《結(jié)構(gòu)耐久性》課程學(xué)習(xí)匯報(bào)報(bào)告內(nèi)容：海底隧道高性能混凝土耐久性影響因素的分析報(bào)告人：指導(dǎo)老師:高性能混凝土(HighPerformanceConcrete，HPC)定義繁多，但是1998年美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)（AmericanConcreteInstitute，ACI)作了如下闡述：當(dāng)混凝土的某些特性是為某一特定的用途和環(huán)境而制定時(shí),這就是高性能混凝土。高性能混凝土在配制上的特點(diǎn)是低水膠比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，除水泥、水、集料外，必須摻加足夠數(shù)量的礦物細(xì)摻料和高效外加劑。

實(shí)際工程中大量混凝土構(gòu)筑物由于種種原因而提前失效，達(dá)不到預(yù)定的服役年限。其中一部分是由于強(qiáng)度不夠引起的，但更多的是由于耐久性不足導(dǎo)致的。海底隧道的建設(shè)要用到大量的混凝土，由于隧道處于水下，混凝土的耐久性除了受到水壓等外力的考驗(yàn)，更主要的是受到海水的腐蝕。1

海底隧道混凝土耐久性的三大影響因素1以氯鹽、硫酸鹽和鎂鹽為代表的海洋環(huán)境介質(zhì)化學(xué)侵蝕破壞2以氣候因素和鹽類結(jié)晶為代表的物理因素作用3以自身結(jié)構(gòu)的密實(shí)程度與收縮變形為代表的自身因素

2、化學(xué)介質(zhì)侵蝕的作用

海水中含有更多的無(wú)機(jī)鹽類。我國(guó)沿海海水中各種鹽類的總含量,即鹽度為2%-3.5%，其中NaCl約占總鹽量的78%，其余是MgCl2、MgSO4、KCl等，約占22%（維基百科）。這些鹽類隨著海水、海風(fēng)、海霧緩慢滲入隧道,對(duì)混凝土構(gòu)成腐蝕。

2.1、Cl-的侵蝕

混凝土存在許多孔隙，海水中的Cl-離子可以通過(guò)這些細(xì)孔滲透到混凝土內(nèi)部，提高Ca(OH)2溶解度，由于Ca(OH)2是混凝土的化學(xué)組分之一，所以Cl-的滲入增加了混凝土的“溶解侵蝕”。但是相比Cl-的電化學(xué)腐蝕，它不過(guò)是微不足道的一方。

氯離子與鋼筋直接發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),像催化劑一樣促使鋼筋鈍化膜破壞,使鋼筋產(chǎn)生銹蝕,是海洋環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)遇到的最危險(xiǎn)的破壞因素。當(dāng)混凝土內(nèi)有海水滲入時(shí)，海水中具有穿透能力的氯離子能穿過(guò)鋼筋表面的鈍化膜，使鈍化膜破壞，從而使得含氧的海水能達(dá)到鋼筋的表面；由于鋼筋局部組成或結(jié)構(gòu)的不均勻性，在有水和氧氣存在的前提下，鋼筋的個(gè)別部位會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)生成鐵的氧化物和氫氧化物，同時(shí)鋼筋的局部還會(huì)發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生OH－離子，這樣就在鋼筋的表面形成無(wú)數(shù)的微電池，當(dāng)這個(gè)反應(yīng)在鋼筋表面持續(xù)進(jìn)行時(shí)，鋼筋就慢慢被腐蝕掉；除了鋼筋被腐蝕掉，銹蝕產(chǎn)生的化合物由于體積增大而在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生很大的膨脹應(yīng)力，可能造成混凝土剝落或開(kāi)裂。Fe2++2Cl－+2H2O→Fe（OH）2+2HCl4Fe（OH）2+O2+2H2O→4Fe（OH）3

2.2、硫酸鹽和鎂鹽的侵蝕海洋環(huán)境中的硫酸鹽和鎂鹽對(duì)混凝土也有一定的侵蝕作用,以硫酸鎂的侵蝕最為強(qiáng)烈。因?yàn)镸g2+和SO2-4均為侵蝕源,二者相互疊加,不但產(chǎn)生硫酸鹽侵蝕,同時(shí)產(chǎn)生鎂侵蝕,構(gòu)成雙重侵蝕?；炷两Y(jié)構(gòu)遭受硫酸鹽侵蝕以后，大多數(shù)會(huì)產(chǎn)生體積膨脹，表面出現(xiàn)開(kāi)裂、剝落；國(guó)外還報(bào)道過(guò)混凝土工程遭受硫酸鹽侵蝕后硬化水泥漿體出現(xiàn)嚴(yán)重的軟化而失去膠結(jié)能力、強(qiáng)度嚴(yán)重下降的現(xiàn)象，并不一定伴隨著明顯的體積膨脹。

2.3、堿-集料的侵蝕

水泥混凝土堿-集料反應(yīng)（Alkali-AggregateReaction，AAR）是指混凝土中的堿和環(huán)境中可能滲入的堿與混凝土集料（砂石）中堿活性礦物成份，在混凝土固化后緩慢發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生膠凝物質(zhì)，因吸收水份后發(fā)生膨脹，最終導(dǎo)致混凝土延伸開(kāi)裂和損毀的現(xiàn)象。堿-集料反應(yīng)機(jī)理有三：1）堿-硅酸（SiO2）反應(yīng)；2）堿-硅酸鹽反應(yīng)；3）堿-碳酸鹽反應(yīng)。

以上三種堿-集料反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理各不相同，但是引起堿-集料反應(yīng)的必要條件均是：1）水泥含堿量超過(guò)安全值；2）使用了一定數(shù)量的堿活性集料；3）含有水分。

海洋潮濕環(huán)境使隧道內(nèi)部長(zhǎng)期保持著較高的濕度,同時(shí),滲入的海水可提供堿-集料反應(yīng)所需的K+、Na+。因此,處于海洋環(huán)境中的隧道混凝土具有較大的堿-集料反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。以上三類化學(xué)腐蝕，對(duì)鋼筋混凝土進(jìn)行表面涂層是一種經(jīng)濟(jì)有效的防腐蝕措施?；炷林泻写罅康拿?xì)孔，通過(guò)選擇低勁度、滲透力強(qiáng)的涂料涂在混凝土表面，使其滲入混凝土內(nèi)部數(shù)毫米，堵塞毛細(xì)孔，并在毛細(xì)孔內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成耐久而且牢固的封閉層，阻止氯離子、水及氧氣等腐蝕介質(zhì)的進(jìn)入。這一措施可以極大提高海底隧道高性能混凝土的耐久性。3、物理因素的作用3.1、溫度因素受氯鹽侵蝕的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，溫度愈高，混凝土中鋼筋腐蝕強(qiáng)度愈大。因?yàn)殡S著溫度升高，不僅環(huán)境中的O2和水分在混凝土內(nèi)的擴(kuò)散速度、鋼筋腐蝕產(chǎn)物的遷移速度加快，而且混凝土的導(dǎo)電率增大，導(dǎo)致電化學(xué)反應(yīng)速率加大。海底隧道周圍由于海水包裹，因此它的溫度不會(huì)過(guò)高，對(duì)混凝土的耐久性考驗(yàn)不會(huì)太大。3.2、鹽類結(jié)晶

具有一定礦化度的環(huán)境水在混凝土毛細(xì)管作用下從潮濕一端被吸入,由暴露于大氣的另一端蒸發(fā),混凝土孔液經(jīng)濃縮而析晶,使混凝土遭受鹽類結(jié)晶的膨脹壓力。鹽類結(jié)晶導(dǎo)致膨脹開(kāi)裂問(wèn)題比較嚴(yán)重，我們不能主導(dǎo)客觀環(huán)境，但是可以控制混凝土使其密實(shí)（孔隙變小，含鹽水分不易進(jìn)入）或者施加涂層以達(dá)到保護(hù)的目的。其破壞速度及破壞程度遠(yuǎn)超過(guò)化學(xué)腐蝕鹽類結(jié)晶產(chǎn)生的必要條件是混凝土孔液達(dá)到飽和及過(guò)飽和,除了環(huán)境的介質(zhì)外,溫度變化和干濕循環(huán)是混凝土孔液達(dá)到飽和及過(guò)飽和的重要外部條件。鹽類結(jié)晶所產(chǎn)生的壓力隨孔液過(guò)飽和度的增大、結(jié)晶產(chǎn)物密度的增大和環(huán)境溫度的提高而增大；同一類化學(xué)成分的物質(zhì),隨結(jié)晶水增多,密度下降,結(jié)晶壓力降低。對(duì)于海底隧道，常常發(fā)生由于鹽類連續(xù)結(jié)晶——溶解循環(huán)，導(dǎo)致混凝土發(fā)生層狀表面剝落,與凍融循環(huán)的結(jié)果有相似之處。4、自身因素的作用4.1、密實(shí)程度混凝土具有多相、多孔結(jié)構(gòu)。普通混凝土由于水灰比較大(0.4-0.7),未使用礦物摻合料或礦物摻合料未經(jīng)深加工處理、未使用高效減水劑或設(shè)計(jì)不合理等原因,孔隙率較大、大孔徑的孔多、界面過(guò)渡區(qū)富集大晶粒的氫氧化鈣板狀結(jié)晶和針狀鈣礬石晶體,存在原生微裂縫,使外界水分和侵蝕性離子易于進(jìn)入,不能滿足海洋嚴(yán)酷環(huán)境條件要求。對(duì)于海底隧道，由于海水將其包圍，海水中的各種鹽類等腐蝕介質(zhì)極易進(jìn)入這些孔洞從而腐蝕鋼筋使混凝土失效。針對(duì)混凝土不夠密實(shí)導(dǎo)致的破壞，我們可以通過(guò)設(shè)置原料及配比獲得自密實(shí)混凝土，從而提高海底隧道高性能混凝土的耐久性。4.2、收縮破壞試驗(yàn)研究和工程實(shí)例證實(shí),收縮最終將導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫,從而危害到隧道高性能混凝土的耐久性與工程的安全性?；炷恋氖湛s可分為化學(xué)收縮、溫度收縮和自收縮。4.2.1化學(xué)收縮化學(xué)收縮與水泥熟料的組成用量有關(guān)，研究表明水泥熟料當(dāng)中個(gè)礦物的收縮變形由大到小排列為C3A>C4AF>C3S>C2S,其中C3A的收縮約為C3S和C2S的3倍?？刂扑嗉俺?xì)礦物摻合料的用量、選用C3A含量較低的水泥,可以減少由于水泥水化引起的化學(xué)收縮。

4.2.3自收縮

自收縮是由于自干燥引起的。在較高水膠比的普通混凝土中,這部分收縮值很少,不必過(guò)分重視。而在低水膠比的高性能混凝土中,自收縮占總收縮量的一半左右,不容忽視。由于這種混凝土的水膠比低,提供給水泥水化的自由水量少,且早期強(qiáng)度發(fā)展快,消耗的水多,因此在早期,自干燥將發(fā)展很快。預(yù)防海底隧道高性能混凝土干縮裂縫的主要措施1）對(duì)混凝土原材料冷處理，降低混凝土入模溫度；2）設(shè)置風(fēng)障，減小現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速；3）盡量縮短攪拌到澆筑的時(shí)間；4）澆筑前濕潤(rùn)模板，若澆筑前鋼筋受炎熱陽(yáng)光輻射升溫，也會(huì)使混凝土水分蒸發(fā)過(guò)多而產(chǎn)生塑性開(kāi)裂，這時(shí)需將鋼筋加濕降溫。2海底隧道抗蝕影晌因素的模擬影響海底隧道抗蝕的因素包括海洋環(huán)境介質(zhì)的物理作用、化學(xué)侵蝕作用和由于自身體積不穩(wěn)定導(dǎo)致收縮變形的加速劣化作用。這些因素是相互關(guān)聯(lián)、相互促進(jìn)或相互加強(qiáng)的，使隧道混凝土的破壞不是由單一因素造成的，而是由于2個(gè)或多個(gè)因素的協(xié)同作用，或由一個(gè)因素誘發(fā)、其它因素相互作用所致。由于海底隧道不可避免地要與海洋環(huán)境介質(zhì)接觸，因此抗腐蝕形勢(shì)嚴(yán)峻，所以提高隧道襯砌混凝土抗蝕性的根本途徑是控制第三因素，即設(shè)法增加混凝土自身的密實(shí)性和控制混凝土微裂縫的產(chǎn)生。采用高性能混凝土能夠提高混凝土的密實(shí)性和抵抗環(huán)境介質(zhì)的物理與化學(xué)侵蝕作用，但應(yīng)該注意由于自收縮可能造成的不良影響。為了減小自收縮，一方面應(yīng)控制水膠比不宜過(guò)小，水泥與礦物摻合料的比表面積不宜過(guò)大;另一方面應(yīng)及早和充分的供水養(yǎng)護(hù)(帶水養(yǎng)護(hù)和水養(yǎng)護(hù))，利用充足供水和濕脹現(xiàn)象來(lái)克服混凝土的自收縮。此外，摻入膨脹劑或減縮劑也不失為一種強(qiáng)而有效的技術(shù)手段。5、結(jié)語(yǔ)

本文討論了海底隧道這一環(huán)境下，高性能混凝土耐