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混凝土的体系平衡理论

来源:石家庄市海森化工有限公司_【官网】  日期:2018-01-22 08:35:29  属于:行业动态
文章摘要:体系的平衡与不平衡是事物发展过程中普遍存在的客观规律。正在运动的平衡体系,总是要受到不平衡因素的干扰。本文分析讨论了混凝土生命过程各个阶段体系的平衡与不平衡及其相互转化的规律。

摘要:体系的平衡与不平衡是事物发展过程中普遍存在的客观规律。正在运动的平衡体系,总是要受到不平衡因素的干扰。本文分析讨论了混凝土生命过程各个阶段体系的平衡与不平衡及其相互转化的规律。从浇筑成型开始的混凝土生长发育早期,是体系最脆弱的阶段,容易受不平衡因素的干扰,使硬化后的混凝土充满缺陷,积蓄内应力,成为不稳定的体系。强调这一阶段为硬化混凝土建立一个稳定的平衡体系对于混凝土耐久性的重要性,讨论了建立稳定平衡体系的方法。体系平衡理论是混凝土的健康理论,具有良好平衡体系的混凝土,内部缺陷少,内应力小,体积稳定,耐久性好。

关键词:混凝土体系;体系平衡;平衡周期;缺陷;内应力

 

0 前言

宇宙空间万物的运动永远是平衡与不平衡的运动。地球本身的运动就是平衡与不平衡的运动。地球的运动体系处于平衡的时候,由于地壳运动,地热运动,人类的活动,气候环境的变化,以及其他星球运动的影响等等,都会使体系偏离这种平衡。当体系越来越不平衡,达到了极限,就会有地震的发生,火山的爆发,大陆板块的移动,等等,使体系不平衡的能量得到释放,于是体系达到新的平衡。地球体系在达到新的平衡之后,新的不平衡运动又将开始。

 

地球上的万物都要经历兴衰的生命过程。这种生命过程就是平衡与不平衡的反复过程。万物在平衡与不平衡之中成长、壮大、衰老直至消亡,混凝土的生命过程也是如此。

 

1 研究混凝土体系平衡的意义

我们把体系处于稳定的平衡状态的混凝土看作是健康的混凝土,而把偏离平衡、处于不稳定状态的混凝土看作是病态的混凝土,或亚健康的混凝土。

 

地球的资源是有限的。混凝土是消耗大量地球资源的大宗建筑材料。混凝土工程拥有数量众多耗资甚巨的大型建筑。混凝土的耐久性关系着人类的可持续发展,已成为重大的政治经济问题摆在了人们的面前。人们采取各种技术措施提高混凝土的耐久性。但只有发育良好的混凝土、健康的混凝土、具有稳定平衡体系的混凝土,才有可能获得高的耐久性。

 

混凝土从浇筑成型开始,其体系就存在平衡与不平衡两个不同的发展方向。体系能够维持平衡,则体系保持稳定,混凝土得到正常的生长发育,混凝土向健康的方向发展;体系偏离平衡,则体系趋向不稳定,混凝土得不到正常的生长发育,混凝土向不健康的方向发展。混凝土的体系稳定不稳定,是混凝土健康与不健康的标志。

 

混凝土生长发育过程中,可能存在两种力,即外力和内力,破坏体系原有的平衡。外力的影响可以通过周密的工程堪察和合理的工程设计得到避免或减到最小;内力的影响只能通过混凝土正常的生长发育使之得到避免或减到最小。混凝土发育正常不正常,以湿养护结束以后混凝土能否实现高抗渗进行判定[1]。发育不正常的混凝土,抗渗性能差,其内部存在大量的不可见孔隙缺陷以及可见与不可见裂缝。这些缺陷容易产生内应力,成为破坏体系原有平衡的能量。缺陷产生的过程,就是内应力的积蓄过程。内应力由小到大,混凝土的体系逐渐变得不稳定。当积蓄的这种能量达到体系能够维持的极限的时候,体系原来的平衡就被打破,积蓄的能量得到释放,于是体系建立了新的平衡。这时混凝土的缺陷如果得到控制,不再发展,或不再有大的发展,混凝土体系将维持这种新的平衡。但是如果缺陷得不到有效控制,缺陷继续扩展,产生新的内应力,新内应力又在混凝土内积蓄,再一次达到极限时,体系的平衡再一次被打破,体系再次建立新的平衡。混凝土的生命过程,就是平衡与不平衡的反复过程。这种反复的转换过程越快,规模越大,混凝土的寿命就越短。因此,研究混凝土体系的平衡,努力维持体系的平衡,延长体系平衡与不平衡转换的周期,减小转换的规模,我们便得到体积稳定的混凝土。这对于提高混凝土的耐久性,提高混凝土构筑物的使用寿命,有着十分重要的意义。

 

2 混凝土体系的不平衡因素

任何运动体系处于平衡的时候,平衡总是相对的,不平衡才是绝对的。处于平衡状态的运动体系,其平衡能力制约着不平衡因素,维持着体系的平衡。不平衡因素如果得到发展,将逐渐降低体系的平衡能力。混凝土体系的不平衡因素,可以分为两类:使用环境的不平衡因素(外不平衡因素)以及混凝土本身的不平衡因素(内不平衡因素)。处于使用中的混凝土,其整体结构应该是一个良好的平衡体系,能够长时间维持体系的平衡,混凝土构筑物才可以耐久。要得到稳定性好的平衡体系,应从两方面着手:一是消除或减小体系的不平衡因素,制约不平衡因素的发展,这主要是针对内不平衡因素而言的;二是提高体系抗不平衡因素干扰的能力,这主要是针对外不平衡因素而言的。两者之中,关键是内不平衡因素,因为外因是通过内因而起作用的,所以我们重点讨论内不平衡因素。

 

要使混凝土能够长期维持体系的平衡,从它的诞生开始,混凝土体系就应该是稳定的平衡体系。从混凝土整个生命过程来看,最容易造成体系不稳定、最容易使体系偏离原来平衡的不平衡因素就是混凝土的内部缺陷。因之维持体系平衡的关键就是防止或尽量减少混凝土内部形成缺陷。从浇筑成型开始至湿养护结束是混凝土最容易形成缺陷的阶段。我们把湿养护结束以后混凝土内部可能形成的缺陷分为两类:先天缺陷和后天缺陷[2]。先天缺陷是由于配合比不合理造成的,后天缺陷是由于施工养护工艺不合理造成的[2]。缺陷的主要表现形式是混凝土内部存在大量的连通孔隙以及可见与不可见裂缝[3,4]。这些缺陷在不利环境影响下,或在环境介质作用下,很容易产生应力和应力集中,成为破坏体系平衡的能量。内部缺陷太多的混凝土,由于体系不稳定,平衡周期短,体系平衡与不平衡转换快,混凝土耐久性差。

 

因此,要得到良好的平衡体系,首先考虑的不平衡因素就是混凝土内部的缺陷。既要减少先天缺陷,也要减少后天缺陷,从而最大限度地抑制混凝土体系的不平衡因素。这样,从混凝土诞生开始,我们得到的混凝土就是平衡性良好的混凝土、健康的混凝土、体积稳定的混凝土。

 

混凝土水胶比的大小以及成型后拌合水损失的多少,决定硬化混凝土先天缺陷和后天缺陷形成的严重程度。因此,水也是混凝土体系中极重要的不平衡因素。从混凝土浇筑成型开始至凝结前后,是混凝土最容易失水的阶段。混凝土失水越多,缺陷越严重。因此,不利的环境条件也是造成混凝土体系不稳定的不平衡因素。不利的环境条件以及混凝土拌合水的损失,虽然都是混凝土体系的不平衡因素,但是它对体系平衡的干扰都是通过在混凝土内部造成缺陷产生内应力而起作用的。我们要为混凝土建立稳定性好的平衡体系,提高体系抗不平衡因素的干扰,关键是防止混凝土生成缺陷,消除已经形成的缺陷,或对硬化混凝土的缺陷进行封闭或屏蔽处理,抑制缺陷和内应力的发展,就能够最大限度地抑制不平衡因素对混凝土体系的干扰,维持体系的平衡,保持体系的稳定。

 

3 混凝土浇筑成型后体系的平衡与不平衡

混凝土密实成型后,原材料颗粒间的所有空隙均被拌合水充盈,成为混凝土的充水空间[1]。根据充水空间的拌合物特性[1],充水空间的大小对混凝土拌合物成型后体系的稳定性有重要影响。

 

如果混凝土的水胶比大,充水空间就大,成型后的体系是一个很不稳定的体系。振动密实后的混凝土平衡是极短暂的,可称为瞬时平衡。由于充水空间过大,拌合水不能承受体系的自重,在重力作用下,固体材料颗粒下降互相靠近,将多余的拌合水挤排出充水空间,使充水空间变小。直至颗粒间的距离小到可以承受体系自重时,体系渐趋于稳定。由于水的密度小,被排出的水上浮至混凝土表面,这就是混凝土的泌水现象。泌水形成粗大的泌水通道,水化产物很难将其填充密实,成为连通的孔隙缺陷,成为环境介质渗透的通道,也成为以后破坏体系平衡的不平衡因素。

 

混凝土的泌水常常伴随着原材料颗粒的沉降,这就是混凝土的离析现象。沉降比较严重时,常在混凝土表面形成沉降裂缝。典型的沉降裂缝沿钢筋表面开裂。如果把混凝土沿高度方向分成若干层,对于同样大小的颗粒,最下一层的颗粒发生沉降移动时,上一层颗粒下降的距离将是其下移距离的两倍,再上一层的颗粒就将是三倍,余此类推,到混凝土表面时,颗粒沉降的距离就很大。由于面层钢筋的阻挡,钢筋面上的颗粒只能向钢筋截面圆周的两侧滑移沉降,于是混凝土表面就出现沿钢筋长度方向开裂的沉降裂缝。沉降裂缝的出现,是由于混凝土充水空间过大,体系由不稳定趋向稳定,由不平衡趋向平衡过程中出现的一种现象。

 

因此,混凝土浇筑后我们要得到比较稳定的体系,使混凝土能够维持成型后的体系平衡,就应尽量减小混凝土的充水空间。

 

混凝土的充水空间足够小时,尽管得到的体系是相对稳定的,但因为混凝土还没有强度,这时的体系很脆弱,如果受到不平衡因素的干扰,体系将偏离原来的平衡,趋向不稳定。典型的不平衡因素是体系失水。因为充水空间充盈的拌合水起着维持体系平衡的重要作用。如果混凝土失水,将形成失水通道,形成连通的孔隙缺陷,产生收缩内应力。体系在内应力作用下,偏离原来的平衡,这时混凝土的抵抗力还很差,于是体系的平衡很快被打破,混凝土开裂,释放应力。应力释放之后,体系建立新的平衡。如果混凝土继续失水,不断产生新的应力,那么这一阶段混凝土体系的平衡将是一种动态的平衡,短暂的平衡。随着失水增多,裂缝扩展,混凝土表面以及裂缝两侧有大量连通的孔隙缺陷形成。这种不稳定的体系如果得不到控制,或控制不好,混凝土硬化以后,我们得到的混凝土将是一种病态的混凝土。这种混凝土即使没有出现可见裂缝,由于存在大量的不可见孔隙缺陷和不可见裂缝,也是一种亚健康的混凝土。病态的、亚健康的混凝土体系是一个不稳定的体系,容易受不平衡因素干扰,平衡周期短,混凝土的耐久性差。

 

只有为胶凝材料的水化产物提供一个良好的生长发育环境,使混凝土发育良好,才能得到健康的混凝土。健康混凝土的体系是稳定的体系,平衡的体系。如何为硬化混凝土建立稳定性良好的平衡体系?可以采取以下的方法:①如果混凝土的充水空间足够小,混凝土浇筑成型后,其体系是相对稳定的体系,只要防止拌合水损失,就可以维持体系的平衡。因为充水空间全部被拌合水充盈,在不失水的条件下,充水空间就可以被水化产物完全填充密实,防止或减小充水空间的变形,保持混凝土体积的稳定。②如果混凝土的充水空间足够小,但混凝土凝结前体系失水,或失水较多,混凝土内部存在大量的孔隙缺陷。缺陷产生内应力,使体系偏离原来的平衡,甚至破坏原来的平衡,混凝土出现了开裂。这样的体系需要修复,人为地为其建立新的平衡。修复的方法是,混凝土初凝前对其表面进行二次抹压,将表层混凝土反复抹压密实,消除失水缺陷。缺陷消除之后,必须采取有效措施,防止混凝土继续失水。③如果混凝土的水胶比较大,充水空间较大,或者泌水较多,水化产物难以将充水空间完全填充密实,或者混凝土初凝前失水过多,形成的缺陷过于严重,只依靠二次抹压难以将缺陷彻底消除,这时应采用二次振动工艺,通过二次振动消除泌水通道、沉降裂缝和失水缺陷,并且使混凝土的充水空间变得足够小,重新被拌合水全部充盈。最好再辅以二次抹压,提高表层混凝土的密实度。二次振动和二次抹压之后,采取有效措施防止混凝土继续失水,防止形成新的缺陷,则混凝土可以建立起新的相对稳定的平衡体系。

 

综上所述,混凝土浇筑后至凝结硬化,是混凝土非常脆弱的一个阶段,犹如初生的婴儿,毫无抵抗能力,极易受到环境不利因素的影响,使混凝土体系成为一个不稳定的体系、不平衡的体系、带病的体系。让混凝土体系以不稳定的带病状态进入硬化阶段,将对混凝土的整个生命过程带来难以估量的负面影响。因此,初凝前为硬化混凝土建立一个稳定的平衡体系非常重要,将对混凝土硬化以后的质量保证起关键作用。

 

4 混凝土早期发育阶段体系的平衡与不平衡

加水拌合后,混凝土胶凝材料的水化反应就已经开始,至凝结前已有大量水化产物生成。从严格意义上讲,混凝土早期发育阶段包含了凝结硬化前的水化反应。为了叙述的方便,也为了突出混凝土凝结前其体系平衡对混凝土硬化以后质量的重要性,上一节对混凝土凝结前体系的平衡问题作了专门的阐述。本节继续讨论混凝土早期发育阶段,即凝结硬化过程中及硬化后体系的平衡与不平衡问题。

 

国家标准规定,混凝土湿养护时间不得少于7d,防水混凝土不得少于14d。作者的试验研究证实,正常气温条件下混凝土3~7d就已经可以实现高抗渗[4]。高抗渗的实现表明混凝土内部没有明显缺陷,高抗渗在实际工程中显著的防裂作用表明混凝土的内部应力小[4]。因此,实现高抗渗以后,我们所得到的混凝土体系是一个稳定性好的平衡体系。那么我们就根据建立硬化混凝土平衡体系所需要的时间,明确早期发育阶段一般指浇筑成型后至7d龄期湿养护结束这一阶段。而较低气温环境下或凝结硬化较慢的混凝土,7d龄期内不能实现高抗渗,其早期发育阶段则相应延长。

 

混凝土的早期发育阶段,是强度的主要形成阶段。在早期强度形成之前,混凝土体系很脆弱。因此,混凝土在凝结的过程中,以及凝结之后,至实现高抗渗之前,很容易受不平衡因素的干扰,其体系始终是一个不稳定的体系。与凝结前的体系一样,这一阶段的体系平衡对今后的混凝土质量同样有着非常重要的影响。早期发育阶段是混凝土生长发育最快的阶段。混凝土生长发育正常与否,取决于体系的平衡能力,也就是体系的稳定程度。我们在这一阶段最重要的任务,就是排除不平衡因素对体系的干扰,采取合理的施工养护工艺,努力为硬化混凝土建立一个稳定性良好的平衡体系。

 

完美湿养护[3]是为硬化混凝土建立稳定平衡体系的合理的施工养护新工艺。湿养护的完美程度取决于混凝土浇筑成型后至湿养护结束整个阶段混凝土是否失水,失水多少。整个过程不失水,或虽然初凝前失水,但失水缺陷以及泌水缺陷已经得到有效的消除,之后混凝土不再失水,则养护是完美的。简言之,完美湿养护就是混凝土不失水的养护,不产生失水缺陷的养护。从混凝土浇筑成型开始至实现高抗渗,其整个生长发育早期,拌合水是维持体系平衡非常重要的元素,不可以损失。由于水化产物刚刚开始生长发育,尚未完全填满充水空间,拌合水损失必然引起充水空间变形[1],同时形成连通的孔隙缺陷。失水以后的混凝土体系,尤其是失水较多的体系,是一个充满缺陷的体系、积蓄内应力的体系,因而是一个偏离平衡的体系、不稳定的体系。工程实践表明,早期失水较多的混凝土不但早期容易开裂,中后期也都容易开裂,这是体系很不稳定的反映;而不失水的混凝土体系容易实现高抗渗,表示充水空间被水化产物完全填充,混凝土内部缺陷小、内应力小,是一个具有良好稳定性的平衡体系。这样的体系,不但早期得到了正常的生长发育,中后期继续发育的能力也得到增强,延长了混凝土的生长发育期,提高了体系的稳定性和平衡能力,延长了体系的平衡周期,为混凝土耐久性的提高打下了坚实的质量基础。

 

所以,从混凝土的体系平衡来分析,应特别强调混凝土早期在实现高抗渗以前的湿养护,不可以失水。混凝土的早期强度形成主要在前7d,抗渗能力的形成也主要在前7d,表明前7d是水化产物生长的极盛时期。如果配合比合理,前7d水化产物就已经能够将充水空间完全填充密实,使混凝土实现高抗渗。所以规范规定7d的湿养护在时间上是合理的,实际工程中混凝土应有7d的完美湿养护。但关键是前3天,尤以第1天最关键。如果第1天失水过多,形成的缺陷过于严重,那么7d以后的湿养护再怎么充分,实际上也很难弥补。这表明,早期严重的缺陷已经使混凝土处于病态,要想通过后期长时间的湿养护再建立长期相对稳定的平衡体系,变得很困难,施工操作在时间上也难以实施。因此,对硬化混凝土质量起决定作用的,是混凝土的生长发育早期。这一阶段防止拌合水损失,对于在混凝土中建立具有良好稳定性的平衡体系,以便得到高质量的硬化混凝土、健康的混凝土,十分重要。

 

5 混凝土受役期间体系的平衡与不平衡

混凝土的生命过程,如果按照工作状态和非工作状态划分,可以分为生长发育早期、受役期和消亡期三个阶段。混凝土实现高抗渗之后,已具有较高的初始强度,如果需要,混凝土构筑物已可以承受部分荷载。因此,完美湿养护结束之后可以列入工作状态的受役期。混凝土构筑物使用至成为危险建筑物,不能再继续使用的时候,受役期结束,混凝土进入消亡期。发育早期及消亡期对于混凝土的生命过程都很短暂,受役期是生命过程的主体。

 

如果以混凝土的生命特征来划分,混凝土的生命过程可以分为生长发育期、壮年期和衰老劣化期三个阶段。按照水化产物填充理论,水化产物对充水空间的填充现象,以及环境有害介质对混凝土的侵蚀现象,贯穿于混凝土生命的始终。三个阶段的划分,取决于两者的速度[1]。很显然,混凝土的整个受役期包含着它的生长发育期、壮年期和衰老期三个阶段。

 

混凝土生命过程的长短,由生命特征三个阶段的长短来决定。三个阶段的长短又取决于第一阶段即混凝土生长发育期的长短。生长发育期越长,同样受役环境下,壮年期和衰老期也越长,混凝土越耐久。生长发育期短的混凝土,是因为其生长发育能力差。这种混凝土诞生时,其配合比和施工养护工艺可能都不够合理。湿养护结束之后,混凝土内就已经存在大量连通的毛细孔隙缺陷,或者还存在可见与不可见裂缝;如果胶凝材料少,水化产物总量有限,充水空间又大,以至环境有害介质侵蚀混凝土的速度很快达到和超过混凝土中后期水化产物的生成速度,混凝土过早地进入壮年期和衰老期。这种混凝土的体系实际上很不稳定,从诞生开始它就处于一种动态的平衡之中。因为缺陷多,容易受不利环境影响,缺陷不断扩展,内应力不断积蓄。当体系原来的平衡被打破,新的平衡刚建立的时候,很快又产生新的内应力,体系很快又偏离新的平衡。混凝土内部缺陷越多,环境条件越不利,体系的平衡转换越快,生长发育期越短。

 

混凝土的生长发育期长,其生长发育能力强。相对于生长发育期短的混凝土而言,这样的混凝土体系是能够长时间保持相对稳定的很好的平衡体系,这样的混凝土是一种健康的混凝土。生长发育期长的混凝土,具备以下两个基本条件:①抗环境不利因素干扰的能力强。环境不利因素包括不利气候环境和有害介质环境两方面。当气候环境不利的时候,混凝土具有很强的保水能力,不失水,或失水很缓慢;当环境介质不利的时候,环境有害介质(包括水分)很难渗透进入混凝土内部。这样的混凝土很密实,内部缺陷小,内应力小,能够使体系长时间维持原来的平衡。②混凝土的胶凝材料具有长期水化反应的能力。纯的快硬水泥,超细水泥,早期反应比较完全的水泥,都满足不了长期反应的需要。因此,纯硅酸盐水泥应由粗细颗粒级配组成,并掺加一定量水化缓慢的掺合料,使组合成的复合胶凝材料,既要有必要的早期强度,为硬化早期的混凝土提供足够的水化产物,使混凝土在湿养护期间实现高抗渗,又要有长期的水化反应能力,有利于延长混凝土的生长发育期。

 

生长发育期长的混凝土,以良好的健康状态进入壮年期,同样受役环境下,其体系平衡能力强、平衡周期长,能够长时间地保持体系稳定,混凝土的壮年期和衰老期都跟着延长。当混凝土的年平均受蚀速度连续地大于同期水化产物生成的平均速度时,混凝土进入了衰老劣化期。在衰老劣化的前期,两者的速度差很小,混凝土的衰老是缓慢的;到了中期,速度差加大,混凝土衰老的速度加快;衰老期的后期,混凝土腐蚀进一步加快,受役期结束,混凝土进入消亡期。在衰老劣化阶段,随着受腐蚀速度的加大,水化产物变质发生膨胀,充水空间变形,混凝土中的内应力逐渐增加,混凝土的体系平衡逐渐由相对稳定变得不稳定。

 

提高混凝土的耐久性,延长混凝土构筑物的使用寿命,是人类可持续发展需要实现的混凝土质量目标。如上所述,混凝土生长发育早期的质量基础以及延长其生长发育期对于混凝土的耐久性十分重要。图1是耐久性差的混凝土和高耐久性的混凝土体系平衡的模型。图中作者引入了“平衡度”的概念,平衡度就是体系维持平衡的能力。体系的平衡度越高,混凝土维持体系平衡的时间越长,体系越稳定。从图中可以看出,混凝土的生长发育期越长,体系的平衡度就越高,混凝土越耐久。

 

 

A.耐久性差的混凝土; B.高耐久性的混凝土

 

值得指出的是,混凝土生命特征的三个阶段,并非是泾渭分明的。如果不是环境因素的突变,其界限不可能很清晰。甚至于同一个混凝土构筑物,也可能同时存在生命特征的三个阶段,如图2。图2表明,混凝土受役过程中,其内部(Ⅰ区)没有失水,没有形成失水缺陷,属于高抗渗防裂区,这一区域的混凝土仍处于生长发育期。由于内应力小,其体系是稳定的平衡体系。混凝土的次层(Ⅱ区)则因为部分失水,存在失水通道,积蓄着内应力,开裂的倾向性增加,其体系已偏离原来的平衡状态,开始变得不稳定。混凝土的外层(Ⅲ区)严重失水,存在大量连通的毛细孔隙缺陷以及可见与不可见裂缝。这些缺陷的存在又进一步加剧了外层和次层混凝土的失水,也更容易受到环境介质的侵蚀,使外层混凝土积蓄了更高的应力,体系变得更不稳定。内应力积蓄到一定程度时,通过裂缝扩展或产生新裂缝的方式,体系释放能量。这样,原来的平衡被打破,新的平衡再次建立。平衡不断转换,开裂和侵蚀不断向混凝土内部发展。因此,为了提高混凝土的耐久性,混凝土的整体体系应该是一个良好的平衡体系。除了实现高抗渗之外,其外层不应裸露在大气中。在混凝土外表面加上保护层,或外表层混凝土利用特种材料对孔隙缺陷加以渗透屏蔽密实处理,不让混凝土与环境发生水交换(既不让混凝土内部的拌合水损失,也不让环境水分渗透进入混凝土),遏止了环境有害介质进入混凝土,减小了混凝土失水和被腐蚀介质侵蚀产生的缺陷,从而减小了缺陷产生的内应力,延长了外层混凝土的生长发育期,提高了体系的平衡能力,保持混凝土整体体系长期的相对平衡与稳定。

 

 

Ⅰ区:高抗渗防裂区。不失水、不受侵蚀区域,仍处于生长发育期

Ⅱ区:部分失水区域。抗渗性能降低,发育与受蚀速度相当,进入壮年期

Ⅲ区:严重失水区域。失水通道通畅,受蚀速度增大,水化产物停止生长或极微 生长,进入衰老劣化期

 

6 混凝土消亡期体系的平衡与不平衡

当混凝土劣化变质严重,不能再继续使用的时候,受役期结束,标志着混凝土进入了消亡期。由于解除了受役荷载,其体系的平衡与不平衡问题,对于使用而言已不重要。处于消亡期的混凝土,腐蚀已经很严重,并且继续进行的腐蚀,腐蚀面加大,进程加快。这时的混凝土体系将越来越不稳定,体系的平衡与发育早期一样,是一种动态的平衡,平衡周期越来越短,不能继续作为人们活动的场所,应予拆除。

 

7 结语

(1)混凝土的健康状况是混凝土质量的另一种表达方式。混凝土的体系平衡理论研究的是混凝土生命过程各个阶段体系的平衡与不平衡相互转化的规律,是描述混凝土“体质”健康状况的理论。混凝土体系的平衡度越高,平衡周期越长,体系越稳定,表示混凝土的健康状况越好,耐久性越高。

 

(2)大量连通的不可见孔隙缺陷以及可见与不可见裂缝,是混凝土缺陷的主要表现形式。这些缺陷或者由于不合理的配合比造成,或者由于不合理的施工养护工艺造成。表面和内部存在大量缺陷的混凝土,是一种病态的混凝土,或亚健康的混凝土。这种混凝土的体系不稳定,其开裂过程,是体系能量释放的过程,体系的不平衡向平衡转化的过程;裂缝的扩展过程,是体系新的不平衡向新的平衡转化的过程。这种混凝土的平衡周期短(平衡与不平衡转化快),混凝土的耐久性差。

 

(3)混凝土拌合水既是维持混凝土体系平衡的重要的平衡因素,也是破坏混凝土体系平衡的重要的不平衡因素。如果混凝土的充水空间足够小,充水空间充盈的拌合水维持着体系的平衡;如果拌合水不损失,水化产物就能够取代拌合水实现充水空间的完全填充,硬化混凝土能够维持体系的平衡。这时的混凝土体积稳定。如果混凝土的充水空间较大,其体系一开始就是不稳定的体系,拌合水不能承受体系的自重,多余的拌合水被挤压排出,充水空间变小,体系趋向稳定。混凝土硬化过程如果失水,将会引起充水空间变形,从而引起混凝土体积的变形;混凝土失水后,水化产物不能完全填充其充水空间,构成连通的毛细孔隙缺陷,产生内应力,混凝土体系就成为不稳定的体系。

 

(4)要提高混凝土的耐久性,混凝土浇筑成型后,为硬化混凝土建立一个高平衡度的平衡体系非常重要。只有这样,才能延长混凝土的生长发育期,增强体系的平衡能力,减缓平衡与不平衡转化的速度,减小转换的规模,延长体系的平衡周期,提高混凝土在受役期间的稳定性。混凝土的生长发育早期对于混凝土的生命过程虽然极为短暂,但却是决定混凝土整个生命过程健康状况及建筑物使用寿命的关键阶段。因为这一阶段的混凝土最容易受不利环境因素的影响,使混凝土产生很多缺陷,使体系变得不稳定;但这一阶段又是混凝土生长发育最快的阶段,容易为硬化混凝土建立起具有高平衡度的平衡体系。高抗渗的实现,是硬化混凝土具有高稳定性的平衡体系、质量优良的技术标志。

 

(5)混凝土的内部缺陷以及环境有害介质在混凝土中的活动,是受役阶段混凝土体系主要的不平衡因素。因此,实现混凝土的高抗渗防裂,提高水化产物的抗腐蚀能力,优化混凝土的内部结构,对表层混凝土的缺陷进行封闭处理,或者对混凝土结构外加保护层,都是遏制不平衡因素在混凝土中的发展、提高体系的平衡能力、提高混凝土耐久性的有效途径。


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