钢筋混凝土结构耐久性研究的进展

综述

*国家自然科学基金和中国博士后基金资助项目(59878008)。

第一作者:贡金鑫男 1964年6月出生博士收稿日期:1999-11-09

钢筋混凝土结构耐久性研究的进展*

贡金鑫赵国藩

(大连理工大学土木系大连 116023)

摘要:从材料、构件和结构3个层次论述了大气环境下钢筋混凝土结构耐久性的国内外研究现状

和进展,阐明了结构耐久性由定性研究向定量研究转变的发展方向。

关键词:钢筋混凝土结构耐久性综述

STATE OF THE ART OF DURABILITY RESEARC H OF REINF ORCED C ONCRETE STRUC TURES

Gong Jinxin Zhao Guofan

(Department of Civil Engineering,Dalian University of Technology Dali an 116023)

Abstract :In three levels of material,element and s tructure,the state of the art of durability research of

reinforced concrete structures in atmospheric environments is presented,the tendency that a qualitative durability analysis of the reinforced concrete structures i s being changed into a quantitative analysis i s poi nted out.

Keywords :reinforced concrete structure durabili ty survey

1 概述

钢筋混凝土结构是世界上应用最为普遍、范围最广的结构形式,钢筋腐蚀引起钢筋

混凝土结构的过早破坏,已成为世界各国普遍关注的一大灾害,许多结构由于腐蚀破坏不得不停止使用,进行大修,或拆除重建,经济压力不堪重负。如美国标准局1975年的调查表明,美国全年各种腐蚀的损失为700亿美元,其中混凝土中钢筋腐蚀损失占40%。在我国,近年对水工结构、港工结构、铁路桥梁、公路桥梁、建筑结构的大量工程调查也显示了钢筋混凝土结构耐久性问题的严重性。

钢筋混凝土结构耐久性问题的日益突出,引起了世界各国学术机构、学者和工程技术人员对加强钢筋混凝土结构耐久性研究的重视,表现在各种结构耐久性学术机构的不断成立和频繁的学术活动、大量的与结构耐久性

有关的出版物及大规模的科学研究方面。

美国混凝土学会(ACI)1957年成立了委员会ACI 201,负责并指导混凝土耐久性方面的研究。1987年日本土木工程师学会混凝土结构委员会提出了一个关于混凝土耐久性的实用设计方法,1989年欧洲混凝土结构委员会发表了耐久混凝土结构设计指南。1982年,国际材料与结构实验室联合会(RILEM )和国际建筑研究与文献协会(CIB)联合组成了建筑材料及构件使用寿命预测委员会CIB W80/RILEM 71-PSL,共同研究结构的寿命预测问题,1987年又成立了一个新的委员会CIBW80/RILEM 100-TSL,以进一步推进

1Industr ial Constructio n 2000,V ol 30,N o 5

工业建筑 2000年第30卷第5期

委员会的工作和贯彻已取得的成果。关于国际学术交流及我国耐久性方面的研究机构可参见文献[1,2]的介绍。

鉴于混凝土结构耐久性研究的重要意义,国内外有关机构曾专门组织人力、物力对混凝土结构的耐久性进行了大规模的工程调查和试验、理论研究。1990年,英国水泥协会对英国400多个结构的碳化情况进行现场实测,得出了一些非常有价值的结果[3]。1993年~1995年间,台湾海洋大学对海洋环境中钢筋混凝土结构的耐久性进行了系统研究,研究分3个阶段:第一阶段探讨海洋环境因素和材料因素对钢材的腐蚀作用;第二阶段研究腐蚀对构件力学行为的影响;第三阶段综合第一、二阶段的研究成果,提出修订桥梁设计规范或施工准则的建议。我国在编制混凝土结构设计规范 (GBJ10-89)的过程中,规范组成员曾在混凝土结构耐久性方面做了许多工作,而10余年后在对混凝土结构设计规范 (GBJ10-89)的修订过程中,又将混凝土结构耐久性的可靠度设计方法及措施作为一个专题进行研究[4]。建设部把混凝土结构耐久性及耐久性设计作为八五科技攻关项目,由清华大学、中国建筑科学研究院承担,并完成了混凝土结构耐久性设计初稿,国家八五科技攻关专题在用危险建(构)筑物实时监测和评价技术研究也从结构材料和构件水平对结构的耐久性进行了深入的研究[5]。1995年,国家科委正式批准并启动了攀登计划项目重大土木及水利工程安全性与耐久性的基础研究 ,这是一项为期5年的、对结构的安全性与耐久性有更高要求的项目,它的实施将会把我国结构安全性与耐久性的研究水平提高到一个新的高度,从而推动我国结构设计理论的发展。另外,在我国,许多高校也结合一些实际工程项目,将混凝土结构耐久性的研究作为博士或硕士学位论文的选题[6],不仅完成了项目,对我国结构耐久性研究人才的培养也作出了贡献。

所谓混凝土结构的耐久性,是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下,保持其自身工作能力的性能。这里自然环境、使用环境及材料内部因素的作用指的是物理或化学作用。混凝土结构的耐久性病害首先是混凝土或钢筋材料物理、化学性质及几何尺寸的变化,继而引起混凝土构件承载力衰减,最终会影响整个结构的安全。因此,混凝土结构的耐久性应从材料、构件和结构3个层次上加以研究。

2 材料层次上的研究

从材料层次上对结构耐久性进行研究,是混凝土结构耐久性研究的基本手段。引起混凝土结构性能劣化的原因不同,研究的内容和方法也不同。从已有的文献来看,研究最多的是大气环境中混凝土的碳化和钢筋的锈蚀,本文的论述也以此为重点。

一般认为,混凝土碳化对混凝土本身没有太多的危害,相反会使混凝土强度提高。但混凝土碳化会使混凝土中的钢筋失去碱性环境的保护,从而引起钢筋锈蚀。另外,碳化使混凝土变脆,构件延性变差。混凝土碳化的经典理论是基于Fick第一扩散定律的碳化模型,这一模型认为混凝土的碳化深度与时间的1/2次方成正比,目前已被大量室内试验和工程现场调查资料所证实。除时间因素外,影响混凝土碳化的因素还包括环境因素和混凝土材料本身的因素。结构所处的环境不同,空气中CO2含量、空气的湿度也不同,因而混凝土碳化的速度也不同,在混凝土碳化深度公式中大都用地区环境影响系数加以区别[4,5]。对于混凝土材料本身,影响混凝土碳化的因素有水泥品种、水泥用量、水灰比及掺加料的掺量等。一般认为,混凝土的碳化速度与水灰比成正比,而与混凝土的抗压强度成反比[4]。另外,混凝土的碳化速度还与混凝土的施工、早期养护及使用中的维护等因素有关。加载快速碳化试验也表明[7],结构的应力状态对混凝土的碳化速度有明显的影响。结构构件不同位置的混凝土,其碳化

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速度也不相同,如由于双向渗透,梁边角混凝土的碳化速度要高于梁底面混凝土的碳化速度。另外,一些工程实际调查资料也表明[3],大气环境中混凝土的碳化与实验室碳化试验有着较大的差别,环境条件的变化是造成这种差别的最主要因素,从而引起混凝土碳化深度呈现较大的不确定性。

我国已建立或正在建立有关混凝土耐久性方面的专家系统和大型数据库,旨在通过已收集的大量试验、工程调查数据,利用人工智能原理来模拟专家分析问题和处理问题的方法,其中的一个重要组成部分是混凝土碳化。利用人工神经网络技术来分析、模拟混凝土的碳化过程和规律,也是混凝土耐久性研究的一个重要方面。

混凝土碳化到钢筋表面后,钢筋表面纯化膜遭到破坏,当有氧和水存在时,钢筋开始锈蚀,其力学性能有较大变化。钢筋的承载能力与钢筋的腐蚀量关系最为密切。关于钢筋腐蚀量的计算,有两种模型,一种是基于电化学原理的理论模型[5,8],另一种是通过对试验资料拟合得到的经验公式[4]。一般而言,理论模型原理上较为合理,而经验公式应用上更为方便。钢筋锈蚀试验表明,混凝土中钢筋的锈蚀速度与结构所处的环境、混凝土保护层厚度、混凝土强度及钢筋直径有关。目前钢筋腐蚀的电化学快速测定方法以及红外检测技术也有了较大的发展。

钢筋锈蚀到一定程度后,锈蚀产物产生的膨胀压力将会使混凝土保护层发生顺筋开裂,从而使钢筋的锈蚀速度进一步加大,握裹力降低。因此,钢筋锈蚀引起混凝土顺筋开裂的临界锈蚀量是一个关键量。关于混凝土顺筋开裂时临界锈蚀量的确定方法,可分为弹性力学法[9]、断裂力学法[10]、有限元法[11]和实验统计法[12]。一般认为,混凝土顺筋开裂的临界锈蚀量与混凝土抗拉强度、混凝土保护层厚度及钢筋直径有关。

对于钢筋混凝土结构,除了钢筋锈蚀外,在腐蚀环境及大气环境中,混凝土的强度也在不断变化,其总的变化趋势是,由于水泥水化的不断进行,混凝土的早龄期强度不断增高,而之后环境腐蚀介质的侵蚀作用,又使得混凝土强度缓慢降低。美国曾做过1年、5年、10年、25年和50年混凝土强度的专门试验[13],日本曾做过9年、20年和30年混凝土的强度试验[14],我国在八五期间也对不同龄期混凝土的强度进行过统计调查[5]。在大气环境中,寒冷地区混凝土冻融也是混凝土性能劣化的一个重要原因,目前在混凝土冻融破坏机理和冻融预测模型研究方面也做了大量工作。

无论是混凝土碳化、混凝土强度的经时变化,还是钢筋的锈蚀,由于影响因素极为复杂,特别是环境条件千变万化,设计、施工中的许多因素难以控制,现有的计算模型尚难以准确反映实际情况。如对于钢筋锈蚀,计算结果与工程实测结果有时相差几倍,甚至相差一个数量级[5,15]。因此,应进一步加强环境条件及其变化对混凝土结构材料性能不利影响的定量研究。

在环境腐蚀介质的作用下,由于混凝土结构的性能不断劣化,结构的实际使用寿命往往要短于设计使用寿命。因此,混凝土结构使用寿命的预测被提到议事日程上来[16],这方面的早期研究主要是从混凝土和钢筋材料耐久性能的角度开始的。混凝土结构使用寿命的预测包括两个方面,一是在指定的环境条件下,根据已知的材料耐久性能对结构进行耐久性设计,使结构具有预定的使用寿命[12],一是根据已有结构当前的情况,推测结构未来的使用寿命。在大气环境下,结构达到使用寿命的标志一般认为是混凝土碳化到钢筋表面或钢筋锈蚀后构件出现顺筋裂缝。国外有的研究者认为,由于结构使用寿命预测较现行的结构耐久性评估方法复杂,现有的标准不足以给出结构使用寿命的合适信息,需要代之以新的标准体系,新的标准方法应具有通用性,包括环境特性的描述,材料的特性,退化机制的识别,退化数学模型,使

钢筋混凝土结构耐久性研究的进展贡金鑫等

用寿命预测及预测结果的报告等[17]。

3 构件层次上的研究

在腐蚀环境中,当混凝土结构的材料性能发生劣化后,结构构件的承载力和适用性也随之降低,从而影响结构的安全和正常使用。目前国内外研究者已对锈蚀后的钢筋混凝土构件的力学性能进行了大量试验[18,19],试验采用的试件大部分是实验室快速钢筋锈蚀试件,少部分是从已有结构拆除的自然锈蚀的钢筋混凝土构件,包括钢筋混凝土受弯、大偏心受压、小偏心受压、轴心受压以及钢筋抗拔试验试件(构件)。

试验表明,受腐蚀钢筋混凝土构件的承载能力与构件截面尺寸的变化、材料强度的变化及钢筋与混凝土粘结性能的变化3种因素有关。构件截面尺寸的变化一般指钢筋锈蚀后其截面面积的减小,当钢筋锈蚀量较小时(5%),钢筋强度变化不大,承载力评估中可不考虑钢筋强度的变化。锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的变化比较复杂,在锈蚀量较小时(1%),粘结强度随钢筋锈蚀量的增加有所提高,但随钢筋锈蚀量的进一步增大,粘结强度将明显下降,这一变化过程与钢筋锈蚀产物的膨胀及混凝土保护层的胀裂有关。试验也表明,在使用荷载下,受腐蚀钢筋混凝土受弯构件的截面应变宏观上仍符合平截面应变假定[18],而对于大偏心受压和小偏心受压钢筋混凝土构件,在钢筋锈蚀量较大时,截面应变与平截面应变假定有出入[20]。另外,受腐蚀钢筋混凝土构件的延性随钢筋锈蚀量的增大而降低,破坏形态也将由延性破坏转化为脆性破坏[18,19]。

试验也表明[18,19],当钢筋混凝土构件的钢筋锈蚀后,构件刚度有所减小,变形增大;横向裂缝表现为间距增大,裂缝变宽,从而使构件的适用性降低。

目前,对受腐蚀钢筋混凝土构件力学性能的研究大都集中在静态方面,对动态性能和疲劳性能的研究尚不多见,这是一个需要加强研究的方面。

4 结构层次上的研究

钢筋混凝土结构是由多种构件构成的结构体系,因此在钢筋遭受腐蚀后,构件性能的劣化,最终会影响整个结构的安全。显然,象单个构件一样,对整个结构进行实验室试验是不可能的,目前常用的方法是对结构进行安全性或耐久性评估和局部现场荷载试验,这些方法不只局限于结构因耐久性不足引起的安全性问题,对于其它情况的安全性评估,如施工质量、火灾后结构的性能等,也同样适用。

对已有结构进行可靠性评估,就是根据结构当前的状况,如混凝土强度、钢筋锈蚀情况,来推断结构的剩余承载力或剩余使用寿命,以决定结构能否继续使用或是否需要维护、加固。我国目前已颁布有多种结构可靠性鉴定标准及混凝土结构加固规范,这方面的著作近几年也出版了很多,有关的理论研究仍在不断深入。已有结构可靠性评估研究的主要内容是如何将整体结构划分为不同层次的子结构,以及如何将从最低层次的子结构获得的信息,合理、准确地反映到最高层次的整体结构,以供决策使用。由于工程问题的复杂性,结构可靠性评估中有时会遇到大量的随机、模糊及不完善信息,而且许多信息是定性的,难以将其定量化。因此,实际结构的可靠性评估,一般需由工程经验丰富的专家来完成。以专家的知识为基础,按照一定的推理规则建立的大型计算机软件专家系统,是近年已有结构可靠性评估、管理的重要发展,利用人工神经网络技术和生存分析方法来分析已有结构的性能和耐久性,也是结构可靠性评估的一个重要组成部分。

上面论述的是已有结构可靠性评估的常规方法,当应用常规的评估方法评估时存在困难或分析结果不可信时,可进行结构荷载检验。美国早在20世纪初就在这方面做过一些研究,1967年美国混凝土学会ACI437

4工业建筑 2000年第30卷第5期

分委员会在其已有结构的强度评估报告中,包括了结构荷载检验的内容,之后,美国混凝土学会把荷载检验的内容纳入1971年以后的美国混凝土规范。在进行了长达8年的研究之后,美国实验与材料协会(ASTM) 1975年发表了建筑结构荷载检验指南。英国在70年代末也对结构荷载检验问题做过广泛的讨论。20世纪70年代,随着结构可靠度理论的逐步完善,一些研究者曾用结构可靠度方法对结构荷载检验问题进行过探讨。我国工业厂房可靠性鉴定标准 (GBJ144 90)也规定必要时进行结构检验。一般而言,结构荷载检验属于结构安全评估的最后可选手段。

5 结语

本文从材料、构件和结构3个层次论述了大气环境下钢筋混凝土结构耐久性研究的现状和进展。可以看出,大部分情况下,钢筋混凝土结构的性能劣化不是或不是直接由力学因素引起的,而是自然环境、使用环境及结构材料内部因素物理、化学作用的结果。因此,钢筋混凝土结构的耐久性设计与常规的结构设计有着本质的区别。总的来看,钢筋混凝土结构的耐久性研究正逐步由定性分析向定量分析发展,与此相适应,钢筋混凝土结构耐久性研究的另一个发展方向是以可靠度为基础的分析方法。

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钢筋混凝土结构耐久性研究的进展贡金鑫等

钢筋混凝土结构的腐蚀及防护措施

钢筋混凝土结构的腐蚀及防护措施一.钢筋混凝土结构防腐蚀的意义钢筋混凝土结构结合了钢筋和混凝土的优点，造价较低，在土建工程中应用范围非常广泛。在钢筋混凝土结构中，钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构过早被破坏的主要原因之一。新鲜混凝土是呈碱性的，其PH值一般大于12.5，在此碱性环境中钢筋容易发生钝化作用，使钢筋表面产生一层钝化膜，能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，从而导致混凝土的PH值降低，就出现PH值小于9这种情况，钢筋表面的钝化膜就会被逐渐破坏，钢筋就会发生锈蚀，并且随着锈蚀的加剧，会导致混凝土保护层开裂，钢筋与混凝土之间的黏结力破坏，钢筋受力截面减少，结构强度降低等，从而导致结构耐久性的降低。据调查，我国20世纪90年代前兴建的海港工程，一般10～20年就会出现钢筋严重腐蚀破坏，结构使用寿命基本上都达不到设计基准期要求。我国50年代至70年代建的海港工程，高桩码头不到20年，甚至7～8年就出现严重钢筋锈蚀破坏，海工混凝土结构破坏已成为我国港口建设中不得不重视并迫切需要解决的问题。国外学者曾用“5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;在发现钢筋锈蚀时采取措施需要追加维修费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;严重破坏时将追加维修费125美元。我国海洋工程中广泛使用的钢筋混凝土结构因腐蚀引起破坏的情况同样严重。除海洋环境本身属于强腐蚀环境因素外，环境的日益恶化、相关的混凝土结构耐久性规定标准偏低、施工质量不能保证等因素，致使我国混凝土结构大部分在使用10年左右即出现较严重的腐蚀破坏，给国家建设和经济发展造成了巨大的损失。因此，如何采取有效的防腐蚀技术措施，防止钢筋混凝土结构过早出现钢筋锈蚀破坏，确保建筑物达到预期的使用寿命是国内外学术界、工程界极为关切的热点。二.钢筋的锈蚀原理及分类 1．钢筋的锈蚀条件：钢筋混凝土构件内钢筋的锈蚀需要三个条件：（1）钢筋表面碱性钝化膜破坏。正常情况下钢筋是包裹在砼之内的，砼则由于水泥的水化反应造成其初始碱性（含有一定Ca（OH）2）较强，正常情况下钢筋在这种碱性环境下不会发生氧化腐蚀。当PH值大于1O时，钢筋腐蚀的速度很慢，当PH值小于5时，其锈蚀的速度就快。由此可见，只有当钢筋混凝土构件内的钢筋周围碱性钝化膜因砼碳化或其它原因导致破坏后，才可能出现腐蚀。

疲劳与环境作用下混凝土的耐久性研究进展

疲劳与环境作用下混凝土的耐久性研究进展发表时间：2019-06-06T16:00:10.553Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年3期作者：周艳霞1 谢波1 [导读] 桥梁、公路、海洋平台等混凝土结构在实际服役环境中经历着荷载与环境共同作用。中核新能核工业工程有限责任公司山西太原 030012 摘要：桥梁、公路、海洋平台等混凝土结构在实际服役环境中经历着荷载与环境共同作用。对疲劳荷载加载方式、疲劳荷载对混凝土碳化及氯离子侵蚀的影响进行了总结与分析，并指出需要进一步研究和探索的问题。关键词：混凝土；疲劳荷载；碳化；氯离子 Review Progress on Durability of Concrete under Fatigue and Environment Zhou yanxia1，Xie bo1 （CNNC Xinneng Nuclear Engineering Co．，Ltd，Taiyuan 030012，China） Abstract：Concrete structures such as bridges，highways，and offshore platforms experience the combined effects of loads and the environment in the actual service environment.This paper summarizes and analyzes the loading methods of fatigue，the effects of fatigue load on carbonation of concrete and chloride ion erosion，and points out issues that need further research and exploration. Key words：concrete；fatigue load；carbonation；chloride ion 引言近年来，随着我国城市化进程的不断推进及现代化不断发展，高铁、地铁、机场、道路、桥梁等工程建设迎来了高峰期。混凝土结构因其取材容易、性能稳定、耐火性能好等诸多优点而被广泛地应用上述工程。在实际服役过程中，此类混凝土结构不仅经历着环境作用（空气中CO2碳化作用、腐蚀性离子侵蚀、冻融作用等），同时还经历着循环往复的交通运输荷载（即疲劳荷载），在诸多作用下混凝土耐久性问题变得越来越突出。在疲劳荷载作用下，混凝土内部微裂缝不断萌生、扩展、汇合，直至混凝土试件失稳破坏。混凝土碳化及氯离子侵蚀均是CO2、Cl-1通过混凝土孔隙、裂缝进入内部并发生作用。处于海洋环境、除冰盐环境中的混凝土结构，在混凝土碳化、氯离子侵蚀与疲劳荷载耦合作用下，混凝土结构的耐久性性能会加剧劣化，直接关系到混凝土结构能否满足正常使用要求、能否达到预定的服役年限，甚至影响建筑结构的安全性[1]。鉴于公路、铁路、桥梁等混凝土结构在疲劳荷载和环境共同作用下，将导致混凝土结构耐久性退化和过早劣化，将造成严重的安全隐患和巨大的经济损失。本文将着重论述疲劳荷载与环境作用下混凝土的耐久性研究现状，并讨论需要进一步研究和探索的问题。 1.疲劳荷载的加载方式疲劳荷载可按照不同的方式进行加载，获得不同疲劳损伤程度混凝土试件用于研究。宋玉普[2，3]等通过自行改造的MTS疲劳试验机实现混凝土在定侧压下等幅和变幅抗压疲劳。杨健辉[4]等通过大连理工大学研制的大型三轴试验机实现混凝土试件在双向侧压作用下受拉疲劳。吕培印[5]基于室内试验，设计了在等幅和变幅疲劳荷载作用下混凝土的轴拉疲劳试验。易成[6]、石小平[7]、王晶[8]利用三分点加载的方式实现混凝土试件弯曲疲劳。 2.疲劳荷载对混凝土碳化的影响混凝土碳化是大气环境中的CO2气体通过混凝土内部孔隙、裂缝与混凝土中水化物发生化学反应的过程。疲劳荷载作用会造成混凝土内部产生更多的裂缝，促使裂缝和孔隙贯穿连通，为环境中CO2提供更多通道向混凝土内部扩散，所以疲劳荷载大小和形式一定会影响混凝土碳化性能。到目前为止，国内外学者对疲劳荷载作用下混凝土碳化性能研究已取得不少成果。胡刚等[9]通过对使用年限不同的实际工程结构在疲劳荷载作用下，对其耐久性性能退化问题进行了调查研究，研究了在疲劳荷载作用下混凝土碳化性能随时间变化的规律，结果表明，疲劳荷载加速了CO2在混凝土中的扩散能力，加快了混凝土碳化速率，同时也加剧了混凝土中钢筋锈蚀的程度。蒋金洋等[10]研究了疲劳荷载作用下超高程泵送钢纤维混凝土碳化性能，研究结果表明，疲劳荷载对混凝土碳化性能劣化存在临界值，一旦疲劳循环次数超过相应的临界值，SFRC试件的抗碳化性能就会随着疲劳次数的增加而降低。王晶等[8]研究了不同疲劳损伤度混凝土的耐久性性能变化规律，综合分析了疲劳损伤对相对动弹模、混凝土碳化深度、空气渗透性、裂缝等多方面的影响，研究结果表明，混凝土碳化深度随疲劳损伤度的增大而增大。 3.疲劳荷载对氯离子侵蚀的影响在实际工程中，处于海洋环境中或除冰盐环境中的混凝土结构，研究疲劳荷载作用下混凝土氯离子侵蚀性能具有重大的实际工程意义和理论研究价值。到目前为止，国内外学者对疲劳荷载作用下混凝土氯离子侵蚀性能已开展了不少研究。张武满等[13]研究了在抗压疲劳荷载作用下，GGBFS和SF对混凝土氯离子渗透性影响。分析表明，氯离子渗透速率随应力水平增高而增大；GGBFS掺量不大于30%、SF掺量不大于10%时，可有效抑制氯离子在混凝土中的渗透性速率。李炜等[14]采用轴向压缩疲劳加载方式，通过控制应力水平、加载循环次数，确定不同疲劳损伤度混凝土试件，研究了疲劳荷载对混凝土中氯离子扩散系数的影响。研究表明，混凝土中氯离子扩散系数随疲劳损伤的增加而增大，该规律在高应力水平下更为明显，但未给出定量表达式。孙培华[15]通过轴向压缩进行疲劳加载，对不同疲劳损伤程度混凝土进行了氯离子侵蚀试验。结果表明，在疲劳荷载下，氯离子的侵蚀速率和侵蚀深度明显提高，特别当疲劳荷载水平超过0.6fu时，氯离子的侵蚀速率和侵蚀深度显著提高。不足的是该研究未建立考虑疲劳荷载影响的氯离子扩散模型。 Saito等[16]研究了循环压缩荷载对混凝土氯离子侵蚀性能影响。分析得出，当循环压缩荷载水平大于60%时，混凝土中氯离子侵蚀速度显著增大；氯离子侵蚀速率随混凝土残余应变的增大而增大；但未提出定量公式。Xi等[17]利用微观监测方法，研究了轴心抗压疲劳与氯离子扩散交互作用下混凝土的氯离子传输性能，也得出了与Saito等[16]一致的结论。 Xiang等[18]利用数值模拟和可靠性分析方法，研究了不同疲劳损伤度混凝土氯离子扩散速率随时间变化规律，得出了以疲劳损伤度为

钢筋混凝土结构耐久性问题综合分析

广东建材２００５年第９期 “耐久性”是混凝土结构应具有的一项基本功能。混凝土结构因耐久性不足而未能达到设计使用年限就提前损坏，势必会造成重大经济损失和严重社会影响。经调查，我国已经使用３０～４０年的大量工业建筑，尤其露天工业建筑，几乎都进行了加固大修，甚至拆除重建；港口码头建筑一般只能使用不足２０年就因钢筋锈蚀严重而加固大修。在海边盐渍地上建设的房屋、厂房、地下建筑，甚至包括混凝土电线杆，使用不足１０年就严重破损或断裂。大量研究结果表明，钢筋混凝土结构破坏（失效）除自然灾害或意外事故外，其耐久性降低主要源于以下几个方面或其复合作用：钢筋腐蚀、混凝土碳化、冻融循环、碱－骨料反应、机械磨损、温湿度变化、腐蚀性化学品（硫化物、氯化物）等。笔者认为，钢筋混凝土结构耐久性降低的实质是其组成材料在使用过程中经受（抵抗）各种破坏因素的作用（破坏力）而未能保持其功能。结构耐久性性能降低都必然会体现在结构的基本材料即钢筋和混凝土上。本文试着从材料自身的角度出发，分析影响钢筋混凝土结构耐久性的因素。１钢筋 ⑴钢筋锈蚀。一般情况下，混凝土中的高碱性溶液（ＰＨ值一般在１２．５～１３．５之间）可以使钢筋表面形成一层惰性的水化氧化铁薄膜，该惰性薄膜可以阻止钢筋的锈蚀。当该保护层完整时，腐蚀就不会发生。通常，钢筋表面氧化铁薄膜的破坏主要有两个原因：一是因混凝土碳化，使钢筋混凝土结构保护层的ＰＨ值降低，进而破坏氧化铁薄膜；二是氯离子与氧离子的作用而破坏氧化铁薄膜。氧化铁薄膜破坏后，铁原子与水和氧气发生化学反应生成铁锈，包括Ｆｅ（ＯＨ）３、Ｆｅ（ＯＨ）２、Ｆｅ３Ｏ４ ?Ｈ２Ｏ、Ｆｅ２Ｏ３等，造成钢筋的锈蚀。 ⑵预应力钢筋的应力腐蚀。应力腐蚀是指金属和合金在腐蚀介质和拉应力的同时作用下引起的金属破裂。这种裂缝不仅可以沿着晶界发展，而且也可穿过晶粒。由于裂缝向金属内部发展，使金属结构的机械强度大大降低，严重时能使金属设备突然损坏。出现应力腐蚀的条件如下：存在一定的拉应力；金属本身对应力腐蚀具钢筋混凝土结构耐久性问题综合分析车龙兰罗嗣海（核工部东华理工学院３４４０００）孟少平（南京东南大学３３００２９）摘要：材料的耐久性是指材料与环境相互作用过程中的行为特征及其在时间上的反映，其耐久性必定会体现在结构的耐久性能上。本文从材料自身角度出发综合分析了钢筋混凝土结构耐久性降低的原因，并介绍了相应的防护措施。关键词：材料钢筋混凝土耐久性应该指出，当前有关耐久性的研究中，混凝土材料学和工程结构学常常是脱离的，对同一个问题的习惯思路往往有很大区别，甚至有时连定义都不相同。材料专家对材料劣化在结构上造成的后果常常难以分析，而工程结构专家不熟悉如何在材料上下工夫改善结构的耐久性。混凝土施工是运用混凝土材料实现设计意图的中间环节，同时也是混凝土材料生产过程的最终环节。因此，施工既是结构设计得到充分体现的必要保证，也是混凝土材料使用性能得以正常发挥的重要保证。由此看来，从事施工管理的工程师不仅要熟悉结构设计，也要十分熟悉混凝土材料，才能做好管理工作。目前，许多学者呼吁，混凝土技术的发展，需要既懂结构又懂材料的新型高级技术人才。混凝土科研人员必然要从事密切结合重大工程项目的研究，这些项目的完成又必须与设计和施工人员合作。值得指出的是，我国“九五”期间，重大科技攻关项目“重点工程混凝土安全性的研究”所取得的科技成果及经济效益，就是我国水泥混凝土材料方面的科研人员，通过跨行业的联合攻关而作出的贡献。材料学与工程学共同倡导的“混凝土安全性专家系统的研究”已在全国兴起。２１世纪的混凝土工程不仅要符合可持续性发展，而且需要安全性和耐久性。● !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 水泥与混凝土１９－－

钢筋混凝土结构的材料

5.方茴说：“那时候我们不说爱，爱是多么遥远、多么沉重的字眼啊。我们只说喜欢，就算喜欢也是偷偷摸摸的。” 6.方茴说：“我觉得之所以说相见不如怀念，是因为相见只能让人在现实面前无奈地哀悼伤痛，而怀念却可以把已经注定的谎言变成童话。” 7.在村头有一截巨大的雷击木，直径十几米，此时主干上唯一的柳条已经在朝霞中掩去了莹光，变得普普通通了。 8.这些孩子都很活泼与好动，即便吃饭时也都不太老实，不少人抱着陶碗从自家出来，凑到了一起。 9.石村周围草木丰茂，猛兽众多，可守着大山，村人的食物相对来说却算不上丰盛，只是一些粗麦饼、野果以及孩子们碗中少量的肉食。 1.“噢，居然有土龙肉，给我一块！” 2.老人们都笑了，自巨石上起身。而那些身材健壮如虎的成年人则是一阵笑骂，数落着自己的孩子，拎着骨棒与阔剑也快步向自家中走去。钢筋混凝土结构的材料钢筋混凝土结构设计计算原理承载力计算：受弯构件受压构件受拉构件受扭构件正常使用极限状态验算预应力混凝土结构一.材料 1.钢筋：力学性能软钢硬钢冷拉钢筋 1）重点掌握这三种钢材的力学性能。 2）软钢和硬钢的应力应变关系曲线有什么不同？它们各自强度设计值的依据是什么？ 3）钢筋混凝土结构对钢筋有哪些要求？ 4）为了节约钢材，常用冷拉或冷拔提高钢筋的强度，但冷拉只提高抗拉强度，冷拔可同时提高抗拉和抗压强度 2.混凝土强度变形受力变形短期重复荷载长期体积变形：收缩 1）立方体抗压强度作为评定混凝土强度等级的依据轴心抗压强度是结构计算的实用指标；轴心抗拉强度用来计算抗裂的指标。 2）影响立方体抗压强度的因素有哪些? 3）掌握混凝土短期的应力应变曲线。 4）徐变和收缩对结构造成的后果是什么？怎样解决？ 3.钢筋与混凝土的粘结 1）钢筋和混凝土之间的粘结力由什么组成？ 2）基本锚固长度与什么有关？ 3）钢筋的接长方法有哪几种？二钢筋混凝土结构设计计算原理 1）结构的功能要求（可靠性）有哪些？ 2）理解承载能力极限状态和正常使用极限状态意义 3）结构可靠的条件是什么？ 4）目标可靠指标的影响因素有哪些？ 5）荷载设计值与荷载标准值之间的关系是什么？ 6）材料设计值与材料标准值之间的关系是什么？

【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

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

钢筋混凝土结构期末复习重点

徐变：在长期荷载作用下，混凝土的变形随时间而增加，亦即在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间继续增长，这种现象称为混凝土的徐变。收缩：在混凝土凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间的推移而减小的现象称为收缩。松弛:钢筋受力后长度保持不变，钢材的应力随时间增长而降低的现象称为松弛。立方体抗压强度标准值（f cu,k）；柱体混凝土抗压强度标准值(f ck);混凝土抗拉强度标准值(f tk)。规定以每边边长为150mm的立方体为标准试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度为95%以上的潮湿空气中养护28d，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度值（以MPa为单位）作为混凝土的立方体抗压强度。结构的可靠性：结构的安全性、适用性和耐久性这三者总称为结构的可靠性。结构的可靠度的是指结构在规定时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。极限状态：当整体结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时,则此特定状态为该功能的极限状态。混凝土结构的耐久性:是指结构对气候作用、化学侵蚀、物理作用或任何其他破坏过程的抵抗能力。最小配筋率是少筋梁与适筋梁的界限。最大配筋率是适筋梁与超筋梁的界限配筋率。界限破坏:当钢筋混凝土梁的受拉区钢筋达到屈服应变εy而开始屈服时，受压区混凝土边缘也同时达到其极限压应变εcu而破坏，此时被称为界限破坏。张拉控制应力是指预应力钢筋锚固前张拉钢筋的千斤顶所显示的总拉力除以预应力钢筋截面积所求得的钢筋应力值。预应力度:为由预加应力大小确定的消压弯矩Mo与外荷载产生的弯矩Ms的比值。预应力混凝土:就是事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，且其数值和分布恰好能将使用荷载产生的应力抵消到一个合适程度的配筋混凝土。作用:使构件不致开裂或推迟开裂或减小裂缝开展的宽度。换算截面：将整个截面换算为单一材料组成的混凝土截面(或钢截面)，通常将这种换算后的截面称为换算截面。纵向弯曲系数：把长柱失稳破坏时的临界压力与短柱压坏时的轴心压力的比值，叫纵向弯曲系数。疲劳强度：对于桥梁结构，通常要求能承受200万次以上的反复荷载并不得产生破坏，以此作为混凝土疲劳强度的f f c标准，一般取f f c≈0.5f c。作用的代表值是指结构或结构构件设计时,针对不同设计目的所采用的各种作用规定值,包括标准值、准永久值、频遇值。作用是指使结构产生内力、变形、应力和应变的所用原因，它分为直接作用和间接作用。公路桥涵结构上的作用分类：永久作用、可变作用、偶然作用。永久作用:在设计使用期内,其量值不随时间变化,或其变化与平均值相比可忽略不计的作用。全梁承载力校核根据：弯矩包络图、承载能力图。裂缝的种类分为：正常裂缝或荷载裂缝、非正常裂缝或非荷载裂缝。锚具的分类：依靠摩阻力锚固的锚具、依靠承压锚固的锚具、依靠黏结力锚固的锚具。混凝土的变形分为两类:一类是在荷载作用下的受力变形(单调短期荷载作用、重复荷载作用变形、长期荷载作用变形)；另一类是不受力变形。结构的功能：安全性、适用性、耐久性.。极限状态分为：承载能力极限状态、正常使用极限状态。加筋混凝土结构的分类按照预应力度分为：全预应力混凝土结构、部分预应力混凝土结构和钢筋混凝土结构等三种结构。超筋截面应采取的措施：提高混凝土级别；修改截面尺寸；改用双筋截面等措施重新设计。钢筋混凝土受弯构件正截面的工作分为：整体工作阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段三个阶段。钢筋按加工方法分为：热轧钢筋、精轧螺纹钢筋、碳素钢丝。钢筋的强度与变形：钢筋的拉伸应力应变曲线分为有明显流幅的和没有明显流幅的。钢筋混凝土轴心受压构件按照箍筋的功能和配置方式的不同可分为两种：1）配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件（普通箍筋柱）。2）配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件（螺旋箍筋柱）。普通箍筋柱设置纵向钢筋的目的：(1) 协助混凝土承受压力，可减少构件截面尺寸；(2) 承受可能存在的不大的弯矩；(3) 防止构件的突然脆性破坏. 钢筋混凝土受弯构件正截面破坏形态有哪些？有何特征？（1）适筋梁破坏——塑性破坏。特点是当荷载增加到一定程度后，受拉钢筋首先屈服，然后受压混凝土被压碎，属塑性破坏。（2）超筋梁破坏——脆性破坏。特点是裂缝一旦出现，即很快形成临界斜裂缝，并迅速延伸至梁顶，使混凝土裂通，梁被拉断而破坏，属脆性破坏。（3）少筋梁破坏——脆性破坏。特点是随着荷载的增加，受压混凝土首先被压碎，受拉钢筋未屈服，属脆性破坏。钢筋和混凝土能够有效的结合在一起共同工作的主要是由于:(1)混凝土和钢筋之间有着良好的黏结力,使钢筋和混凝土能可靠的结合成一个整体,在荷载作用下能够很好的共同变形,完成其结构功能。（2）钢筋和混凝土的温度线膨胀系数也较为接近，因此当温度变化时不致产生较大的温度应力而破坏两者之间的黏结。（3）混凝土包围在钢筋的外围，起着保护钢筋免遭锈蚀的作用，保证了钢筋与混凝土的共同作用。钢筋混凝土受弯构件斜截面的破坏形态有哪些？有何特征？（1）剪压破坏；特点是：当荷载增加到一定程度后，构件上先出现的垂直裂缝和细微的倾斜裂缝，发展形成一根主要的斜裂缝，称为“临界斜裂缝”，属塑性破坏。条件：多见于剪跨比为1≤m≤3的情况下。措施：按计算配腹筋。（2）斜拉破坏：特点是：斜裂缝一出现，即很快形成临界斜裂缝，并迅速延伸到集中荷载作用点处，使混凝土裂开，梁斜向倍拉断而破坏，属脆性破坏。条件：这种破坏发生在剪跨比较大（m>3）时。措施：控制腹筋最少用量。（3）斜压破坏；特点是：随着荷载的增加，梁腹被一系列平行的斜裂缝分割成许多倾斜的受压柱体，这些柱体最后在弯矩和剪力的复合作用下被压碎，属脆性破坏。条件：剪跨比较小（m<1）时。措施：控制最小截面。钢筋混凝土适筋梁正截面受力全过程可划分为几个阶段？每个阶段受力主要特点是什么？答：钢筋混凝土适筋梁正截面受力全过程可划分为三个阶段：(1.)第Ⅰ 阶段：整体工作阶段：梁混凝土全截面工作，混凝土的压应力和拉应力都基本呈三角形分布。纵向钢筋承受拉应力。混凝土处于弹性工作阶段，即应力与应变成正比。第Ⅰ阶段末：混凝土的压应力基本上仍是三角形分布。受拉边缘混凝土的拉应变临近抗拉极限应变，拉应力达到混凝土抗拉强度，表示裂缝即将出现。（2）第Ⅱ阶段：荷载作用弯矩达到开裂弯矩后，在梁混凝土抗拉强度最弱截面上出现了第一条裂缝。这时在有裂缝的截面上，拉区混凝土退出工作，把它原承担的拉力转给了钢筋，发生了明显的应力重分布。钢筋的拉应力随荷载的增加而增加；混凝土的压应力不再是三角形分布，而形成微曲的曲线形，中性轴位置向上升高。第Ⅱ阶段末：钢筋拉应变达到屈服时的应变值，钢筋屈服。（3）第Ⅲ阶段：钢筋的拉应变增加很快，但钢筋的拉应力一般仍维持在屈服强度不变。这时，裂缝急剧开展，中性轴继续上升，混凝土受压区不断缩小，压应力也不断增大，压应力图成为明显的丰满曲线形。第Ⅲ阶段末：压区混凝土的抗压强度耗尽，在临近裂缝两侧的一定区域内，压区混凝土出现纵向水平裂缝，随即混凝土被压碎，梁截面破坏。短柱的破坏是一种材料破坏，即混凝土压碎破坏。长柱的破坏来得比较突然，导致失稳破坏。影响受弯构件斜截面抗剪能力的主要因素：剪跨比、混凝土抗压强度、纵向钢筋配筋率、配筋率和箍筋强度。钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算的基本假定有哪些？答：受弯构件正截面承载力计算的基本假定有：（1）构件变形符合平截面假定（2）不考虑混凝土的抗拉强度（3）材料应力-应变物理关系①混凝土的应力-应变曲线，采用的是由一条二次抛物线及水平线组成的曲线②钢筋的应力-应变曲线采用简化的理想弹塑性应力-应变关系；（4）混凝土压应力的分布图形取等效矩形应力图。矩形截面偏心受压构件正截面强度计算的基本假定是什么？（1）截面应变分布符合平截面假定（2）不考虑混凝土抗拉强度（3）受压区混凝土的极限压应变，强度等级C50及以下时取εcu=0.0033，C80时取0.003，中间按内插法确定（4）混凝土压应力图形为矩形，应力集度为f cd，矩形应力图高度x=βx0，受压较大的钢筋应力取f’sd.（5）受拉边的钢筋应力。正截面强度计算的基本假定？（1）截面应变分布符合平截面假定（2）不考虑混凝土的抗拉强度（3）受压区混凝土的极限压应变，强度等级C50及以下时取ε cu =0.0033，C80时取0.003，中间按内插法确定（4）混凝土压应力图形为矩形，应力集度为fcd，矩形应力图高度X=βX0（5）钢筋的应力视为理想的弹塑性体，各根钢筋的应力根据应变确定。斜截面抗剪承载力验算的截面位置的确定:(1)距支座中心h/2处的截面（2）受拉区弯起钢筋起点处的截面，以及锚于受拉区的纵向主筋开始不受力处的截面（3）箍筋数量或间距改变处的截面（4）受弯构件腹板宽度改变处的截面。影响裂缝宽度的因素有哪些？（1）受拉钢筋应力：在使用荷载作用下的受拉钢筋应力与最大裂缝宽度为线性关系。（2）受拉钢筋直径：裂缝宽度随直径而变化，最大裂缝宽度与直径近似于线性关系。（3）受拉钢筋配筋率：裂缝宽度随受拉钢筋配筋率增加而减小，当配筋率接近某一数值时，裂缝宽度接近不变。（4）混凝土保护层厚度：保护层越厚，裂缝间距越大也越宽，有害物质也越难入侵，钢筋越不容易被锈蚀。（5）受拉钢筋粘结特征：钢筋与混凝土间的粘结力对裂缝开展存在一定的影响。（6）长期或重复荷载的影响：构件的平均及最大裂缝宽度随荷载作用时间的延续，以逐渐减低的比率增加。（7）构件形状的影响：具有腹板的受弯构件抗裂性能比板式受弯构件稍好。试述钢筋混凝土梁内钢筋的种类、作用。答：（1）纵向受力钢筋：承受拉力或压力；（2）箍筋：箍筋除了帮助混凝土抗剪外,在构造上起着固定纵向钢筋位置的作用，并与纵向钢筋、架立钢筋等组成钢筋骨架。（3）弯起钢筋：抗剪；（4）架立钢筋：架立箍筋、固定箍筋的位置，形成钢筋骨架。（5）水平纵向钢筋：水平纵向钢筋的作用主要是在梁侧面发生裂缝后,减小混凝土裂缝宽度。简述钢筋预应力损失的估算？答：1）预应力筋与管道壁间摩擦引起的应力损失（σl1）2）锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失（σl2）3）钢筋与台座间的温差引起的应力损失（σl3）4）混凝土弹性压缩引起的应力损失（σl4）5）钢筋松弛引起的应力损失（σl5）6）混凝土收缩和徐变引起的应力损失（σ l6）。先张法：23456 后张法：12456. 什么是先张法、后张法？简述其施工方法及主要设备？（1）先张法，即先张拉钢筋，后浇筑构件混凝土的方法。先在张拉台座上，按设计规定的拉力张拉预应力钢筋，并进行临时锚固，再浇筑构建混凝土，待混凝土达到要求强度后，放张，让预应力钢筋的回缩，通过预应力钢筋与混凝土间的粘结作用，传递给混凝土，使混凝土获得预应压力。（主要设备：张拉台座、张拉千斤顶、临时锚具）。（2）后张法是先浇筑构件混凝土，待混凝土结硬后，再张拉预应力钢筋并锚固的方法。先浇筑构件混凝土，并在其中预留孔道，待混凝土达到要求强度后，将预应力钢筋穿入预留的孔道内，将千斤顶支承于混凝土构件端部，张拉预应力钢筋，使构件也同时受到反力压缩。待张拉到控制拉力后，即用特制的锚具将预应力钢筋锚固于混凝土构件上，使混凝土获得并保持其预压应力。最后，在预留孔道内压注水泥浆，以保护预应力钢筋不致锈蚀，并使预应力钢筋与混凝土粘结成为整体。（主要设备：制孔器、穿束机、千斤顶、锚具、压浆机）。后张法是靠工作锚具来传递和保持预加应力的；先张法是靠粘结力来传递并保持预加应力的。结构的功能:所有工程结构在设计时，必须符合安全可靠、适用耐久、经济合理的要求。（1）安全性。在规定期限和正常状况下，结构能承受可能出现的各种作用，在偶然事件发生时，结构发生局部损坏但不至于整体破坏和连续倒塌，仍能整体稳定。（2）适用性。在正常使用下，结构具有良好的工作性能，结构不发生过大的变形或震动。（3）耐久性。在正常维护状况下，材料性能随时间变化，但结构仍能满足预订的功能要求。构件不出现过大的裂缝，在生物和化学作用下，不导致失效。混凝土加钢筋后结构性能变化：1.大大提高机构的承载力2.结构的受力性显著改善钢筋混凝土结合工作原因：1.钢筋和混凝土存在良好的粘结力，荷载作用下，可以保证两种材料协调变形，共同受力2.具有相同温度线膨胀系数，不会发生过大的变形而导致两者间的粘黏性破坏钢筋混凝土优点： 1承耐能力能力相对较高。省钢材 2.耐久性好，耐火 3.可模型好，便与结构形式的实现 4.整体性好，刚度大 5.就地性好经济性好缺点：自重大，抗裂性差，施工工期长，工艺复杂，受环境限制

混凝土结构的腐蚀及防腐措施

混凝土结构一直被认为是一种节能、经济、用途极为广泛的人工耐久性材料,是目前应用较为广泛的结构形式之一.但随着结构物的老化和环境污染的加剧,其耐久性问题越来越引起国内外广大研究者的关注.由于勘察、设计、施工及使用过程中多因素影响,很多混凝土结构都先后出现病害和劣化,使结构出现了各种不同程度的隐患、缺陷或损伤,导致结构的安全性、适用性、耐久性降低,最终引起结构失效,造成资金的巨大浪费.从国外情况来看[1],美国与钢筋腐蚀有关的损失占总腐蚀的40%;前苏联工业建筑的腐蚀损失占工业固定资产的16%,仅混凝土和钢筋的腐蚀损失占GDP的1·25%; 1999年,澳大利亚公布的腐蚀损失为GDP 的4.2%.除此之外,北欧、英国、加拿大、印度、日本、韩国及海湾地区等不少国家都存在以基础结构设施为主的腐蚀.中国面临的问题同样很严峻.根据中国工程院2001~2003年《中国工业和自然环境腐蚀调查与对策》中的统计, 1998年中国建筑部门(包括公路、桥梁建筑)的腐蚀损失为1000亿人民币[2].近年来,中国建筑行业的发展速度突飞猛进,一批批建筑物拔地而起,但钢筋混凝土基础的耐久性问题也逐渐暴露出来.所以,重视和加强钢筋混凝土基础结构的腐蚀性与防腐措施的研究已迫在眉睫. 1 腐蚀机理分析 1·1 混凝土的腐蚀机理混凝土的腐蚀是一个很复杂的物理的、物理化学的过程.由于混凝土腐蚀机理的复杂性,对混凝土腐蚀的分类还没达成一个共同的认识,但一般都倾向于采用前苏联学者B·M.莫斯克文为代表所提出的分类方法[3].将混凝土的腐蚀分为3类:溶蚀性腐蚀、某些盐酸溶液和镁盐的腐蚀、结晶膨胀型腐蚀. 所以,混凝土的腐蚀机理可从以下3类入手:物理作用、化学腐蚀、微生物腐蚀. 1·1·1 物理作用物理作用是指在没有化学反应发生时,混凝土内的某些成分在各种环境因素的影响下,发生溶解或膨胀,引起混凝土强度降低,导致结构受到破坏.物理作用主要包括2类:侵蚀作用和结晶作用. (1)侵蚀作用:当环境中的侵蚀性介质(如地下软水,河流、湖泊中的流水)长期与混凝土接触时,将会使混凝土中的可溶性成分(如Ca(OH)2)溶解.在无压力水的环境下,基础周围的水容易被溶出的Ca(OH)2饱和,使溶解作用终止.侵蚀作用仅仅发生在混凝土表面,影响不大.但在

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

钢筋混凝土材料的力学性能复习题

第一章钢筋混凝土的材料力学性能一、填空题： 1、《混凝土规范》规定以强度作为混凝土强度等级指标。 2、测定混凝土立方强度标准试块的尺寸是。 3、混凝土的强度等级是按划分的，共分为级。 4、钢筋混凝土结构中所用的钢筋可分为两类：有明显屈服点的钢筋和无明显屈服点的钢筋，通常称它们为和。 5、钢筋按其外形可分为、两大类。 6、HPB300、 HRB335、 HRB400、 RRB400表示符号分别为。 7、对无明显屈服点的钢筋，通常取相当于于残余应变为时的应力作为名义屈服点，称为。 8、对于有明显屈服点的钢筋，需要检验的指标有、、、等四项。 9、对于无明显屈服点的钢筋，需要检验的指标有、、等三项。 10、钢筋和混凝土是两种不同的材料，它们之间能够很好地共同工作是因为、、。 11、钢筋与混凝土之间的粘结力是由、、组成的。其中最大。 12、混凝土的极限压应变cu ε包括和两部分，部分越大，表明变形能力越，越好。 13、钢筋的冷加工包括和，其中既提高抗拉又提高抗压强度。 14、有明显屈服点的钢筋采用强度作为钢筋强度的标准值。 15、钢筋的屈强比是指，反映。二、判断题： 1、规范中，混凝土各种强度指标的基本代表值是轴心抗压强度标准值。（） 2、混凝土强度等级是由一组立方体试块抗压后的平均强度确定的。（） 3、采用边长为100mm 的非标准立方体试块做抗压试验时，其抗压强度换算系数为 0.95。（） 4、采用边长为200mm 的非标准立方体试块做抗压试验时，其抗压强度换算系数为 1.05。（） 5、对无明显屈服点的钢筋，设计时其强度标准值取值的依据是条件屈服强度。（） 6、对任何类型钢筋，其抗压强度设计值y y f f '=。（）