海底隧道高性能混凝土耐久性影响因素的分析.pptx

《结构耐久性》课程学****汇报
报告内容:海底隧道高性能混凝土耐久性影响因素的分析
报告人:
指导老师:
高性能混凝土( High Performance Concrete,HPC)定义繁多,但是1998年美国混凝土协会(American Concrete Institute,ACI)作了如下阐述:当混凝土的某些特性是为某一特定的用途和环境而制定时, 这就是高性能混凝土。高性能混凝土在配制上的特点是低水胶比,选用优质原材料,除水泥、水、集料外,必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。
实际工程中大量混凝土构筑物由于种种原因而提前失效,达不到预定的服役年限。其中一部分是由于强度不够引起的,但更多的是由于耐久性不足导致的。海底隧道的建设要用到大量的混凝土,由于隧道处于水下,混凝土的耐久性除了受到水压等外力的考验,更主要的是受到海水的腐蚀。
1 海底隧道混凝土耐久性的三大影响因素
1 以***盐、硫酸盐和镁盐为代表的海洋环境介质化学侵蚀破坏
2 以气候因素和盐类结晶为代表的物理因素作用
3 以自身结构的密实程度与收缩变形为代表的自身因素
2、化学介质侵蚀的作用

海水中含有更多的无机盐类。我国沿海海水中各种盐类的总含量, 即盐度为2%-%,其中NaCl约占总盐量的78%,其余是MgCl2、MgSO4、KCl等,约占22%(维基百科)。这些盐类随着海水、海风、海雾缓慢渗入隧道,对混凝土构成腐蚀。
、Cl-的侵蚀

混凝土存在许多孔隙,海水中的Cl-离子可以通过这些细孔渗透到混凝土内部,提高Ca(OH)2溶解度,由于Ca(OH)2是混凝土的化学组分之一,所以Cl-的渗入增加了混凝土的“溶解侵蚀”。但是相比Cl-的电化学腐蚀,它不过是微不足道的一方。
***离子与钢筋直接发生电化学反应, 像催化剂一样促使钢筋钝化膜破坏, 使钢筋产生锈蚀, 是海洋环境中的混凝土结构遇到的最危险的破坏因素。当混凝土内有海水渗入时,海水中具有穿透能力的***离子能穿过钢筋表面的钝化膜,使钝化膜破坏,从而使得含氧的海水能达到钢筋的表面;由于钢筋局部组成或结构的不均匀性,在有水和氧气存在的前提下,钢筋的个别部位会发生氧化反应生成铁的氧化物和氢氧化物,同时钢筋的局部还会发生还原反应产生OH-离子,这样就在钢筋的表面形成无数的微电池,当这个反应在钢筋表面持续进行时,钢筋就慢慢被腐蚀掉;除了钢筋被腐蚀掉,锈蚀产生的化合物由于体积增大而在混凝土内部产生很大的膨胀应力,可能造成混凝土剥落或开裂。
Fe2+ + 2Cl-+ 2H2O →Fe(OH)2 + 2HCl
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O →4Fe(OH)3
、硫酸盐和镁盐的侵蚀
海洋环境中的硫酸盐和镁盐对混凝土也有一定的侵蚀作用, 以硫酸镁的侵蚀最为强烈。因为Mg2+ 和SO2-4 均为侵蚀源, 二者相互叠加,不但产生硫酸盐侵蚀,同时产生镁侵蚀,构成双重侵蚀。混凝土结构遭受硫酸盐侵蚀以后,大多数会产生体积膨胀,表面出现开裂、剥落;国外还报道过混凝土工程遭受硫酸盐侵蚀后硬化水泥浆体出现严重的软化而失去胶结能力、强度严重下降的现象,并不一定伴随着明显的体积膨胀。
、碱-集料的侵蚀

水泥混凝土碱-集料反应(Alkali-Aggregate Reaction,AAR)是指混凝土中的碱和环境中可能渗入的碱与混凝土集料(砂石)中碱活性矿物成份,在混凝土固化后缓慢发生化学反应,产生胶凝物质,因吸收水份后发生膨胀,最终导致混凝土延伸开裂和损毁的现象。碱-集料反应机理有三:
1)碱-硅酸(SiO2)反应;
2)碱-硅酸盐反应;
3)碱-碳酸盐反应。
以上三种碱-集料反应的反应机理各不相同,但是引起碱-集料反应的必要条件均是:
1)水泥含碱量超过安全值;
2)使用了一定数量的碱活性集料;
3)含有水分。
海洋潮湿环境使隧道内部长期保持着较高的湿度, 同时, 渗入的海水可提供碱-集料反应所需的K+ 、Na+。因此, 处于海洋环境中的隧道混凝土具有较大的碱-集料反应风险。