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1、中央广播电视大学毕业设计（论文）题 目 加强施工过程控制 提高混凝土的耐久性姓 名 教育层次 学 号 省级电大 专 业 分 校 指导教师 教 学 点 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目加强施工过程控制提高混凝土的耐久性毕业设计（论文）基本要求与基本内容混凝土是工程中用量最多的建筑材料，也是最主要的结构材料，钢筋混凝土结构已成为世界上应用最为广泛的结构形式。我国每年用在混凝土结构上的费用几千亿元。在人们的传统观念中总是认为钢筋混凝土结构是由最为耐久的混凝土材料浇筑而成，虽然钢筋易腐蚀，但有混凝土保护层，钢筋也不会发生锈蚀，因此，对钢筋混凝土结构的使用寿命期望值也是很高的，从而忽视了钢筋混
2、凝土结构的耐久性问题，对钢筋混凝土结构的耐久性重视不够，为此付出了巨大的代价。混凝土结构的耐久性是由混凝土、钢筋材料本身特性和所处使用环境的侵蚀性两方面因素共同决定的。影响混凝土结构耐久性的材料本身内在机理是混凝土材料成分与气体、水化学反应中溶解物有害物质在混凝土孔隙和裂缝中的迁移，迁移过程导致混凝土产生物理和化学方面的劣化和钢筋锈蚀的劣化，其结果将使结构承载力下降、刚度降低和开裂，以及外观的损伤影响着结构的使用效果。混凝土材料本身导致劣化的内在因素有含碱度过高，氯离子含量过高、有碱活性骨料、盐类结晶等。影响水、气、溶解物在孔隙中迁移速度、范围和结果的内在条件是混凝土的孔结构和裂缝形态；影响迁
3、移的外部因素是结构设计所选用的结构形式和构造、混凝土和钢筋材料的性质和质量、施工操作质量的优劣、温湿养护条件和使用环境。指导教师签字年 月 日理工部负责人签字年 月 日学院负责人签字年 月 日目 录1、摘要12、混凝土的碳化33、混凝土中钢筋的锈蚀44、碱-骨料反应 55、混凝土的冻融破坏66、材料控制67、施工工艺控制97、参考文献10摘 要混凝土是工程中用量最多的建筑材料，也是最主要的结构材料，钢筋混凝土结构已成为世界上应用最为广泛的结构形式。我国每年用在混凝土结构上的费用几千亿元。在人们的传统观念中总是认为钢筋混凝土结构是由最为耐久的混凝土材料浇筑而成，虽然钢筋易腐蚀，但有混凝土保护层，
4、钢筋也不会发生锈蚀，因此，对钢筋混凝土结构的使用寿命期望值也是很高的，从而忽视了钢筋混凝土结构的耐久性问题，对钢筋混凝土结构的耐久性重视不够，为此付出了巨大的代价。混凝土结构的耐久性是由混凝土、钢筋材料本身特性和所处使用环境的侵蚀性两方面因素共同决定的。影响混凝土结构耐久性的材料本身内在机理是混凝土材料成分与气体、水化学反应中溶解物有害物质在混凝土孔隙和裂缝中的迁移，迁移过程导致混凝土产生物理和化学方面的劣化和钢筋锈蚀的劣化，其结果将使结构承载力下降、刚度降低和开裂，以及外观的损伤影响着结构的使用效果。混凝土材料本身导致劣化的内在因素有含碱度过高，氯离子含量过高、有碱活性骨料、盐类结晶等。影响
5、水、气、溶解物在孔隙中迁移速度、范围和结果的内在条件是混凝土的孔结构和裂缝形态；影响迁移的外部因素是结构设计所选用的结构形式和构造、混凝土和钢筋材料的性质和质量、施工操作质量的优劣、温湿养护条件和使用环境。加强施工过程控制 提高混凝土的耐久性混凝土结构的耐久性破坏都是从混凝土或钢筋的材料劣化开始的，环境条件和自身因素都可以引起材料的劣化。 一、混凝土劣化主要表现以下几个方面：1、混凝土的碳化 由于大气环境中的CO2引起的中性化过程称为混凝土的碳化。混凝土碳化反应产生的CaCO3和其他固态产物堵塞在孔隙中，使已碳化的混凝土的密实度与强度提高。另一方面，碳化使混凝土脆性变大，但总体上讲，碳化对混凝
6、土力学性能及构件受力性能的负面影响不大，混凝土碳化最大危害是会引起钢筋锈蚀。碳化是一般大气环境下混凝土中钢筋脱钝锈蚀的前提条件，从而影响混凝土的耐久性。 影响混凝土碳化速度的因素: 1.1水灰比 水灰比W/C是决定混凝土孔结构与孔隙率的重要因素，其中游离水的多少还关系着孔隙饱和度的大小，因此，水灰比是决定CO2有效扩散系数及混凝土碳化速度的重要因素之一。水灰比增加，则混凝土的孔隙率加大，CO2有效扩散系数扩大，混凝土的碳化速度也加大。 1.2水泥品种与用量 水泥品种决定着各种矿物成分在水泥中的含量，水泥用量决定着单位体积混凝土中水泥熟料的多少，两者是决定水泥水化后单位体积混凝土中可碳化物质含量
7、的主要材料因素，因而也是影响混凝土碳化速度的主要因素之一。水泥用量越大，则单位体积混凝土中可碳化物质的含量越多，消耗的CO2也越多，碳化速度越慢。 1.3骨料品种与粒径 骨料粒径的大小对骨料-水泥浆粘度有重要影响，粗骨料与水泥浆粘结较差，CO2易从骨料-水泥浆界面扩散。另外，很多人造或天然的轻骨料中的火山灰在加热养护过程中会与Ca（OH）2结合，一些硅质骨料发生碱骨料反应时也消耗Ca（OH）2，这些因素都会使碳化速度加快。 1.4掺外加剂 混凝土中掺加减水剂，能直接减少用水量，而引气剂使混凝土中形成很多封闭的气泡，切断毛细管的通路，两者均可使CO2有效扩散系数显著减小，从而大大降低混凝土的碳化
8、速度。 1.5养护方法与龄期 养护方法与龄期的不同导致水泥水化程度不同，在水泥熟料一定的条件下生成的可碳化物质含量不等，因此也影响混凝土的碳化速度。若混凝土早期养护不良，会使水泥水化不充分，从而加快碳化速度。经现场测试表明，水灰比同为0.6的矿渣水泥混凝土，湿养3天时的碳化深度是湿养7天时的1.5倍左右。 1.6混凝土强度 混凝土强度能反映其孔隙率、密实度的大小，因此混凝土强度能宏观地反映其抗碳化性能。总体来说，混凝土强度越高，碳化速度越小。 1.7覆盖层 混凝土的覆盖层对碳化起延缓作用。 1.8应力状态 当压应力f不超过0.7fc（fc为混凝土的抗压强度）时，压应力对碳化起延缓作用，压应力等
9、于0.7fc时的碳化深度与无压应力时相当，当压应力超过0.7fc时，由于微裂缝的开展加剧，会使碳化速度加快。在拉应力作用下，当拉应力f不超过0.3ft时应力作用不明显，当拉应力为0.7ft时，碳化深度增大近30。 1.9施工质量 实际工程中，在相同的材料、相同环境条件下，混凝土碳化深度的离散性比试验室大得多，密实性差及存在蜂窝、麻面、漏浆、裂缝等缺陷部位的碳化深度比振捣密实、表面无缺陷部位大得多。可见实际工程施工质量对碳化的影响可能比材料和环境因素更大，确保工程施工质量是提高结构耐久性的重要环节。 2、混凝土中钢筋的锈蚀 混凝土中水泥水化后在钢筋表面形成一层致密的钝化膜，故正常情况下钢筋不会锈
10、蚀，但钝化膜一旦遭到破坏，在有足够水和氧气的条件下会产生电化学腐蚀。由于钢筋的锈蚀，一方面使钢筋有效截面减小，另一方面，锈蚀产物体积膨胀，使混凝土保护层胀裂，甚至脱落，钢筋与混凝土的粘结作用下降，破坏它们共同工作的基础，从而严重影响混凝土结构物的安全性和正常使用性能，钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性破坏的重要形式之一。影响混凝土中钢筋锈蚀的因素 2.1混凝土的电阻抗 混凝土的电阻抗是影响钢筋锈蚀的一个重要因素，无论在有无CL的情况下，在很大的范围内，钢筋锈蚀速度都与混凝土（砂浆）的电阻抗成反比。混凝土的电阻抗主要决定于孔隙水饱和度，也与水灰比、水泥水化程度和孔溶液中的盐度有关。 2.2孔隙饱和度 孔
11、隙饱和度是影响混凝土电阻抗的主要因素，孔隙饱和度越大，混凝土的电阻抗越小。 2.3水灰比 水灰比的增大，使混凝土的孔隙率增大，密实度降低，从而降低混凝土的电阻抗，增大O2和CL的扩散系数，最终使锈蚀速度加快。 2.4养护龄期 混凝土的自然养护龄期越长，水泥水化程度越高，则混凝土的密实度越高，电阻抗越大，钢筋锈蚀速度越慢。 2.5保护层厚度 钢筋的保护层厚度越大，O2浓度梯度越小，锈蚀速度越慢。无论是碳化还是CL引起的钢筋锈蚀，保护层厚度越小，钢筋开始的锈蚀的时间越早。 2.6水泥品种和掺和料 各水泥成分中以C3A对CL的吸附作用最大，故当C3A含量高时，被吸附的CL多，游离CL浓度小，对防护钢
12、筋有利。在水泥中掺入各种掺合料对抗CL引起的钢筋锈蚀都是有利的。 3、碱-骨料反应 碱-骨料反应（简称AAR）是指混凝土中的碱与具有碱活性的骨料间发生的膨胀反应。这种反应引起明显的混凝土体积膨胀和开裂，改变混凝土的微结构，使混凝土的抗压强度、抗折强度、弹性模量等力学性能明显下降，严重影响结构的安全使用性，而且反应一旦发生很难阻止，更不易修补和挽救，被称为混凝土的“癌症”影响碱骨料反应的因素发生AAR破坏必须存在三个必要条件：混凝土中含有过量的碱（Na2O与K2O）；骨料中含有碱活性矿物；混凝中处在潮湿环境，三个条件缺一不可。 4、混凝土的冻融破坏 混凝土冻融循环产生的破坏作用主要有冻胀开裂和表
13、面剥蚀两个方面。水在混凝土毛细孔中结冰造成冻胀开裂使混凝土的弹性模量、抗压强度、抗拉强度等力学性能严重下降，危害结构物的安全性，一般混凝土的冻融破坏，在其表面都可看到裂缝和剥落。而当使用除冰盐时，混凝土表面出现鳞片状剥落。 4.1平均气泡间距 由冻融破坏机理可知，平均气泡间距是影响混凝土抗冻性最主要的因素，平均气泡间距越大，则冻融过程中毛细孔中的静水压和渗透压越大，混凝土的抗冻性越低。 4.2水灰比 水灰比越大，混凝土中可冻水的含量越多，混凝土的结冰速度越快；气泡结构越差，平均气泡间距越大；混凝土强度越低，抵抗冻融的能力越差。 4.3外加剂 平均气泡间距是影响混凝土抗冻性的最主要因素。而影响平
14、均气泡间距的一个最主要因素是含气量。引气剂引入的空气越多，平均气泡间距越小，毛细孔中的静水压和渗透压越小，混凝土的抗冻性越好。但含气量超过一定范围时，混凝土的抗冻性反而下降，原因是含气量增加在降低平均气泡间距的同时，降低了混凝土的强度，一般混凝土含气量每增加1抗压强度下降35。 4.4强度 强度高的混凝土的抗冻性高于强度低的混凝土。但相对而言，强度对混凝土抗冻性的影响程度远没有气泡结构大，因此，强度高的普通混凝土的抗冻性可能低于强度低的引气混凝土。 4.5骨料 影响骨料抗冻性的主要因素是骨料吸水率和骨料尺寸。骨料质量对抗冻性也有一定影响，包括骨料的坚实性、风化程度、粘土含量、杂质含量等。 4.
15、6水泥品种及用量 水泥品种对混凝土抗冻性有一定影响，且随水泥中混合材掺入量的增加，混凝土的抗冻性降低。 4.7混合材 在等量取代的条件下，粉煤灰掺量为15时，混凝土的抗冻可得到改善，但当粉煤灰掺量超过一定范围时，混凝土的抗冻性反而下降。对掺粉煤灰的混凝土，只要加入适量的引气剂，还是可以设计出高抗冻的混凝土。 二、加强施工过程控制，提高混凝土的耐久性 1、材料控制 1.1钠、钾含量折合成Na2O(Na2O+0.66K2O)小于0.6的水泥称为低碱水泥，用低碱水泥一般不会发生碱骨料反应。所以在潮湿环境下，尽量使用低碱水泥。 1.2不使用含有C3S较多、细度过小的水泥，当含C3S较多、细度过小的水泥
16、加水拌合后水化加速，放热加剧干燥收缩增大，导致混凝土开裂，降低混凝土结构使用寿命。 1.3要配制耐久混凝土，所选用的骨料质地要坚硬，具有足够的强度，且具有稳定的物理和化学性质，用于严寒地区并处于干湿交替冻融循环环境下的混凝土骨料，应进行骨料的坚固和抗冻融试验，坚固性试验砂石的重量损失率应小于8；有抗渗、抗冻要求的混凝土，所用粗骨料含泥量不应大于1，细骨料含泥量不应大于3，粗骨料不宜超过25mm，且不得超过保护层厚度的23，板厚的13。 1.4混凝土碱含量的安全值与骨料中矿物质的种类及其活性程度有关。对于高活性的硅质骨料（如蛋白石），混凝土的碱含量大于2.1kgm3时将发生AAR 破坏；对于中等
17、活性的硅质骨料，混凝土的碱含量大于3.0kgm3时将发生AAR 破坏；当骨料具有碱碳酸盐反应活性时，混凝土的碱含量大于1.0kgm3时就可能发生AAR 破坏。根据骨料中碱活性物质的特征，施工中应选择碱活性低的骨料，同时，严格控制混凝土中含碱总量，尽量使用低碱水泥和避免使用钠盐减水剂、早强剂、防冻剂等含碱的外加剂。 1.5使用级配、形状良好的骨料。当骨料颗粒级配不当时，例如使用花岗岩人工骨料，颗粒形状差、表面粗糙，会造成混凝土用水量增多，增大了混凝土中的孔隙。 1.6合理使用外加剂。恰当地在混凝土中使用一些外加剂，如减水剂、引气剂、阻锈剂等，可以改善和提高混凝土结构的耐久性。应当选择一些性能良好
18、的外加剂，使用时要注意生产厂家提供的推荐掺量和相应的减水率、主要化学成分、氯离子含量及含碱量、使用方法及注意事项，所选用的混凝土外加剂产品的技术性能指标应符合混凝土添加剂标准的要求。 1.7在水泥中掺入各种掺合料对防止钢筋锈蚀都是有利的，在矿渣掺量为5070范围内，以50掺量时的延缓作用最佳；在粉煤灰掺量为1030范围内，以30掺量时的延缓作用最佳；不管是碳化引起还是CL引起的锈蚀，掺入硅粉都起有利作用，以水泥用量15取代量时掺入硅灰的效果最好。 2、施工工艺控制 2.1严格控制混凝土的水灰比。水灰比过大会对混凝土的耐久性有直接影响，水灰比关系着混凝土孔隙率多少，影响着CO2在孔隙中的扩散程度
19、，影响着混凝土碳化的速度和对钢筋的锈蚀。控制水灰比也为了减少混凝土拌合料凝固后多余的水逸出产生的毛细孔道和空隙、减小渗透性、防止冻融破坏和破坏结构物表面的美观。严格禁止在施工中为便于施工、运输和浇筑，任意加大水灰比，导致混凝土中的孔率增大，渗透性加大。 2.2确保保护层厚度。混凝土保护层厚度每加厚10mm，钢筋失重率可降低20左右；混凝土保护层厚度每减少10mm，混凝土的透氧量就增加10，混凝土水灰比大时，这现象更明显；一般环境下，混凝土保护层厚度每减少25，混凝土碳化到钢筋表面所需的时间就缩短50；钢筋失钝开始锈蚀所需的时间与保护层厚度平方成正比。所以在施工中要防止保护层过小使混凝土中钢筋过
20、早锈蚀或混凝土表面开裂，确保保护层厚度（应为正误差），浇捣时应注意保持混凝土保护厚度不改变，为此，在浇捣前应认真检查保护层垫块尺寸和放置位置的准确性，垫块要牢固，数量满足施工要求。 2.3确保最佳水泥用量。控制水泥用量是为了保护混凝土的密实性，不能低于水泥最小用量，但水泥用量过多，会引起收缩和水化热过大而引起开裂，并非有利，从耐久要求，宜优化混凝土配合比，确定最佳水泥用量和水灰比。在满足强度和保证水泥最小用量的基础上，尽量减少单方水泥的用量。避免施工时为缩短工期，提高混凝土早期强度，加大水泥用量，这样混凝土会引起收缩和水化热过大而开裂。 2.4避免过早拆模。提前拆模，混凝土养护期的强度不足以承
21、担上部结构自重和施工荷载，就会引起早期开裂，影响耐久性。同时在养护期内不得受振动或荷载作用。 2.5加强混凝土的振捣。混凝土浇筑后应按施工操作规程有序地进行振捣，并对混凝土表面抹光压平，保证混凝土内实外美，无蜂窝、孔洞和沉降微细裂缝。必要时可采取二次振捣等方法改善混凝土密实性。 2.6加强混凝土的养护。认真做好混凝土养护工作对增强混凝土密实性防止干缩开裂至关重要。混凝土的养护方法很多：在混凝土表面铺盖湿的覆盖物、铺盖塑料薄膜、直接在混凝土表面喷洒水、蒸气养生、使用养护剂形成保护膜等，这些方法可以单独使用或合并使用。直接洒水时要注意气候环境的影响，当日平均气温低于5时，不易洒水，对大体积混凝土，
22、要防止表面喷洒冷水，使混凝土水化热的热表面产生强烈的温度应力而导致混凝土表面开裂。喷淋到混凝土表面的冷水温度与混凝土表面温度之差不宜大于20。采用塑料薄膜覆盖养护的混凝土，应注意塑料薄膜搭接处严密，保持塑料薄膜内有凝结水，防止混凝土内部水分蒸发。养护工作应在混凝土浇筑完毕后12h内立即采取措施。蒸气养生时，注意升、降温速度，升温速度不大于15h，降温速度不大于10h，恒温不大于80，并保证覆盖物的严密性和蒸气上下均匀。对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，养护时间不得少于7d；对掺有缓凝型外加剂或有抗渗性要求的混凝土养护时间不得少于14d。 2.7加强施工管理。对于浇筑
23、大面积和大体积的混凝土，应预先制定适当的施工方案，施工时保证机械设备状态良好，人员组织有序，浇筑前注意参考气象信息，温度高时应采取必要降温措施，防止出现冷缝现象。对于施工后浇带处和填充预留孔洞处的混凝土的浇筑，可以考虑加入适量的膨胀剂或采用微胀水泥混凝土。 2.8控制混凝土的砂率。虽然砂率增大提高了混凝土的和易性，使泵送时不至于堵塞管道，这样做混凝土强度可以满足要求，但混凝土的密实性明显降低，收缩量增大，浇筑后的混凝土容易产生收缩裂缝，流动性越大，收缩量越大，收缩变形比普通混凝土干缩变形要增大1020倍。泵送时应控制混凝土的含砂率，需要时可添加泵送剂等外加剂。2.9保证覆盖层施工质量。表面覆盖层对碳化起延缓作用，施工中应认真做好覆盖层，如桥台背墙刷沥青、混凝土表面抹砂浆、涂料、瓷砖等。 混凝土耐久性是一个系统课题，一方面要积极开展混凝土结构耐久性基础理论研究，设计时要充分考虑耐久性问题，另一方面，在施工中要控制混凝土的原材料，加强施工工艺管理，保证混凝土结构处在良好、耐久的状态。 【参考文献】1 苏蓉 提高沥青混凝土路面耐久性的相关要素 2003.022 张德峰 现代预应力混凝土结构耐久性的研究现状及其特点 2000 .05
