混凝土结构耐久性设计方法PPT课件
混凝土结构耐久性设计
混凝土结构耐久性设计耐久性设计内容：1、确定结构所处的环境类别；2、提出对混凝土材料的耐久性要求；3、确定构件中钢筋的混凝土保护层厚度；4、不同环境条件下的耐久性技术措施；5、提出结构使用阶段的检查和维护要求；注：对临时性的混凝土结构，可不考虑混凝土耐久性要求。
表二：设计使用年限为50年的混凝土结构材料耐久性基本要求注：处于严寒和寒冷地区二b、三a类环境中的混凝土应使用引气剂，并可采用括号中的有关参数。
表三：设计使用年限为100年的混凝土结构要求表四：使用年限为50年的混凝土结构，最外层钢筋的混凝土保护层最小厚度且不应小于40mm。
表五：使用年限为100年的混凝土结构，最外层钢筋的混凝土保护层最小厚度不同环境条件下的耐久性技术措施：1 预应力混凝土结构中的预应力筋应根据具体情况采取表面防护、孔道灌浆、加大混凝土保护层厚度等措施，外露的锚固端应采取封锚和混凝土表面处理等有效措施；2 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；3 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；4 处于二、三类环境中的悬臂构件宜采用悬臂梁-板的结构形式，或在其上表面增设防护层；5 处于二、三类环境中的结构构件，其表面的预埋件、吊钩、连接件等金属部件应采取可靠的防锈措施，对于后张预应力混凝土外露金属锚具，其防护要求见《混规》第10．3．13条；6 处在三类环境中的混凝土结构构件，可采用阻锈剂、环氧树脂涂层钢筋或其他具有耐腐蚀性能的钢筋、采取阴极保护措施或采用可更换的构件等措施。
使用阶段的检查和维护要求：1 建立定期检测、维修制度；2 设计中可更换的混凝土构件应按规定更换；3 构件表面的防护层，应按规定维护或更换；4 结构出现可见的耐久性缺陷时，应及时进行处理。
混凝土结构的耐久性设计
四、混凝土结构耐用久性设计
当结构和结构构件受到多种、复杂环境类别共 同作用时，应分别满足每种环境类别单 独作用下的 耐久性要求。
不同类型环境下的结构构件，混凝土耐久性评 价指标的选取宜参考表 4.5.4。氯离子 含量、碱含 量、抗渗等级、含气量、气泡间隔系数、抗冻耐久 性指数、抗碱-骨料反应能力、耐磨蚀性能的要求应 符合《公路工程混凝土结构耐久性设计细则》（在 编）相关规定。裂缝宽度、保护层厚度应满足 规范 要求。
《结构设计原理》课件
013、混凝土结构的耐久性设计
一、混凝土结构的耐久性
混凝土结构的耐久性是指结构对气候变化、化学 侵蚀、物理作用或任何其它破坏过程的抵抗能力。
混凝土结构耐久性问题的表现： ◎混凝土的损伤：裂缝、破碎、酥裂、磨损、溶蚀等。 ◎钢筋的锈蚀、脆化、疲劳、应力腐蚀。 ◎钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的削弱。
二、影响混凝土结构耐久性的因素 1、影响混凝土耐久性的因素 ☆ 混凝土的碳化 ☆ 化学侵蚀 ☆ 碱集料反应 ☆ 冻融破坏 ☆ 温度变化的影响 2、钢筋的腐蚀及其对结构耐久性的影响
三、混凝土结构耐用久性设计原则 混凝土桥梁结构的耐久性取决于混凝土材料自身特
性和结构的使用环境，与结构设计、施工及养护管理密 切相关。
四、混凝土结构耐用久性设计 不同环境类别下，钢筋混凝土及预应力混凝土构件
的混凝土强度等级不应低于表4.5.5 的要求。 注：承台、桩基础不受此规定限制。
结构混凝土耐久性的基本要求
环
境 类
环境条件
型
Ⅰ 温暖或寒冷地区的大 气环境；与无侵蚀的水或 土接触的环境
最大 水泥
比
0.55
最小水 泥用量
275
➢提出对混凝土材料选控要求（适宜的原材料、合理的 配合比、适当的耐久性指标）， 以确保混凝土的耐久 性；
混凝土结构耐久性设计方法
混凝土结构耐久性设计方法混凝土结构耐久性设计方法在现代建筑工程中，混凝土是一种常见的结构材料，其广泛应用，可归功于其优良的耐久性能。
为确保混凝土结构的长期使用寿命和安全性，耐久性设计方法成为设计师和工程师不可忽视的重要环节。
本文将从深度和广度两个方面探讨混凝土结构耐久性的设计方法。
深度分析1. 耐久性评估：在混凝土结构的设计中，首先需要进行耐久性评估。
这涉及考虑结构所处的环境条件、使用目的和结构材料等因素的影响。
通过评估混凝土结构所受到的湿度、温度、化学物质腐蚀和机械荷载等外部因素，可以确定结构需要具备的耐久性能。
2. 材料选择：混凝土结构的耐久性与所采用的混凝土材料密切相关。
合理选择适应环境要求的混凝土材料，如使用低碱度水泥、添加耐久性控制剂和优化配合比等，有助于提高混凝土结构的耐久性。
3. 构造设计：构造设计是混凝土结构耐久性设计的关键环节。
合理的结构布局、剪力墙和梁柱的配置等可以提供足够的抗震和抗荷载能力，从而提高结构的耐久性。
4. 维护和保养：混凝土结构的耐久性设计并不仅仅停留在结构的初期设计阶段，还需要考虑结构的长期维护和保养。
定期检查、修补和保护混凝土结构可以延长其使用寿命，减少维修和更换的成本。
广度探讨1. 深入讨论环境因素：环境因素对混凝土结构的耐久性具有重要影响。
湿度和温度变化会导致混凝土的体积变化，从而引起开裂和损坏。
化学物质的侵蚀会导致混凝土的腐蚀和脱落。
通过研究和了解不同环境条件下混凝土结构的耐久性行为，可以提供指导设计和保护措施的依据。
2. 耐久性控制剂的应用：为提高混凝土结构的耐久性，耐久性控制剂的选择和应用变得越来越重要。
使用耐久性控制剂可以减少混凝土与环境中的化学物质的反应，防止腐蚀和脆化。
3. 整体性能设计：混凝土结构的设计应该从整体性能的角度出发，而不仅仅关注单个构件的耐久性。
整体性能设计可以通过强度设计、抗裂性设计和变形控制等方面进行综合考虑，提高结构的耐久性和稳定性。
第三章 混凝土结构的耐久性设计
二,混凝土结构耐久性设计原则
混凝土桥梁结构的耐久性取决于混凝土材料的自身特性和结 构的使用环境,与结构设计,施工及养护管理密切相关.综 合国内外研究成果和工程经验,一般是从以下三个方面解决 混凝土桥梁结构的耐久性: (1)采用高耐久性混凝土,增强混凝土的密实度,提高混 凝土自身抗破损能力; (2)加强桥面排水和防水层设计,改善桥梁的环境作用条 件; (3)改进桥梁结构设计,其中包括加大混凝土保护层厚度 ;加强构造钢筋,防止控制裂缝发展;采用具有防腐保护的 钢筋(例如:体外预应力筋,无粘结预应力筋,环氧涂层钢 筋等).
一,混凝土结构的耐久性
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.由于混凝土的缺 陷(例如裂隙,孔道,汽泡,孔穴等),环境中的水及侵 蚀性介质就可能渗入混凝土内部,产生碳化,冻融,锈蚀 作用而影响结构的受力性能.并且结构在使用年限内还会 受到各种机械物理损伤(腐损,撞击等)及冲刷,溶蚀, 生物侵蚀的作用.混凝土结构的耐久性问题表现为:混凝 土损伤(裂缝,破碎,酥裂,磨损,溶蚀等);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 锚固作用的削弱等三个方面.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,则会降低结构安 全度,成为发生事故的隐患,影响结构的使用寿命.
影响混凝土结构耐久性的因素十分复杂,主要取决于以下四 个方面: (1)混凝土材料的自身特性; (2)混凝土结构的设计与施工质量; (3)混凝土结构所处的环境条件; (4)混凝土结构的使用条件和防护措施. 混凝土材料的自身特性和结构的设计与施工质量是决定其耐 久性的内因.混凝土的材料组成,如水灰比,水泥品种和 数量,骨料的种类与级配都直接影响混凝土结构的耐久性. 混凝土的缺陷(例如裂缝,气泡,空穴等)都会造成水分 和侵蚀性物质渗入混凝土内部,与混凝土发生物理化学作 用,影响混凝土结构的耐久性.
受弯构件设计—混凝土结构的耐久性(结构设计)
设计使用年限
2. 保证耐久性的措施
（1） 规定最小保护层厚度；
（2）满足混凝土的基本要求；控制最大水灰比、最小水 泥用量、最低强度等级、最大氯离子含量以及最大碱 含量。
（3）裂缝控制：一级：严格要求不出现裂缝的构件；二 级：一般要求不出现裂缝的构件；三级：允许出现裂 缝的构件。
（4）其他措施 ✓ 对环境较差的构件，宜采用可更换或易更换的构件； ✓ 对于暴露在侵蚀性环境中的结构和构件，宜采用带肋
环氧涂层钢筋，预应力钢筋应有防护措施。 ✓ 采用有利提高耐久性的高强混凝土。
随着时间推移，结构耐久性损伤的积累与发展导致混凝 土结构耐久性下降，严重时会导致结构的安全性降低，甚至 破坏。
根据国内外广泛的现场调查资料及研究，桥梁混凝土结 构和构件耐久性损伤现象主要是钢筋锈蚀和混凝土的劣化。
混凝土结构耐久性损伤产生原因
混凝土结构耐久性损伤产生原因
内部因素
混凝土的强度、密实度、 水泥用 量、水灰比、氯离子及碱含量、
混凝土结构耐久性与耐久性损伤现象
结构功能
安全性 适用性 耐久性
具有足够的承载力和变形 能力
在使用荷载下不产生过大 的裂缝和变形
在一定时期内维持其安全 性和适用性的能力
混凝土结构的耐久性是指在正常维护条件下，在预计 的使用时间内，在指定的工作环境中保证结构满足既定的 功能要求。
所谓正常维护，是指不因耐久性问题而花过高的维修 费用。
预计设计使用时间亦即设计使用寿命。耐久性设计的 目标是要保证结构的设计使用寿命。
问题的提出：大量的钢筋混凝土结构的提前 失效，达不到规定的服役年限。
混凝土结构在自然环境和使用条件下，随着时间的 推移，材料逐渐老化和结构性能劣化、出现损伤甚至损 坏，是一个不可逆的过程。它不是直接由力学因素引起 的。是物理化学作用的结果，继而影响到建筑物的使用 功能和结构的承载力，最终影响整个结构的安全。我们 把造成混凝土材料劣变或整体性受损的这种现象，称之 为混凝土结构耐久性损伤。
混凝土结构桥梁的耐久性设计
混凝土结构桥梁的耐久性设计随着城乡建设的不断发展，城市桥梁和公路桥梁的负荷越来越重，造成混凝土结构桥梁的不同程度的损坏；在设计和施工过程中不注重细部结构的设计也是造成桥梁耐久性的一个很重要的因素，这些问题的存在严重影响了桥梁的使用寿命，因而从多方面对混凝土结构的耐久性设计的分析和研究是非常必要的。
1 混凝土结构耐久性不足的主要原因1.1 工程设计的耐久性标准低结构设计规范主要考虑荷载作用下的结构安全性，环境作用下的耐久性设计处于次要的地位，有很多指标都是定性的规定，在一些细部构造设计方面存在一定的漏洞。
规范中没有设计寿命和耐久性设计的明确要求。
规范在耐久性设计方面不能随着今年来水泥的性能、施工条件、环境条件的巨大转变而与时俱进。
1.2 工程施工过程中片面的追求施工进度由于混凝土强度等级的提高和施工进度的加快，实际耐久性质量大幅度下降。
在一些桥梁的混凝土施工中添加的早强剂，使其内部结构和后期强度发展不良，易开裂，耐久性降低。
养护不良使表层混凝土的抗渗性成倍降低，使钢筋开始锈蚀的年限成倍缩小。
1.3 在桥梁运营过程中缺少正常的检测和维修结构耐久性需要有正确使用和正常检测与维修相配合。
重新建、轻维修是桥梁建设管理工作中重大缺陷，对于基础设施工程，应在设计中进行结构全寿命经济分析与评价，只有适当加大初始投资费用，强化结构耐久性，才是经济有效的途径。
2 混凝土结构耐久性设计的主要内容2.1 混凝土材料的选择混凝土应选用低水化热、低C3A 含量、偏低含碱量的水泥。
混凝土的骨料宜选用坚固耐久的洁净骨料，重视粗骨料级配及粒形，可以将适量引起作为常规手段，宜采用偏低的用水量并限制单方混凝土中水泥材料低和高用量，尽可能降低水泥材料中的硅酸盐水泥用量。
2.2 上部结构细部设计①桥面铺装。
桥面铺装是桥梁与车辆直接接触的部件，也是桥面排水的第一道防线。
桥面铺装一方面承受着汽车的冲击碾压剪切作用，另一方面又承受着主梁传递的反复应力和挠变，经常出现早期损坏，进而破坏桥面防水系统，终导致主梁受桥面水影响而腐蚀主筋，铺装混凝土逐渐与主梁剥离，削弱了主梁的受力性能，影响了整个结构的安全性和耐久性。
《混凝土结构的耐久》课件
耐久性是确保建筑结构安全性的基础，反之，不良的耐久性能导致结构病害及结构安全事故 的发生。
混凝土结构的环境及损害机理
环境因素
混凝土结构受到的环境因素包括 温度、湿度、大气有害气体等， 这些都会对混凝土结构造成不同 的损害。
损害机理
混凝土结构的主要损害机理包括 碳化、氯盐侵蚀、渗水等，这些 损害将加速结构的老化病害，缩 短使用寿命。
维修和保养
及时的维修和保养可以延长混凝 土结构的使用寿命，增加结构的 耐久性。
提高混凝土结构耐久性的方法
1 பைடு நூலகம்术措施
混凝土配合比设计、加强维护、提高施工质 量等技术措施可以有效地提高混凝土结构的 耐久性。
2 材料措施
高性能混凝土、新型混凝土添加剂、贴面材 料和复合材料等可以提高混凝土结构的力学 性能和耐久性。
混凝土结构的耐久性的影响因素
设计
• 混凝土配合比设计 • 技术方案 • 施工规范
原材料质量
• 水泥 • 骨料 • 混凝土添加剂
环境因素
• 温度和湿度 • 大气污染 • 海侵作用等
混凝土结构耐久性提升的实际案例
嘉陵江大桥
新型混凝土添加剂则提高了混凝 土强度和耐久性，在加快施工进 度的同时，保证了桥梁的使用寿 命。
《混凝土结构的耐久》 PPT课件
本课件将介绍混凝土结构的耐久性及其重要性，以及提高耐久性的方法和评 估标准。
概述
什么是耐久性？
耐久性是指材料或结构在预定服务时间内，能够不断地保持预期性能的能力。
混凝土结构的耐久性重要性
混凝土结构的寿命与使用安全密切相关，结构耐久性是设计、建造、使用混凝土结构的重要 考虑因素之一。
混凝土结构耐久性评估
2024版水泥混凝土试验方法ppt课件
试验步骤
将混凝土拌合物分三层装入坍落度筒内， 每层用捣棒插捣25次。
扩展度试验
试验步骤
试验目的：测定水泥混凝土的扩 展度，以评估其流动性和可泵送 性。
将混凝土拌合物装入扩展度试验 仪的截头圆锥形容器内，直至与 容器上口边缘齐平。
提起截头圆锥形容器，使混凝土 在自重作用下自由扩展。
抗冻性能试验
试验目的
测定水泥混凝土的抗冻性能，评 价其在冻融循环作用下的耐久性。
试验方法
采用快冻法或慢冻法进行试验， 将试件置于冻融循环试验机中， 进行多次冻融循环，观察并记录 试件的外观变化和质量损失情况。
试验结果评定
根据试件外观变化和质量损失情 况，评定其抗冻等级。
收缩性能试验
试验目的
测定水泥混凝土的收缩性 能，评价其在干燥过程中 的变形情况。
特点
具有较高的抗压、抗拉、抗弯强度， 良好的耐久性，可塑性强，原料来 源广泛，成本低廉。
水泥混凝土的应用
01
02
03
土木工程
广泛应用于房屋、道路、 桥梁、隧道、堤坝等土木 工程中。
水利工程
用于水库、大坝、水渠等 水利设施的建设。
海洋工程
适用于海上平台、码头、 防波堤等海洋工程的建设。
水泥混凝土的性能要求
按照标准方法制作尺寸为 150mm×150mm×300mm的棱柱 体试件，并确保养护条件符合规范要 求。
试验过程
将试件放置在试验机的下压板上，保 持其轴心受压，以规定的速率连续均 匀地加荷，直至试件破坏。
试验设备
使用压力试验机进行加载，确保加载 速率和控制系统满足精度要求。
结果处理 记录破坏荷载和变形数据，并计算轴 心抗压强度。
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Durability of Concrete & Concrete Structure
混凝土结构耐久性设计方法
混凝土与混凝土结构耐久性原理
基于以上破损状态的确立，本章主要介绍 如
下三种耐久性设计方法： 1）以破损状态t1或t2为极限状态的混凝土
结构寿命设计方法。
2）以破损状态t3为极限状态的混凝土结构
基于状态控制的耐久性设计体系 破损极限状态
中 南
环 境 作 用
寿状 可 命态 修 设控 复 计制 设
计
构 造 设 计
材耐
料 制 备
久 性 状 态
大
设监
学
与使用阶段的极限状态关联计
控 设
计
Durability of Concrete & Concrete Structure
混凝土结构耐久性设计体系的提出混凝土与混凝土结构耐久性原理
5、混凝土结构耐久性设计方法
1
Durability of Concrete & Concrete Structure
混凝土结构耐久性设计方法
混凝土与混凝土结构耐久性原理
混凝土结构的寿命： • 技术性适用寿命，是结构使用到某种技术指标（如 结构整体性、承载力等）进入不合格状态时的期限，这 种状态可因混凝土剥落、钢筋锈蚀引起。 • 功能性使用寿命，与使用功能有关，是结构使用到 不再满足功能实用要求的期限。如桥梁的行车能力已不 能适应新的需要、结构的用途发生改变等。 • 经济性使用寿命，是结构物使用到继续维修保留已
t2
t1
结构的设计寿命 长
结构破损状态选择
t2
t1
混凝土碳化寿命设计
Durability of Concrete & Concrete Structure 混凝土与混凝土结构耐久性原理
混凝土碳化耐久性失效，即钢筋发生锈蚀的极限方 程为：
Z t c x0 X t 0
开始发生
扩展期
t
t
1
2
钢筋脱钝
t
3
t
4
时间
中 南 大 学
破 坏
保护层开 裂或损伤
裂缝扩展 极限
倒塌
Durability of Concrete & Concrete Structure
混凝土结构耐久性设计体系
混凝土与混凝土结构耐久性原理
可修复设计（结构再设计）：
所谓混凝土结构耐久性的可修复性，是指混凝土结构 一旦出现不可接受的耐久性损伤，通过常规结构加固修复 方法，使结构具备可修复能力。
结构的可修复设计，实质是保证构件破损后的承载能 力有一定的富裕量的设计。
中 南 大 学
Durability of Concrete & Concrete Structure
混凝土结构耐久性设计方法体系 混凝土与混凝土结构耐久性原理
鉴于混凝土结构耐久性设计现状，在对混凝
土结构耐久性设计体系系统而全面的研究基础上，
本着结构全寿命设计理念，基于结构抗力与环境作
用的时变性，本人在十余年的研究基础上，提出了
中 以极限破损状态为控制目标的结构全寿命、分阶段
南 大
的耐久性设计方法体系。
学
Durability of Concrete & Concrete Structure
混凝土结构耐久性设计体系的提出混凝土与混凝土结构耐久性原理
环境作用等级 环境类别 一般环境
中
冻融环境
南 海洋氯化物环境
大 学
除冰盐等其他氯化物环境
化学腐蚀环境
A 轻微 Ⅰ-A
— — — —
B 轻度 Ⅰ-B
— — — —
C 中度 Ⅰ-C Ⅱ-C Ⅲ-C Ⅳ-C Ⅴ-C
D
E
F
严重 非常严重 极端严重
——
—
Ⅱ-D Ⅱ-E
—
Ⅲ-D Ⅲ-E
Ⅲ-F
Ⅳ-D Ⅳ-E
—
Ⅴ-D Ⅴ-E
成经济损失、产生社会影响等)的严重性，采用不同的安
全等级。
建筑结构的安全等级
安全等级
破坏后果 建筑物类型
中 南
一级
很严重
重要的房屋
大
二级
严重
一般的房屋
学
三级
不严重
次要的房屋
结构寿命设计方法
Durability of Concrete & Concrete Structure 混凝土与混凝土结构耐久性原理
中
南 不如拆更为经济时的期限。 大 目前人们所说的使用寿命基本上是指结构的技术性 学 使用寿命
Durability of Concrete & Concrete Structure
混凝土结构耐久性设计方法
混凝土与混凝土结构耐久性原理
状态控制：
在明确目标使用寿命后，状态控制是混凝土结构耐久性 设计的关键步骤，采取一定的措施或方法，使破损状态维 持在结构或构件耐久性要求的范围内。
学
Ⅴ
化学腐蚀环境
硫酸盐等化学物质对混凝土的腐蚀
结构寿命设计方法
Durability of Concrete & Concrete Structure 混凝土与混凝土结构耐久性原理
《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T 50476— 2008）
还用环境作用等级来反应环境对配筋混凝土结构的作用
程度。
环境作用等级
破损极限状态确立
混凝土结构的破损状态受多种因素的控制，对于允许 裂缝出现的构件，在总结及分析的基础上，借助试验研 究结果确立耐久性破损极限值为0.6mm。 籍此，可得破 损极限状态确立系统：
极限破损状态t1：钢筋脱钝
中 南
破损极限 状态
极限破损状态t2：保护层开裂或损伤
大
学 极限破损状态t3：裂缝扩展极限
《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T 50476— 2008）
根据结构所处环境按其对钢筋和混凝土材料的腐蚀机理
将环境分为5类：
环境类别
环境类别
名称
腐蚀机理
Ⅰ
一般环境
保护层混凝土碳化引起钢筋锈蚀
Ⅱ
冻融环境
中 南
Ⅲ
海洋氯化物环境
大
Ⅳ
除冰盐等其他氯化物环境
反复冻融导致混凝土损伤 氯盐引起钢筋锈蚀 氯盐引起钢筋锈蚀
—
结构寿命设计方法思路
Durability of Concrete & Concrete Structure 混凝土与混凝土结构耐久性原理
依据建筑的结构的重要性等级及结构所处的环境对结
构的作用等级，可以按如下标准进行结构的寿命设计：
高
严重
重要性等级
OR 环境作用等级
结构的设计寿命
中 南
长
大
学
结构破损状态选大 学
3）以破损状态t3为极限状态的混凝土结构
可修复设计方法。
结构寿命设计方法
Durability of Concrete & Concrete Structure 混凝土与混凝土结构耐久性原理
《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068— 2001）
规定根据结构破坏可能产生的后果）危及人的生命、造