耐久性影响因素
水泥细度对混凝土耐久性影响
水泥细度对强度的影响
水泥细度对强度发展的影响
C4AF和碱与开裂时间的关系
不同掺量硅粉对自收缩的影响
硅粉掺量对裂缝的影响
W/C与收缩的关系
不同W/C混凝土干燥收缩和自收缩的关系
自收缩和干燥收缩对总收缩的贡献
结构 A D E B H F 456 I 460 C 488 G 465
80 60 40
NC HSC SHSC
20
σ/% 0 0.2 0.4 0.6 Stress-strain of concretes for different level strength
高强混凝土应力应变曲线的特点
Stress-strain curve of HSC 弹性段随强度增加而增大，上限达到75%~90% 极限应变值随强度增加有增大的趋势 达到峰值应力后曲线骤然下降 表现出很大脆性
膨胀的和其它裂缝
Expansion’s cracking and other 膨胀： 碱-骨料反应 硫酸盐腐蚀 延迟生成钙矾石 钢筋锈蚀 荷载作用：反复荷载、冲击荷载
Blaine的环开裂试验
Blain’s ring shrinkage test
70年中涉及水泥混凝土的六个因素 ——趋向于高早强和低抗裂性发展
1. 混凝土随强度增加开裂倾向增大 混凝土裂缝的另一种分类
收缩裂缝
Shrinkage cracking 收缩：
温度收缩 —混凝土内部高温冷却时产生 塑性收缩 —混凝土表面失水过快（表面） 沉降收缩—离析，密度不同的颗粒沉降不均（表面） 水化消耗内部水份 自收缩 —与外界无水份交换时，水化 水化 干燥收缩 —R.H.低时，凝胶层间水份蒸发 碳化收缩—潮湿空气中的CO2与Ca(OH)2反应(表面) 开裂：在约束条件下因收缩而产生。
C 633 556 542 531 495 kg/m3 W/B 0.22 0.25 0.25 0.27 0.29 A% D% 80 20 67 33 67 33 63 37 55 45
0.30 0.30 0.31 0.38 52 48 52 48 50 50 36 64
强度与裂缝的关系
强度与其它性能的关系
90
）
90
70
60 50 40 30 20 10 0 0 2000 4000 6000
-6
S tre s s (M P a)
80
（
80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 2000 4000 6000 8000 Limit strain 2538.04
Limit Strain 2288.34
8000
Strain （10 ）
Stress（10-6)
混凝土强度与无负筋梁延性比的关系
4 延性比 3 2 1 0 20 30 40 50 60 70 混凝土强度（MPa） (ρ/ρo =0.51) （ρ/ρo=0.52）
（ρ/ρo=0.64） (ρ/ρo=0.87)
RPC桥的应力-应变
耐久性不良的原因
o
建议 Advice
1 对于可能因温度收缩、自收缩和干燥收缩的应 力引起裂缝的受约束的混凝土，应使用少量的、 慢水化的水泥； 2 应警惕在规范或生产环节中放过多的水泥； 3 开展高延伸性水泥的研究； 4 在用除冰盐的地方，应解决混凝土抗裂和抗渗 这对矛盾，制造一种抗裂但不渗透的混凝土； 5 热和干旱均能破坏混凝土，研究热收缩？
土木工程材料的结构耐久性
Structure Durability of Civil Engineering Materials
王发洲
工学博士
武汉理工大学材料科学与工程学院
发达国家基本建设的三个阶段
I
大规模兴建 II 新建与维修改造并举 III
混凝土的使用寿命
重点转向旧建筑物的维修改造
调研结果分析
脆 性：随强度增长而增加，导致结构延性比下降 自收缩：随水灰比降低而增加 自收缩 早期开裂倾向：早期强度高，弹性模量大，约束条件下 早期开裂倾向 收缩变形大，但抗拉强度低，徐变小。 抗弯构件的碳化： 抗弯构件的碳化：导致钢筋锈蚀 骨料的质量： 骨料的质量：碱集料反应 外加剂的使用:引入碱、氯离子等对混凝土耐久性有害的 外加剂的使用 物质
预拌混凝土业—商品混凝土 泵送混凝土 插入式振捣棒 ——它们都需要高工作度的拌和物
砼结构耐久性调研

1980年~至今
高效减水剂开始得到应用 活性火山灰矿物掺合料开始得到应用 W/C(W/B)非常低 混凝土要求具有大工作度
调研结果分析
20世纪混凝土实践所得到的教训
Concrete International 2001
感后语
今后相当长一段时间内，预计国家对基础设施投 入力度将继续增加，交通、城建、市政建设规模日益 扩大，水泥与混凝土行业面临前所未有的发展机遇， 水泥行业呈现供不应求的局面。相关行业对高素质人 才的需求十分迫切。象你们一样有才能、有志向的青 年俊杰一定会有大展宏图的机会，希望各位抓紧时间 学习、富有创造力的进行科研与工作，争取早日成才， 报效祖国。
发展趋势
Current development
多重复合 纤维增强：乱向短纤维、纤维网、纤维筋等 填加聚合物改性胶凝材料 集约化生产和管理 多功能化 强调环境功能
环境功能混凝土
生态水泥（Eco Cement） o 再生混凝土（Recycle Concrete） o 生物适宜混凝土 o 水质净化混凝土 o 绿化混凝土 o 透水混凝土 o 智能混凝土（自修复、温升自控、火灾防爆、内部 损伤预报、抗菌等） o 电波吸收混凝土 o 氮氧化物吸附混凝土 o 轻质高强混凝土
无论水泥还是混凝土，随着强度提高，伴随着劣化的加剧; 应注意高早强和早期开裂之间的密切关系; 开裂与暴露于侵蚀环境混凝土结构的劣化之间存在密切关系; 现行规范中对混凝土的耐久性要求存在某些误区; 在考虑实际结构的服务寿命时，要慎用实验室进行混凝土耐 久性的试验结果;
调研结果分析
导致结构耐久性下降原因中混凝土的责任
调研结果分析
材料耐久与结构工程安全性 注意： 混凝土材料耐久 ≠ 混凝土结构工程耐久
调研结果分析
土木工程材料结构耐久性研究的特点
工程材料和工程结构必须进行密切的学科交叉研究 必须面对大量不确定、不确知信息进行科学决策 从材料的微观(细观)角度研究结构的宏观行为
耐久性不良的原因
1. 混凝土的脆性随强度增加而增大
砼结构耐久性调研
1930~1950年
1944年美国公共道路管理局对加州等地的桥梁进 行检测： 足够证据表明，1930年前所建桥梁中67%完好； 而1930年以后仅有27%——？？？ 原因：水泥高早强、细磨，主要是早期开裂 问题或者是其他·······？
砼结构耐久性调研
1950~1980年
混凝土建设与实践发生的几个重大变化
钢筋混凝土结构安全性
Stop 无损伤 劣化开始， 可或不修补 必须修补 毁坏，废弃
砼结构耐久性调研
1931年以前
1931年ACI会议上： 所展示40帧对混凝土结构检查的照片 没有与开裂有关的报导
砼结构耐久性调研
混凝土结构耐久性检查结果
混凝土结构检查情况 溃 散 渗 漏 捣固不良 粗骨料不好 表面裂缝多 侵蚀水 水下浇注软弱混凝土 混凝土良好 照片数 9 7 5 4 2 1 1 11
21世纪建造耐久建筑物结构
★保护两大材料——钢材和水泥的生产，降低施 工速度应成为21世纪混凝土业新的关注点 ★高早强的混凝土更易于开裂，在侵蚀环境中更 易劣化，规范应修正并足够强调这一点 ★结构设计者、材料工程师、施工人员应建立密 切的工作关系，控制混凝土结构的开裂是非常 重要的 ★认为混凝土耐久性可以用控制水胶比来控制是 片面的，应重视W-Durability，关注骨料级配 ★必须控制水泥细度和C3S含量