钢筋混凝土维修课件.pptx

1、钢筋混凝土钢筋混凝土维修维修目视症状猜原因实验室辅助判定检测程度与范围填缝补洞面加铺选择材料看缘份妥定程序成一半析晶碱质与粒料反应钢筋腐蚀破坏症状状况评估判断原因选定修补材料和方法准备规范执行修补工作钢筋混凝土劣化型态、成因与改善方法裂缝型态 形成原因改 善 方 法大而不规则或与边成特定角度或贯穿结构物结构性裂缝支撑不良超载反复荷重改变设计断面加强支撑补强限制载重劣化型态、成因与改善方法挠曲裂缝剪力裂缝裂缝型态形成原因改 善 方 法大而有规则之间距收缩裂缝水分蒸发速率配合设计热裂缝水化放热温度上升与改变速率劣化型态、成因与改善方法收缩裂缝垂直长边平行束制方向干燥收缩混凝土在干燥的环境会持续缓慢

2、的失水干燥，而产生干燥收缩的现象。水灰比高、水泥用量多、骨材用量少、含水量高、构件尺寸大、相对湿度低、干燥时间长收缩量大 裂缝型态 形成原因改 善 方 法细且稍有规则的平行版边，或与风向垂直塑性收缩配合设计表面防护提早养护劣化型态、成因与改善方法塑性收缩沉陷裂缝新拌混凝土的失水速率大于泌水速率时，固体颗粒间会产生负的毛细压力使体积收缩的现象。多发生在大面积的混凝土施工。较细且不深的网状裂缝平行版边、平行束制方向、或垂直风向的裂缝。针对失水过快的原因进行防护 掌握适当的粉光时机 适当的时机提前进行养护 裂缝型态形成原因改 善 方 法细且有规则之地图状裂缝，可能裂缝不深过度泌水泌水停止再抹光避免过

3、度抹光塑性收缩配合设计表面防护提早养护过度泌水网状塑性收缩裂缝型态 形成原因改 善 方 法粗且有规则之地图状裂缝，有胶体流出碱质与粒料反应使用低碱水泥避免用活性骨材使用波蜀兰物质做好防水劣化型态、成因与改善方法碱质与粒料反应本土版海外版刚性铺面之碱质与粒料反应裂缝型态 形成原因改 善 方 法平行版边或控制缝边缘(裂缝)使用多孔骨材、含水量过高、受冻融影响骨材吸水率混凝土含气量骨材最大粒径劣化型态、成因与改善方法D-Cracking裂缝型态 形成原因改 善 方 法沿钢筋位置之裂缝或有锈水流出钢筋腐蚀适当的保护层以减少氧和水分渗入控制氯离子含量裂缝型态 形成原因改 善 方 法混凝土表面剥蚀硫酸盐侵

4、蚀配合设计水泥种类使用矿物掺料劣化型态、成因与改善方法岩相分析 化学分析 物理分析反弹锤法贯入探针法断裂试验法拉拔试验法直接拔出试验法共振频率法应力波法超音波波速检测法 敲击回音法 短波雷达法红外线温度感测法射线法磁电法保护层量测仪混凝土电阻系数量测 半电池电位量腐蚀速率测量选择维修材料与黏结缘份、默契、同步变化维修材料与混凝土底材的兼容性 干燥收缩热 膨 胀潜变弹性模数断面形状维修材料与混凝土底材之兼容性尺 寸 变 形 相 容化 学 性 质 兼 容电化学特性兼容渗 透 性 相 容弹性模数(E)ERECEREC弹性模数高 变形低承重构件：维修材料混凝土底材非结构性维修：选用较低弹性模数维修材料

5、，有助于减低张应力，可降低修补材料开裂与脱层现象发生的机率。弹性模数(E)混凝土底材(TC)维修材料(TR)TRTCTRTC维修材料收缩开裂，膨胀屈曲或剥落聚合物 614倍混凝土底材聚合物+粒料 1.55倍混凝土底材仅适用于温度变化不大处SCSR干缩行为(S)SC0，SR0混凝土底材不收缩控制维修材料的干缩行为：(1)降低水胶（灰）比；(2)增加粗粒料粒径及用量；(3)添加减缩剂（无收缩剂）；(4)采用降低收缩的施工程序，如干填混凝土和预置粒料混凝土；(5)适当的养护方法。干缩行为CC0，CR0潜变(C)CC结构性维修：维修材料的潜变宜与混凝土底材相近。非结构性维修：维修材料的潜变高较有利，因

6、张力潜变可产生应力松弛减少发生裂缝的机会。潜变混凝土内水分往表面移动，若维修材料不透气，水分或水气封闭在维修面，易使秥着失效。在大多数的修补，低吸水性与高水气传递特性之材料是需要的。透气不透水高碱保护钢筋。抗剪结合抗拉结合抗剪结合机理互锁作用抗拉结合机理互锁作用及化学结合力 确实清洁维修面，避免粉尘附着。形成粗糙的维修面，增加互锁效果。在维修面形成开放的孔隙结构。足够的浆体，吸附及进入孔隙系统。施加足够的压力，以密切结合。版块部份深维修版块部份深维修版块部份深维修CO2Ca(OH)2 CaCO3 H2O溶解氢氧化钙降低混凝土渗透性，减少裂缝防止水分渗入或渗出稀盐酸与清水清洗CaCO3+HClC

7、aCl2+CO2碱质与粒料反应(Alkali-Aggregate Reaction)简介及其检测与维修粒料中含有碱反应活性的硅质成分，在混凝中受氢氧根离子侵蚀后，结合钠、钾碱金属离子，形成碱硅胶体，在吸水膨胀后使混凝土生成地图状的裂缝。AAR大陆版平行主应力方向之裂缝AAR内部症状結晶不完整的矽質活性粒料結晶不完整的矽質活性粒料含鈣之鹼矽膠體含鈣之鹼矽膠體產生較低之膨脹壓力產生較低之膨脹壓力較乾硬之鹼矽膠體較乾硬之鹼矽膠體產生產生膨脹壓力膨脹壓力吸水吸水地圖狀裂縫地圖狀裂縫、起泡爆裂、起泡爆裂可變形之鹼矽膠體可變形之鹼矽膠體可流動之鹼矽膠體可流動之鹼矽膠體貫入孔隙、裂縫貫入孔隙、裂縫降低膨脹壓

8、力降低膨脹壓力吸水吸水鈉、鉀離子鈉、鉀離子平衡負電荷平衡負電荷鈣離子取代鈉、鉀離子鈣離子取代鈉、鉀離子鹼鹼金金屬屬離離子子循循環環水泥水化溶出離子水泥水化溶出離子Ca2+OH-K+Na+氫氧根離子破壞活性粒料-Si-O-Si-之鍵結氫氧根離子破壞活性粒料-Si-O-Si-之鍵結-Si-O-Si-+OH-Si-O-Si-+OH-Si-O Si-O-+O-Si+H+O-Si+H2 2O O-活性粒料之结晶构造示意图非活性粒料活性粒料碱质与粒料反应的影响因素 AAR所需持续进行有三个要素：混凝土内部存在反应活性粒料孔隙溶液中有足够之氢氧化碱浓度足够的湿度混凝土碱质与粒料反应的预防方法 发生碱质与粒料

9、反应的条件活性粒料(最重要)高碱水泥水分检测方法相关规范搜集现地使用经验无粒料岩相分析ASTM C295或CNS 13617粒料化学法活性检测ASTM C289或CNS 13618水泥砂浆棒膨胀试验ASTM C227或CNS 13619加速水泥砂浆棒膨胀试验ASTM C1260或CSA A23.2-25A混凝土角柱试验ASTM C1293或CSA A23.2-14A卜作岚材料试验ASTM C311、C441及C618水泥含碱量试验ASTM C114或CNS 1078检测活性粒料、高碱水泥控制混凝土中的含碱量 水泥含碱当量Na2Oeq%Na2O%0.658 K2O%Na2O和K2O依ASTM C

10、114检测ASTM C150规定含碱当量0.6%英国BS 5328 混凝土含碱量限制建议粒料种类或组合混凝土总含碱量(Na2Oeq/m3)低碱水泥(Na2Oeq0.60)中碱水泥(Na2Oeq0.75)高碱水泥(Na2Oeq0.75)低反应活性粒料无限制无限制5.0中反应活性粒料无限制3.53.0高反应活性粒料2.5使用卜作岚材料 依据规范：ASTM C311ASTM C441ASTM C618060 120 180 240 300 360 4200.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0100%R.H0%slag replacement cement40%slag r

11、eplacement cement60%slag replacement cement80%slag replacement cement膨胀量（）时间（天）水淬炉石粉抑制成效情形使用化学掺料 锂化合物锂钠莫耳比0.6添加不足会恶化建议锂化合物添加量，锂/钠莫耳比1锂化合物亦可与飞灰共同使用维修策略 发生碱质与粒料反应的条件高碱水泥活性粒料水分防止水分侵入 改变反应胶体产物性质 束制或补强 置换 维修策略加速移除混凝土试体内所含之游离态Na+（K+）离子Li+离子送入试体，以改变混凝土性质去除AAR要因抑制AAR改变反应胶体产物性质：喷洒、灌注、浸泡锂化合物定电流Power supplyOHC

12、a+2SO4Li+OHCa+2OH(Accelerated Lithium Migration Technique,ALMT)阳阴阳极槽溶液(1N LiOH)阴极槽溶液(饱和 Ca(OH)2)LiLiLi降低含碱量提高Li/Na莫耳比抑制 ASR 之原理n原理：NaKCa2LiLiNaLiNaNaKCa2(Accelerated Lithium Migration Technique,ALMT)0306090120150030060090012001500时间(hours)阴极槽浓度(10-3 mole/L)非稳态阶段过渡阶段稳态阶段Li+Na+K +移出完成阶段稳定移出阶段项项 目目膨胀增加

13、量（）膨胀增加量（）养护龄期养护龄期 (天天)28289090180180通电试体通电试体-0.252-0.252-0.141-0.141-0.074-0.074未通电试体未通电试体0.2890.2890.2380.2380.250.252006 FHWA联邦公路局联邦公路局85 文献回顾(实务上的应用)86 文献回顾(实务上的应用)通电通电8周，周，Li渗透深度渗透深度32mm，浓度达，浓度达203ppm，理论，理论上足以减少上足以减少ASR之膨胀。之膨胀。87钢筋腐蚀易生腐蚀的部位产生裂缝的张力区水气易聚集或积水的部位其他原因产生裂缝或保护层厚度不足的区域 钢筋腐蚀在混凝土内之高碱性环境(

14、pH1213)，钢筋表面会生成钝态之氧化铁保护膜，不会腐蚀碱性来源：氢氧化钙、钠、钾-Fe2O3:钝态、紧紧包裹在钢筋表面FeFeOFe3O4Fe2O3Fe(OH)2Fe(OH)3Fe(OH)3 3 H2O01234567体积，（cm3）不同氧化程度铁锈的体积变化在碱性环境下，钢筋表面生成钝态的氧化铁保护膜，钢筋受到保护不会腐蚀。钢筋的腐蚀过程-1当混凝土碱度降低或有氯离子存在时，钝态氧化铁保护膜会被破坏，钢筋开始腐蚀。钢筋的腐蚀过程-2自钢筋放出铁离子，同时产生电子在钢筋内部游动，形成阳极反应：钢筋的腐蚀过程-3FeFe+2e-在有水和氧同时存在的部位，加上经钢筋传导过来的电子，反应生成氢氧

15、根离子，形成阴极反应：Fe+e-O2H2OOH-钢筋的腐蚀过程-4Fe+向阴极移动，OH-往阳极移动，二者在钢筋表面结合生成氢氧化铁，再继续氧化形成铁锈。Fe+e-Fe(OH)2OH-O2H2O提供碱性环境使钢筋表面产生钝态保护膜低渗透性，阻隔氧或水 混凝土易产生裂缝 氯离子(内在或外来)Cl-/OH-0.6会腐蚀 混凝土劣化(耐久性问题)混凝土中性化混凝土对钢筋防蚀不利的因素混凝土产生裂缝、保护层不足，导致钢筋表面之混凝土中性化，破坏-Fe2O3保护膜。水和氧同时存在氯离子腐蚀钢筋FeCl+氯化铁错合物Cl-OH-Fe(OH)2Cl-O2、H2OFe2O3nH2O 铁锈Fe铁2e-传导至阴极

16、Fe+铁离子氯离子侵蚀钢筋的机理和过程氯离子浓度与pH值对混凝土中钢筋腐蚀的影响Cl-/OH-0.6 即使混凝土的pH值大于11.5，钝态的氧化铁保护膜会受到破坏，使钢筋易于腐蚀。防止钢筋腐蚀之对策控制氯离子含量(细粒料、拌合水、新拌混凝土)适当的混凝土配合设计(材料、水灰比等)细粒料使用对象最大值(质量%)*(1)预力混凝土(2)其它混凝土0.0120.024构 件 型 式水溶性氯离子含量最大值(kg/m3)(1)预力混凝土(2)钢筋混凝土0.150.3CNS 12891对不同暴露环境条件混凝土最高水灰比之规定暴露条件常重混凝土最大水灰比轻质骨材混凝土最低设计强度(kg/cm2)混凝土须考虑

17、水密性 a.暴露于清水 b.暴露于海水或含盐分之水 0.500.45 265300混凝土在潮湿环境下受冻融循环 a.缘石、护栏或薄构件 b.其他构件 c.使用去冰盐 0.450.500.45 300265300混凝土暴露于去冰盐、海水、盐水或其他溅沫中须防止钢筋腐蚀0.40335足够的保护层 防止钢筋腐蚀之对策说 明版墙 梁 柱基脚厚度22.5cm不直接受风雨侵蚀之面202520404040直接受风雨侵蚀之面 钢筋标称直径16mm 40 4050 4050 4050 4050 4050经常与水或土壤接触之面 6565657565混凝土直接浇置于土壤岩石上或与腐蚀性液体接触之面507575757575与海水接触之面75100100100100100注：钢筋之保护层厚度至少须等于钢筋直径，并不得小于粗粒料最大尺寸之1倍半。钢筋混凝土版不在此限。(单位：mm)保护层控制良好的施工(混凝土拌合均匀、控制运送和浇置时间、避免产生冷接缝、不可任意加水、确实捣实混凝土、避免产生析离的现象、注意表面排水、落实养护工作等)防止钢筋腐蚀之对策