混凝土耐久性分析与设计1课件

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1、混凝土耐久性分析与设计,建筑工程学院 毛继泽,研究生课程,Durability Analysis and Design of Concrete,日常联系： Office: 土木工程教研室11#3018 E-mail: / Tel: 82519201 / 13796089618,课程目的,针对混凝土耐久性问题普遍认识不足的现状，通过本课程的学习，强调混凝土 耐久性问题的重要性，使学生能初步了解混凝土耐久性的基本概念及研究现状，掌握混凝土耐久性的基础理论与研究成果。,混凝土耐久性分析与设计,教学内容及学时分配,考核方式,专题总结报告占60%；,混凝土耐久性分析与设计,平时成绩占10% （平时出

2、勤及课堂表现等）。,课堂发表讨论占30%；,1混凝土结构耐久性 金伟良等 科学出版社 2002 2混凝土结构耐久性概论 张誉等 上海科学技术 出版社 2003 3混凝土结构耐久性分析与设计 李田等 科学出 版社 1999 4 混凝土结构耐久性分析与寿命预测 牛荻涛 科 学出版社 2003 5混凝土结构耐久性设计与施工指南 中国工程 院土木水利与建筑学部 中国建筑工业出版社 2004 6混凝土结构耐久性设计与评估方法 金伟良等 机械工业出版社 2006 7 ETC,参考书目,混凝土耐久性分析与设计,混凝土耐久性分析与设计,研究生课程,Durability Analysis and Design

3、of Concrete,混凝土耐久性研究概述,一、重要意义 二、国内外研究概况 三、影响因素 四、研究内容 五、混凝土耐久性损伤实例,混凝土耐久性分析与设计,一、混凝土结构耐久性的重要意义,1.混凝土结构耐久性的定义,正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用；,结构可靠性,合格的建筑结构？,Q1:,建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068-2001)总则 中，明确指出结构在规定的设计使用年限内应满足下列 功能要求：,安全性(1)(4),适用性(2),耐久性(3),(1) (2) (3) (4),正常使用时具有良好的工作性能；,设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的 整体稳定性

4、。,正常维护下具有足够的耐久性能；,+,+,承载能力极限状态 + 正常使用极限状态,混凝土结构设计方法？,极限状态设计方法,Q2:,整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就 不能满足设计规范的某一功能要求,耐久性能,“混凝土耐久性是在实际使用条件下抵抗各种环境因素作用，能长期保持外观的完整性和长久的使用性的能力”。,1.混凝土结构耐久性定义： 结构在规定的使用年限内，在各种环境条件作用下，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用性和可接受的外观的能力。,一、混凝土结构耐久性的重要意义,OR 混凝土结构耐久性是指混凝土结构及其构件在可预见的工作环境及材料内部因素的作用下，在预期的使用年限

5、内抵抗大气影响、化学侵蚀和其他劣化过程，而不需要花费大量资金维修，也能保持其安全性和适用性的功能。 -（建筑结构学报2007）,2.研究混凝土结构耐久性的重要意义,MONEY,对象：混凝土结构,混凝土是工程中用量最多的建筑材料，也是最 主要的结构材料，钢筋混凝土结构已成为世界 上应用最为广泛的结构形式。,一、混凝土结构耐久性的重要意义,1978年以来我国历年水泥产量,从1985年起我国水泥产量已连续21年居世界第一位， 目前占世界总产量的48%左右。,我国水泥年产量增长图,需求预测 综合考虑国情及水泥生产和消费现状，借鉴国际工业化国家水泥消费变化经验，在今后较长一段时间内，水泥消费都将保持在较

6、高的水平。 党的十六大提出到2020年实现国民经济总量翻两番的目标，综合考虑水泥与国民经济各领域的关联因素，预测2010年需求量为12亿吨。随着科学发展观的深入贯彻和落实，考虑到技术进步和厉行节约等因素，水泥实物消耗量将逐步减少，预测到2020年，水泥需求量也将基本维持在13亿吨左右。,2.研究混凝土结构耐久性的重要意义,MONEY,对象：混凝土结构,混凝土是工程中用量最多的建筑材料，也是最主要的 结构材料，钢筋混凝土结构已成为世界上应用最为广 泛的结构形式。,一、混凝土结构耐久性的重要意义,COST,触目惊心的数据（实例）：,If not ,全年各种腐蚀损失约为2500亿美元，其中混凝土桥梁

7、 修复费用为1550亿美元（美国标准局1998年调查）。,America,57.5万座钢筋混凝土桥中有一半以上出现腐蚀破坏， 40承载力不足需要修复加固处理；,Swiss,瑞士公路系统约有3000座桥梁，每年用于桥面检测及 维护的费用达8000万瑞土法郎，至于修理或更换的费 用更高（瑞士联邦公路局）。,英格兰岛中部环形线快车道上11座混凝土高架桥建造 费2800万英镑(1972)，维修费4500万英镑(1974-1989)；,England,每年用于修复钢筋混凝土结构的费用达200亿英镑。,1999年底一年内由腐蚀造成的损失约在1800-3600亿元， 其中钢筋腐蚀占40，约为720-1440

8、亿元；,Japan,每年用于房屋结构维修的费用即达400亿日元，大约 21.4%的钢筋混凝土结构损坏是因钢筋锈蚀引起。,China,中国腐蚀调查报告指出，建筑部门的腐蚀年损失 约为 1000 亿人民币。,五倍定律：1 - 5 - 25 - 125,了解一下：,二、国内外研究概况,ACI： 美国混凝土学会，1957,RILEM：国际材料与结构试验研究联合会，1960,fib：国际结构混凝土学会，1998 = 欧洲混凝土学会(CEB) + 国际预应力混凝上学会(FIP),ASTM：美国材料试验协会,JSCE：日本土木学会，20世纪70年代,AIJ：日本建筑学会,1.国外概况,2.国内概况,始于20

9、世纪60年代，至目前，混凝土结构耐久性问题 日益引起重视，在如火如荼地开展。,三、影响混凝土结构耐久性的因素,1)设计构造上的原因,(1)使用水泥品种不当，水泥含碱量过大； (2)使用含有较多C3S、细度过小的水泥，加水拌合后 水化加速，放热加剧干燥收缩增大，混凝土开裂； (3)使用含有碱活性矿物的骨料； (4)骨料颗粒级配不当，会造成混凝土用水量增大， 硬化后混凝土的孔隙增加； (5)外加剂使用不当。,1.影响因素,(1)钢筋的混凝土保护层厚度太小； (2)沉降缝、伸缩缝构造不正确； (3)构件开孔洞的洞口边缘未配筋或配筋不当； (4)基础建在滨海盐渍地区； (5)隔热层、分隔层、防滑层处理

10、不妥当等。,2)材料质量不合格,硅酸盐水泥熟料矿物组成的反应特性,(1)水灰比过大，导致增大孔隙率，渗透性加大； (2)单方水泥用量过大，引起收缩和水化热过大而开裂； (3)过早拆模，混凝土养护期的强度不足以承担上部结 构自重和施工荷载而引起早期开裂： (4)浇捣、养护不当； (5)施工组织不当，造成不应出现的施工缝(冷缝)： (6)使用含有氯离子的早强剂； (7)使用海水搅拌混凝土等。,(1)气候条件异常，如气候突变，干湿环境交替频繁； (2)自然环境恶化，如酸雨，CO2、SO2、H2SO3侵蚀； (3)建筑场地有害物质的侵入。,3)施工质量低劣,4)外界环境条件恶化,2.混凝土结构耐久性劣

11、化的内在条件与机理,扩散性是描述混凝土内部离子迁移状况的物理量 或是描述水蒸气在孔隙中达到饱和之前的扩 散状况的物理量。,混凝土的耐久性很大程度上取决于其渗透能力 和扩散能力。,2.混凝土结构耐久性劣化的内在条件与机理,渗透性表征液体流入混凝土的速度大小。,渗透系数、扩散系数、吸水率,四、混凝土结构耐久性研究的内容,材料劣化原因及耐久性机理的研究,在役结构耐久性评估的研究,拟建结构耐久性设计的研究,提高混凝土结构耐久性技术措施的研究,四、混凝土结构耐久性研究的内容,五、混凝土结构耐久性损伤实例,-第二届混凝土耐久性国际学术会议 混凝土耐久性50年进展,当今世界混凝土破坏原因按重要性排列的顺序

12、是：钢筋腐蚀、寒冷气候下的冻害、 侵蚀环境的物理化学作用。,青岛市某16层混凝土结构大楼耐久性损伤破坏,青岛市某16层混凝土结构大楼位于海边，距离海岸不 足100m，建筑面积10700m2，结构形式为现浇剪力墙- 密肋楼盖，肋间填充轻质加气混凝土块，采用升板法 施工。 1989年11月竣工，1990年4月交付使用。 3年后楼盖钢筋严重腐蚀，致使结构失效，16层楼盖 全部拆除。,自然情况：,上海四川路桥耐久性损伤,四川路桥位于上海市苏州河上，是连接虹口区和黄浦区 的重要交通要道，地处市区繁华地段，每日交通流量极 大。该桥建于20世纪20年代，迄今已有80多年历史，建 筑风格与周围欧式建筑遥相呼应

13、，是一座具有历史文化 价值的建筑。桥中跨36.74m，两边跨各为18.03m，桥总 宽18.28m，其中车行道宽度为12.80m，两侧人行道宽各 为2.74m。桥型结构为单悬臂梁加挂梁，其中两个边孔单 悬臂梁为七室变截面钢筋混凝土箱梁，中孔挂梁为并排 八榀“I”形钢梁加钢筋混凝上桥面板组成的联合梁。,自然情况：,经抽样检查，该桥混凝土保护层厚度为40-70mm， 实测混凝土碳化深度已大于或等于保护层厚度， 说明保护层已基本丧失防锈作用。,混凝土耐久性研究概述,一、重要意义 二、国内外研究概况 三、影响因素 四、研究内容 五、混凝土耐久性损伤实例,混凝土耐久性分析与设计,耐久性定义,设计、材料、

14、施工、环境,渗透能力+扩散能力,材料机理、评估、设计、措施,本 章 结 束,Thanks for your attention!,下一章 混凝土的碳化,而“CEBFIP模式规范(混凝土结构1991)”中的耐久性设计原 则是“混凝土结构应以这样方式设计、施工和使用，即在预 定的环境影响下，混凝土结构在讲明或不讲明的时期内，保 持其安全性、正常使用性和可接受的外观，不需要为维护和 修理花费意想不到的高额费用”。,楼盖混凝土中的Cl-主要来源不是填充用的加气块；现场 检查混凝土保护层厚度很小，可见施工质量的低劣，质 地不密实的混凝土在短短几年内已中性化；施工时采用 海水搅拌和采用海砂可能是Cl-的主要来源。 这是一个很典型的出于Cl-侵蚀致使钢筋严重腐蚀、导 致楼盖耐久性损伤破坏的实例。,