混凝土结构耐久性研究
混凝土结构耐久性
1.1 混凝土结构耐久性问题的重要性
钢筋混凝土结构结合了钢筋与混凝土的优点，造价较低，且一直被认为是一种非常耐久性的结构形式，其应用范围非常广泛。
然而，从混凝土应用于建筑工程至今的150年间，大量的钢筋混凝土结构由于各种各样的原因而提前失效，达不到预定的服役年限。这其中有的是由于结构设计的抗力不足造成的，有的是由于使用荷载的不利变化造成的，但更多的是由于结构的耐久性不足导致的。特别是沿海及近海地区的混凝土结构，由于海洋环境对混凝土的腐蚀，尤其是钢筋的锈蚀而造成结构的早期损坏，丧失了结构的耐久性能，已成为实际工程中的重要问题。早期损坏的结构需要花费大量的财力进行维修补强，甚至造成停工停产的巨大经济损失。耐久性失效是导致混凝土结构在正常使用状态下失效的最主要原因。
国内外统计资料表明，由于混凝土结构耐久性病害而导致的损失是巨大的，并且耐久性问题越来越严重。结构耐久性造成的损失大大超过了人们的估计。国外学者曾用“五倍定律”形象地描述了混凝土结构耐久性设计的重要性，即设计阶段对钢筋防护方面节省1美元，那么就意味着：发现钢筋锈蚀时采取措施将追加维修费5美元；混凝土表面顺筋开裂时采取措施将追加维修费25美元；严重破坏时采取措施将追加维修费125美元。
因此，钢筋混凝土结构耐久性问题是一个十分重要也是迫切需要加以解决的问题，通过开展对钢筋混凝土结构耐久性的研究，一方面能对已有的建筑结构物进行科学的耐久性评定和剩余寿命预测，以选择对其正确的处理方法；另一方面可对新建项目进行耐久性设计，揭示影响结构寿命的内部与外部因素，从而提高工程的设计水平和施工质量。因此，它既有服务于服役结构的现实意义，又有指导待建结构进行耐久性设计的理论意义，同时，对于丰富和发展钢筋混凝土结构可靠度理论也具有一定的理论价值。
正因为混凝土结构耐久性的问题如此重要，近年来世界各国均越来越重视混凝土结构的耐久性问题，众多的研究者对混凝土结构耐久性展开了研究，取得了系列研究成果，而材料层面的成果尤为显著。迄今为止，已经形成了混凝土结构耐久性研究框架，如图1-1所示。本章将着重介绍混凝土结构耐久性研究中成熟的相关研究成果。
图1-1 混凝土结构耐久性研究框架
?????????????????????????????????????????????????耐久性评估耐久性设计结构层次构件承载力的变化粘结性能衰退模型混凝土锈胀开裂模型构件层次钢筋锈蚀碱－集料反应冻融破坏氯盐腐蚀混凝土碳化材料层次工业环境土壤环境海洋环境大气环境环境层次混凝土结构耐久性
1.2混凝土碳化
1.2.1混凝土碳化的定义
所谓混凝土的碳化是指空气中二氧化碳与水泥石中的碱性物质相互作用，使其成分、组织和性能发生变化，使用机能下降的一种很复杂的物理化学过程。
影响结构耐久性的因素很多，其中混凝土碳化是一个重要的因素。通常情况下，早期混凝土具有很高的碱性，其PH值一般大于12.5，在这样高的碱性环境中埋置的钢筋容易发生钝化作用，使得钢筋表面产生一层钝化膜，能够阻止混凝土中钢筋的锈蚀。但当有二氧化碳和水汽从混凝土表面通过孔隙进入混凝土内部时，和混凝土材料中的碱性物质中和，从而导致了混凝土的PH值的降低。当混凝土完全碳化后，就出现PH<1这种情况，在这种环境下，混凝土中埋置钢筋表面的钝化膜被逐渐破坏，在其它条件具备的情况下，钢筋就会发生锈蚀。钢筋锈蚀又将导致混凝土保护层开裂、钢筋与混凝土之间粘结力破坏、钢筋受力截面减少、结构耐久性能降低等一系列不良后果。
由此可见，进行混凝土的碳化规律分析，研究由碳化引起的混凝土化学成分的变化以及混凝土内部碳化的进行状态，对于混凝土结构的耐久性研究具有重要的意义。
1.2.2混凝土碳化的机理
混凝土的基本组成是水泥、水、砂和石子，其中的水泥与水发生水化反应，生成的水化物自身具有强度(称为水泥石)，同时将散粒状的砂和石子粘结起来，成为一个坚硬的整体。在混凝土的硬化过程中，约占水泥用量的三分之一将生成氢氧化钙(Ca(OH)2)，此氢氧化钙在硬化水泥浆体中结晶，或者在其空隙中以饱和水溶液的形式存在。因为氢氧化钙的饱和水溶液是PH值为12.6的碱性物质，所以新鲜的混凝土呈碱性。
然而，大气中的二氧化碳却时刻在向混凝土的内部扩散，与混凝土中的氢氧化钙发生作用，生成碳酸盐或者其它物质，从而使水泥石原有的强碱性降低，PH值下降到8.5左右。
混凝土碳化的主要化学反应式如下：
CO2+H2O→H2CO3 (1-1)
Ca(OH)2+H2CO3→CaCO3+2H2O (1-2)
1.2.3影响混凝土碳化的因素
混凝土的碳化是伴随着CO2气体向混凝土内部扩散，溶解于混凝土孔隙内的水，再与各水化产物发生碳化反应这样一个复杂的物理化学过程。研究表明，混凝土的碳化速度取决于CO2气体的扩散速度及CO2与混凝土成分的反应性。而CO2气体的扩散速度又受混凝土本身的组织密实性、CO2气体的浓度、环境湿度、试件的含水率等因素的影响。所以碳化反应受混凝土内孔溶液的组成、水化产物的形态等因素的影响。这些影响因素可归结为与混凝土自身相关的内部因素和与环境相关的外界因素。对于服役结构物来说，由于其内部因素已经确定，因此影响其碳化速度的主要因素是外部因素，如CO2的浓度、环境温度和湿度。
概况地说，混凝土碳化的影响因素为：
1.混凝土本身的密实度：混凝土密实度越大，碳化速度越慢；
2.二氧化碳的浓度：二氧化碳浓度越大碳化速度越快比；
3.环境温度：环境温度越高，碳化速度越快；
4.环境湿度：环境相对湿度在50～70％时，碳化速度最快。
1.2.4混凝土的碳化规律
1.混凝土的碳化规律
国内外学者对混凝土碳化进行了深入的研究，在分析碳化试验结果的基础上，国内外公认的碳化深度D与碳化时间t的关系式为：
(1-3)
式中，α为碳化速度系数；D 为混凝土碳化深度（mm ）；t 为测定D 的碳化时间（年）。
碳化速度系数体现了混凝土的抗碳化能力，它不仅与混凝土的水灰比、水泥品种、水泥用量、养护方法、孔尺寸与分布有关，而且还与环境的相对湿度、温度及二氧化碳浓度有关。
2. 碳化规律应用1——自然锈蚀和快速碳化之间的关系。
(1-4) 式中， D 1、D 2分别为测得的和要预测的混凝土碳化深度；C 1、C 2为测定D 1和预测D 2时的碳化浓度；t 1、t 2为测定D 1和预测D 2时的碳化时间。
例1-1：某混凝土结构物在建造时，为了估计二氧化碳侵入混凝土结构的速度，预留了混凝土试块进行混凝土快速碳化试验。碳化箱浓度是结构物实际环境二氧化碳浓度的400倍，混凝土试块在放入碳化箱5天后测得其碳化深度为10mm 。 试问：实际结构使用30年后的碳化 深度。
解：已知 D1= 10 mm; t2 = 30×365 天；t1 = 5天； C2/C1 = 1/400 ；则： D2 = 10× [ 30×365 /（ 5× 400）]
=23.4（mm ）.
3. 碳化规律应用2——自根据实测碳化深度推测以后情况
(1-5)
式中， D 1、D 2分别为测得的和要预测的混凝土碳化深度；t 1、t 2为测定D 1和预测D 2时的碳化时间。
例1-2：某结构物使用10年以后测其碳化深度为15mm ，试问:该结构物使用30年后的碳化深度。
解: 已知D1 =15mm; t1 = 10年; t2 =30年; 则:
D2=15(30/10) =26(mm). 1.2.5 碳化深度和混凝土强度之间的关系分析
混凝土强度是确定混凝土结构构件抗力的基本参数，它随时间的变化规律是建立服役结构抗力变化模型的基础。一般来说，混凝土强度在初期随时间增大，但增长速度逐渐减慢，在后期则随时间下降。在对服役结构的抗力进行评价时，所关心的是结构在经过一个服役期后，混凝土强度是高于设计强度还是低于设计强度，具体值又是多少，这些问题是服役结构抗力评价需要解决的问题。
一般大气环境下混凝土的腐蚀主要是碳化腐蚀。碳化降低混凝土的碱性，随着时间的推移，碳化的发展使混凝土失去对钢筋的保护作用，从而引起钢筋锈蚀；另一方面，随着时间的变化，碳化对混凝土强度本身也有一定的影响。为了了解碳化后混凝土本身强度的变化，须进行了混凝土的抗压和劈拉试验。
通过试验研究分析，有下列结论：随着碳化龄期的增长，混凝土的抗压强度也随之提高；同一龄期碳化试件的抗压强度均比未碳化试件的抗压强度高。从这一点来看，混凝土的碳化对抗压强度本身并没有破坏作用。
1.3 氯离子对混凝土结构的侵蚀
我国海域辽阔，海岸线很长，大规模的基本建设都集中于沿海地区，而海边的混凝土工程由于长期受氯离子侵蚀，混凝土中的钢筋锈蚀现象非常严重，已建的海港码头等工程多数
t D α=αD D t t 21
21
=221121t C t C D D =
都达不到设计寿命的要求。在我国北方地区，为保证冬季交通畅行，向道路、桥梁及城市立交桥等撒除冰盐，大量使用的氯化钠和氯化钙，使得氯离子渗入混凝土，引起钢筋锈蚀破坏。我国还有广泛的盐碱地，腐蚀条件更为苛刻。在1991年召开的第二届国际混凝土耐久性会议上，Mehta教授在《混凝土耐久性－五十年进展》主旨报告中指出：“当今世界混凝土破坏原因，按重要性递减顺序排列是：钢筋锈蚀、冻害、物理化学作用。”而来自海洋环境和使用防冰盐中的氯离子，又是造成钢筋锈蚀的主要原因。
1.3.1氯离子对混凝土的作用机理
1.破坏钝化膜
水泥水化的高碱性使混凝土内钢筋表面产生一层致密的钝化膜。以往的研究认为该钝化膜是由铁的氧化物构成，最近研究表明，该钝化膜中含有Si-O键，对钢筋有很强的保护能力。然而，此钝化膜只有在高碱性环境中才是稳定的，当PH<11.5时，钝化膜就开始不稳定；当PH<9.88时，钝化膜生成困难或已经生存的钝化膜逐渐破坏。Cl－是极强的去钝化剂，Cl－进入混凝土到达钢筋表面，吸附于局部钝化膜处时，可使该处的PH值迅速降低，可使钢筋表面PH值降低到4以下，破坏了钢筋表面的钝化膜。
2. 形成腐蚀电池
如果在大面积的钢筋表面上具有高浓度氯化物，则氯化物所引起的腐蚀可能使均匀腐蚀。但是，在不均质的混凝土中，常见的局部腐蚀。Cl－对钢筋表面钝化膜的破坏发生在局部，使这些部位露出了铁基体，与尚完好的钝化膜区域形成单位差，铁基体作为阳极而受腐蚀，大面积钝化膜区域作为阴极。腐蚀电池作用的结果使，在钢筋表面产生蚀坑，由于大阴极对应于小阳极，蚀坑发展十分迅速。
3. 去极化作用
Cl－不仅促成了钢筋表面的腐蚀电池，而且加速了电池的作用。Cl－与阳极反应产物Fe2+结合生成FeCl2，将阳极产物及时地搬运走，使阳极过程顺利进行甚至加速进行。通常把使阳极过程受阻称作阳极极化作用，而加速阳极极化作用称作去极化作用，Cl－正是发挥了阳极去极化作用。
在氯离子存在的混凝土中，钢筋的锈蚀产物中是很难找到FeCl2存在，这是由于FeCl2是可溶的，在向混凝土内扩散时，遇到OH－就能生成Fe(OH)2沉淀，再进一步氧化成铁的氧化物，就是通常说的铁锈。由此可见，Cl－起到了搬运的作用，却并不被消耗，也就是说，凡是进入混凝土中的Cl－，会周而复始的起到破坏作用，着也是氯离子危害的特点之一。
4. 导电作用
腐蚀电池的要素之一是要有离子通路，混凝土中Cl－的存在，强化了离子通路，降低了阴阳极之间的欧姆电阻，提高了腐蚀电池的效率，从而加速了电化学腐蚀过程。氯化物还提高了混凝土的吸湿性，这也能减小阴阳极之间的欧姆电阻。
1.3.2氯离子侵蚀模型
1.基本模型——Fick第二定律
通常，氯离子的侵入是以几种侵入方式的组合而作用的，另外还受到氯离子与混凝土材料之间的化学结合、物理粘结、吸附等作用的影响。而对应特定的条件，其中一种侵蚀方式是主要的。目前有一些对各种机理全面考虑的模型，但是由于模型中的一些参数很难确定，有些只能从定性上加以描述，其实用性还需要继续探讨。
尽管氯离子在混凝土中传输机理很复杂，在许多情况下，扩散仍然被认为是一个主要的传输方式之一。对于现有的没有开裂且水灰比不太低的结构，大量的检测结果表明氯离子的
浓度可以认为是一个线性的扩散过程，这个扩散过程一般引用Fick 第二定律。Fick 第二定律很方便地将氯离子的扩散浓度、扩散系数与扩散时间联系起来，可以直观地体现结构的耐久性。由于Fick 第二定律的简洁性及与实测结果之间较好的吻合性，现在它已经成为预测氯离子在混凝土中扩散的经典方法。选择Fick 第二扩散定律也是基于一种经验的假定，因为它的模型可以很好地拟合结构的实测结果。
假定混凝土中的孔隙分布是均匀的，氯离子在混凝土中扩散是一维扩散行为，浓度梯度仅沿着暴露表面到钢筋表面方向变化，Fick 第二定律可以表示为：
（1-6）
式中：C cl －氯离子浓度（％），一般以氯离子占水泥或混凝土重量百分比表示；
t －时间（年）；
x －位置（cm ）；
D cl －扩散系数。
Fick 第二定律的解取决于问题的边界条件。
2.氯离子侵蚀模型
混凝土结构在经过相当长时间的使用后，表面基本达到饱和，在稳定的使用环境中不会发生太大的变化，因此可以假定混凝土结构表面氯离子浓度恒定。另外，假定混凝土结构相对暴露表面为半无限介质，在任一时刻，相对暴露表面的无限远处的氯离子浓度治为初始浓度。那么相应初始条件可以写为：
C cl （x,0）=0 （1-7）
边界条件：
(1-8)
(1-9)
式中：C s 为混凝土表面的氯离子浓度；C o 为氯离子初始浓度。
根据初始条件和边界条件，可以得到式（3-1）的解为：
(1-10) 式中：C x.,t 为t 时刻x 深度处的氯离子浓度；
erf()为误差函数，。
1.3.3 氯离子扩散影响因素
1．扩散系数
氯离子扩散系数是反应混凝土耐久性的重要指标。一般通过建立扩散深度和实测浓度的关系，然后根据Fick 定律拟合氯离子的扩散系数。氯离子的扩散系数不仅和混凝土材料的组成，内部孔结构的数量和特征、水化程度等内在因素有关系，同时也受到外表因素的影响，包括温度、养护龄期、掺合料的种类和数量、诱导钢筋腐蚀的氯离子的类型等。
2．混凝土中Cl －
的临界值
尚不致引起钢筋去钝化的钢筋周围混凝土空隙液的游离Cl －的最高浓度，被成为混凝土氯化物的临界浓度。这是一个十分重要的指标，但是因为影响因素很多，既受到混凝土成份、组织与环境条件的影响，而且氯化物浓度也还没有一个严格统一的标准方法，所以目前尚无统一的定论。但是，有一点是很清楚的，即钢筋腐蚀危险随混凝土氯化物含量增大而增加，当氯化物含量超过氯化物临界浓度是，只要其它必要条件已经具备，就会发生很严重的钢筋腐蚀。
)(x C D x t C cl cl cl ????=??s cl C t C =),0(0),(C t C cl =∞)]4erf(1)[(00,t
D x
C C C C cl s t x ?--+=?-=z z z z 02d )exp(2
)erf (π
3．表面氯离子浓度
氯离子的扩散是由于氯离子的浓度差引起，表面浓度越高，内外部氯离子浓度差越大，氯离子扩散至混凝土内部的氯离子会越多。而结构表面的氯离子除了与环境条件有关外，还与混凝土自身材料对氯离子的吸附性能有关。
4．混凝土保护层厚度
混凝土保护层厚度为钢筋免于腐蚀提供了一道坚实的屏障，混凝土保护层厚度越大，则外界腐蚀介质达到钢筋表面所需的时间越长，混凝土结构就越耐久。
理论上混凝土保护层越厚，混凝土结构耐久性就越好。但实际上，过厚的保护层在硬化过程中，其收缩应力和温度应力得不到钢筋的控制，很容易产生裂缝，裂缝的产生会大大削弱混凝土保护层的作用。一般情况下，混凝土保护层厚度不应超过80～100mm，具体尺寸应根据结构设计而定。
1.4混凝土的冻害
1.4.1混凝土冻害机理
在拌制混凝土时，为了得到必要的和易性，加入的拌和水总要多于水泥的水化水，这部分多于的水便以游离水的形式滞留于混凝土中形成连通的毛细孔，并占有一定的体积。这种毛细孔的自由水就是导致混凝土遭受冻害的主要因素，因为水遇冷冻结冰会发生体积膨胀，引起混凝土内部结构的破坏。
当处于饱和水状态时，毛细孔中水结冰，胶凝孔中的水处于过冷状态。因为混凝土孔隙中水的冰点随孔径的减小而降低，胶凝孔中形成冰核的温度在-78o C以下。胶凝孔中处于过冷状态的水分子因为其蒸汽压高于同温度下冰的蒸汽压而向压力毛细孔中冰的界面处渗透，于是在毛细孔中又产生一种渗透压力。此外胶凝水向毛细孔渗透的结果必然使毛细孔中的冰体积进一步膨胀。由此可见，处于饱和状态的混凝土受冻时，其毛细孔壁同时承受膨胀压和渗透压两种压力。当这两种压力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会开裂。在反复冻融循环后，混凝土中的裂缝会互相贯通，其强度也会逐渐降低，最后甚至完全丧失，使混凝土又表及里遭受破坏。
1.4.2主要影响因素
1．混凝土
水灰比直接影响混凝土的孔隙率及孔结构。随着水灰比的增加，不仅饱和水的开孔总体积增加，而且平均孔径也增加，在冻融过程中产生的冰胀压力和渗透压力就大，因而混凝土的抗冻性必然降低。
2．含气量
含气量也是影响混凝土抗冻性的主要影响因素，特别是加入引气剂形成的微细孔对提高混凝土抗冻性尤为重要，因为这些互不连通的微细气孔在混凝土受冻初期能使毛细孔中的静水压力减小，即起到减压作用。在混凝土受冻结冰过程中，这些孔隙可以阻止或抑制水泥浆中微小冰体的形成。
3．混凝土饱水状态
混凝土的冻害与其孔隙的饱水程度紧密相关。一般认为含水量小于孔隙总体积的91.7％就不会产生冻结膨胀压力。该数值被称为极限饱水度。在混凝土完全饱水状态下，其冻结膨胀压力最大。由于混凝土表面层含水率通常大于其内部的含水率，且受冻时表面的温度又低
于内部的温度，所以，冻害往往是由表层开始逐步深入发展的。
4．混凝土受冻龄期
混凝土的抗冻性随其龄期的增长而提高。因为龄期越长水泥水化就越充分，混凝土强度越高，抵抗膨胀的能力就越大，这一点对早期受冻的更为重要。
1.5 混凝土的碱－集料反应
碱－集料反应是指混凝土中的碱与集料中的活性组分之间发生的破坏性膨胀反应，是影响混凝土耐久性最主要的因素之一。该反应不同于其它混凝土病害，其开裂破坏是整体性的，且目前没有有效的修补方法，而其中的碱－碳酸盐反应的预防尚无有效的措施。由于碱－集料造成的混凝土开裂破坏难以被阻止，因而被成为混凝土的“癌症”。半个多世纪以来，碱－集料反应已经在全世界近二十多个国家造成了严重的损失。
1.5.1 碱－集料反应机理
碱－集料反应是混凝土中某些活性矿物集料与混凝土孔隙中的碱性溶液之间的发生的反应。可见，促使这类反应发生必须具备三个条件，即在混凝土中同时存在活性矿物集料（活性二氧化硅、白云质类石灰岩或粘土质页岩等）、碱性溶液（KOH 、NaOH ）和水。
在水泥水化生成物中，除了C2S 、C3S 、S3A 和C4AF 之外，还有少量的Ca(OH)2，与集料中的钾长石或钠长石反应会置换出KOH 和NaOH 。在水泥水化反应初期，于集料颗粒四周形成C-S-H 凝胶及Ca(OH)2附着层，然后Ca(OH)2与长石反应置换出KOH 和NaOH ，形成发生碱－集料反应的一个必要条件。
混凝土中的活性骨料与混凝土中的碱－集料发生反应：
(1-11)
KOH 和NaOH 浓度较低时，不足以引气混凝土的破坏，一般认为当含碱量小于0.6％时，可不考虑碱－集料反应。
当KOH 或NaOH 浓度较高时，KOH 或NaOH 不仅能中和二氧化硅颗粒表面及微孔中的氢离子，还会破坏O-S-O 之间的结合键，时二氧化硅颗粒结果松散，并使这一反应不断向颗粒内部深入形成碱硅胶。这种碱硅胶会吸收微孔中的水分，发生体积膨胀。在周围水泥浆已经硬化的情况下，这种体积膨胀会受到约束，产生一定的膨胀压力。当该压力超过水泥浆抗拉强度时，就会引气混凝土开裂，时混凝土结构发生破坏。该反应引气的体积膨胀量与混凝土中的含水量有关系，水分充足时，体积可增大三倍。因此，为了减少这种膨胀压力，必须防止水分由外部渗入混凝土孔隙中，即对混凝土结构予以放水处理。
1.5.2 碱－集料反应发生条件
碱－集料反应是混凝土组成中的水泥、外加剂、掺合料或拌合水中的可溶性碱，和混凝土空隙中及集料中能与碱反应的活性成分在硬化混凝土中逐渐发生的一种化学反应。不论是碱－硅酸反应和碱－碳酸反应，必须同时具备如下三种条件才能发生碱－集料反应对混凝土结构造成损坏：
1. 配制混凝土时由水泥、集料（海砂）、外加剂和拌合水中带进混凝土中一定数量的碱，
或者混凝土处于有利于碱渗入的环境；
2. 有一定数量的碱活性集料；
3. 潮湿环境，可以提供反应物吸水膨胀所需要的水分。
1.5.3 碱-集料反应的主要影响因素
由碱－集料反应的机理可以得知，影响这一反应的主要因素为水泥的含碱量及集料本身有无反应活性，另外就是孔隙水量，这三要素缺一不可。因此，影响碱－集料反应的因素也均与这三要素紧密相关，主要包括下列因素：
O H SiO NaO SiO O Na 22222+?→+
1.水泥的含碱量
2.混凝土的水灰比
3.反应性集料的特性
4.混凝土孔隙率
5.环境温湿度的影响
1.6钢筋的锈蚀
大量工程实践证明，在钢筋混凝土结构中，钢筋的锈蚀是影响服役结构耐久性的主要因素。新鲜的混凝土是呈碱性的，其PH值一般大于12.5，在碱性环境中的钢筋容易发生钝化作用，使得钢筋表面产生一层钝化膜，能够阻止混凝土中钢筋的锈蚀。但当有二氧化碳、水汽和氯离子等有害物质从混凝土表面通过孔隙进入混凝土内部时，和混凝土材料中的碱性物质中和，从而导致了混凝土的PH值的降低，就出现PH<9这种情况，在这种环境下，混凝土中埋置钢筋表面的钝化膜被逐渐破坏，在其它条件具备的情况下，钢筋就会发生锈蚀，并且随着锈蚀的加剧，将导致混凝土保护层开裂，钢筋与混凝土之间的粘结力破坏，钢筋受力截面减少，结构强度降低等一系列不良后果，从而导致结构耐久性的降低。通常情况下，受氯盐污染的混凝土中的钢筋有更严重的锈蚀情况。
钢筋锈蚀的研究是钢筋混凝土构件耐久性研究的一个很重要内容，国内外学者进行了大量的试验研究、工程调查和理论分析。目前为止，还没有既有充分理论根据，又全面考虑了各种影响因素的实用数学模型，因此将预测混凝土中钢筋锈蚀尚有不少工作要做。
1.6.1钢筋锈蚀机理
混凝土中的钢筋锈蚀一般为电化学锈蚀。二氧化碳和氯离子对混凝土本身都没有严重的破坏作用，但是，这两种环境物质都是混凝土中钢筋钝化膜破坏的最重要又最常遇到的环境介质。因此，混凝土中钢筋锈蚀机理主要有两种：即混凝土碳化和氯离子侵入。
钢筋在混凝土结构中的腐蚀是在有水分子参与的条件下发生的，钢筋锈蚀的电极反应式为：阳极：Fe→Fe2++2e (1-12)
阴极：O2+2H2O+4e→4OH- (1-13)
阳极表面二次化学过程：
Fe2++2OH-→Fe(OH)2 (1-14)
4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3 (1-15)
在氧气和水汽的共同作用下，由上述电化学反应是的钢筋表面的铁不断失去电子而溶于水，从而逐渐被腐蚀，在钢筋表面生成红铁锈，引起混凝土开裂。钢筋锈蚀的机理如图1-2所示，图中现实了大气环境中钢筋在混凝土中锈蚀的宏观过程。
图
9-2
1.6.2钢筋腐蚀过程
混凝土中钢筋锈蚀过程可分为以下几个阶段：
1.腐蚀孕育期
从浇注混凝土蚀到混凝土碳化层深达到钢筋，或氯离子侵入混凝土已使钢筋去钝化，即钢筋开始锈蚀为止。这段时间以t0表示。
2.腐蚀发展期
从钢筋开始腐蚀发展到混凝土保护层表面因钢筋锈胀而现实破坏现象（如顺筋胀裂，层裂或剥落等）。这段时间以t1表示。
3.腐蚀破坏期
从混凝土表面因钢筋锈蚀肿胀开始破坏发展到混凝土现实严重胀裂、剥落破坏，
即已达到不可容忍的程度，必须全面大修时为止。这段时间以t2表示。
4.腐蚀危害期
钢筋锈蚀已经扩大到使混凝土结构区域性破坏，致使结构不能安全使用。这段时
间以t3表示。
图
一般地，t0> t1> t2> t3。
1.6.3影响钢筋锈蚀的因素
在通常情况下，钢筋表面的混凝土层对钢筋有物理和机械保护作用。同时，混凝土为钢筋提供的是一个高碱度的环境(PH>12.5)，能使钢筋表面形成一层致密的钝化膜，从而长期不锈蚀。当碱性降低时，钝化膜逐渐被破坏，钢筋逐渐开始锈蚀，当PH低于12时，锈蚀速度明显增大。
混凝土结构中的钢筋锈蚀受许多因素影响，包括：钢筋位置，钢筋直径，水泥品种，混凝土密实度、保护层厚度及完好性，外部环境等。根据文献，简述如下：
1.混凝土液相PH值
钢筋锈蚀速度与混凝土液相PH值有密切关系。当PH值大于10时，钢筋锈蚀速度很小；而当PH值小于4时，钢筋锈蚀速度急剧增加。
2.混凝土中Cl-含量
混凝土中Cl-含量对钢筋锈蚀的影响极大。一般情况下，钢筋混凝土结构中的氯盐掺量应少于水泥重量的1％（按无水状态计算），而且掺氯盐的混凝土结构必须振捣密实，也不易采用蒸汽养护。
3.混凝土密实度和保护层厚度
混凝土对钢筋的保护作用包括两个主要方面：一是混凝土的高碱性使钢筋表面形成钝化膜；二是保护层对外界腐蚀介质、氧气和水分等渗入的阻止。后一种作用主要取决于混凝土的密实度及保护层厚度。
4.混凝土保护层的完好性
混凝土保护层的完好性指混凝土是否开裂，有无蜂窝孔洞等。它对钢筋锈蚀有明显的影响，特别是对处于潮湿环境或腐蚀介质中的混凝土结构影响更大。许多调查表明，在潮湿环境中使用的钢筋混凝土结构，横向裂缝宽度达0.2mm时即可引起钢筋锈蚀。钢筋锈蚀物体
积的膨胀加大保护层纵向裂缝宽度，如此恶性循环的结果必将导致混凝土保护层的彻底剥落和钢筋混凝土结构的最终破坏。
5.水泥品种和掺合料
粉煤灰等矿物掺合料能降低混凝土的碱性，从而影响钢筋的耐久性。国内外许多研究表明，在掺用优质粉煤灰等掺合料时，在降低混凝土碱性的同时，能提高混凝土的密实度，改变混凝土内部孔结构，从而能阻止外界腐蚀介质和氧气与水分的渗入，这无疑对防止钢筋锈蚀是十分有利的。今年来，我国的研究工作还表明，掺入粉煤灰可以增强混凝土抵抗杂散电流对钢筋的腐蚀作用。因此，综合考虑上述效应，可以认为在混凝土结构中掺用符合标准的粉煤灰不会影响混凝土结构耐久性，有时反而会提高。
6.环境条件
环境条件是引起钢筋锈蚀的外在因素，如温度、湿度及干燥交替作用，海水飞溅、海盐渗透等都对混凝土结构中的钢筋锈蚀有明显影响。特别是混凝土自身保护能力不合要求或混凝土保护层有裂缝等缺陷时，外界因素的影响会更突出。许多实际调查结果表明，混凝土结构在干燥无腐蚀介质条件下，其使用寿命要比在潮湿及腐蚀介质中使用要长2－3倍。
7.其它因素
除了以上因素外，钢筋应力状态对其锈蚀也有很大影响。这种应力腐蚀比一般腐蚀更危险，应力腐蚀不同于钢筋的蚀坑及均匀锈蚀，而是以裂缝的形式出现，并不断发展直到破坏，这种破坏又常常是毫无预兆的突然脆断。一般来讲，钢筋的应力腐蚀分为两个阶段，即局部电化学腐蚀阶段及裂缝发展阶段。对此必须充分估计，以免钢筋发生事故性断裂。
1.7混凝土构件的耐久性
混凝土构件耐久性研究是混凝土结构耐久性研究的基础和前提。
大气氯盐侵蚀环境对混凝土构件耐久性的危害主要表现在二氧化碳或氯离子侵入混凝土内后，破坏钢筋的钝化膜、诱发钢筋锈蚀，进而引起的锈胀开裂和顺筋裂缝与混凝土基本构件的结构性能和力学性能的退化。近年来，国内外学者已经在这方面做了大量的试验分析研究工作，包括钢筋锈蚀引起混凝土保护层胀裂过程的研究，钢筋锈后与混凝土之间粘结能力衰退的研究和混凝土构件性能退化的研究等，取得了许多有意义的研究成果。
除在材料层面研究混凝土内的钢筋锈蚀速率以外，以基本构件为研究对象，研究顺筋锈胀开裂后钢筋的锈蚀速率以及锈胀裂缝宽度与钢筋锈蚀速率关系将对判断耐久性失效极限状态是至关重要。考虑气候因素与侵蚀环境、力学环境交互作用对混凝土和基本构件性能影响已开始受到重视。但是，较全面的将人工气候模拟环境、侵蚀环境与力学环境的影响结合在一起，来研究混凝土碳化、氯离子侵蚀，特别是混凝土结构内钢筋锈蚀速率问题尚待深入和加强。除了上述的相互作用以外，结构截面内配筋特征也是同样重要的问题，但是已有的研究还尚未深入分析箍筋锈蚀后对主筋锈蚀速率的影响。
钢筋锈蚀导致钢筋/混凝土界面性能退化是构成基本构件性能退化规律的基础。目前的相关研究成果主要为静载下钢筋与混凝土之间的黏结退化机理，而对于动载、反复荷载和冲击荷载等情况下的黏结退化机理研究不多。同时，已有研究的加速钢筋锈蚀手段仍以直流电通电锈蚀为主，而与自然环境下的钢筋锈蚀的电化学机理不同；采用与自然环境相似的人工模拟环境，可以取得更符合实际情况的研究结果。
除了考虑上述提及的多因素交互作用和结构截面配筋特征以外，钢筋的锈胀过程和顺筋开裂后的钢筋锈蚀速率对预计锈胀开裂后结构的剩余使用寿命确定具有重要意义。实际工程的混凝土构件中，钢筋表面的锈蚀程度是不均匀的，顺筋锈胀开裂后仍保持较低的锈蚀程度。已开展的相关研究基本上以钢筋周面均匀锈蚀为基本假定，尚未考虑锈蚀初期铁锈渗入钢筋与混凝土的界面内并未产生锈胀作用以及钢筋周面锈蚀不均匀的影响。有关混凝土构件“钢筋锈蚀－混凝土开裂－钢筋锈蚀加剧－混凝土裂宽增大－构件耐久性下降”的纵向锈胀裂缝扩展全过程的研究还尚未见有报道，纵向锈胀裂缝对混凝土构件耐久性损伤的影响机理也尚
待深入。同时，混凝土结构构件的横向裂缝对混凝土内部钢筋锈蚀速度和对混凝土结构的耐久性的影响，以及横向受力裂缝与钢筋锈蚀引起的纵向裂缝一起作用对混凝土结构耐久性的影响机理问题，目前学术界尚存在较大的争议，有待于进一步深入的研究。
研究钢筋锈蚀率、顺筋锈胀裂缝宽度等参数与基本构件承载能力和延性关系，分析混凝土构件性能演变规律，可为混凝土结构层面的耐久性评价奠定理论基础。目前的研究成果多集中于梁式构件的受弯破坏，对于其它混凝土构件和其他破坏形式的研究还不多。
根据现有构件层次的研究，尚不能建立混凝土构件性能退化速率的模型，而以钢筋混凝土基本性能退化速率模型为基础，建立与时间相关的基本构件的结构性能退化模型，这是耐久性研究由构件层次到结构层次递进的关键所在，也是国内外混凝土结构耐久性研究领域的热点问题。
1.8 混凝土结构耐久性设计
1.8.1 现状
在混凝土结构耐久性研究的过程中，混凝土结构耐久性设计的思想也不断地被尝试引入结构设计和工程实践中。1990年日本发布了《混凝土结构耐久性设计建议》，1989年欧洲出版了《CEB 耐久混凝土结构设计指南》，RILEM 于1990年出版的《混凝土结构的耐久性设计》，欧盟在2000年出版了《混凝土结构耐久性设计指南》。在总结国内外研究成果的基础上，2000年颁布了交通部行业标准《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》(JTJ275-2000)，2004年中国土木工程学会编制了《混凝土结构耐久性设计与施工指南》（CCES 01-2004），交通部行业标准《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》也即将发布，中国工程标准化协会组织的《混凝土结构耐久性评定标准》已编制完成，它们的问世对改善我国混凝土结构耐久性状况将起到非常好的作用，也为混凝土结构的耐久性设计和延长工作寿命明确了方向。然而，这些规定仍然局限于环境分类和材料方面的要求，在结构材料和结构构造方面间接地反映了结构设计中对耐久性和使用年限的要求，无法实现对混凝土结构耐久性的设计目标的量化规定。对于某些重要基础工程，欲确保100年（或120年）的使用年限，尚缺乏普遍认可的基于可靠度分析并以混凝土耐久性作为设计指标的设计理论。
根据上述文献，目前混凝土结构耐久性设计方法基本可分成两大类。第一类首先源于欧洲CEB 混凝土结构耐久性设计规范，如国内的《混凝土结构耐久性设计与施工指南》（CCES01-2004）、《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTJ275-2000）等。这类方法首先按业主的意愿和经济实力确定结构的设计使用年限；再按结构的工作环境确定腐蚀等级；再建立在设计使用年限内结构抵抗环境作用能力大于环境对结构作用效应的耐久性极限方程（如日本土木工程学会提出的指数评分法、ISO 因子法、验算法等）；最后利用极限状态法对耐久性极限状态进行验算。耐久性设计的极限状态主要按适用性的要求确定，常以有害介质侵蚀到钢筋表面或混凝土保护层胀裂作为为耐久性极限状态。这些方法主要控制混凝土材料常规指标、组成和保护层厚度，具体为强度等级、水胶比、胶凝材用量、原材料选择、矿物掺和料、外加剂等。同时，要求在实验室条件下按照标准试验方法确定的耐久性指标，如抗冻等级，扩散系数等。这类方法解决了耐久性构造要求和施工技术要求，细化了环境类别及其作用等级，提出了不同使用年限的不同要求。
然而，这类方法体现的主要是材料层面的研究成果，显然不能直接参与结构使用寿命的预测计算模型；且基于这种观念的计算方法与现行规范采用的以近似概率为基础的设计方法不一致，不易为广大设计人员所接受。
第二类方法主要通过理论或经验的计算模型进行使用寿命预测，认为混凝土结构耐久性设计应包括计算和验算部分，以及构造要求部分。基于这种观念，有学者提出以下的设计理念：
其中，S 为内力设计值，R 为结构构件抗力设计值，η为耐久性设计系数，它是结构可靠指标的函数η=?[β(t)]。这种设计方法形式简单，耐久性含义明确，且与现行规范采用的极
R S η≤
限状态设计方法相一致，与现行设计规范兼容，能够为技术人员所接受与掌握。但耐久性系数公式中的可靠度指标变化规律的分析方法需要对实际结构抗力衰减规律进行实测统计，才能进一步找出抗力随机衰减过程分析模型。由于每个地区抗力衰减规律难以统计，并且即使是同一地区，由于使用环境不同，其抗力衰减规律也有所不同。因此，耐久性设计系数的计算不易实现。
1.8.2现行规范的规定
我国在2002年出版的《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）也涉及了耐久性方面的规定。
《规范》认为混凝土结构的耐久性应根据表1.1的环境类别和设计使用年限进行设计。
一类、二类和三类环境中，设计使用年限为50年的结构混凝土应符合表1.2的规定。
2预应力构件混凝土中的最大氯离子含量为0.06％，最小水泥用量为300 kg/m3；最低混凝土强度等级应按表中规定提高两个等级；
3素混凝土构件的最小水泥用量应不小于表中数值减25 kg/m3；
4当混凝土中加入活性掺合料或能提高耐久性的外加剂时，可适当降低最小水泥用量；
5当有可靠工程经验时，处于一类和二类环境中的最低混凝土强度等级可降低一个等级；
6当使用非碱活性骨料时，对混凝土中的碱含量可不作限制。
对于一类环境中，设计使用年限为100年的结构混凝土应符合下列规定：
1钢筋混凝土结构的最低混凝土强度等级为C30；预应力混凝土结构的最低混凝土强度等级为C40；
2混凝土中的最大氯离子含量为0.06％；
3宜使用非碱活性骨料；当使用碱活性骨料时，混凝土中的最大碱含量为3.0 kg/m3；
4混凝土保护层厚度应按《规范》表1.2.1的规定增加40％；当采取有效的表面防护措施时，混凝土保护层厚度可适当减少；
5在使用过程中，应定期维护。
对于二类和三类环境中，设计使用年限为100年的混凝土结构，应采取专门有效措施。三类环境中的结构构件，其受力钢筋宜采用环氧树脂涂层带肋钢筋；对预应力钢筋、锚具及
连接器，应采取专门防护措施。四类和五类环境中的混凝土结构，其耐久性要求应符合有关标准的规定。对临时性混凝土结构，可不考虑混凝土的耐久性要求。
严寒及寒冷地区的潮湿环境中，结构混凝土应满足抗冻要求，混凝土抗冻等级应符合有关标准的要求。有抗渗要求的混凝土结构，混凝土的抗渗等级应符合有关标准的要求。
浅谈混凝土结构耐久性问题
④ XXXXXXX（XX）现代远程教育 毕业设计（论文）题目：浅谈混凝土结构耐久性问题 学习中心：XXXXXX 年级专业：函授XXX 专升本 学生姓名：XXX 学号：XXXXXXXXX 指导教师：X X X职称：副教授 导师单位：威海职业学院 中国石油大学（华东）远程与继续教育学院 论文完成时间：2012 年 6 月30 日
XXXXXXX（XX）现代远程教育 毕业设计（论文）任务书 发给学员xxx 1．设计(论文)题目：浅谈混凝土结构耐久性问题 2．学生完成设计(论文)期限：2012 年 1 月30 日至2012 年6 月30 日3．设计(论文)课题要求： 1）、重点论述提高我国中小型出口企业国际竞争力的对策 2）、论文字数不少于6000字。 3）、论文要求结构完整，思路清晰，论据缺凿，论点明确，有说服力。 4）、要从安全角度分析，从各个方面去论述。 5)、针对论文所重点阐述的内容，广泛查阅相关资料，为论文的写作奠定坚实的基础，提供有力的证据。 4．实验（上机、调研）部分要求内容： 如果条件具备，可深入企业进行实际调研，写出调研报告，为论文写作提供充分的素材 5．文献查阅要求： 广泛查阅与本文相关的文献材料，为论文写作奠定坚实的基础，通知注意文献材料的真实性。 6．发出日期：2012 年 1 月30 日 7．学员完成日期：2012 年 6 月30 日 指导教师签名： 学生签名：
摘要 混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内,在各种环境条件作用下,不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。影响混凝土结构耐久性的因素有很多，本文通过从混凝土的渗透破坏、冻融破坏、侵蚀性介质的腐蚀、碱骨料反应、碳化和钢筋锈蚀六个方面论述了混凝土发生耐久性失效的原因及影响因素，对混凝土耐久性问题进行了研究。最终提出从混凝土材料的选择、结构设计和质量的生产控制三方面进行提高混土耐久性的处理措施。混凝土结构以其整体性好、耐久性好、可塑性强、维修费用少等优点广泛使用，随着混凝土结构应用领域越来越广泛，大量的混凝土结构由于各种各样的原因而提前失效，达不到预定的服役年限，混凝土耐久性发生失效现象日趋严重。 关键词：混凝土；耐久性；影响因素；措施
提高混凝土结构耐久性的技术措施
提高混凝土结构耐久性的技术措施 混凝土结构的设计寿命要求一般为40~50年，有的要求上百年。而现实中，处于腐蚀环境中的混凝土远远达不到设计寿命要求，有的在15~20年就出现了钢筋锈蚀破坏，甚至不足五年就开始修复。此方面的花费是惊人的，已经是一个重大经济问题。因此，提高混凝土结构耐久性的意义是不言而喻的。 提高混凝土结构耐久性措施主要包括两大类：基本措施和补充措施。基本措施的基本内容是：通过仔细设计与施工，最大限度地提高混凝土本身的耐久性，在使用中保持低渗透性，以限制环境侵蚀介质渗透混凝土，从而预防钢筋锈蚀。 ①最大限度地改善混凝土本身性能，是提高混凝土结构耐久性的许多措施中最经济合理的。 （1）结构采用耐久性设计。 （2）提高混凝土保护层厚度和质量。 （3）采用高性能混凝土。 ②补充措施是指：环境侵蚀作用特别严重时，或设计、施工不当，单靠上述基本措施还不能保护混凝土结构必要的耐久性时，需要另外增加的其他防护措施。有以下几方面： （1）采用耐腐蚀钢筋。 （2）对混凝土进行表面处理。 （3）混凝土中掺加阻锈剂。 （4）电化学保护
结构设计 1、结构选型和细部设计 频繁地干温交替会加剧钢筋锈蚀，所以在结构选型和细部设计时，应昼限制混凝土表面、接缝和密封处积水，加强排水，尽量减少受潮和溅湿的表面积。 由于环境侵蚀介质在构件棱角或突出部分可以同时从多方面侵入混凝土，而凹入部分易积存侵蚀介质、应力异常，因此从提高混凝土结构耐久性角度出发，混凝土构件选型应力戒单薄、复杂和多棱角。预计腐蚀破坏严重的构件应便于检测、维护和更换。 2、控制裂缝 不可控制的裂缝包括混凝土塑性收缩、沉降或过载造成的裂缝，常为较宽的裂缝，应针对成因采取措施预防开裂，即使难以预料也应加以引导，使其发生于次要部位或便于处理的位置。 可控制裂缝是靠传统的结构设计知识，按结构几何尺寸与荷载可以合理预防和控制的裂缝。 七、提高海工混凝土耐久性的技术措施 国内外相关科研成果和长期工程实践调研显示，当前较为成熟的提高海洋钢筋混凝土工程耐久性的主要技术措施有： （1）高性能海工混凝土 其技术途径是采用优质混凝土矿物掺和料和新型高效减水剂复合，配以与之相适应的水泥和级配良好的粗细骨料，形成低水胶比，低缺陷，高密实、高耐久的混凝土材料。高性能海工混凝土较高的抗
桥梁结构设计中的耐久性设计 王永超
桥梁结构设计中的耐久性设计王永超 发表时间：2018-04-02T16:23:41.447Z 来源：《基层建设》2017年第36期作者：王永超 [导读] 摘要：桥梁结构设计中耐久性问题一直以来是桥梁设计人员研究的重点问题，在桥梁设计过程中，采用哪种方式提升桥梁耐久性是非常重要的，结合作者实际，从桥梁安全性耐久性存在的问题以及提高桥梁结构耐久性设计的主要措施进行了分析，希望在分析过后能够给广大设计人员提供一些参考。 唐山市交通勘察设计院有限公司河北唐山 063000 摘要：桥梁结构设计中耐久性问题一直以来是桥梁设计人员研究的重点问题，在桥梁设计过程中，采用哪种方式提升桥梁耐久性是非常重要的，结合作者实际，从桥梁安全性耐久性存在的问题以及提高桥梁结构耐久性设计的主要措施进行了分析，希望在分析过后能够给广大设计人员提供一些参考。 关键词：桥梁；结构设计；耐久性 随着现代经济发展，桥梁建筑有了很大的发展空间，在施工过程中，使用建筑材料问题上，要重视混凝土以及桥梁结构的耐久性，两者在建筑过程中起到重要作用，减少施工问题发生的可能性。在设计前，要掌握各个结构的承载力、根据材料使用过程进行设计。在使用混凝土前，要对各个施工结构的承载力进行控制，根据基本原则进行设计。 1影响桥梁安全性与耐久性的因素分析 1.1环境影响不容忽视 现代建设桥梁过程中，其的施工过程以及施工环境问题与设计内容仍然存在着一定的距离，施工人员必须要重视环境影响问题。混凝土实际施工的抗拉强度只是设计抗拉强度的10%，早期水化热现象以及干缩现象都有较大变化，环境的温度以及湿度在加上日晒雨淋不断的冲击荷载力，导致混凝土的总体结构出现裂缝现象，出现裂缝后，遭到水分子以及氯离子进入到其中，使钢筋面层不断出现纯化现象，直至腐蚀，导致钢筋表面和混凝土之间的胶结力达不到化学标准，钢筋与混凝土在后期施工中无法顺利完成作业。混凝土结构的耐久性遭到破坏的主要原因是因为其构件的强度以及刚度都达不到标准。 1.2 施工和管理水平低 目前，大多数桥梁的安全性以及耐久性都达不到设计标准，其主要原因是因为在施工过程中，施工人员没能按照设计要求进行作业，在管理问题上也存在着很多问题。大部分桥梁的施工质量与规范要求以及设计要求存在着一定的差距，施工材料的强度以及施工技术都达不到规范标准，导致桥梁在短期使用中就出现破坏以及倒塌现象；另外，部分桥梁在施工过程中，管理人员没能做好管理工作，导致偷工减料现象发生，对桥梁的安全问题带来很大影响。 1.3设计理论和结构构造体系不够完善 设计过程中，在桥梁的施工过程以及使用过程的安全问题上设计不够全面。在设计桥梁结构时，应当根据合理的结构方案进行设计，做好整个桥梁结构的分析工作，设计出构件连接过程，并按照规范要求，掌握桥梁的安全系数以及指标，确保整个施工结构达到安全性。 在设计过程中，设计人员不能单只按照规范要求满足结构强度的安全度，应当根据结构的体系以及构造和使用材料、维护和耐久性等问题进行设计，总结出设计过程以及施工过程和使用过程出现的问题，在根据总结出的结果进行改进，加强桥梁稳定性的同时不断提升桥梁结构的安全性。 此外，在施工过程中，个别结构的整体性以及延性达不到标准，导致冗余性小；设计的计算图式与实际受力路线不相符，导致局部的受力超出设计标准；混凝土的强度以及保护层的厚度与钢筋直径和构件戴面都达不到设计要求；导致桥梁结构的耐久性达不到预算要求，无法确保桥梁结构的安全性。大部分桥梁结构达到设计规范要求强度的情况下，无法确保桥梁的耐久性，在使用时间上，达不到预算标准，导致结构的安全问题得不到保障。因此，在设计过程中，设计人员应当加强重视桥梁的结构以及使用的施工材料，提高桥梁结构的耐久性。 2桥梁结构耐久性设计 2.1要满足接混凝土耐久性指标 要想提高桥梁结构的耐久性，就要确保混凝土的耐久性能够达到标准。混凝土的耐久性是由混凝土材料决定的，材料中的水灰比例以及水泥的用量和强度等级与混凝土的耐久性有着密切联系。在设计时，应当围绕《桥规JTG1362》制定的标准进行设计，在施工过程中，根据不同的施工环境制定合理的施工方案，并要自觉遵守设计标准进行作业，控制好水灰比例以及水泥用量、了解强度等级以及大氯离子的含量与碱含量，提升混凝土的耐久性。 2.2 重视钢筋混凝土保护层设计厚度 钢筋的锈蚀程度是由混凝土的碳化决定的。一般情况下，混凝土的保护层一旦出现碳化，会直接影响到钢筋表层的钝化膜，导致钢筋出现锈蚀现象。在施工过程中，首先，要注重钢筋混凝土，应当根据标准增加其保护层的厚度，减少钢筋出现锈蚀的可能性，确保混凝土结构的耐久性。其次，相关管理部门制定钢筋混凝土保护层的厚度范围跟以往实际设计范围不同，两者之间存在着一定的距离。在设计过程中，根据现场实际施工情况增加混凝土保护层的厚度，确保混凝土结构的耐久性。 2.3 做好构造配筋设计，减少混凝土裂缝出现 混凝土一旦出现裂缝，桥梁整体结构会受到一定的损害，混凝土的结构在遇到日晒雨淋影响后容易出现裂缝现象，出现裂缝后，混凝土的渗透性有所提高，侵蚀速度不断提高，增加侵蚀力度，导致混凝土结构的耐久性达不到标准。因此，要想提升混凝土结构的耐久性就必须要预防混凝土出现裂缝现象，在施工过程中，必须要按照规范标准进行作业，并掌握实际施工情况围绕混凝土结构制定合理的施工方案，对混凝土施工过程做好监督工作，减少在使用中出来多数裂缝的可能性。 2.4提高后张法预应力钢筋管道压浆质量 根据了解《混凝土结构耐久性设计与施工指南》具体内容得知，在设计钢筋耐久性过程中，必须要重视预应力钢筋的锈蚀程度，在没有任何提示的情况下，其会直接影响到钢筋的整体结构，应根据实际情况制定合理的施工防护措施。对混凝土结构出现预应力氯盐侵蚀程度以及筋和锚具与连接器等钢材做好防护工作，可以运用环氧或锌对钢材进行涂抹，根据施工进度往密封性能方向制定合理的预应力体系，在施工过程中，不允许出现金属螺旋管，应当运用具有密封性能的塑料波形管进行作业，另外，在施工前，管理人员要对管道灌浆材
混凝土结构耐久性浅谈
网络教育学院 本科生毕业论文（设计） 题目：混凝土结构耐久性浅谈 学习中心：奥鹏学习中心 层次：专科起点本科 专业：土木工程 年级： 2013年春季 学号： 131511303972 学生： 指导教师：王伟 完成日期： 2015年1月 26日
混凝土结构耐久性浅谈 内容摘要 混凝土结构是应用非常广泛的一种结构形式，但是由于其结构自身和使用环境的特点，使得混凝土存在严重的耐久性问题。混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用，长期保持强度和外观完整性的能力。影响结构耐久性的因素很多，砼质量及其保护层是内在因素；环境与载荷作用则是外在因素，不同的原因会造成不同的后果。首先通过对国内外钢筋混凝土工程耐久性现状的介绍，讨论了混凝土耐久性的概念，接着分析了影响混凝土耐久性的因素﹑混凝土缺陷检测﹑提高混凝土耐久性的措施，最后对现有混凝土结构设计施工的思考。 关键词：混凝土结构耐久性；环境；混凝土的碳化
目录 内容摘要 ........................................................................................................................... I 引言 .......................................................................................... 错误！未定义书签。 1 绪论 .......................................................................................................................... IV 1.1 混凝土耐久性问题的提出 ........................................................................... IV 1.2 混凝土耐久性的概念 ................................................................................... IV 2 混凝土结构耐久性问题的分析 ................................................................................V 2.1 混凝土冻融破坏 .............................................................................................V 2.1.1 破坏机理 ............................................................ 错误！未定义书签。 2.1.2 影响因素 ............................................................ 错误！未定义书签。 2.2 混凝土渗透破坏 ........................................................... 错误！未定义书签。 2.2.1 破坏原因 ............................................................ 错误！未定义书签。 2.2.2 影响因素 ............................................................ 错误！未定义书签。 2.3 碱骨料反应 ................................................................... 错误！未定义书签。 2.3.1 破坏原因 ............................................................ 错误！未定义书签。 2.3.2 影响因素 ............................................................ 错误！未定义书签。 2.4 混凝土的碳化 ............................................................... 错误！未定义书签。 2.4.1 破坏原因 ............................................................ 错误！未定义书签。 2.4.2 影响因素 ............................................................ 错误！未定义书签。 2.5 钢筋锈蚀 ....................................................................... 错误！未定义书签。 2.5.1 破坏原因 ............................................................ 错误！未定义书签。 2.5.2 影响因素 ............................................................ 错误！未定义书签。 2.6 化学侵蚀 ....................................................................... 错误！未定义书签。 2.6.1 产生原因 ............................................................ 错误！未定义书签。 2.6.2 影响因素 ............................................................ 错误！未定义书签。 3 提高混凝土耐久性的措施 ........................................... V 3.1 原材料的选择................................................ V 3.2 预防钢筋的锈蚀............................. 错误！未定义书签。 3.3 避免或减轻碱集料反应....................... 错误！未定义书签。
混凝土结构耐久性研究
混凝土结构耐久性 1.1 混凝土结构耐久性问题的重要性 钢筋混凝土结构结合了钢筋与混凝土的优点，造价较低，且一直被认为是一种非常耐久性的结构形式，其应用范围非常广泛。 然而，从混凝土应用于建筑工程至今的150年间，大量的钢筋混凝土结构由于各种各样的原因而提前失效，达不到预定的服役年限。这其中有的是由于结构设计的抗力不足造成的，有的是由于使用荷载的不利变化造成的，但更多的是由于结构的耐久性不足导致的。特别是沿海及近海地区的混凝土结构，由于海洋环境对混凝土的腐蚀，尤其是钢筋的锈蚀而造成结构的早期损坏，丧失了结构的耐久性能，已成为实际工程中的重要问题。早期损坏的结构需要花费大量的财力进行维修补强，甚至造成停工停产的巨大经济损失。耐久性失效是导致混凝土结构在正常使用状态下失效的最主要原因。 国内外统计资料表明，由于混凝土结构耐久性病害而导致的损失是巨大的，并且耐久性问题越来越严重。结构耐久性造成的损失大大超过了人们的估计。国外学者曾用“五倍定律”形象地描述了混凝土结构耐久性设计的重要性，即设计阶段对钢筋防护方面节省1美元，那么就意味着：发现钢筋锈蚀时采取措施将追加维修费5美元；混凝土表面顺筋开裂时采取措施将追加维修费25美元；严重破坏时采取措施将追加维修费125美元。 因此，钢筋混凝土结构耐久性问题是一个十分重要也是迫切需要加以解决的问题，通过开展对钢筋混凝土结构耐久性的研究，一方面能对已有的建筑结构物进行科学的耐久性评定和剩余寿命预测，以选择对其正确的处理方法；另一方面可对新建项目进行耐久性设计，揭示影响结构寿命的内部与外部因素，从而提高工程的设计水平和施工质量。因此，它既有服务于服役结构的现实意义，又有指导待建结构进行耐久性设计的理论意义，同时，对于丰富和发展钢筋混凝土结构可靠度理论也具有一定的理论价值。 正因为混凝土结构耐久性的问题如此重要，近年来世界各国均越来越重视混凝土结构的耐久性问题，众多的研究者对混凝土结构耐久性展开了研究，取得了系列研究成果，而材料层面的成果尤为显著。迄今为止，已经形成了混凝土结构耐久性研究框架，如图1-1所示。本章将着重介绍混凝土结构耐久性研究中成熟的相关研究成果。 图1-1 混凝土结构耐久性研究框架 ?????????????????????????????????????????????????耐久性评估耐久性设计结构层次构件承载力的变化粘结性能衰退模型混凝土锈胀开裂模型构件层次钢筋锈蚀碱－集料反应冻融破坏氯盐腐蚀混凝土碳化材料层次工业环境土壤环境海洋环境大气环境环境层次混凝土结构耐久性
桥梁结构设计中的耐久性设计
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/4a5152118.html, 桥梁结构设计中的耐久性设计 作者：张振华 来源：《科学与技术》2018年第13期 摘要：随着城市规模的不断扩大，城市布局错综复杂，为了是人们的出行更方便，城市中的桥梁建设越来越多，桥梁负荷越来越重，这就使得混凝土结构桥梁的耐久性大大降低。在目前的混凝土结构桥梁设计中还存在不少问题，这些严重影响了桥梁的使用寿命。因此，对混凝土结构桥梁耐久性设计进行研究，就显得十分有必要了。本文对桥梁结构设计中的耐久性设计进行了探讨。 关键词：桥梁结构设计；耐久性设计；措施 耐久性是桥梁工程结构设计的重要内容之一，其会受到设计问題和超载问题等因素影响。所以要保证桥梁工程结构设计整体质量，就应在优选结构设计材料的基础上，重视结构冗余设计和桥梁构造设计，确保可以增强其耐久性。 1桥梁结构耐久性的概念与重要作用 桥梁结构设计过程中必须考虑其结构耐久性，为了更有助于相关设计人员采用有效合理的设计方案来保证桥梁的耐久性要求，首先有必要对结构耐久性加以充分仔细的了解，完全掌握领会其含义要求，所谓结构耐久性，是指结构所具备的在有限的使用寿命和维护措施的前提下，针对外界荷载、环境变化以及材料等因素可能受到的各种力的作用，能够有效抵御恶劣影响的能力，而这种能力，无论对于提升桥梁的安全运行效率、经济营收效益，还是促进社会交通秩序发展、百姓日常出行的便利都具有着无比重要的作用，这不再是某个人或某个企业为追求经济利润所做出的工程业绩，而是国家的公共交通基础设施建设的巨大需要，所以其作用意义是深远的。 2影响桥梁耐久性的因素 2.1结构构造与设计体系存在缺陷 桥梁结构的耐久性设计是桥梁设计领域急需解决的一个重要问题。在实际操作过程中，桥梁工程设计人员很容易只重视桥梁结构强度，用结构强度满足工程安全性的需求，而忽视溺寸过程和施工过程中的人为错误，因为人为错误极易使结构耐久性降低。当桥梁工程计算标准不明确、设计标准较低、混凝土强度较低时，会给结构的耐久性带来一定的影响。与此同时，按照工程的使用条件和使用环境的不同，对体系的设计要求也有所不同。要保证桥梁结构具有较强的可靠性，设计过程中一定要严格依据设计规范进御蜀十，确保设计人员深刻了解桥梁结构的本性，仔细判断设计结构是否真正科学合理日。 2.2设计规范存有不足
混凝土结构耐久性分析
混凝土结构耐久性分析 摘要：耐久性是混凝土结构的重要指标之一，混凝土的耐久性是使用期内结构保证正常功能的能力，关系着结构物的使用寿命。文章分析了混凝土结构的耐久性问题，探讨了造成耐久性失效的原因，并针对耐久性问题提出了相关的防腐建议。 关键词：混凝土；耐久性；影响因素；措施 abstract: the durability of concrete structure is one of the important indexes, the durability of concrete structure is the use of the guarantee period of the normal functioning ability, the relationship between the service life of structures. this paper analyzes the problems of the durability of the concrete structures, and probes into the causes of failure of cause durability, and in the light of the durability problem put forward relevant anti-corrosion suggestions. keywords: concrete; durability; influencing factors; measures 中图分类号：tu37文献标识码：a 文章编号： 我国混凝土结构耐久性问题不容忽视。我国人口众多，过去为及时解决居住需要和促进工业生产，建造过不少质量不高的民用房屋和工业厂房，现有建筑物老化现象相当严重。影响结构耐久性的因素很多。首先讨论了混凝土耐久性的概念，接着从影响混凝土结
混凝土结构耐久性设计与施工指南
中国土木工程学会标准CCES 01－2004 混凝土结构 耐久性设计与施工指南 Guide to Durability Design and Construction of Reinforced Structures 2004年1月
前言 鉴于工程安全性与耐久性对我国当前大规模土建工程建设的重要意义，中国工程院土木水利与建筑学部于2000年提出了一个名为“工程结构安全性与耐久性研究”的咨询项目，旨在联络国内专家，就我国土木和建筑工程结构安全性与耐久性的现状与亟待解决的问题进行探讨，并为政府部门提供技术政策方面的建议。考虑到混凝土结构的耐久性问题最为突出，而现行的设计与施工规范在许多方面又不能保证工程的耐久性需要，所以项目组决定联系各方专家，组织成立编审组，着手编写混凝土结构耐久性设计与施工的指导性技术文件，供工程设计、施工与管理人员使用。与此同时，国家建设部建筑业司和科技司也委托中国土木工程学会与清华大学土木系就建筑物耐久性与使用年限的课题进行研究。这份《混凝土结构耐久性设计与施工指南》，就是依托上述项目和课题，在国内众多专家的共同参与下编审完成的。环境作用下的混凝土结构劣化机理非常复杂，许多方面还认识不清，而且耐久性问题又具有相当大的不确定性与不确知性。在这种情况下，提出指南这样的指导性技术文件，可能更便于设计、施工人员能够结合工程的具体特点使用。《指南》的初稿、讨论稿和送审稿曾分别在2001年、2002年两次学术会议上和在会后广泛征求过意见并经多次修改。由于时间和认识上的限制，不足之处，有待今后定期补充。 2003年6月，中国土木工程学会报请国家建设部组织领导小组和专家组对指南送审稿进行审查和鉴定，并获得通过；经中国土木工程学会研究认定，本指南作为中国土木工程学会技术标准。 本指南将每年做局部修订补充，并发布于中国土木工程学会网站(https://www.360docs.net/doc/4a5152118.html,)。 对指南在使用过程中发现的问题，请将意见和建议寄：清华大学土木系结构工程实验室（邮编100084，电子信箱Jiegou@https://www.360docs.net/doc/4a5152118.html,）转有关编写人。 指南编审组 2003年
【混凝土】结构耐久性研究现状
混凝土结构耐久性研究现状 由于钢筋混凝土结构结合了钢筋抗拉与混凝土抗压的优点，表现出良好的受力性能，成为应用最普遍最广泛的结构形式，近年对水工结构、港工结构、桥梁结构、建筑结构的大量工程调查显示，钢筋混凝土结构表现出了严重的耐久性问题，许多既有钢筋混凝土结构工程往往达不到设计使用年限就需要进行加固修复，其中耐久性的降低是一大影响因素。钢筋混凝土结构耐久性问题的日益突出，引起了世界各国对加强钢筋混凝土结构耐久性研究的重视。 耐久性是指在确定的环境和维修、使用条件下，构件在设计使用年限内保持适用性、安全性的能力。钢筋混凝土结构在其使用过程中经常会受到各种各样的腐蚀和损伤，降低了构件的耐久性和结构的可靠度，导致工程的实际使用寿命往往短于设计使用年限。 影响耐久性的因素，混凝土的碳化，钢筋锈蚀，混凝土的冻融，碱－骨料反应等。 我国在钢筋混凝土耐久性问题上尚缺少全国性的系统资料,但从一些调查资料和发表的有关文献来看,钢筋混凝土耐久性问题也是极其严重的。中国建筑科学研究院的调查表明,我国现役工业建筑物损坏严重,其结构的使用寿命一般不能保证50年,多数在25-30年左右就必须进行大修或加固。1994年铁路部门的统计表明,我国铁路存在有病害的钢筋混凝土桥2675座,其中的722座发生裂损；仅使用20年的北京西直门立交桥,由于长期在冬季使用化冰盐,部分梁柱锈蚀严重,现己拆除重建。从发达国家所取得的经验来看,钢筋混凝土耐久性问题造成的损失己是惊人的。美国标准局(NBS)1975年的调查表明,美国每年因腐蚀造成的各种损失为700多亿美元,蚀破坏的修复费,1998年度就需要2500亿美元。英国为解决海洋环境下钢筋混凝土结构的腐蚀与防护问题和修复已损伤的钢筋混凝土结构,每年耗资将近200亿英镑,而日本引以为自豪的新干线,在运行10年后也出现大面积的混凝土开裂、剥蚀现象,日本运输省曾检查了其103座混凝土港口码头,发现使用20年以上的都有大量的顺筋裂缝,目前日本每年用于房屋结构维修的费用就达400亿日元。 混凝土结构耐久性降低首先起源于材料性能劣化，继而引起混凝土构件强度、刚度衰减，最后影响整个结构安全。由于客观条件，很多研究基于一般假设，如先钢筋锈蚀后加载试验，忽略荷载对混凝土力学性能劣化影响。在实际工程中绝大多数混凝土结构经受荷载和环境因素同时作用，混凝土在承受荷载时，混凝土本身力学性能退化；同时对钢筋保护作用降低，加速钢筋锈蚀，有效钢筋截面面积减小致使构件承载力降低，钢筋与混凝土黏结性能退化使得钢筋塑性不能充分发挥，降低结构延性。混凝土结构经受荷载和环境因素共同作用，荷载与环境等各因素产生的交互作用使得实际服役混凝土结构破坏过程复杂。研究荷载与环境综合作用下混凝土结构耐久性问题对实际工程更具有意义。 混凝土结构在荷载与一般大气环境综合作用下，荷载对混凝土碳化影响不容忽视，混凝土碳化与荷载大小(应力水平)和荷载形式(拉、压应力)等有关。当荷载应力抑制混凝土内部微裂缝发展时，混凝土碳化减缓; 而当荷载应力扩展混凝土内部微裂缝时，混凝土碳化加速。 荷载与特定大气环境( 如人工气候环境、盐雾大气环境、海洋大气环境等) 综合作用下构件耐久性研究成果甚少。张俊芝等试验研究了人工气候环境下承受荷载作用混凝土梁受压
桥梁结构设计问题
桥梁结构设计问题探讨 摘要：近年来，随着科学技术的发展，桥梁结构设计也得到了相应的发展，但是我国的桥梁设计理论和结构构造体系仍不够完善。本文通过桥梁结构设计中应注意事项，对桥梁结构设计的理论及设计问题进行探讨。 关键词：桥梁结构；设计问题；分析 abstract: in recent years, with the development of science and technology, the bridge structure design also got the corresponding development, but china’’s bridge design theory and structure system is still not perfect. this article through the bridge structure design should note, bridge structure design theory and design issues were discussed. keywords: bridge structure; design problems; analysis 中图分类号：u443文献标识码：a 文章编号： 一、桥梁结构设计现状 目前的桥梁设计中，对于耐久性更多的只是作为一种概念受到关注，既没有明确提出使用年限的要求，也没有进行专门的耐久性设计。这些倾向在一定程度上导致了当前工程事故频发、结构使用性能差、使用寿命短的不良后果，也与国际结构工程界日益重视耐久性、安全性、适用性的趋势相违背，也不符合结构动态和综合经济性的要求。
混凝土结构耐久性设计与施工指南
中国土木工程学会标准CCES 01-2004 混凝土结构耐久性设计与施工指南 一、 《混凝土结构耐久性设计与施工指南》 CCES 01－2004的2005年修订版，已于2005年10月由中国建筑工业出版社正式出版 2005年修订版说明 根据《指南》第一版(CCES 01－2004)使用过程中征集到的意见、建议以及近期获得的新的信息，这一修订版对原有条文作了局部的修改、补充和必要的订正，并以单印本的形式正式发行，取代原先刊载于文集《混凝土结构耐久性设计与施工指南》（中国建筑工业出版社2004年5月第一版）中的条文。与第一版相比，修订版增添了一些新的条文和附录，篇幅增加近40％。读者如欲继续使用指南第一版中的条文内容，请注意新的修订版中已作出的更改，后者可从以下网站查得： 中国土木工程学会 https://www.360docs.net/doc/4a5152118.html, 2005年9月 二、 《指南》2005年修订版的主要修改内容 持有《指南》第一版的读者如欲继续使用或参考第一版的条文，请注意修订版中已作出的局部修改，其中与第一版有较大区别的，可下载修订版中的如下条文。至于修订版中的增加内容，可参阅新出版的指南，主要有：对于不同环境类别和作用等级下的混凝土原材料品种与用量的范围作了限定；对混凝土养护和钢筋保护层厚度的合格验收要求作了补充；新增了附录C（氯离子侵入混凝土过程的Fick模型）和附录D（后张预应力混凝土体系的耐久性要求）。 1 环境类别与环境作用等级 修订版对环境类别和环境作用等级有个别调整，相关条文如下，与之对应的第一版中条文为3.0.4条。
3.1.1 结构所处的环境按其对钢筋和混凝土材料的不同腐蚀作用机理分为5类（表3.1.1）。 表3.1.1 环境分类 类别 名称 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅴ1Ⅴ2Ⅴ3碳化引起钢筋锈蚀的一般环境 反复冻融引起混凝土冻蚀的环境 海水氯化物引起钢筋锈蚀的近海或海洋环境 除冰盐等其他氯化物引起钢筋锈蚀的环境 其他化学物质引起混凝土腐蚀的环境: 土中和水中的化学腐蚀环境 大气污染环境 盐结晶环境 注：氯化物环境（Ⅲ和Ⅳ）对混凝土材料也有一定腐蚀作用，但主要是引 起钢筋的严重锈蚀。反复冻融（Ⅱ）和其他化学介质（Ⅴ1、Ⅴ2、Ⅴ3） 对混凝土的冻蚀和腐蚀，也会间接促进钢筋锈蚀，有的并能直接引起 钢筋锈蚀，但主要是对混凝土的损伤和破坏。 3.1.2 环境作用按其对配筋（钢筋和预应力筋）混凝土结构侵蚀的严重程度分为6级（表3.1.2）。 表3.1.2 环境作用等级 作用等级 作用程度的定性描述 A B 可忽略 轻度
西南交通大学研究生混凝土耐久性考试答案2
1试述耐久性极限状态标志及耐久性极限状态的可靠指标取值 答： 混凝土结构发生耐久性破坏可近似认为是当混凝土发开裂到一定程度时混凝土与钢筋之间的粘结力发生破坏从而不能满足受力要求，我国《混凝土结构耐久性设计规》中将混凝土结构构件的耐久性极限状态分为三种：钢筋开始发生锈蚀的极限状态，钢筋发生适量锈蚀的极限状态和混凝土表面发生轻微损伤的极限状态，然而这个破坏程度很难定量描述，同时可知，氯离子浓度是影响钢筋锈蚀的主要因素，所以可以通过对氯离子浓度的定量描述来反映混凝土结构的耐久性能。 在对氯离子侵蚀环境下的混凝土结构进行寿命预测时,保护层内部钢筋表面 的氯离子浓度达到使钢筋开始锈蚀的临界浓度时,即认为结构开始进入失效状态,所以可近似将钢筋表面氯离子浓度达到临界值作为耐久性极限状态的标志。 2.论述混凝土产生裂缝原因及防止方法 混凝土产生裂缝的主要原因可以分为内部材料原因和外部环境作用原因。 1）内部材料原因： 材料原因引起的裂缝各类包括有: 干缩裂缝、中性化伴随钢筋腐蚀产生裂缝、氧化物使钢筋腐蚀产生裂缝、碱集料反应产生裂缝、水泥水化热产生裂缝。 2）外部环境作用原因： 外部环境作用原因引起的裂缝各类包括有：冻融循环作用、干湿交替、盐结晶、施工原因引起的混凝土裂缝、养护条件不当引起的裂缝，结构设计不当引起的裂缝以及建筑物沉降不均引起的裂缝等。 防止措施： 1）合理选择混凝土原材料和配合比，例如骨料品种、水泥品种等。 2）在混凝土中掺加外加剂，提高混凝土的密实度，或配置成高性能混凝土。 3）控制混凝土的搅拌质量和加强混凝土的早期养护条件以及合理的混凝土保护层厚度。4）优化结构设计，加强施工质量。 3.为什么在有盐环境及有干湿交替时耐久性环境等级较差? 答：混凝土是一种多孔材料，内部结构比较复杂，孔洞、微裂缝的分布和形态等对微观特征对混凝土的硫酸盐侵蚀有很大影响，干湿循环对混凝土产生疲劳破坏，干燥状态下水份蒸发，混凝土毛细孔内的硫酸钠溶液浓度上升，溶液过饱和产生析晶，体积膨胀使毛细孔内壁产生微裂缝，降低混凝土试件的抗渗透性；另一方面毛细孔内盐溶液的浓度增大促进了化学反应的速度，侵蚀产物生长速度加快，侵蚀产物富集体积膨胀微裂缝开展，也进一步降低混凝土的抗渗透性。 1）在干湿交替的条件下，潮湿时侵入混凝土孔隙中的盐溶液当环境转为干燥后因过饱和而结晶，还会产生极大的结晶压力使混凝土破坏。 2）盐在混凝土内部孔隙中形成的盐溶液浓度不同，导致渗透压不同，从而在混凝土内部
混凝土结构耐久性设计方法与寿命预测研究进展_金伟良
文章编号:1000-6869(2007)01-0007-07 混凝土结构耐久性设计方法与寿命预测研究进展 金伟良,吕清芳,赵羽习,干伟忠 (浙江大学结构工程研究所,浙江杭州310027) 摘要:由混凝土结构耐久性定义入手,首先评述现有的混凝土结构耐久性设计方法,提出耐久性设计的发展应结合结构全生命周期成本(SLCC)的理念;其次总结了结构耐久性的评估和寿命预测方法的研究现状,认为耐久性的评估与寿命预测需要研究确立反映结构使用寿命的耐久性指标,并建立基于动态评估方法的寿命评估体系;最后提出上述方面发展领域尚待解决的一些基本问题,包括:界定给定环境和使用要求下的混凝土结构耐久性失效极限状态;确定表征材料与结构耐久特征的指标与参数;建立耐久性动态检测数据分析理论等。关键词:混凝土结构;耐久性;结构全生命周期成本(S LCC);综述中图分类号:TU375 文献标识码:A Research progress on the durability design and life prediction of concrete structures JI N Weiliang,L B Qingfang,ZHAO Yuxi,GAN Weizhong (Department of Civil Engineering,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China) Abstract:This paper starts with the definition of concrete -struc tural durability.Then it presents that durability design method should be combined with the theory of Structural Life -Cycle C ost(SLC C)based on the survey of the recent durability design theories.Moreover,the current situation of evaluation and life prediction of durable concre te structures are summarized,which makes it necessary to determine a durability index reflecting service life and a dynamic life -assessment https://www.360docs.net/doc/4a5152118.html,st,several basic problems in this domain are brought forth,including definition of durability limit state for c oncrete structures under given environmental condition and usage require ment,determination of inde xes and parameters representing the durability characters of materials as well as structures and establishment of theory for analysis of durability dynamic detection data.Keywords:concrete structure;durability;structural life -cycle cost(SLCC);summary 基金项目:国家自然科学基金重点项目/氯盐侵蚀环境的混凝 土结构耐久性设计与评估基础理论研究0(50538070) 资助。 作者简介:金伟良(1961) ),男,浙江大学结构工程研究所所 长,教授。 收稿日期:2006年8月 0 概述 混凝土结构是目前使用最为广泛的结构形式,由于混凝土结构材料自身和使用环境的特点,使混凝土 结构不可避免地存在耐久性问题。自混凝土结构问世 以来,大量的混凝土结构提前失效大多源于混凝土结构耐久性的不足。当前欧美等发达国家每年用于已有工程的维修费用都已占到当年土建费用总支出的1/2以上。我国在役以混凝土为主体的结构在数量上居于绝对支配地位,混凝土结构耐久性问题更加突出,存在着/南锈北冻0的耐久性破坏特征。5中国腐蚀调查报告6[1]指出,建筑部门的腐蚀年损失约为1000亿人民币,其经济损失以及对社会安定性的冲击力之大不言而喻。 随着我国东部地区经济的持续增长和西部大开发发展战略的实施,我国正以前所未有的巨大投资进行 7 第28卷第1期建 筑 结 构 学 报 Vol 128,No 112007年2月 Journal of Building Structures Feb 12007
混凝土结构耐久性影响因素
浅谈影响混凝土结构的耐久性主要因素及防护措施随着混凝土的广泛应用，混凝土的耐久性也越来越受到人们的关注了，在实际工程中，混凝土工程质量的优劣对整个工程质量有着举足轻重的影响。混凝土结构以其整体性好、耐久性好、可塑性强、维修费用少等优点广泛使用于整个20世纪，发现混凝土的耐久性问题则是在60至70年代。一些发达国家的混凝土桥使用了三四十年后，纷纷进入老化期。人们始料不及的是混凝土材料在不利的环境、运用条件下，出现了一系列影响结构耐久性的物理、化学现象，如结构混凝土的碳化、保护层剥落、裂缝的发展、钢筋锈蚀、渗透冻融破坏、混凝土集料的化学腐蚀等等。我国七十年代后期建造的混凝土桥梁亦发现有严重的开裂现象。因而混凝土结构的耐久性问题已成为结构工程师们不容忽视的一个问题。 混凝土结构的耐久性概括起来是指混凝土抵抗周围不利因素长期作用的性能。结构耐久性问题主要表现为：混凝土损伤；钢筋的锈蚀、脆化、疲劳、应力腐蚀；以及钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的消弱等三个方面。从短期效果而言，这些问题影响结构的外观和使用功能；从长远看，则为降低结构安全度，成为发生事故的隐患，影响结构的使用寿命。下面从影响混凝土结构耐久性的主要因素和提高耐久性的技术措施两个方面来探讨混凝土的耐久性问题。 影响混凝土耐久性的主要因素有这么几点： （1）抗冻失效。 原因：混凝土的抗冻性等级过低。寒冷地区，有较长的冰冻期，渗入到混凝土中的水结冰又融化，如此反复，使混凝土的裂缝不断扩大，导致结构慢性破坏作用。冻融的结果，加剧了碱-骨料反应、盐腐蚀的破坏作用。碱-骨料反应、盐腐蚀、冻融作用是混凝土结构的三大主要破坏因素，都因水进入混凝土内部引起。混凝土结构是多孔的，在塑性期或硬化初期会因水分蒸发造成早期开裂。在以后的使用过程中，早期产生的裂缝会随着反复荷载的冲击逐渐扩展。如果没有完善的防水系统，带有腐蚀性物质的水就会从孔隙渗入到混凝土中和从裂缝中流入到混凝土中。在混凝土内部产生的损害，它导致混凝土性质改变。 处理方法：1，调整配合比方法。主要适用于在0℃左右的混凝土施工。具体做法：①选择适当品种的水泥是提高混凝土抗冻的重要手段。试验结果表明，应使用早强硅酸盐水泥。该水泥水化热较大，且在早期放出强度最高，一般3d抗压