因素的影响,包括材料性能、结构设计、施工质量和外部环境等。

2.1 材料性能混凝土的材料性能对结构的损伤与断裂具有重要影响。

混凝土的强度、韧性和收缩性等特性决定了其抗压、抗弯和抗裂的能力。

同时,骨料的质量和与水泥的粘结状况也会影响结构的耐久性和强度。

2.2 结构设计结构设计是确保混凝土结构安全性和稳定性的关键。

合理的结构设计能够考虑到荷载分布、变形控制和应力传递等因素,从而减少损伤和断裂的发生。

而不合理的结构设计可能导致应力集中和变形不均匀,增加结构的脆弱性。

2.3 施工质量施工质量是混凝土结构损伤与断裂的另一个重要因素。

施工过程中的操作不当、材料的质量控制和浇筑工艺的缺陷等都可能导致混凝土结构的损伤。

2.4 外部环境外部环境因素也会对混凝土结构的损伤与断裂产生影响。

例如,气候变化、地震活动和化学腐蚀等都可能加剧混凝土结构的破坏程度。

3. 解决混凝土结构损伤与断裂的方法为了预防和解决混凝土结构的损伤与断裂问题,可以采取以下措施:3.1 加强材料的质量控制通过优化混凝土的配比和选择高质量的骨料,可以提高其抗压、抗弯和抗裂的能力。

混凝土结构论文开裂原因论文

混凝土结构论文开裂原因论文

混凝土结构论文开裂原因论文【摘要】混凝土结构裂缝的危害是巨大的,它将直接影响工程的质量、安全、使用功能和观瞻,加速内部钢筋的锈蚀,影响结构的耐久性、安全使用年限,给人们的生活带来潜在的危害。

因此《,混凝土泵送施工技术规程》J GJ / T10 - 95 、《混凝土质量控制标准》GB50164 - 92 、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204 - 2002 等标准与规范中都对其有详细而严格的要求。

我们必须高度重视,在工程实践中以预防控制为主,若结构出现裂缝要认真分析原因,并采取相应的措施加以妥善处理。

1.1收缩裂缝顾名思义其产生原因就是混凝土硬化后水份蒸发体积收缩。

从理论上讲,当混凝土在无任何约束而处于自由收缩时,不会产生裂缝,而实际工程中,混凝土总是受到各种约束的,如两端的约束、内部配制钢筋的约束等。

由于混凝土收缩过程中受到约束,因而内部产生拉应力,当拉应力大于混凝土的抗拉强度时,就会产生收缩裂缝。

一般来讲,混凝土受到的约束越大,其产生的收缩裂缝越多或越宽。

由于混凝土体积收缩是因为水份蒸发、干燥导致的,因而收缩裂缝也通常称为干缩裂缝。

因为混凝土中的水份蒸发通常情况下主要在混凝土浇捣后的硬化过程中和硬化早期一个月左右时间内完成的,尤其在硬化过程中水份蒸发速率相对较大;因而,相应地收缩裂缝出现的时间一般在混凝土浇捣后的硬化过程中和硬化早期一个月左右的时间内,通常情况下,混凝土拆模时收缩裂缝就已基本形成,有时只是因为裂缝太细、太窄不易被发觉,之后随着混凝土水份的进一步蒸发,其收缩裂缝逐渐变粗,或者由于产生渗漏等情况,才被发觉。

1.2温度裂缝温差裂缝主要是由于温度差或由于温度的变化通过混凝土热胀冷缩效应而引起混凝土开裂的。

但这其中可分为二类。

一类为由于混凝土内部存在一个温度差,从而内部产生温度应力而导致混凝土开裂的。

这一般发生在厚度≥lm的大体积混凝土中,出现时间一般在混凝土硬化过程中和硬化早期,其温度变化来源于水泥水化反应过程中所释放的水化热,在混凝土表面由于热量散发较混凝土内部快,因而在混凝土表面和内部形成一个温度梯度,产生温差,从而产生温度应力,当温度应力大于混凝土抗拉强度时,混凝土就会产生裂缝,此类裂缝宽度一般情况下不会超过0.3mm,但若施工过程中控制不当,温差过大,有时局部也会超过0.3mm。

混凝土破坏机理的研究与分析

混凝土破坏机理的研究与分析

混凝土破坏机理的研究与分析一、引言混凝土作为一种重要的建筑材料,广泛应用于建筑、水利、交通等多个领域。

混凝土的强度是决定其使用性能的关键因素之一。

然而,混凝土在使用过程中会受到多种因素的影响,如温度、湿度、荷载等,导致其破坏。

因此,研究混凝土的破坏机理对于提高混凝土的使用性能至关重要。

二、混凝土破坏机理的基本原理混凝土的破坏机理可以分为两种类型:一种是静力学破坏,即在静态荷载下发生的破坏;另一种是动力学破坏,即在动态荷载下发生的破坏。

两者的破坏机理不同,需要分别进行研究。

静力学破坏的机理主要是混凝土内部的微观结构发生破坏,导致整个混凝土发生破坏。

混凝土内部的微观结构由水泥石、骨料和孔隙组成。

在静态荷载下,混凝土内部的应力会不断积累,当应力达到混凝土的强度极限时,混凝土就会发生破坏。

此时,孔隙的数量和大小对混凝土的破坏起到了决定性的作用。

如果孔隙数量较少,孔隙大小较小,混凝土内部的应力集中会较少,混凝土的强度就会较高。

反之,如果孔隙数量较多,孔隙大小较大,混凝土内部的应力集中会较多,混凝土的强度就会较低。

动力学破坏的机理主要是混凝土内部的微观结构受到动态荷载的冲击,导致混凝土发生破坏。

动态荷载的作用是瞬时的,混凝土内部的应力变化也是瞬时的。

在动态荷载下,混凝土内部的应力会产生瞬时的集中,导致混凝土的微观结构发生破坏。

此时,混凝土的强度主要受到孔隙的大小和分布的影响。

如果孔隙大小较小,分布较均匀,混凝土内部的应力集中会较少,混凝土的强度就会较高。

反之,如果孔隙大小较大,分布较不均匀,混凝土内部的应力集中会较多,混凝土的强度就会较低。

三、混凝土破坏机理的影响因素混凝土的破坏机理受到多种因素的影响,主要包括以下几个方面:1.孔隙的数量和大小孔隙的数量和大小是影响混凝土破坏机理的关键因素。

如果孔隙数量较少,孔隙大小较小,混凝土内部的应力集中会较少,混凝土的强度就会较高。

反之,如果孔隙数量较多,孔隙大小较大,混凝土内部的应力集中会较多,混凝土的强度就会较低。

大体积混凝土结构裂缝产生机理裂缝限制修补技术论文

大体积混凝土结构裂缝产生机理裂缝限制修补技术论文

大体积混凝土结构裂缝产生的机理及裂缝的限制与修补技术研究摘要:微裂缝是所有混凝土结构都具有的,它的存在是正常的现象。

它虽然对混凝土结构的变形、强度有影响,但在设计规范中就已经考虑到微裂缝对混凝土强度和抗裂性能的影响,对具体的结构不需另加研究。

但微裂缝的存在,结构受力作用时,就会发展成宏观裂缝。

其基本过程是原始粘结裂缝的逐渐扩大和新的粘结裂缝的出现,产生少量穿越砂浆的裂缝,穿越砂浆的裂缝发展较快,并出现局部穿越骨料的裂缝,各种裂缝迅速发展并逐渐贯通,形成贯穿裂缝。

关键词:大体积混凝土;混凝土裂缝;修补技术;耐久性;贯穿裂缝;温度应力;应力集中;抗拉强度1引言大体积混凝土的质量问题是混凝土结构产生裂缝。

造成结构裂缝的原因是复杂的,综合性的。

但是,大体积混凝土从浇筑时起,到达设计强度止,即施工期间产生的结构裂缝主要是水泥水化热引起的温度变化造成的。

大体积混凝土产生温度裂缝,是其内部矛盾发展的结果。

矛盾的一方面是混凝土由于内外温差而产生的应力和应变,另一方面是外部约束和混凝土各质点间的约束,要阻止这种应变。

一旦温度应力超过混凝土能承受的抗拉强度时,即会出现裂缝。

2裂缝种类及成因混凝土是由水泥浆、砂子和石子组成的水泥浆体和骨料的两相复合型脆性材料。

存在着两种裂缝:肉眼看不见的微观裂缝和肉眼看得见的宏观裂缝。

微观裂缝是混凝土本身就有的,它的宽度仅2~5?%em,主要有三种形式的微观缝:砂浆与石子粘结面上的裂缝,称为粘着裂缝;穿越砂浆的微裂缝,称为水泥石裂缝;穿越骨料的微裂缝,称为骨料裂缝。

微观裂缝在混凝土结构中的分布是不规则、不贯通的,并且肉眼看不见,因此有微观裂缝的混凝土可以承受拉力。

宽度不小于0.05mm的裂缝称为宏观裂缝,宏观裂缝是由微观裂缝扩展而来的。

混凝土结构的裂缝产生的原因主要有三种,一是由外荷载引起的;二是结构次应力引起的裂缝,这是由于结构的实际工作状态和计算假设模型的差异引起的;三是变形应力引起的裂缝,这是由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起的结构变形,当变形受到约束时便产生应力,当此应力超过混凝土抗拉强度时就产生裂缝。

混凝土受压破坏的机理与分析

混凝土受压破坏的机理与分析

混凝土受压破坏的机理与分析一、引言混凝土是一种广泛应用于建筑、桥梁、隧道等工程领域的材料。

作为一种复合材料,混凝土的性能与结构密切相关,因此混凝土的力学性能研究一直是建筑工程领域中的热点问题。

混凝土在承受外力作用下,会出现不同的破坏形式。

其中,混凝土受压破坏是混凝土结构中最常见的一种破坏形式。

深入了解混凝土受压破坏的机理和分析,对于混凝土结构的设计和工程实践具有重要的意义。

二、混凝土受压破坏的基本原理混凝土受压破坏的基本原理是在混凝土中形成裂缝,并随着载荷的增加,这些裂缝逐渐扩展,最终导致混凝土的破坏。

混凝土的破坏过程可以分为三个阶段:微裂缝阶段、明显裂缝阶段和破坏阶段。

1.微裂缝阶段当混凝土受到轻微的压力时,混凝土内部的颗粒之间会发生微小的位移,从而在混凝土内部形成微小的裂缝。

这些裂缝通常只有几微米或几十微米宽,无法肉眼观察。

但是,这些微小的裂缝会随着载荷的增加而逐渐扩大。

2.明显裂缝阶段当混凝土受到大约70%左右的设计强度时,混凝土内部的微裂缝会逐渐扩展,形成明显的裂缝。

这些裂缝通常是几毫米到几厘米宽,可以肉眼观察到。

在这个阶段,混凝土的强度开始迅速下降,载荷-应变曲线呈现出明显的下降趋势。

3.破坏阶段当混凝土受到大约90%左右的设计强度时,混凝土内部的裂缝会进一步扩展,最终导致混凝土的破坏。

在这个阶段,混凝土的应力-应变曲线呈现出明显的陡峭下降趋势。

三、混凝土受压破坏的机理分析混凝土受压破坏的机理是一个复杂的过程,牵涉到多个因素的相互作用。

下面我们将从材料微观结构、应力分布、裂缝扩展等方面来分析混凝土受压破坏的机理。

1.材料微观结构混凝土是由水泥、砂、石子、水等不同材料按一定比例混合而成的。

在混凝土中,水泥是起主要作用的材料,它能够与砂、石子等其他材料发生化学反应,形成硬化的水泥石。

这些水泥石被包裹在砂、石子等颗粒之间,形成了混凝土的微观结构。

在混凝土受压的过程中,混凝土内部的颗粒之间会发生微小的位移,从而导致混凝土内部的微观结构发生变化。

混凝土结构损坏机理的分析

土耐氯离子侵蚀性能的重要指标, 根据混凝土中的氯离子含量曲线推算氯离 子扩散系数是一种可靠而实用的方法。 4 、 混凝土的冻融破坏 混凝土 的冻融破坏指在水饱和或潮湿状态 下, 由于湿度正负变化, 混凝土 内部孔隙水结冻膨胀, 融解松弛, 产生疲劳应力, 造成混凝土 由表及里逐渐剥蚀 的现象。 水结冰 时体积约膨胀9 % , 混凝土体积膨胀产生微裂缝 。冻融破坏常见的 是由于水泥石的崩裂, 部分砂浆呈粉状剥落而露出粗骨料 。 混凝土的水灰比从O . 4 增加到0 . 6 时, 抗冻性 能下降十几倍。为了使混凝土 具有足够的抗冻性, 应使其水灰比小于O . 5 。 同时规定最小水泥用量3 O 0 k g / m  ̄ 。 随着龄期的增加, 水泥不断水化, 可冻结水逐渐减少。水 中溶解的盐 的浓 度增加, 冰点也随龄期而下降航 冻性能得以提高。 5 、 混凝土的碱—骨料反应 碱—骨料反应一般是指水泥中的碱和骨料中的活性氧化硅发生反应, 生
科 学 论 坛
混凝土结构损坏机理 的分析
李 小 龙

( 黑龙江 八一农 垦大学工程学 院 大庆 1 6 3 3 1 9 ) 要; 随着我 国基础建设 的迅速发展 , 土建工程越来越多 。 在我 国的土建工程中 , 混凝土施工 占有很大的 比 例。 文 中从钢筋 的锈蚀 、 混凝土 的裂缝 、
成碱—硅酸盐凝胶并吸水产生膨胀压力致 使混凝土出现开裂 。 碱—骨料反应通常进行得很慢, 其破坏特征为: 表面混凝土产生杂乱无章 的裂缝, 或在骨料颗粒周围出 现 反应环 。 影响碱—骨料反应的因素有: 1 ) 活性二氧化碳的活性; 2 】 活性二氧化硅 的 含量; 3 ) 活性材料的粒径; 4 ) 碱的可获量; 5 ) - . I 利用的水量。
2 、 混 凝 土裂 缝

混凝土结构的损伤与破坏机理研究

混凝土结构的损伤与破坏机理研究近年来,随着社会经济的快速发展,混凝土结构的应用范围越来越广泛。

然而,混凝土结构在长期使用过程中,不可避免地会出现各种损伤和破坏现象。

因此,研究混凝土结构的损伤与破坏机理,具有重要的理论和实践意义。

混凝土结构的损伤可以由多种因素引起,如荷载,环境条件和施工质量等。

在受到持续荷载作用的情况下,混凝土结构会发生塑性变形,从而导致微裂缝的形成。

这些微裂缝可以通过裂缝扩展、弯曲和剪切等方式进一步发展,最终导致结构失效。

此外,温度变化和湿度变化也会对混凝土结构的损伤产生影响。

当混凝土结构遭受高温时,水分从混凝土中蒸发,导致收缩应力的增加。

这些应力可能会破坏混凝土的内部结构,从而引起开裂和剥落。

同时,湿度的变化也会导致混凝土内部的水膨胀或收缩,进而导致结构的损伤。

混凝土结构的破坏机理与强度参数密切相关。

混凝土的力学特性主要由其抗压强度和抗拉强度等参数决定。

当混凝土受到拉力时,由于其抗拉强度较低,容易出现拉裂现象。

同时,混凝土的粘聚力和内摩擦力也对结构的耐久性起到重要作用。

当混凝土内部或混凝土与钢筋的粘结力不足时,会导致钢筋脱离混凝土的现象,从而使结构的抗震性能下降。

此外,混凝土材料的老化和酸碱侵蚀也会导致结构的损伤。

老化过程中,水泥基材料中的结晶会发生变化,从而导致混凝土的强度和耐久性下降。

酸碱侵蚀会破坏混凝土中的骨料,导致混凝土内部的空隙增加,进而引起混凝土的脱落和开裂。

在混凝土结构的损伤与破坏机理研究中,工程师和研究人员采用了多种方法和技术。

其中,非破坏性检测技术是一种常用的方法。

该技术可以通过无损检测手段,对混凝土结构的内部缺陷进行诊断和评估。

如声发射技术可以检测混凝土结构中的微小裂缝,超声波技术可以评估混凝土中的空隙和质量变化。

此外,数字图像处理和计算机模拟技术也得到了广泛的应用。

通过对混凝土结构的数字化建模和仿真分析,可以评估结构的受力性能和破坏过程,从而为结构的监测和维修提供科学依据。

工程结构中混凝土结构的损伤机理

工程结构中混凝土结构的损伤机理及危害研究1 前言建筑物特别是在长期使用过程中,在内部的或外部的,人为的或自然的因素作用下,随着时间的推移,将会造成混凝土结构的损伤。

这是一个不可逆的过程,这种损伤的累积将导致结构性能劣化,承载力下降耐久性能降低。

由于耐久性不足而造成的结构破坏事故经常发生。

世界上许多国家每年都要斥巨资用于修复由于混凝土结构损伤而引起破坏的建筑物。

由于混凝土的耐久性造成的结构破坏是严重的,带来的经济损失是巨大的。

因此,混凝土结构的耐久性已经引起了国内外学术界的高度重视。

2 引起混凝土结构耐久性的损伤机理混凝土结构的耐久性损伤是指结构性能随时间的劣化现象。

而混凝土结构的损伤机理可以分为以下几种:混凝土的钢筋腐锈蚀、混凝土的碳化即混凝土的中性化。

2.1 混凝土的碳化机理混凝土的碳化是指水泥石中的水化产物与环境的二氧化碳作用,主要是指混凝土中的氢氧化钙成分(Ca(OH))与二氧化碳(CO)发生化学反应,同时,CO也与未水化的C等发生化学反应,生成碳酸钙和其他物质的现象,这是一个及其复杂的多相物理化学过程,拌和混凝土时,硅酸盐水泥的主要成分CaO水化作用后生成Ca(OH)2,它在水中的溶解度低,除少量溶于孔隙液中,使孔隙液成为饱和碱性溶液外大部分以结晶状态存在,成为孔隙液保持高碱性的储备,它的PH值为12.5~13.5。

空气中的CO2气体不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔,气相扩散到混凝土中部分充水的毛细孔中,与其中的孔隙液所溶解的Ca(OH)2进行中和反应。

反应产物为CaCO3和H2O, CaCO3溶解度低,沉积于毛细孔中。

该反应式为:Ca(OH)2. CO2→CaCO3↓H2O反应后,毛细孔周围水泥石中的羟钙石补充溶解为Ca2和OH‐,反向扩散到孔隙液中,与继续扩散进来的CO2反应,一直到孔隙液的PH值降为8.5~9.0时,这层混凝土的毛细孔中才不再进行这种中和反应,此时即所谓“已碳化”。

混凝土结构的微观损伤与断裂机理研究

混凝土结构的微观损伤与断裂机理研究一、研究背景混凝土作为一种重要的建筑材料,在现代建筑中得到了广泛应用。

然而,在长期使用过程中,混凝土结构会受到各种各样的损伤和破坏,严重影响其使用寿命和安全性。

因此,对混凝土结构的微观损伤与断裂机理进行研究,有助于深入了解混凝土的力学性能和破坏机理,为混凝土结构的设计、施工和维修提供理论依据和技术支持。

二、混凝土结构的微观损伤与断裂机理1. 混凝土微观结构混凝土的微观结构由水泥石、骨料和孔隙组成。

其中,水泥石是混凝土的主要胶结材料,由水泥水化产生的硬化物质构成。

骨料是混凝土的主要骨架材料,其大小、形状和分布对混凝土的力学性能有重要影响。

孔隙是混凝土中的空隙,包括粗孔和细孔两种类型,对混凝土的强度、渗透性和耐久性等发挥着重要作用。

2. 混凝土的微观损伤混凝土的微观损伤主要包括裂纹、空洞和损伤带等,这些损伤会逐渐累积并演化成宏观裂缝和破坏。

裂纹是混凝土中最常见的微观损伤,其产生原因包括内部应力的集中、材料的不均匀性和外部荷载的作用等。

空洞是混凝土中的孔隙,其形成原因包括混凝土的不均匀性、水泥水化反应和混凝土中的空气等。

损伤带是混凝土中的一种间隙区域,其产生原因包括混凝土的应力状态和力学性质等。

3. 混凝土的断裂机理混凝土的断裂机理主要包括拉伸破坏、压缩破坏和剪切破坏等。

拉伸破坏是混凝土中最常见的破坏形式,其产生原因包括混凝土中的裂纹和空洞等。

压缩破坏是混凝土中次常见的破坏形式,其产生原因包括混凝土中的孔隙和水泥石的破坏等。

剪切破坏是混凝土中相对较少出现的破坏形式,其产生原因包括混凝土中的损伤带和骨料的错动等。

三、微观损伤与断裂机理的影响因素1. 材料性质混凝土的材料性质对其微观损伤与断裂机理有重要影响。

例如,水泥石的强度和韧性决定了混凝土的整体强度和断裂形式,而骨料的大小和形状对混凝土的抗裂性能和耐久性有重要影响。

2. 应力状态混凝土的应力状态对其微观损伤和断裂机理也有很大影响。

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浅析混凝土结构损坏机理
摘要:随着我国基础建设的迅速发展,土建工程越来越多。

在我国的土建工程中,混凝土施工占有很大的比例。

文中从钢筋的锈蚀、混凝土的裂缝、氯化物侵蚀、混凝土的冻融破坏、混凝土的碱—骨料反应、混凝土的碳化六个主要因素入手,对混凝土结构损坏机理进行了分析,提出了指导性建议。

关键词:混凝土锈蚀碳化氯离子
混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。

它是由胶结材料,集料、骨料和水按一定比例配制,经搅的混凝土拌振捣成型,在一定条件下养护而成的人造石材,是目前我国应用最广泛的一种结构形式,混凝土是结构工程中最广泛的一种工程材料[1]。

1导致混凝土质量问题的原因分析
在实际工程施工过程中,易出现的混凝土质量问题主要有:混凝土强度不能满足设计要求;混凝土出现裂缝、裂纹;混凝土出现气孔、孔洞、蜂窝、麻面、表面松酥等;混凝土缓凝或凝结时间过长;混凝土假凝或安定性不良等。

主要问题有配合比不合理、外加剂使用不当、砂、石等原材料不符合要求、制作试块错误、养护措施不到位、选择不当、施工出现的特殊问题等。

2混凝土结构中钢筋的锈蚀
钢筋锈蚀有两种不同的形式,即均匀锈蚀和局部锈蚀(又称作点蚀、坑蚀)。

当钢筋表面钝化膜大面积破坏形成大阳极、小阴极的电化学反应时,钢筋发生均匀锈蚀。

这种锈蚀类型以大气环境下碳
化引起的钢筋锈蚀居多。

氯离子活性大,容易吸附在钝化膜有缺陷的地方,如位错区或晶界区等,致使钢筋表面的钝化膜局部破坏,构成一个大阴极、小阳极的活化-钝化电池,钢筋因此发生坑蚀。

虽然可以按这两种钢筋锈蚀形式分别计算锈蚀钢筋剩余截面,但最常采用的还是根据钢筋锈蚀率来计算锈蚀钢筋的剩余截面面积[2]。

目前广泛应用于各行各业的混凝土结构,由于生产、使用环境及各种自然条件的侵蚀,导致结构破坏非常普遍。

因此,钢筋混凝土结构的腐蚀已经成为一个不容忽视的问题,我国近年来的工程调查表明,钢筋混凝土腐蚀破坏的情况非常严重,特别是在包括冶金、化工、机械制造和电力等工业建筑物受到的腐蚀更为严重,为此造成的损失每年可达固定资产的10%以上。

因此在建筑结构设计及施工过程中加强对其的防护措施,不仅对结构的耐久性有重要意义,更具有巨大的经济价值。

3混凝土裂缝
混凝土中产生裂缝有多种原因,有温度和湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀性,以及结构不合理、原材料不合格(如碱骨料反应)、模板变形、基础不均匀沉降等。

裂缝处理方法有以下几种:
3.1表面修补法
这是最普通和最简单的裂缝修补方法。

直接用水泥砂浆将裂缝履盖,该方法适用于修补对结构影响不大的表面裂缝,通过密封裂
缝来防止水汽和其他有害物质的侵入[3]。

3.2灌浆、嵌缝封堵法
灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补,它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中,胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体,从而起到封堵加固的目的。

常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。

嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法,它通常是沿裂缝凿槽,在槽中嵌填塑性或刚性止水材料,以达到封闭裂缝的目的。

常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等;常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。

3.3钉合法
当必须加强主裂缝断面的抗拉强度时,使用钉合法比较适宜。

在不能损坏周围结构的场合下,可用来锁闭活动裂缝。

主要方法是用薄而长的金属质“缝合u型钉”跨过裂缝嵌入事先开好的槽沟中,再用无收缩砂浆或者环氧树脂基粘合剂来固定。

3.4钻孔嵌塞法
这种方法通常用作修复墙体上的裂缝。

如果要求密封防水,孔中应填入柔性沥青来代替砂浆;如果要求更高,则可灌注环氧树脂。

3.5混凝土置换法
混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法,此方法是先将损坏的混凝土剔除,然后再置换人新的混凝土或其他材料。

常用的置换材料有:普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。

3.6电化学防护法
电化学防腐是利用麓加电场在介质中的电化学作用,改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态,钝化钢筋,以达到防腐的目的。

阴极防护法、氯盐提取法、碱性复原法是化学防护法中常用而有效的三种方法。

优点是防护方法受环境因素的影响较小,适用钢筋、混凝土的长期防腐。

既可用于已裂结构也可用于新建结构。

4混凝土的氯化物
氯离子侵蚀导致混凝土结构发生耐久性破坏引发了重大的经济损失和环境问题。

氯化物是一个非常重要的影响因素,当混凝土中含有氯离子时,即使混凝土的碱度较高,钢筋周围的混凝土尚未碳化,钢筋也会出现锈蚀。

混凝土结构工程中因耐久性不足所引发的工程问题日益严重,氯离子对混凝土的劣化主要是氯离子传输到钢筋与混凝土界面并积累至一定含量引起钢筋脱钝及发生电化学腐蚀,所以氯离子在混凝土中的迁移深度和含量是评价混凝土耐氯离子侵蚀性能的重要指标,根据混凝土中的氯离子含量曲线推算氯离子扩散系数是一种可靠而实用的方法。

5混凝土的冻融破坏
混凝土的冻融破坏指在水饱和或潮湿状态下,由于湿度正负变化,混凝土内部孔隙水结冻膨胀,融解松弛,产生疲劳应力,造成混凝土由表及里逐渐剥蚀的现象。

水结冰时体积约膨胀9%,混凝土体积膨胀产生微裂缝。

冻融破坏常见的是由于水泥石的崩裂,部分砂浆呈粉状剥落而露出粗骨料。

混凝土的水灰比从0. 4增加到0. 6时,抗冻性能下降十几倍。

为了使混凝土具有足够的抗冻性,应使其水灰比小于0. 5。

同时规定最小水泥用量300 kg/m3。

随着龄期的增加,水泥不断水化,可冻结水逐渐减少。

水中溶解的盐的浓度增加,冰点也随龄期而下降,抗冻性能得以提高。

6混凝土的碱—骨料反应
碱—骨料反应一般是指水泥中的碱和骨料中的活性氧化硅发生反应,生成碱—硅酸盐凝胶并吸水产生膨胀压力,致使混凝土出现开裂。

碱—骨料反应通常进行得很慢,其破坏特征为:表面混凝土产生杂乱无章的裂缝,或在骨料颗粒周围出现反应环。

影响碱—骨料反应的因素有: 1)活性二氧化碳的活性; 2)活性二氧化硅的含量; 3)活性材料的粒径; 4)碱的可获量; 5)可利用的水量。

7混凝土的碳化
混凝土的碳化是一个缓慢过程。

拌和混凝土时,cao水化后生成caoh2,它在水中的溶解度低,除少量溶于孔隙液中,使孔隙液成为饱和碱性溶液外,大部分以结晶状态存在,成为孔隙液保持高碱性的储备,它的ph值为12. 5~13. 5。

空气中的co2气体不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔道,气相扩散到混凝土中部分充水的毛细孔中,与其中的孔隙液所溶解的caoh2进行中和反应。

混凝土的碳化主要包括化学反应过程、co2等在混凝土中的扩散和caoh2的扩散三个过程。

结束语
混凝土的质量对建筑结构的安全和造价有很大影响,因此,在施工中必须严格控制混凝土的质量。

通过列举施工过程中易出现的混凝土质量问题,提出控制混凝土质量的具体措施。

参考文献:
[1]建筑施工手册编写组.建筑施工手册[m].第4版.北京:中国建筑工业出版社, 2007.
[2]张立人.建筑结构检测、鉴定与加固[m].武汉:武汉工业大学出版社, 2007.
[3]于荣.混凝土结构裂缝的成因与控制[ j].山西建筑,2009, 35(10): 70-71.。

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