西南交通大学研究生混凝土耐久性考试答案1
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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:
1) 混凝土耐久性混凝土材料在长期使用过程中,抵抗因服役环境外部因素和材料内部原因造成的侵蚀和破坏,而保持其原有性能不变的能力。
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,同时钢筋表面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) 可靠指标的取值
定义混凝土保护层厚度为结构的抗力R ,而结构所处环境中的氯离子可认为是荷载效应S ,定义 R=x d ,S=x cr , 可得氯离子侵蚀环境中结构的失效概率为:
t cr d f p x x p p ≤≤-=)0(
其中xd 为混凝土保护层厚度,xcr 为氯离子浓度达到临界值时的最大深度;
可靠指标β是结构寿命预测过程中的重要参数,我国《混凝土结构耐久性设计规范》认为与耐久性极限状态对应的结构设计使用年限应具有 90%~95%的保证率,相应的失效概率 宜为 5%~10%,对应的可靠指标β为 1.282~1.64。
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:混凝土在干湿交替作用下的破坏表现为混凝土表面剥落,内部孔隙开展,质量损失。
混凝土在有盐的作用下破坏表现为盐能够腐蚀钢筋表面的钝化膜,从而引起钢筋锈蚀,混凝开裂。
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)在干湿交替作用下,混凝土内部孔隙会进一步开展,加大了环境中氯离子和二氧化碳的渗入,加剧了钢筋的锈蚀,从而加剧了混凝土的破坏。
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耐久性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:影响混凝土耐久性的因素主要分为材料内部因素和外部因素。
材料内部因素:水泥品种、骨料种类、砂率、水灰比、混凝土缺陷、钢筋锈蚀、碱—骨料反应。
外部因素:混凝土所处的环境类别(冻融循环作用、碳化、盐结晶、氯离子渗透等化学和物理作用)、混凝土的养护条件等。
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离子是引起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。