建筑结构检测鉴定与加固-第二章-建筑结构损伤机理与危害教学文案.ppt

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1、建筑结构检测鉴定与加固-第二章-建筑结构损伤机理与危害2.1.1混凝土中的钢筋腐蚀世界一些国家的腐蚀损失,平均可占国民经济总产值的2%～4%;其中,被认为与钢筋腐蚀有关者可占40%（至今我国尚无确切统计数据)。美国1984年报道，仅就桥梁而言,57.5万座钢筋混凝土桥,一半以上出现钢筋腐蚀破坏,40%承载力不足和必须修复与加固处理,当年的修复费为54亿美元;1998年报道钢筋混凝土腐蚀破坏的修复费,一年要2500亿美元,其中桥梁修复费为1550亿美元(是这些桥初建费用的4倍);还有报道说,到本世纪末,美国

2、要花4000亿美元用于修复和重建钢筋腐蚀破坏的工程。2.1.1混凝土中钢筋的锈蚀电化学腐蚀化学腐蚀应力腐蚀混凝土中钢筋锈蚀种类（1）钢筋电化学腐蚀机理钢筋电化学锈蚀阳极阴极混凝土钢筋阳极表面阴极表面钢筋金相组织和表面不均存在电位差水分和氧气进入混凝土形成碱性溶液（1）钢筋电化学腐蚀机理普通硅酸盐水泥密实未碳化混凝土的PH值为13，无CI-存在，形成钝化膜(Fe2O3.nH2O或Fe3O4.nH2O),阻止钢筋锈蚀。如钝化膜破坏(在PH<11.5将不能稳定存在)，在有水和氧气存在时，产生腐蚀电池反应阳极阴极

3、（1）钢筋电化学腐蚀机理红铁锈进一步氧化形成疏松易剥落的沉积物铁锈Fe2O3.Fe3O4.H2O,铁锈体积比铁增加2－4倍，将保护层胀开造成钢筋外露。褐锈（2）钢筋电化学腐蚀的动力和速度腐蚀电池存在是腐蚀发生的必要条件，而腐蚀发展动力和速度与电极之间的电流速度有关。腐蚀电流阳极电位－阴极电位阳极与阴极的电阻阳极控制：砼高碱度在钢筋表面形成钝化膜阻止铁离子化阴极控制：氧气不足或缺乏可阻止阴极反应电阻控制：干燥环境、砼密实，存在涂覆层，电阻大（3）影响钢筋电化学腐蚀的主要因素－外在因素外在因素周围介质腐蚀性周

4、期冷热交替作用冻融循环作用干湿交替作用海水海盐渗透作用（3）影响钢筋电化学腐蚀的主要因素－内在因素内在因素PH值影响(PH>10慢，PH<4快)氯离子含量(超过一定含量在不均匀砼中容易形成坑蚀)砼密实度和保护层厚度裂缝影响(>0.2mm影响大)水泥品种及粉煤灰掺合料影响(降低砼碱性)知识点：氯离子锈蚀机理绿锈褐锈混凝土钢筋阳极表面阴极表面氯离子易渗入钝化膜，形成易溶绿锈，绿锈向砼孔隙液中迁徙，分解为褐锈，褐锈沉积于阳极区，同时释放氯离子和氢离子，回到阳极区，使阳极区附近孔隙液局部酸化，带出更多铁离子。氯离

5、子不构成最终锈蚀产物，也不消耗，但促进锈蚀，起到催化作用。绿锈褐锈钢筋的化学锈蚀钢筋与酸、碱、盐等发生化学反应，形成锈蚀钢筋在稀碱溶液中形成钝化膜，在高碱和高温下则产生碱裂或碱脆化的溶解腐蚀钢筋的应力腐蚀是电化学腐蚀和高应力复合作用结果。当钢筋中存在较高拉应力时电化学方面比低应力时活跃得多。如果因氯离子侵蚀形成蚀坑，则会形成明显应力集中。对于低韧性高强度钢筋而言，应力集中很难通过塑性变形消除，从而形成微裂缝，可能突然断裂而发生脆性破坏。没有任何征兆，一般发生在预应力混凝土构件中，破坏后果很严重。钢筋锈蚀将

6、引起混凝土与钢筋粘结性能的退化钢筋的应力腐蚀钢筋的锈蚀由于混凝土内的强碱性使得钢筋表面形成钝化膜，从而钢筋在混凝土中不会锈蚀。如果钢筋表面钝化膜被破坏，则钢筋就会发生电化学腐蚀——锈蚀破坏混凝土中钢筋锈蚀，引起体积膨胀2～7倍，导致混凝土保护层开裂破坏混凝土中钢材的钝化会由于下列原因被破坏：混凝土中的Ca(OH)2被空气里的SO2、NO2、CO2等酸性氧化物中和而失去碱性；道路除冰盐或海水带进来的氯离子的作用。钢筋锈蚀导致混凝土构件破坏的几种形式某立交墩柱钢筋锈蚀情况某立交桥栏杆破损、露筋2.1.2混凝土

7、的碳化砼结构周围介质存在酸性物质，渗入混凝土内与水泥石中的碱性物质发生反应的过程叫做中性化。混凝土碳化是中性化最常见的形式，是CO2与混凝土中碱性物质相互作用的一种复杂物理化学过程。混凝土碳化将导致混凝土碱度降低，破坏钢筋钝化膜，同时加剧砼混凝土的收缩，导致收缩裂缝产生和加大。混凝土碳化机理混凝土碳化的化学反应(空气中CO2含量低，碳化过程缓慢)混凝土碳化速度取决于化学反应速度(取决于CO2含量和可碳化物的含量)CO2向砼扩散速度(取决于CO2和酸性物质浓度、孔隙结构)Ca(OH)2扩散速度(取决于混凝土

8、含水率和Ca(OH)2浓度)上述三个过程均与砼含水量、周围介质相对湿度、温度有关混凝土碳化深度公式混凝土碳化后体积增加17%，混凝土中孔隙率和透气性降低，表面硬度增加。由于混凝土碳化降低混凝土碱度，特别是混凝土保护层碱度，减弱对内部钢筋的保护作用，最终导致钢筋锈蚀。混凝土碳化是导致混凝土耐久性降低的主要原因。混凝土碳化导致孔隙部分被堵塞，此外随着龄期增加，混凝土水化作用不断增强，砼孔隙率降低，混凝土碳化速度降低。碳化深度(mm