钢筋混凝土原理和分析读书报告

2006级防灾减灾工程与防护工程 何扬春
学号 06114241
[摘 要] 本文主要讲述在大气环境下钢筋混凝土结构物耐久性研究和混凝土碳化深度和碳化残量的分析.运用碳化原理和大气环境变化的预测分析和计算了结构的耐久年限,分析了影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素.并提出考虑大气污染影响钢筋混凝土结构物的设计建议
[关键词] 环境;大气污染;钢筋混凝土;耐久性;混凝土强度;混凝土碳化;
1 前 言
经过前面一段时间对钢筋混凝土原理的学习,我对这门课有了进一步的认识和了解.现在我主要对混凝土的耐久性进行分析.这里主要分析了大气污染对混凝土结构的耐久性的影响.
随着世界人口爆炸式的增长,资源和能源的消耗量也在迅速增加,生产和生活排放出的种种化学物质,给自然净化作用造成了巨大负担.最严重的大气污染是由燃烧产生的.燃烧能释放出大量的.当燃烧含硫的煤与石油时会产生硫氧化物和氮氧化物.当燃烧不完全时会产生碳氢化合物和一氧化碳.另一方面,人和动物的呼吸也产生大量的二氧化碳.同时,由于大片森林被毁,使森林所吸收的二氧化碳大量减少.因此,空气中二氧化碳浓度逐年增长.据统计,当今世界各国一次能源消费结构均以矿物燃料为主,全球矿物燃料消费量占一次能源消费总量的87% ,燃烧矿物燃料每年排人大气中的二氧化碳多达50亿吨,并以每年平均0.4%的速度递增.早在19世纪初,大气中二氧化碳浓度为70ppm,到1988年已上升到350ppm,100多年来增长了将近30%.未来二氧化碳浓度的增长率,取决于世界各国的能源需求变化实际的估算过程是非常复杂的,有许多不确定因素.其一般思路是:首先,估算未来全球矿物燃料消耗量的增长,以及排放到大气中二氧化碳的数量;其次,估算生物对二氧化碳吸收量和海水对二氧化碳溶解量及其变化,还需考虑未来石灰石生产和其它社会活动释放的二氧化碳进人或退出大气的途径.这样即可从理论上预测出未来大气中二氧化碳浓度的增长速度.
我国目前的建筑结构设计统一标准虽然采用了可靠度理论,但实质上仅能满足安全可靠指标要求,对耐久性要求仅是从最低混凝土强度等级,最小保护层厚度及最大裂缝宽度上做了要求,具有很大的局限性.由于结构类别,环境条件及结构使用情况的差异,对结构耐久性的要求会有所不同,结构的耐久性极限状态就会有所区别,对不同的建筑物,构筑物应根据其重要性和使用的环境及条件选用不同的耐久极限.本文以大气环境条件下钢筋开始锈蚀作为结构的耐久性极限,采用可靠性理论方法对钢筋混凝土结构进行耐久性分析.已有的研究结果表明,在周围混凝土的高碱度环境中,钢筋表面形成厚约20~60A的γ-Fe2O3钝化保护薄膜,γ-Fe2O3是一种致密,稳定的共格结构,水和氧气不能渗透过去,使钢筋处于钝化状态不被腐蚀.但由于水泥石中的水化产物要与环境中的二氧化碳作用,生成碳酸钙或其它物质,即混凝土发生碳化,使混凝土的pH值降低,当钢筋表面的pH值下降到8.5~11.5时,钢筋处于活化状态,即发生脱钝,在水和氧气得到满足的情况下,钢筋即开始锈蚀.混凝土中钢筋一旦发生锈蚀,在较短的时间内就会引起混凝土保护层开裂,脱落,致使结构构件的承载力下降,从而严重影响其可靠性.因此对钢筋混凝土碳化结构进行碳化耐久性分析是混凝土结构耐久性分析的一个重要部分.
2大气污染对钢筋混凝土的破坏及其预测
纯净的空气中含氮78. 090l0%,氧20. 95% ,氖0. 93%及微量的稀有气体,此外,通常还含有约0. 03%的CO2和4%以下的水蒸气.大气污染使空气中CO2含量增加,并含有尘埃和其它酸性气体.大气污染不仅危害人体健康,对建筑物的耐久性也产生很大影响.一般建筑物大多采用钢筋混凝土结构.污染物中的酸性气体与碱性的钢筋混凝土材料发生化学反应,加速了钢筋混凝土结构物的风化和侵蚀,严重影响了建筑物的安全使用龄期.
由于混凝土具有强碱性,在钢筋表面形成一层钝化膜.该钝化膜能阻止钢筋锈蚀.污染物中的酸性物质,如C02, HC1, SO2深人混凝土表面,与水泥石中的碱性物质发生反应的过程称为混凝土的中性化.混凝土在空气中的碳化是中性化最常见的一种形式.它是空气中CO2与水泥石中的碱性物质相互作用得很复杂的一种物理化学过程.由于碳化会降低混凝土的碱度,破坏钢筋表面的钝化膜,使混凝土失去对钢筋的保护作用.钢筋生锈后,铁锈的体积要比铁的体积膨胀2. 5倍,因此混凝土出现裂缝,与钢筋的粘接力降低.
2. 1碳化机理分析
由于混凝土是一种多孔性材料,在其内部存在着大小不同的毛细管,孔隙,气泡,甚至缺陷.空气中的CO2首先渗透到混凝土内部充满空气的孔隙和毛细管中,而后溶解于毛细管中的液相,与水泥水化过程中产生的氢氧化钙和硅酸三钙,硅酸二钙等水化产物相互作用,形成碳酸钙.

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