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1、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CCES01-2004),湖南大学：黄政宇教授,混凝土结构的耐久性,混凝土结构耐久性的定义：结构的耐久性是结构及其构件在各种可能引起结构材料性能劣化的作用下长期维护其原有性能的能力。,混凝土结构耐久性的影响因素：结构（抗力）方面：设计方面材料方面施工方面环境（作用）方面：作用的类别作用的程度,耐久性设计的基本规定,通常应是使用过程仅需维护（包括构件表面涂刷等）而不需进行大修的期限。仅当技术条件不能保证结构所有部件均能达到与结构设计使用年限相同的耐久性时，或从经济等角度考虑认为有必要时，则在业主认可的前提下，可在设计中规定结构的某些构件需要在结
2、构的设计使用年限内进行12次或更多次数的大修（包括更换）。,结构的设计使用年限,处于良好环境条件下的一般民用建筑物，在结构的设计使用年限内，应按仅需一般维护进行设计。处于露天环境下的桥梁等结构物，在结构的设计使用年限内，通常需对桥面板等个别结构进行定期大修或更换。列为需要在设计使用年限内进行大修或更换的结构构件，应具有能够进行修补事更换的施工操作条件。需要修补或更换的构件，其使用年限可低于结构的整体设计使用年限。土中或水下缺乏修理条件的结构构件，其设计使用年限应与结构的整体设计使用年限相同。,结构的设计使用年限,根据工程的实际需求，结构的设计使用年限可高于表中的数值。对于特殊重要的结构物，设计
3、使用年限可大于100年。工矿建筑与构筑物的结构设计使用年限则宜与生产的设计服务年限相应；对于大城市中的高层建筑或大型宾馆，结构的设计使用年限宜不小于70年。某些工业厂房结构的设计使用年限因现代生产工艺的快速变更根据实际需要可定为30年。当结构的使用年限预期会因服务功能的快速变化（如桥梁通行能力的快速增长）而较早终结，或当环境特别严酷，采取较长的使用年限受到技术、经济上的制约时，则在主管部门和业主的同意下，可按较低的设计使用年限进行设计，但一般不宜低于30年。,环境作用的类别和等级,环境类别,一般环境（无冻融、盐、酸等作用）一般冻融环境（无盐、酸等作用）除冰盐冻融环境近海或海洋环境盐碱结晶环境大
4、气污染环境土中及地表、地下水中的化学腐蚀环境（海水环境除外）,环境作用的等级,环境作用按其对配筋混凝土结构的侵蚀程度分为6级：,不同环境类别下的环境作用等级（一）,不同环境类别下的环境作用等级（二）,不同环境类别下的环境作用等级（三）,不同环境类别下的环境作用等级（四）,不同环境类别下的环境作用等级（五）,当结构处于多项化学物质同时作用的环境时，应根据具体情况取其中单项作用最高的等级或再提高一级作为结构所处环境的作用等级，以考虑多项作用共同发生时可能加重的后果。对素混凝土结构，可仅考虑冻融环境、盐类结晶环境、大气污染环境和水、土中化学腐蚀环境的作用。,建筑物室内的厨房、卫房间和地下室等潮湿的构
5、件以及室外频受雨淋的阳台、外廊、女儿墙等构件需按干湿交替的环境条件设计。冰冻地区受冻前可能接触雨水或其他水体的建筑物室外构件与桥梁露天构件必须按冻融环境设计。桥梁构件的设计应考虑由于路面层、防水层和桥面伸缩等各种连接部位的渗漏所造成的局部环境作用。对于桥面板的顶面以及可能遭受来自伸缩缝处渗漏水作用的下部梁、柱（墩）表面，应按干湿交替的环境条件设计，在冰冻地区需按一般冻融环境设计。对于除冰盐环境，需考虑含除冰盐的渗漏水作用。,冬季使用除冰盐和将来可能使用除冰盐来融化道路和桥梁积雪的冰冻地区，其道路两旁的构件、桥梁构件以附近的车库构件必须考虑除冰盐的侵蚀作用。沿海地区和盐碱地区应考虑当地大气和地下
6、水、土中可能存在的腐蚀性化学物质的作用。这些地区的构件设计不应该随意套用一般的标准图。环境类别除可能引起钢筋锈蚀腐蚀外，混凝土结构的耐久性设计还必须高度重视混凝土发生碱骨料反应，钙矾石延迟反应和软水浸出作用破坏的可能性。,耐久性设计的设计文件应列出的内容,结构使用环境类别与环境条件。结构的设计使用年限，并列出结构各个部件使用年限的明细表，标明在结构的设计使用年限内需要大修或更换的结构构件部件名称及其预期的修补事更换的期限。向施工单位提出耐久混凝土施工质量控制与施工质量保证的具体措施与要求；向工程业主和工程使用的运营管理单位提出使用过程中需要进行正常维修以及设计预定的需要对某些部件进行定期大修或
7、更换的具体内容与要求；对于桥梁结构等基础设施，需对设计使用年限内的全寿命投资费用作出适当的评估与论证。,混凝土结构耐久性设计应包括的内容,耐久混凝土结构的选用。提出混凝土原材料、混凝土配比的主要参数及引气等要求，根据需要提出混凝土的氯离子扩散系数、抗冻耐久性指数或抗冻等级等具体指标，在设计施工图和相应说明中，必须标明水胶比等与耐久混凝土相关的重要参数和要求；与结构耐久性有关的结构造措施与裂缝控制措施；为结构使用过程中的检测、维修或部件更换，设置必要的通道和空间；,与结构耐久性有关的施工质量要求，特别是混凝土的养护方法以及保护层厚度的质量控制与质量保证措施；在设计施工图上应标明钢筋的混凝土保护层
8、厚度的施工允差及混凝土施工养护要求；结构使用阶段的定期维修与检测要求当环境作用非常严重或极端严重时，应考虑是否需要采取防腐蚀附加措施，还可以考虑在混凝土浇筑成型中采用特殊的织物衬里透水模板以有效提高表层混凝土的密实性。采用防腐附加措施，尤其是防腐新材料和新工艺的使用，需通过专门的论证；对于可能遭受氯盐引起钢筋锈蚀的重要混凝土工程，宜根据具体环境条件和适当的材料劣化模型，进行结构使用年限的验算。,透水模板,透水模板对表层混凝土的影响,不同设计使用年限的结构物在不同环境作用等级下的耐久性设计内容,注：1、混凝土材料、结构构造和施工要求需同时满足本指南提出的最低要求;2、表中符号意义：需要；可能需要
9、。,提高混凝土结构耐久性的一般设计原则,采用的结构类型、结构布置和结构构造应尽可能有利于阻挡或减轻环境对结构的作用，便于施工并有利于保证施工质量，便于工程今后使用过程中的检查和维修。选用质量稳定并有利于改善混凝土密实性和抗裂性的水泥和骨料等原材料；尽可能降低混凝土的拌和水量与水胶比并在混凝土组成中掺入适量的矿物掺和料、高效减水剂和引气剂。增加钢筋的混凝土保护层厚度。,注重防、排水和密封等构造措施，尽可能避免水和氯盐等有害物质接触混凝土表面，尽可能防止混凝土在使用过程中遭受干湿交替；从混凝土耐久性出发，提出混凝土施工质量的要求，特别是混凝土养护的温、湿度控制。对于严重环境作用下的重要工程，宜采用
10、多重防护对策，即综合采用多种的防护措施。同一结构中使有相同材质的钢筋有利于降低钢材的电化学锈蚀程度。对非预应力钢筋，宜在设计中统一选用新三级钢筋HRB400。,在严重环境作用（D级及D级以上）下，采用预应力混凝土时，需对预应力体系的使用年限作出专门评估。同时，应对材料、构造、施工工艺及施工质量检验标准提出具体要求。预应力混凝土的施工必须由具有经验的专业机构完成。混凝土结构的耐久性设计，需考虑到混凝土构件开始暴露于环境作用时的不同龄期对耐久性的影响。应尽量设法延迟新浇混凝土开始与氯盐接触或遭受冰冻的时间。,当结构所处的环境作用等级非常严重或极端严重（E级或F级）时，应在设计中提出必须进行结构使用
11、年限内的定期检测要求。第一次检测需在结构竣工使用后的35年内进行，并根据测试结果对结构的耐久性做出评估。除目测外，检测的重点在于确定表层混凝土的劣化现状，如混凝土的碳化深度，混凝土表层内不同深处的氯离子浓度分布，钢筋的锈蚀或锈蚀倾向等。以后的定期检测间隔一般不超过10年。,对于重要工程，应在设计阶段作出了结构全寿命检测的详细规划，在工程现场设置专供检测取样的构件，后者在尺寸、材料、配筋、成型、养护以及暴露环境条件上，应能代表实际的结构构件，必要时还可以在结构构件的代表性部位上设置传感元件以监测锈蚀发展。一级设计使用年限的混凝土结构，在结构的承载力极限状态设计计算中应将荷载效应值乘以不低于1.1
12、的重要性系数。,混凝土材料的选用,配制耐久混凝土的一般途径,选用低水化热和含碱量偏低的水泥、尽可能避免使用早强水泥和高C3A含量的水泥；选用坚固耐久、级配合格、粒形良好的洁净骨料；使用优质粉煤灰、矿渣等矿物掺和料或复合矿物和料；除特殊情况外，矿物掺和料应用为耐久混凝土的必需组分；,使用优质的引气剂，将适量引气作为配制耐久混凝土的常规手段；尽量降低拌和水量，为此，应外加高效减水剂或有高效减水功能的复合外加剂；限制单方混凝土胶凝材料的最高用量，为此应特别重视混凝土骨料的级配以及粗骨料的粒形要求；尽可能减少混凝土胶凝材料中的硅酸盐水泥用量。,配筋混凝土的最低强度等级、最大水胶比和单方混凝土胶凝材料的
13、最低用量应满足有关规定。单方混凝土的胶凝材料总量不宜高于400（C30以下）、450（C40-C50）和500（C60以上）kg/m3;满足最大胶比限制和结构强度设计所要求的混凝土最低强度的前提下，不宜追求混凝土的高强。大掺量矿物掺和料的混凝土水胶比不宜大于0.42;环境作用等级为E或F的重要工程，混凝土的拌和水用量应予限制，一般不宜高于150kg/m3。,最低强度等级、最大水胶比和胶凝材料最小用量（kg/m3）,对耐久性有较高的要求的混凝土结构，需在正式施工前的混凝土试配工作中，进行混凝土的胶凝材料抗裂性能的对比试验，并从中优选抗裂性能良好的混凝土原材料和配比。冻融环境下的混凝土一般需采用引
14、气混凝土，并按环境作用等级，满足最低强度等级和最大水胶比等要求。对于环境等级为B的混凝土可不引气，此时的最大水胶比应按提高一个作用等级即按C级选用，且混凝土的最低强度等级不低于C40。冻融环境下的引气混凝土，其含气量与气泡间距系数需符合要求。其他处于室外环境特别是化学腐蚀环境下的混凝土虽无抗冻要求，也可通过引气（含气量不小于4）提高其耐久性。,混凝土含气量,注：1、高度饱水指冰冻前长期或频繁接触水或湿润土体，混凝土体内高度水饱和；中度饱水指冰冻前偶受雨水或潮湿，混凝土土体内饱水程度不高。2、气泡间距系数（平均值）在高度饱水、中度饱水和盐冻条件下宜不大于250、300和200m.3、表中含气量为
15、现场新拌混凝土中取样测得的数值，允许绝对误差为1.5，但不小于4；4、气泡间距系数为从现场或模拟现场的硬化混凝土中取样或取芯测得的数值，测定方法可参照有关标准。,混凝土的抗冻性（耐久性指数）的要求,硫酸盐等化学腐蚀介质作用下的混凝土不宜单独使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，当环境作用等级为C或C级以上时,应在硅酸盐水泥中加入大掺量的矿物掺和料。对于硫酸盐环境需使用硅酸盐类的抗硫酸盐水或高抗硫酸水泥，但也需掺有矿物掺和料。在极其严重的硫酸盐腐蚀环境下则不能使用硅酸盐类水泥而应代以其他类型的水泥并需通过实验验证。硅酸盐或普通硅酸盐水泥也不能作为单独的胶凝材料用来配制暴露于PH值小于5.5
16、的酸性环境中的混凝土，此时，必须加入较大掺量的矿物掺和料。,氯盐环境下的钢筋混凝土重要工程，宜在设计中提出混凝土抗氯离子侵入性的指标，作为混凝土耐久性质量的一种控制标准。,氯盐环境下的配筋混凝土应采用较大掺量矿物掺和料的低水胶比混凝土。单掺粉煤灰的掺量不宜小于25（如有抗冻要求时，粉煤灰掺量宜以30为限），单掺磨细矿渣的掺量不宜小于50，且宜复合使用粉煤灰加硅灰、粉煤灰加矿渣或两种以上的矿物掺合料。同时,应严格限制混凝土各种材料（水泥、矿物掺合料、骨料、外加剂和拌和水等）中的氯离子含量，尽量降低从原材料引入混凝土中的氯离子。新拌混凝土不得超过胶凝材料重的0.06。,构造措施和裂缝控制,保证混凝土结构耐久性的必要构造措施,隔绝或减轻环境因素对混凝土的作用；防止或控制混凝土开裂；为钢筋提供足够厚度的保护层。,结构构件的外形应力求简洁，尽量减少暴露的表面积和棱角。结构的形状、布置和构造应有利于避免水、水汽和有害物质在混凝土表面的积聚，便于施工时混凝土的捣固和养护，减轻应力集中与约束应力。结构的施工缝与各种连接缝位置，应尽量避开可能遭受最不利局部环境作用
