混凝土结构耐久性研究

《混凝土结构耐久性研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混凝土结构耐久性研究（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、论文写作指导：QQ625880526 论文资源网 最专业的毕业设计资源学习、分享平台. 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

2、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

3、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。

4、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。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 性图 1-1 混凝土结构耐久性研究框架论文写作指导：QQ625880526 论文资源网 最专业的毕业设计资源学习、分享平台.

5、 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 t1 t2 t3。1.6.3

6、 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(PH12.5)，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

7、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

8、构，横向裂缝宽度达 0.2mm 时即可引起钢筋锈蚀。钢筋锈蚀钢 筋 开 始 锈 蚀混 凝 土 开 始 胀 裂钢 筋 锈 蚀 到 不 容 许 的 程 度构 件 破 坏 到 不 安 全 的 程 度 时 间123钢筋锈蚀程度图 9-3 混凝土中钢筋腐蚀过程示意图论文写作指导：QQ625880526 论文资源网 最专业的毕业设计资源学习、分享平台. 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

9、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

10、用寿命要比在潮湿及腐蚀介质中使用要长 23 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

11、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

12、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

13、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”的论文写作指导：QQ625880526 论文资源网 最专业的毕业设计资源学习、分享平台. 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

14、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

15、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

16、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