混凝土耐久性研究现状和研究方向_卢木
钢筋混凝土材料及结构耐久性研究综述
钢筋混凝土材料及结构耐久性研究综述摘要：伴随着社会的发展，我国建筑行业突飞猛进，钢筋混凝土结构的应用范围越来越广，无论是民用建筑，道路工程还是桥梁港口建设等都离不开钢筋混凝土，而钢筋混凝土作为一种具备极强耐久性能的建筑材料，在长期的使用过程中以及自然环境的侵袭下，其耐久性会逐渐降低甚至丧失，严重影响到了建筑结构的使用性能，威胁到使用者的人身安全，因此对钢筋混凝土结构的耐久性进行研究非常重要。
本文通过对钢筋混凝土结构的耐久性进行概况分析，探讨其耐久性的设计方法与评估思路。
关键词：钢筋混凝土材料；结构耐久性；研究综述引言过去的结构设计中大多重视结构的安全性和适用性，而对钢筋混凝土的耐久性设计不足，导致大量结构往往未达到其设计年限，就进入了耐久性极限状态。
且随着时间推移，耐久性问题将会日益严重，造成巨大的财产损失。
因此，对于钢筋混凝土材料和结构的耐久性研究，一方面可以减少巨额维修费用带来的经济损失，另一方面也将推动设计施工的进步，具有一定科学意义和实用价值。
1钢筋混凝土结构耐久性的概况①钢筋混凝土结构耐久性的概念。
钢筋混凝土结构的耐久性具体指的是钢筋混凝土及其其他的构件在特定的工作环境中，同时又由于材料本身的内部因素影响所致，钢筋混凝土整体构件在一定的使用期限内对自然环境，化学侵蚀或其他变化过程的一种抵抗能力，通过这种抵抗能力，钢筋混凝土材料不需要消耗其他的能源资金来进行维修，也能够保证其整体性能不产生变化。
②钢筋混凝土结构耐久性问题的重要性。
在我国的工程建筑中，钢筋混凝土结构结合了钢筋与混凝土的双重优点，造价低廉，是当今乃至未来很长一段时间内的主要建筑结构形式之一，从我国最早开始使用钢筋混土材料来作为建筑的主要材料以来，到现在为止已经有150多年的历史，然而许多的钢筋混凝土结构由于多种原因而导致其性能降低或丧失，究其原因主要有结构设计时抗力不足，使用过程中荷载过重，但更多的主要是因为结构的耐久性能不足而导致的，尤其是在我国的沿海地区，由于气候潮湿，空气中水分较多，钢筋混凝土结构在长期的自然环境侵蚀氧化下，其结构早已遭到破坏，其耐久性能甚至已然慢慢丧失，对此维修起来花费大量资源资金不说，而且还会造成被迫停工的局面，带来更加巨大的经济损失。
钢筋混凝土耐久性研究综述本科学位论文
钢筋混凝土耐久性研究综述摘要钢筋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。
主要包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性和碱集料反应。
影响钢筋混凝土耐久性的因素主要包括：冻融破坏，碱集料反应，侵蚀性介质的侵蚀，钢筋锈蚀。
本文通过对国内外文献以及研究状况的归纳总结，概述了破坏钢筋混凝土耐久性的原因，处理办法，以及将来的研究方向。
关键词钢筋混凝土；耐久性；冻融破坏；碱集料反应；钢筋锈蚀。
引言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。
结构设计虽然采用可靠度理论计算，实质上仅能满足安全可靠指标的要求，而对耐久性要求考虑不足，且由于忽视维修保养，现有建筑物老化现象相当严重。
截至2O世纪末，有近23．41亿平方米的建筑物进入老龄期，处于提前退役的局面。
2O世纪5O年代不少在混凝土中采用掺人抓化钙快速施工的建筑，损坏更为严重。
近几年房屋开发中反映出的质量问题也很突出，不少新建好的商品房，未使用几年就需要修复，造成极大浪费[1]。
钢筋混凝土是土建工程中用途最广、用量最大的建筑材料之一。
混凝土进入维修期，所需的维修费或重建费用十分巨大。
提高混凝土耐久性，延长工程使用寿命，尽量减少维修重建费用是土木工程行业实施可持续发展战略的关键。
1．影响钢筋混凝土耐久性的因素1．1 冻融破坏结构处于冰点以下环境时，部分混凝土内孔隙中的水将结冰，产生体积膨胀，过冷的水发生迁移，形成各种压力，当压力达到一定程度时，导致混凝土的破坏。
混凝土发生冻融破坏的最显著的特征是表面剥落，严重时可以露出石子。
混凝土的抗冻性能与混凝土内部的孔结构和气泡含量多少密切相关。
孔越少越小，破坏作用越小，封闭气泡越多，抗冻性越好。
影响混凝土抗冻性的因素，除了孔结构和含气量外，还包括：混凝土的饱和度，水灰比，混凝土的龄期，集料的孔隙率及其间的含水率等[1]。
混凝土耐久性技术研究报告
混凝土耐久性技术研究报告混凝土是现代建筑中最常用的建筑材料之一。
然而，随着时间的推移，混凝土的耐久性逐渐降低，出现了龟裂、脱落、剥落等问题，从而影响了建筑的安全性和美观性。
为了提高混凝土的耐久性，需要进行技术研究和应用。
本文将从混凝土耐久性的定义、影响因素、检测方法、技术手段等方面进行详细介绍。
一、混凝土耐久性的定义混凝土耐久性是指混凝土在特定环境下长期保持力学性能和外观的能力。
混凝土的耐久性与其使用寿命、安全性、经济性等密切相关。
提高混凝土的耐久性可以延长建筑的使用寿命，降低维修成本。
因此，混凝土耐久性的研究和应用具有重要的意义。
二、混凝土耐久性的影响因素混凝土耐久性受多种因素影响，主要包括以下几个方面：1.材料因素：混凝土的原材料、配合比、掺合料等都会影响混凝土的耐久性。
2.结构因素：混凝土的结构形式、尺寸、裂缝等也会影响其耐久性。
3.外部因素：混凝土的使用环境、气候条件、化学侵蚀等外部因素也是影响混凝土耐久性的重要因素。
三、混凝土耐久性的检测方法为了确保混凝土的耐久性，需要通过一定的检测方法来检测其性能。
目前，常用的混凝土耐久性检测方法主要包括以下几个方面：1.压缩强度测试：通过对混凝土样品进行压缩试验，来检测混凝土的强度和抗压性能。
2.抗渗测试：通过对混凝土样品进行渗透试验，来检测混凝土的抗渗性能。
3.碱石反应测试：通过对混凝土样品进行碱石反应试验，来检测混凝土的碱石反应情况。
4.冻融试验：通过对混凝土样品进行冻融试验，来检测混凝土的抗冻融性能。
5.化学侵蚀试验：通过对混凝土样品进行化学侵蚀试验，来检测混凝土的抗化学侵蚀性能。
四、混凝土耐久性技术手段为了提高混凝土的耐久性，可以采取以下技术手段：1.控制混凝土的配合比：通过控制混凝土的配合比，来提高混凝土的密实性和强度，从而提高其耐久性。
2.使用高性能混凝土：高性能混凝土具有更好的强度和耐久性，因此可以采用高性能混凝土来提高混凝土的耐久性。
混凝土耐久性的研究
混凝土耐久性的研究一、引言混凝土是一种广泛使用的建筑材料，其耐久性是保证建筑长期使用的重要因素。
因此，混凝土耐久性的研究对于建筑工程的可靠性和安全性具有重要的意义。
二、混凝土的组成和耐久性机制1.混凝土的组成混凝土由水泥、骨料、砂、水等几种材料混合而成。
其中水泥是混凝土的主要胶凝材料，可以将其他材料粘结在一起，形成坚硬的混凝土结构。
2.混凝土的耐久性机制混凝土的耐久性机制主要由以下几个方面组成：（1）物理作用：混凝土中的颗粒间相互作用形成了内部的力学结构，使混凝土具有一定的强度和刚度。
（2）化学作用：混凝土中的水泥会与水反应形成硬化产物，这些产物可以填充混凝土中的毛细孔隙，提高混凝土的密实性和耐久性。
（3）环境因素：混凝土在不同的环境下受到不同的影响，例如气候、温度、湿度等，这些因素会影响混凝土的化学反应和物理性质，影响混凝土的耐久性。
三、混凝土的耐久性问题及其影响因素1.混凝土的耐久性问题混凝土的耐久性问题主要包括以下几个方面：（1）热胀冷缩：混凝土在不同温度下会发生热胀冷缩现象，如果没有采取措施进行补偿，会导致混凝土的开裂和破坏。
（2）碳化：混凝土中的钙化合物会与大气中的二氧化碳反应，形成碳酸盐，导致混凝土中的钙化合物减少，降低混凝土的强度和耐久性。
（3）硫酸盐侵蚀：混凝土中的硫酸盐会与水反应形成硫酸钙，导致混凝土中的钙化合物减少，降低混凝土的强度和耐久性。
2.混凝土的影响因素混凝土的耐久性受到以下因素的影响：（1）水泥种类：不同种类的水泥具有不同的性质，会对混凝土的强度和耐久性产生影响。
（2）骨料种类：不同种类的骨料具有不同的性质，会对混凝土的强度和耐久性产生影响。
（3）混凝土配合比：不同的混凝土配合比会影响混凝土的强度和耐久性。
（4）养护条件：混凝土在养护过程中的温度、湿度等条件会影响混凝土的强度和耐久性。
（5）环境因素：混凝土在不同环境下的气候、温度、湿度等因素会影响混凝土的强度和耐久性。
大体积混凝土的研究现状与未来发展方向
大体积混凝土的研究现状与未来发展方向导言大体积混凝土是指具有较大尺寸和高强度的混凝土结构。
随着现代建筑工程的发展，对混凝土结构的要求也越来越高。
传统的混凝土结构存在强度低、耐久性差等问题，而大体积混凝土的出现为解决这些问题提供了新的途径。
本文将对大体积混凝土的研究现状和未来发展方向进行探讨。
1. 大体积混凝土的研究现状在过去的几十年里，大量的研究工作一直致力于大体积混凝土的技术改进和应用推广。
以下是一些重要的研究方向和成果：1.1 大体积混凝土的制备工艺研究大体积混凝土的制备工艺是研究的核心内容之一。
通过采用适当的材料配比、施工工艺和工具设备，可以实现大体积混凝土的制备和施工。
例如，采用超级塑化剂、高性能水泥和矿物掺合料可以改善混凝土的流动性和强度，从而实现大体积混凝土的制备。
1.2 大体积混凝土结构的力学性能研究大体积混凝土结构的力学性能是其应用的关键问题之一。
研究人员通过实验和数值模拟等方法，对大体积混凝土结构的强度、刚度和变形等进行了深入研究。
这些研究为大体积混凝土结构的设计和施工提供了重要的理论依据。
1.3 大体积混凝土结构的施工工艺研究大体积混凝土结构的施工工艺对其性能和质量有着重要影响。
研究人员通过实地调研和工程实践，了大体积混凝土结构的施工工艺和施工技术，为实际工程提供了指导和参考。
2. 大体积混凝土的未来发展方向基于对大体积混凝土研究现状的分析，可以预见其未来发展的方向有以下几个方面：2.1 研究大体积混凝土的力学性能和耐久性大体积混凝土结构的力学性能和耐久性是其应用的重要指标。
未来的研究应该进一步深入探讨大体积混凝土的力学行为和耐久性能，以便更好地指导工程实践。
2.2 探索大体积混凝土的新材料和新工艺在大体积混凝土的制备工艺中，采用新材料和新工艺能够进一步提高混凝土的性能和质量。
未来的研究应该致力于开发新的材料和工艺，以满足大体积混凝土结构的施工和使用需求。
2.3 提高大体积混凝土结构的施工质量大体积混凝土结构的施工质量直接影响其性能和寿命。
混凝土耐久性研究
混凝土耐久性研究混凝土是建筑工程中常用的一种材料，具有优良的耐久性和强度，但是在实际应用过程中，由于受到环境、荷载等多种因素的影响，混凝土的耐久性问题也成为了工程中的一个重要研究内容。
本文将对混凝土的耐久性进行研究，并探讨其影响因素及相关的解决方法。
一、混凝土耐久性的影响因素1. 环境因素混凝土在不同的环境中会受到不同程度的侵蚀和破坏，比如气候条件、化学腐蚀、生物侵蚀等。
在潮湿的环境中，混凝土易受到水分侵蚀，导致混凝土内部空隙被侵蚀并加速腐蚀。
在酸雨的腐蚀下，混凝土内的水泥基质会被溶解，从而降低混凝土的强度和耐久性。
生物的侵蚀也是影响混凝土耐久性的一个重要因素，生长在混凝土表面的植物根系、细菌和真菌会对混凝土产生破坏作用，进一步减少混凝土的使用寿命。
2. 结构设计及施工工艺混凝土结构设计的合理与否，以及施工工艺的优劣都会直接影响混凝土的耐久性。
比如在结构设计中，应该充分考虑到混凝土在使用寿命内可能受到的荷载及变形，以及预留的防护层等，以降低混凝土的受力状态。
施工工艺的好坏也会直接影响混凝土的质量，比如浇筑时的震动、密实度和成坯的养护等。
3. 材料选用混凝土的耐久性还与使用的材料有直接关系，如水泥的品质、骨料的优劣、添加剂和外加剂的选用等。
其中水泥的品质直接影响混凝土的耐久性，因为其决定了混凝土的强度和抗渗透性，而骨料的优劣会影响混凝土的强度和耐久性，添加剂和外加剂的选用则会影响混凝土的工作性能和耐久性。
二、混凝土耐久性的研究方法及解决方案1. 实验研究对混凝土的耐久性进行实验研究是比较常用的方法之一。
通过模拟不同环境条件对混凝土的侵蚀和破坏，研究混凝土的耐久性变化规律，并探讨其影响因素。
比如可以通过浸泡试验、腐蚀试验、冻融试验等，来评价混凝土的耐久性，并根据实验结果提出相应的解决方案。
2. 数值模拟利用数值模拟的方法对混凝土的耐久性进行研究，通过建立相应的数学模型，模拟不同环境条件下混凝土的受力和破坏过程，预测混凝土在不同环境下的使用寿命，为设计和施工提供参考依据。
混凝土结构耐久性研究现状及趋势
混凝土结构耐久性研究现状及趋势作者：张留来源：《建材发展导向》2014年第03期摘要：我国工程建筑行业的迅速发展，对混凝土结构的耐久性提出了更高要求。
作为混凝土结构质量检验的重要指标，结构的耐久性不仅决定着其自身的使用寿命，还直接影响着建筑物的承载能力和安全性，因此在混凝土施工中应着重提高其结构的耐久性。
关键词：混凝土结构；耐久性；研究现状；发展趋势1 混凝土结构耐久性问题分析在工程修建过程中，混凝土结构的耐久性直接决定着建筑结构的使用寿命，而混凝土结构在投入使用中通常会受到恶劣环境和腐蚀性介质的影响，从而导致混凝土过早出现损坏甚至实效，因此在工程建设中，为了保障建筑工程的使用寿命和稳定性，就必须针对混凝土结构耐久性能进行提升。
在近几十年的发展中，我国大量的道路，桥梁和市政建筑等混凝土建筑结构因耐久性不足的问题出现损坏甚至实效的情况，使得工程建筑在实际使用中不得不投入大量资金对建筑结构进行修复与完善，而这不仅无法有效的保障混凝土结构的稳定承载能力，还会影响整体结构的使用安全。
针对混凝土结构耐久性问题的研究要从材料，结构和构件三方面入手，并结合混凝土结构所处的水浸，冻融和碱腐蚀等环境开展针对性的维护措施，从而提高混凝土结构的耐久性和稳定性，使其使用寿命得以延长。
2 混凝土结构耐久性研究现状分析混凝土耐久性的研究主要从材料，结构和构件三方面开展，结合混凝土结构中钢筋腐蚀，混土土碳化机理以及冻融等实际影响因素，对结构耐久性进行深入研究。
2.1 混凝土材料耐久性研究在混凝土结构的实际建筑过程中，钢筋混凝土材料质量的优劣和配比直接影响着结构的耐久性，因此在对混凝土和钢筋材料的耐久性研究中，要结合钢筋混凝土材料劣化的具体表现加以分析，主要包括钢筋结构的锈蚀，混凝土的碳化，冻融以及碱腐蚀。
在钢筋锈蚀的研究中，由于混凝土结构间隙中的Ca（OH）2过饱和溶液呈较强的碱性，这就导致了钢筋结构长期处于碱性环境下，钢筋表层和Ca（OH）2发生电化学反应从而生成氧化薄膜，而由于混凝土材质中还含有硫酸盐和氯离子等酸性离子，这就使得钢筋表层的氧化薄膜遭到破坏，从而使钢筋结构的腐蚀进一步加深。
混凝土桥梁设计中的耐久性研究
混凝土桥梁设计中的耐久性研究混凝土桥梁设计中的耐久性研究1. 研究背景随着城市化进程的不断加快，公路、铁路等交通建设已经成为国家经济发展的重要支撑。
而作为交通基础设施的桥梁建设，在保证交通安全、畅通的同时，还需要考虑其使用寿命和维修成本等综合因素。
其中，混凝土桥梁是目前最常见的桥梁类型之一，其设计中的耐久性是影响其使用寿命和维修成本的重要因素之一。
2. 研究内容混凝土桥梁设计中的耐久性研究主要包括以下几个方面：2.1 混凝土材料的选择和配比混凝土是混凝土桥梁的主要材料，其质量和性能直接影响桥梁的使用寿命和维修成本。
因此，在混凝土桥梁设计中，需要选择合适的混凝土材料，并进行合理的配比。
一般来说，混凝土材料应该具有较高的强度、耐久性、抗渗性、抗冻性等性能，同时应该考虑材料的可得性和成本等因素。
2.2 混凝土结构的设计和施工混凝土桥梁的结构设计和施工也是影响其耐久性的重要因素之一。
在设计过程中，需要考虑桥梁的荷载特点和使用环境等因素，选择合适的结构形式和尺寸等参数。
在施工过程中，需要保证混凝土的质量和施工工艺等方面的稳定性，避免在施工过程中引入不良因素。
2.3 桥梁维修和保养混凝土桥梁在使用过程中，难免会出现各种问题，如裂缝、渗漏、腐蚀等。
因此，桥梁的维修和保养工作也是保证其耐久性的重要手段之一。
维修和保养工作包括定期巡查、清洗、防腐涂料涂刷、加固修补等方面，需要根据桥梁的实际情况和使用环境制定相应的维修和保养计划。
3. 研究方法混凝土桥梁设计中的耐久性研究需要采用多种方法进行。
其中，实验室试验是最基础的研究方法之一，可以通过对混凝土材料的物理和力学性能进行测试，为混凝土桥梁的设计提供基础数据。
此外，还可以采用现场监测、数值模拟等方法对混凝土桥梁的使用情况和结构性能进行分析，为其维修和保养提供科学依据。
4. 研究成果混凝土桥梁设计中的耐久性研究已经取得了一些重要的成果。
例如，在混凝土材料的选择和配比方面，研究人员发现掺入适量的矿渣粉等掺合料可以提高混凝土的耐久性和抗裂性能。
混凝土结构耐久性研究的回顾与展望
混凝土结构耐久性研究的回顾与展望一、本文概述混凝土，作为一种广泛应用的建筑材料，其结构耐久性问题一直是工程领域的研究热点。
随着全球基础设施建设的快速发展，混凝土结构的耐久性问题愈发凸显，对其性能衰减机制、预防策略以及修复技术的研究与应用显得尤为重要。
本文旨在回顾混凝土结构耐久性研究的历程与主要成果，分析当前研究的热点与难点，并对未来的研究方向进行展望。
文章将首先概述混凝土结构耐久性研究的重要性，随后梳理国内外在这一领域的研究进展，以期为推动混凝土结构耐久性研究的进一步发展提供有益的参考。
二、混凝土结构耐久性研究的回顾混凝土结构耐久性研究的历史可以追溯到20世纪初，当时主要关注的是混凝土材料的基本性能和强度。
然而，随着时间的推移，工程师们开始注意到混凝土结构在自然环境和使用条件下会逐渐出现损伤和劣化，从而影响其使用性能和安全性。
这一认识促使了对混凝土结构耐久性问题的深入研究。
在20世纪中期，研究者们开始系统地研究混凝土结构的耐久性，涉及混凝土材料的耐久性、钢筋的锈蚀、氯离子侵蚀、硫酸盐侵蚀等多个方面。
这一阶段的研究主要集中在实验室环境下模拟混凝土结构的耐久性试验，以及对损伤和劣化机理的初步探索。
进入21世纪，随着计算机技术的飞速发展，数值模拟和有限元分析等技术在混凝土结构耐久性研究中得到了广泛应用。
这使得研究者能够更精确地模拟和预测混凝土结构在不同环境和荷载条件下的耐久性能，为工程实践提供了有力支持。
随着全球环境问题的日益严重，混凝土结构耐久性研究的视角也逐渐拓展到可持续性和环境影响方面。
例如，研究者开始关注混凝土材料的环境友好性、废弃混凝土结构的回收利用、以及新型耐久性材料和技术的研发等。
混凝土结构耐久性研究已经经历了从简单到复杂、从单一到综合的发展历程。
然而，随着工程实践的不断深入和全球环境问题的日益严峻，混凝土结构耐久性仍然面临着诸多挑战和问题需要解决。
因此，未来的研究需要更加全面、深入和创新，以推动混凝土结构耐久性的持续改进和提升。
混凝土的研究现状及发展趋势
混凝土的研究现状及发展趋势混凝土是一种由水泥、砂、石子和水等原材料制成的建筑材料，具有强度高、重量轻、耐久性好等优点，被广泛应用于建筑、桥梁、道路、隧道等领域。
然而，随着工业化进程的加快和城市化进程的不断推进，混凝土的应用需求也在不断增加，同时也面临着一些新的挑战。
因此，对混凝土的研究和发展趋势进行探讨，具有重要的意义。
一、混凝土的研究现状1.组成材料的研究混凝土的主要组成材料是水泥、砂、石子和水等，这些材料的品质和配比直接影响混凝土的强度和耐久性。
目前，国内外学者对混凝土组成材料的研究已经比较深入，主要集中在以下几个方面：（1）水泥的研究：包括水泥种类、水泥的化学成分、水泥的颗粒形态等方面的研究，旨在提高混凝土强度和耐久性。
（2）砂石子的研究：主要研究砂石子的品质、颗粒形状、粒度分布等特性，以及砂石子的配合比例，以提高混凝土的抗压强度和抗弯强度。
（3）水的研究：主要研究水的质量、用量、用水温度等参数对混凝土的影响，以提高混凝土的耐久性和冻融性能。
2.混凝土强度和耐久性的研究混凝土的强度和耐久性是衡量混凝土质量的两个重要指标。
目前，国内外学者对混凝土强度和耐久性的研究已经比较深入，主要集中在以下几个方面：（1）混凝土强度的研究：主要研究混凝土的抗压强度、抗拉强度、抗弯强度等指标，以提高混凝土的承载能力。
（2）混凝土耐久性的研究：主要研究混凝土的耐久性、耐久性与环境的关系、混凝土材料的老化机理等问题，以提高混凝土的使用寿命。
3.混凝土结构的研究混凝土结构是应用混凝土的重要领域之一，其研究涉及混凝土结构的设计、施工、监测、检测等方面。
目前，国内外学者对混凝土结构的研究已经比较深入，主要集中在以下几个方面：（1）混凝土结构的设计：主要研究混凝土结构的设计原理、设计方法、设计参数等问题，以提高混凝土结构的安全性和经济性。
（2）混凝土结构的施工：主要研究混凝土结构的施工工艺、施工技术、施工质量控制等问题，以保证混凝土结构的安全性和使用寿命。
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·综述·混凝土耐久性研究现状和研究方向卢 木(清华大学土木工程系 100084)
摘 要: 阐述了混凝土耐久性研究的背景、意义和动态,从材料、构件和结构三个层次总结归纳了国
内外混凝土耐久性研究的成果,并提出了今后的研究方向。关键词: 混凝土耐久性 碳化 钢筋锈蚀 冻融 寿命预测
RECENTSTUDYANDRESEARCHDIRECTIONSOFCONCRETEDURABILITY
LuMu(Dept.ofCivilEngrg.,TsinghuaUniv. 100084)
Abstract: Presentedinthispaperisadiscriptionofthebackground,significanceandpresentdevelopmentof
concretedurabilitystudies.Recentaccomplishmentsaresummarizedonthreelevels-material,componentandstructure.Directionsoffutureresearcharealsoproposed.Keywords: concretedurabilitycarbonationreinforcingsteelcorrosionfreeze-thawservicelifeprediction
1 引 言随着我国现代化进程的加快,各类社会基础设施的建设方兴未艾。这些构筑物大都为钢筋混凝土结构,其设计方法除了传统的强度、刚度等力学性能指标设计,还要考虑耐久性、经济性进行寿命设计。跨世纪的建筑不仅要求具有安全性、功能性,而且要求具有足够的耐久性[1]。到本世纪末,我国现有房屋将有50%进入老化阶段,也就是说将有23.4亿m2的建筑面临耐久性问题[2]。如何对这些建筑进行科学的耐久性、经济性评定以及剩余寿命的预测,是当今土木工程领域的研究热点。如何找到一种简便易行的钢筋混凝土结构剩余寿命的预测方法,该方法综合地考虑了结构的耐久性、安全性和经济性,并将其有机地结合起来,从而为在役结构的维修决策和新建结构的寿命设计提供依据,已成为当今混凝土研究的迫切任务。
2 混凝土耐久性研究的背景所谓混凝土的耐久性,是指在使用过程中,在内部的或外部的,人为的或自然的因素作用下,混凝土保持自身工作能力的一种性
收稿日期: 1996-11-25IndustrialConstruction1997,Vol.27,No.5 工业建筑 1997年第27卷第5期 1
DOI:10.13204/j.gyjz1997.05.001能[3]。或者说结构在设计使用年限内抵抗外界环境或内部本身所产生的侵蚀破坏作用的能力[4]。由于钢筋混凝土结构耐久性不足造成的后果是非常严重的。美国1975年由于腐蚀引起的损失达700亿美元,1985年则达1680亿美元;目前,整个混凝土工程的价值约为6万亿美元,而今后每年用于维修或重建的费用预计将高达3000亿美元[5]。美国1991年仅修复由于耐久性不足而损坏的桥梁就耗资910亿美元。英国每年用于修复钢筋混凝土结构的费用就达200亿英镑。而日本目前每年仅用于房屋结构维修的费用即达400亿日元以上。日本引以为自豪的新干线使用不到10年,就出现大面积混凝土开裂、剥蚀现象。我国现有建筑物的老化现象也是很严重的。据统计,我国现有建筑面积50亿m2,其中约23亿m2需分期分批进行鉴定加固,近10亿m2急需维修加固才能使用[6,7]。1989年,建设部科技发展司混凝土结构耐久性综合调查组对北京、西宁、贵阳和杭州的一些建筑物进行了调查,其结果表明,建国初期的建筑均已达到必须大修的状态;现有大多数工业建筑不能满足安全、经济使用50年的要求,一般使用25～30年就需大修加固[6]。钢筋混凝土结构的耐久性问题已越来越引起人们关注。美国学者用“五倍定律”形象地说明了耐久性的重要性,特别是设计对耐久性问题的重要性。设计时,对新建项目在钢筋防护方面每节省一美元,就意味着,发现钢筋锈蚀时采取措施多追加维修费5美元,顺筋开裂时多追加维修费25美元,严重破坏时则多追加维修费125美元。这一可怕的放大效应,使得各国政府投入大量资金用于钢筋混凝土结构的耐久性问题的研究。3 混凝土耐久性研究的意义对在役钢筋混凝土结构进行耐久性评定和剩余寿命预测,不仅可以揭示潜在危险,及时做出维修或拆除决策,避免重大事故的发生,而且研究成果可直接用于结构设计。通过对结构的耐久性预评估,修改设计方案,使所建结构具有足够的耐久性,从而做到防患于未然。对已有建筑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,可以说是混凝土耐久性研究最主要的背景。世界发达国家在经过了大规模的新建之后,重点已转向对旧建筑的维修改造上。英国1978年用于投资改造的费用为1965年的3.76倍。瑞典建筑业的首要任务是对已有建筑物进行更新改造。在我国,国情决定了基建投资不能一味追求新建项目,应将眼光转向危旧房屋的扩建、改建上。我国现有房屋20%～30%具有改造条件,改建比新建可以较快地收回投资[8]。
除了对已有建筑进行耐久性评定之外,对新建项目进行耐久性预评估和寿命设计,可以揭示影响结构寿命的内部和外部因素,对于提高工程的设计水平和施工质量也有一定的意义。
4 混凝土耐久性的研究动态对混凝土结构耐久性问题的研究可追溯到三四十年代,但最近十几年才受到广泛重视。美国ACI437委员会于1991年提出了“已有混凝土房屋抗力评估”的最新报告,提出了检测试验的详细方法和步骤[9]。美国联
邦公路管理局制定计划,研究了桥面板耐久性检测和钢筋锈蚀的防护问题。日本建设省从1980年就组织进行“建筑物耐久性提高技术”的开发研究,并于1985年提交了研究成果概要报告,1986年开始陆续出版发行了《建筑物耐久性系列规程》。日本建筑学会(AIJ)1988年推出了《建筑物使用指南》,1992年又推出了《建筑物现状调查、诊断、维修指南》;同年,欧洲混凝土委员会颁布的《耐久性混凝土结构设计指南》反映了当今欧洲
2工业建筑 1997年第27卷第5期混凝土结构耐久性研究的水平。有关混凝土耐久性国际会议已召开多次,反映了各国研究的最新成果。1987年,国际桥梁与结构学会(IABSE)在巴黎召开“混凝土的未来”国际会议;1988年在丹麦召开了“混凝土结构的重新评估”国际会议;1989年美国和葡萄牙都举办了有关结构耐久性的国际会议;1991年美国和加拿大联合举行了第二届混凝土结构耐久性国际学术会议;1993年IABSE在丹麦哥本哈根召开了结构残余能力国际学术会议;由欧洲RILEM等公司发起的建筑材料与构件的耐久性国际会议[10],自1976年以来,每三年举行一次。钢筋混凝土结构的耐久性问题在我国也日益受到重视。1990年4月,建设部组织成立全国建筑物鉴定与加固委员会,至今已召开三届学术交流会。全国钢筋混凝土标准技术委员会混凝土结构耐久性学组于1991年成立,中国土木工程学会混凝土与预应力混凝土学会混凝土耐久性专业委员会也于1992年11月在济南成立。我国的混凝土耐久性研究已进入有组织的工作阶段。建设部在“七五”和“八五”期间都专门设立课题研究混凝土的耐久性问题。“七五”攻关课题为“大气条件下钢筋混凝土结构耐久性及其使用年限”,包括结构的耐久性调查、钢筋锈蚀、混凝土碳化、温湿度对碳化的影响等;“八五”攻关课题为“预应力混凝土结构及混凝土耐久性技术”,包括拟建混凝土结构耐久性设计方法,在用混凝土结构的耐久性检测和评估方法,在一定条件下诸因素对混凝土结构耐久性的综合影响以及建立混凝土结构耐久性数据库等,目前已取得一些成果。5 混凝土耐久性研究的现状和评述钢筋混凝土结构的耐久性研究,分为材料的耐久性研究、构件的耐久性研究和结构耐久性研究三个层次,其中前两个层次已经研究得较为深入。5.1材料耐久性研究材料耐久性的研究已经比较深入,成果主要集中在混凝土碳化、钢筋锈蚀、冻融循环等方面,并考虑了大气、海洋、化学侵蚀等不同的工作环境对材料耐久性的影响。5.1.1混凝土碳化研究一般认为,混凝土碳化是由于大气中的CO2
与混凝土中的碱性物质发生反应,使混
凝土表面碱性降低[11]。在建立理论模型时,
国内、国外大都假设:(1)CO2在混凝土中的扩散遵循Fick第一定律;(2)CO2的浓度呈线性分布,锋面处浓度为0。Meyer、Nishi、阿列克谢耶夫等都得到了混凝土碳化的理论公式[12,13],但其中的一些参数一般很难测定,工程上一般采用下述碳化模式:X=Kt 这一公式已为1990CEB-FIP模式规范所采用,式中碳化系数K体现了混凝土的抗碳化能力,与水灰比、水泥品种和用量、环境因素、养护方法等有关,对于其取值,Kishitani[13]、山东建研所[14]、上海建材学
院[15]、中国建研院结构所[16]、清华大学[17,18]、
西安建筑科技大学[19]等都各自提出了经验计算公式。5.1.2 钢筋锈蚀研究混凝土中钢筋的锈蚀是一个电化学过程。国外这方面研究得比较早,且许多成果已被国内所引用。国内主要是在国外成果的基础上,进行修正和补充研究。因此,国内的成果基本反映了当今世界的研究现状。文献[2]基于O2在混凝土中的扩散服从Fick第一定律的假设,利用Farady定律建立了大气环境中钢筋锈蚀模型[2],但公式需测定电量,工程应用比较困难。中国建研院考虑水泥品种、混凝土养护条件、环境作用等多种因素建立了钢筋锈蚀的一般规律[20]。
3混凝土耐久性研究现状和研究方向——卢木