混凝土孔结构及氯离子扩散.ppt

混凝土孔结构及氯离子扩散第1页，共30页，星期日，2025年，2月5日杭州湾大桥第2页，共30页，星期日，2025年，2月5日港珠澳大桥耐久性设计（全长50km）设计年限100年）第3页，共30页，星期日，2025年，2月5日实际混凝土结构耐久性破坏案例美国某桥梁工程钢筋锈蚀破坏第4页，共30页，星期日，2025年，2月5日混凝土碳化与钢筋锈蚀第5页，共30页，星期日，2025年，2月5日发生的主要破坏情况钢筋锈蚀盐水侵蚀混凝土开裂第6页，共30页，星期日，2025年，2月5日融雪剂造成的混凝土路面破坏混凝土表面存在着大量的毛细孔及各种原因造成的细微裂缝，这些都是氯盐侵蚀混凝土的直接通道第7页，共30页，星期日，2025年，2月5日混凝土的孔结构和氯离子扩散模型硬化水泥浆体和混凝土是多孔材料。硬化水泥浆体和混凝土的许多工程性质,如:强度、收缩、渗透性等,都受到孔结构特征的影响。氯离子渗透到混凝土中会引起钢筋锈蚀而导致钢筋混凝土结构破坏。第8页，共30页，星期日，2025年，2月5日一、硬化水泥浆体的微观结构混凝土是由水泥浆体和包裹在水泥浆体中的粗骨料和细骨料组成的混合材料。通常,骨料的结构和性质是不随时间而变化的,然而,因为水泥颗粒与水之间的化学作用,硬化水泥浆体的结构是随着时间慢慢发展形成的。Powers指出:水化产物的体积约是它的反应物体积的1.6倍。因此,水化反应也是一个空隙填充过程。尽管影响水化反应和硬化水泥浆体结构的因素有很多,但初始水灰比和水化时间是两个最主要的影响因素。第9页，共30页，星期日，2025年，2月5日硬化水泥浆体中的孔隙包括凝胶孔、毛细孔和气孔。根据Powers理论分析，在硅酸盐水泥浆体中,凝胶孔大约占整个C一S一H凝胶体积的28%,孔径为1.5~2.0nm,与水分子的大小相近,所以水不能流过凝胶孔。扫描电子显微镜(SEM)不能分辨出凝胶孔,它包藏在C一S一H凝胶里面。毛细孔是新拌水泥浆体中最初由水占据,而后来又没有被水泥水化物填充的哪一部分空隙。气孔是振捣不密实或引入的气泡或两者共同作用而形成的。毛细孔通常是弯曲的细管,而气孔比毛细孔短而孔径大。下表列出了凝胶孔和毛细孔的分类以及它们对硬化水泥浆体性质的影响。第10页，共30页，星期日，2025年，2月5日第11页，共30页，星期日，2025年，2月5日水泥石中的毛细孔体积取决于水灰比和水泥水化程度，假定1cm3水泥完全水化产生2cm3水化产物，假定水泥的密度为3.14g/cm3，可计算出水泥石毛细孔隙率随不同水灰比的水泥石中水化程度而变化。——Mehta1）毛细孔:水泥石中没有被水化产物填充的那部分空间，其体积和尺寸主要取决于水泥颗粒组成、水灰比和水泥水化程度。水化良好的低水灰比水泥石中，毛细孔主要在10~50nm范围；高水灰比水泥石中，水化早期毛细孔可大至3~5μm。第12页，共30页，星期日，2025年，2月5日200cm3或66%150cm3或50%125cm3或42%毛细管孔隙水化龄期07d28d365d水化程度50%75%100%100cm3或33%水化产物未水化水泥300cm3结论一：在相同水灰比条件下，随着水化程度的增加，孔隙率减小第13页，共30页，星期日，2025年，2月5日320－200=120cm3或37%88cm3或30%57cm3或22%毛细管孔隙水灰比0.70.60.50.425cm3或11%水化产物300cm3总体积=100+100×3.14×0.7=320cm3总体积=257cm3总体积=288cm3总体积=225cm3结论二：在同等水化程度100%条件下，随着水灰比的增加，孔隙率减小通过计算发现，W/C=0.32时，毛细管孔隙率=0第14页，共30页，星期日，2025年，2月5日2）凝胶孔:凝胶体颗粒之间存在的细小孔隙(1.8nm)，随水化龄期增长而增多，水泥完全水化时占胶体体积28%；Feldman和Sereda测定并认为细小孔隙距离为0.5~2.5nm。另外，有关文献给出硅酸盐水泥浆体的毛细孔孔隙率可以根据下式计算其中,W/C是水灰比,a是水泥的水化度。随着浆体的W/C增大,毛细孔孔隙率增大。W/C越大，毛细孔孔隙率越大，混凝土的渗透性越大。在满足混凝土强度和工作性的条件下，应该采用较小的水灰比，减小混凝土的孔隙率，提高混凝土的抗透性第15页，共30页，星期日，2