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1、第 8 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助第第8章章钢筋混凝土构件裂缝宽度和挠度钢筋混凝土构件裂缝宽度和挠度验算验算1第 8 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助本章重点本章重点了解受弯构件竖向弯曲裂缝的出现和开展了解受弯构件竖向弯曲裂缝的出现和开展过程；过程；掌握掌握受弯构件裂缝宽度的验算方法；受弯构件裂缝宽度的验算方法；掌握掌握受弯构件截面刚度计算与变形验算方受弯构件截面刚度计算与变形验算方法。法。8.1概概概概 述述述述v构件的裂缝宽度和挠度验算属于正常使用极限状态。构件的裂缝宽度和挠度
2、验算属于正常使用极限状态。v挠度过大影响使用功能，不能保证适用性挠度过大影响使用功能，不能保证适用性;v裂缝宽度过大，则同时影响使用功能和耐久性。裂缝宽度过大，则同时影响使用功能和耐久性。v 与承载能力极限状态设计相比，正常使用极限状与承载能力极限状态设计相比，正常使用极限状 态设计的目标可靠度可以相对较低。态设计的目标可靠度可以相对较低。C结构构件达到正常使用要求的结构构件达到正常使用要求的规定限值规定限值、裂、裂缝宽度和变形限值。缝宽度和变形限值。v 裂缝宽度和变形的验算表达式如下：裂缝宽度和变形的验算表达式如下：SC8-1S 结构构件按荷载效应的标准组合、准永久组结构构件按荷载效应的标准
3、组合、准永久组合或标准组合并考虑长期作用影响得到的合或标准组合并考虑长期作用影响得到的裂裂缝宽度或变形值缝宽度或变形值；式中式中8-2荷载效应的标准组合为：荷载效应的标准组合为：8-3荷载效应的准永久组合为：荷载效应的准永久组合为：在进行荷载效应计算时，荷载组合有两种情况：在进行荷载效应计算时，荷载组合有两种情况：裂缝裂缝荷载引起的裂缝：荷载引起的裂缝：与构件的受力特征有关与构件的受力特征有关(约占约占20%)非非荷荷载载引引起起的的裂裂缝缝：由由材材料料收收缩缩、温温度度变变化化、钢钢筋筋锈锈蚀蚀后体积增大、地基不均匀沉降等产生的裂缝后体积增大、地基不均匀沉降等产生的裂缝(约占约占80%)8
4、.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算裂缝宽度验算裂缝宽度验算为防止温度应力过大引起的开裂，规定了伸缩缝之为防止温度应力过大引起的开裂，规定了伸缩缝之间的间的最大间距最大间距。为防止由于钢筋周围混凝土过快地碳化失去对钢筋为防止由于钢筋周围混凝土过快地碳化失去对钢筋的保护作用，出现锈胀引起的沿钢筋纵向的裂缝，的保护作用，出现锈胀引起的沿钢筋纵向的裂缝，规定了钢筋的混凝土保护层的规定了钢筋的混凝土保护层的最小厚度最小厚度。非非荷荷载载引引起起的的裂裂缝缝三、荷载产生的裂缝三、荷载产生的裂缝裂缝形成的原因裂缝形成的原因荷荷载载形形成成的的裂裂缝缝：按荷载效应标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土的拉应力。按荷载效
5、应标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土的拉应力。：按荷载效应准永久组合计算时，构件受拉边缘混凝土的拉应力。：按荷载效应准永久组合计算时，构件受拉边缘混凝土的拉应力。：按荷载效应标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土的拉应力。按荷载效应标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土的拉应力。3-2最大裂缝宽度限值最大裂缝宽度限值确定最大裂缝宽度限值，主要考虑两个方面：确定最大裂缝宽度限值，主要考虑两个方面：u外观要求：外观要求：从外观要求考虑，裂缝过宽将给人以不安全从外观要求考虑，裂缝过宽将给人以不安全感，同时也影响对结构质量的评价。感，同时也影响对结构质量的评价。u耐久性要求：耐久性要求：裂缝对结构的耐久性是非
6、常不利的。裂缝对结构的耐久性是非常不利的。处于室内正常环境处于室内正常环境，裂缝宽度限值可放宽些，但应按构件，裂缝宽度限值可放宽些，但应按构件的工作条件加以区分的工作条件加以区分:直接受雨淋的构件，无围护结构的房屋中经常受雨淋的构直接受雨淋的构件，无围护结构的房屋中经常受雨淋的构件，经常受蒸汽或凝结水作用的室内构件（如浴室等），件，经常受蒸汽或凝结水作用的室内构件（如浴室等），以及与土壤直接接触的构件（如基础等），以及与土壤直接接触的构件（如基础等），都具备钢筋锈都具备钢筋锈蚀的必要和充分条件，因而都应严格限制裂缝宽度。蚀的必要和充分条件，因而都应严格限制裂缝宽度。最大裂缝宽度限值最大裂缝宽度
7、限值环境类别钢筋混凝土结构预应力混凝土结构裂缝控制等级裂缝控制等级一三0.3(0.4)三0.2二三0.2二-三三0.2一-结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值8.2.2wmax的计算方法的计算方法规范的思路：规范的思路：得到最大裂缝宽度得到最大裂缝宽度wmax若干假定若干假定根据裂缝出现机理根据裂缝出现机理建立理论公式，计算平均裂缝宽度建立理论公式，计算平均裂缝宽度wm按试验资料确定扩大系数按试验资料确定扩大系数裂缝的出现、分布与开展裂缝的出现、分布与开展2.平均裂缝宽度平均裂缝宽度wmNcr+N211Ncr+N 分布ftksmss(b)(c)(d)
8、(e)123ftkNkNk(a) 裂缝宽度等于裂缝裂缝宽度等于裂缝间距范围内钢筋和混间距范围内钢筋和混凝土的变形差凝土的变形差；v粘结粘结-滑移理论：滑移理论：我国我国规范规范是建立在粘结是建立在粘结滑移理论和无滑移理论的滑移理论和无滑移理论的基础上，基础上，结合大量试验结果得到的结合大量试验结果得到的半理论半经验半理论半经验公式。公式。v 无滑移理论无滑移理论裂裂缝缝开开展展后后，钢钢筋筋遇遇混混凝凝土土之之间间的的粘粘结结力力并并不不破破坏坏，故故滑滑移移很很小小可可以以忽忽略略不不计计，钢钢筋筋处处裂裂缝缝宽宽度度要要比比构构件件表表面面裂裂缝缝宽宽度度小小很很多多。钢钢筋筋保保护护层层
9、厚厚度度是是影影响响裂裂缝缝宽度的主要因素。宽度的主要因素。lcr+cmlcrlcr+smlcrmm(a)cscmsmssc分布s分布(c)(b)8-5式中：式中：sm = sk c 取 0.85钢筋应力不均匀系数钢筋应力不均匀系数 由于钢筋与混凝土间存在粘结应力，随着距裂缝截面距离的由于钢筋与混凝土间存在粘结应力，随着距裂缝截面距离的增加，裂缝间混凝土逐渐参与受拉工作，钢筋应力逐渐减小，因增加，裂缝间混凝土逐渐参与受拉工作，钢筋应力逐渐减小，因此钢筋应力沿纵向的分布是不均匀的。此钢筋应力沿纵向的分布是不均匀的。裂缝截面处钢筋应力最大，裂缝中间钢筋应力最小，其差值裂缝截面处钢筋应力最大，裂缝中
10、间钢筋应力最小，其差值反映了反映了混凝土参与受拉工作混凝土参与受拉工作的大小。的大小。随随着着荷荷载载的的增增大大， sm与与 sk间间的的差差距距逐逐渐渐减减小小，亦亦即即 值逐逐渐变大大，裂裂缝间受受拉拉混混凝凝土土逐逐渐退退出出工工作作，说明明混混凝凝土土参参与与工工作作的的程程度度减减小小。反反之之， 值值越越小小，说说明明混混凝凝土土参参与与工工作作的的程程度度越越大大。因因此此，系系数数 的的物物理理意意义义就就是是反反映映裂裂缝缝间间受受拉拉区区混混凝凝土土对对纵纵向向受拉钢筋应变的影响程度受拉钢筋应变的影响程度。 s=1.66 s=1.9最大裂缝宽度在概率下的含义是具有最大裂缝
11、宽度在概率下的含义是具有最大裂缝宽度在概率下的含义是具有最大裂缝宽度在概率下的含义是具有95%95%保证率的保证率的保证率的保证率的相对最大裂缝宽度相对最大裂缝宽度相对最大裂缝宽度相对最大裂缝宽度由于混凝土的由于混凝土的滑移徐变滑移徐变和和拉应力的松弛拉应力的松弛，会导致裂缝间混凝，会导致裂缝间混凝土不断退出受拉工作，钢筋平均应变增大，使裂缝随时间推土不断退出受拉工作，钢筋平均应变增大，使裂缝随时间推移逐渐增大。移逐渐增大。混凝土的收缩混凝土的收缩也使裂缝间混凝土的长度缩短，也引起裂缝随也使裂缝间混凝土的长度缩短，也引起裂缝随时间推移不断增大。时间推移不断增大。荷载的变动，荷载的变动，环境温度
12、环境温度的变化，都会使钢筋与混凝土之间的的变化，都会使钢筋与混凝土之间的粘结受到削弱，也将导致裂缝宽度不断增大。粘结受到削弱，也将导致裂缝宽度不断增大。长期荷载的影响长期荷载的影响根据长期观测结果，根据长期观测结果，长期荷载下裂缝的扩大系数长期荷载下裂缝的扩大系数为为 l=1.5。减小裂缝宽度的措施减小裂缝宽度的措施优先选择带肋钢筋；优先选择带肋钢筋；选择直径较小的钢筋；选择直径较小的钢筋；增加钢筋用量。增加钢筋用量。当计算裂缝宽度超过裂缝宽度的限值时，从最大当计算裂缝宽度超过裂缝宽度的限值时，从最大裂缝计算公式可知，常见的减小裂缝宽度的措施有：裂缝计算公式可知，常见的减小裂缝宽度的措施有：受
13、弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算u保证结构的使用功能要求保证结构的使用功能要求。结构构件产生过大的变形将影响。结构构件产生过大的变形将影响甚至丧失其使用功能，如支承精密仪器设备的梁板结构挠度甚至丧失其使用功能，如支承精密仪器设备的梁板结构挠度过大，将难以使仪器保持水平；屋面结构挠度过大会造成积过大，将难以使仪器保持水平；屋面结构挠度过大会造成积水而产生渗漏；吊车梁和桥梁的过大变形会妨碍吊车和车辆水而产生渗漏；吊车梁和桥梁的过大变形会妨碍吊车和车辆的正常运行等。的正常运行等。u防止对结构构件产生不良影响防止对结构构件产生不良影响。如支承在砖墙上的梁端产生。如支承在砖墙上的梁端产生过大转角，将使
14、支承面积减小、支承反力偏心增大，并会引过大转角，将使支承面积减小、支承反力偏心增大，并会引起墙体开裂。起墙体开裂。u防止对非结构构件产生不良影响防止对非结构构件产生不良影响。结构变形过大会使门窗等。结构变形过大会使门窗等不能正常开关，也会导致隔墙、天花板的开裂或损坏。不能正常开关，也会导致隔墙、天花板的开裂或损坏。u保证使用者的感觉在可接受的程度之内保证使用者的感觉在可接受的程度之内。过大振动、变形会。过大振动、变形会引起使用者的不适或不安全感。引起使用者的不适或不安全感。截面截面抗弯刚度抗弯刚度EI 体现了截面抵抗弯曲变形的能力，同时也反映体现了截面抵抗弯曲变形的能力，同时也反映了截面弯矩与
15、曲率之间的物理关系。了截面弯矩与曲率之间的物理关系。对于弹性均质材料截面，对于弹性均质材料截面，EI为常数，为常数，既与弯矩无关，也不受时既与弯矩无关，也不受时间影响。间影响。 M-f f 关系为直线。关系为直线。对匀质弹性材料梁对匀质弹性材料梁第十章 变形和裂缝宽度的计算刚度公式的建立刚度公式的建立材料力学中曲率与弯矩关系的推导材料力学中曲率与弯矩关系的推导几何关系几何关系物理关系物理关系平衡关系平衡关系10.3 受弯构件的挠度验算1、几何关系、几何关系：2、物理关系、物理关系：3、平衡关系、平衡关系：根据裂缝截面的应力分布根据裂缝截面的应力分布3、平衡关系、平衡关系：根据裂缝截面的应力分布
16、根据裂缝截面的应力分布混凝土受压边缘平均应变综合系数混凝土受压边缘平均应变综合系数参数参数h h、z z和和 1、开裂截面的内力臂系数、开裂截面的内力臂系数h h 试试验验和和理理论论分分析析表表明明，在在短短期期弯弯矩矩Msk=（0.50.7）Mu范范围围，裂裂缝缝截截面面的的相相对对受受压压区区高高度度x x 变变化化很很小小，内内力力臂臂的的变变化化也也不不大大。对对常常用用的的混混凝凝土土强强度度和和配配筋筋情情况况，h h 值值在在0.830.93之之间间波波动动。规范规范为简化计算，取为简化计算，取h h=0.87。2、受压区边缘混凝土平均应变综合系数、受压区边缘混凝土平均应变综合
17、系数z z 根根据据试试验验实实测测受受压压边边缘缘混混凝凝土土的的压压应应变变，可可以以得得到到系系数数z z 的的试试验验值值。在在短短期期弯弯矩矩Msk=（0.50.7）Mu范范围围，系系数数z z 的的变变化化很很小小，仅与配筋率有关。仅与配筋率有关。规范规范根据试验结果分析给出，根据试验结果分析给出，受压翼缘加强系数受压翼缘加强系数3、钢筋应变不均匀系数、钢筋应变不均匀系数 r rte为以有效受拉混凝土截面面积为以有效受拉混凝土截面面积计算的受拉钢筋配筋率。计算的受拉钢筋配筋率。Ate为有效受拉混凝土截面面积，对为有效受拉混凝土截面面积，对受弯构件取受弯构件取当当 1.0时，取时，取
18、 =1.0；对直接承受重复荷载作对直接承受重复荷载作用的构件，取用的构件，取 =1.0。短期刚度短期刚度Bs长期荷载作用下的抗弯刚度长期荷载作用下的抗弯刚度在长期荷载作用下，由于混凝土的在长期荷载作用下，由于混凝土的徐变徐变，会使梁的挠度随时间，会使梁的挠度随时间增长。此外，钢筋与混凝土间增长。此外，钢筋与混凝土间粘结滑移徐变粘结滑移徐变、混凝土、混凝土收缩收缩等也等也会导致梁的挠度增大。根据长期试验观测结果，长期挠度与短会导致梁的挠度增大。根据长期试验观测结果，长期挠度与短期挠度的比值期挠度的比值q q 可按下式计算，可按下式计算，长期抗弯刚度长期抗弯刚度Mk荷载效应标准组合计算的弯矩值；荷
19、载效应标准组合计算的弯矩值；Mq荷载效应准永久组合计算的弯矩值；荷载效应准永久组合计算的弯矩值；沿梁长的刚度和曲率分布沿梁长的刚度和曲率分布最小刚度原则就是在同一符号弯矩区段内最大弯矩最小刚度原则就是在同一符号弯矩区段内最大弯矩Mmax处的截面处的截面刚度刚度Bmin作为该区段的刚度作为该区段的刚度B以计算构件的挠度。以计算构件的挠度。一一方方面面按按Bmin计计算算的的挠挠度度值值偏偏大大，另另一一方方面面，不不考考虑虑剪剪切切变变形形的的影影响响，对对出出现现斜斜裂裂缝缝的的情情况况，剪剪跨跨内内钢钢筋筋应应力力大大于于按按正正截截面面的的计计算算值值，这这些些均均导导致致挠挠度度计计算算
20、值值偏偏小小。上上述述两两方方面面的的影影响响大大致致可可以以互互相相抵抵消消，对对国国内内外外约约350根根试试验验梁梁验验算算结结果果，计计算算值值与与试试验验值值符符合合较较好好。因因此此，采采用用“最最小小刚刚度度原原则则”是是可可以以满满足足工工程程要要求求的。的。最小刚度原则与挠度验算最小刚度原则与挠度验算B1minBBminMBminMlmaxBAgk+qk(a)(b)+gk+qkBminBmin(a)(b)取取同一弯矩符号区段内同一弯矩符号区段内最小刚度作为等刚度，按最小刚度作为等刚度，按材料力学的方法计算材料力学的方法计算。提高受弯构件刚度的措施提高受弯构件刚度的措施u增大构
21、件截面有效高度增大构件截面有效高度是提高构件截面刚度最有效是提高构件截面刚度最有效的措施的措施u当截面高度及其他条件不变时，如有受拉翼缘或受压翼当截面高度及其他条件不变时，如有受拉翼缘或受压翼缘，则缘，则Bs有所增大有所增大u增大受拉筋的配筋率，增大受拉筋的配筋率，Bs略有增大略有增大u当设计中构件的截面高度受到限制时，可考虑增加受拉当设计中构件的截面高度受到限制时，可考虑增加受拉钢筋配筋率、采用双筋截面等措施钢筋配筋率、采用双筋截面等措施u采用高性能混凝土、对构件施加预应力等都是提高混凝采用高性能混凝土、对构件施加预应力等都是提高混凝土构件刚度的有效措施土构件刚度的有效措施混凝土结构的耐久性
22、混凝土结构应能在自然和人为环境的化学和物理作用下，满混凝土结构应能在自然和人为环境的化学和物理作用下，满足在规定的足在规定的设计工作寿命设计工作寿命内不出现无法接受的承载力减小、内不出现无法接受的承载力减小、使用功能降低和不能接受的外观破损等的耐久性要求。使用功能降低和不能接受的外观破损等的耐久性要求。耐久性耐久性是指结构在预定设计工作寿命期内，在正常维护条件是指结构在预定设计工作寿命期内，在正常维护条件下，不需要进行大修和加固满足，而满足正常使用和安全下，不需要进行大修和加固满足，而满足正常使用和安全功能要求的能力。功能要求的能力。对于一般建筑结构，设计工作寿命为对于一般建筑结构，设计工作寿
23、命为50年年，重要的建筑物可，重要的建筑物可取取100年年。近年来，随着建筑市场化的发展，业主也可以对建筑的寿命近年来，随着建筑市场化的发展，业主也可以对建筑的寿命提出更高要求。对于其它土木工程结构，根据其功能要求，提出更高要求。对于其它土木工程结构，根据其功能要求，设计工作寿命也有差别，如桥梁工程一般要求在设计工作寿命也有差别，如桥梁工程一般要求在100年以上。年以上。世界上经济发达国家的工程建设大体上经历了三个阶段：世界上经济发达国家的工程建设大体上经历了三个阶段：大规模建设大规模建设；新建与改建、维修并重新建与改建、维修并重；重点转向既有建筑物的维修改造重点转向既有建筑物的维修改造。目前
24、经济发达国家处于第三阶段目前经济发达国家处于第三阶段，结构因耐久性不足而失，结构因耐久性不足而失效，或为保证继续正常使用而付出巨大维修代价，这使得效，或为保证继续正常使用而付出巨大维修代价，这使得耐久性问题变得十分重要。耐久性问题变得十分重要。我国我国50年代开始大规模建设的工程项目，由于当时经济基础年代开始大规模建设的工程项目，由于当时经济基础薄弱，材料标准和设计标准都较低，除一些重要的工程项目薄弱，材料标准和设计标准都较低，除一些重要的工程项目目前需要继续维持其使用外，其它大部分工程已达到其使用目前需要继续维持其使用外，其它大部分工程已达到其使用寿命。寿命。我国真正进入大规模建设是在改革开
25、放以后，因此国外发达我国真正进入大规模建设是在改革开放以后，因此国外发达国家在耐久性上所遇到的问题应引起我国工程技术人员的足国家在耐久性上所遇到的问题应引起我国工程技术人员的足够重视，够重视，避免重蹈发达国家的覆辙避免重蹈发达国家的覆辙，对国家经济建设造成巨，对国家经济建设造成巨大浪费。大浪费。内部因素：内部因素：混凝土强度混凝土强度渗透性渗透性保护层厚度保护层厚度水泥品种水泥品种标号和用量标号和用量外加剂等外加剂等外部因素：外部因素：环境温度环境温度湿度湿度CO2含量含量侵蚀性介质等侵蚀性介质等碳碳化化影响混凝土结构耐久性的因素影响混凝土结构耐久性的因素1、混凝土的冻融破坏、混凝土的冻融破坏
26、混混凝凝土土水水化化结结硬硬后后，内内部部有有很很多多毛毛细细孔孔。在在浇浇筑筑混混凝凝土土时时，为得到必要的和易性，往往会比水泥水化所需要的水多些。为得到必要的和易性，往往会比水泥水化所需要的水多些。多多余余的的水水份份滞滞留留在在混混凝凝土土毛毛细细孔孔中中。低低温温时时水水份份因因结结冰冰产产生体积膨胀，引起混凝土内部结构破坏。生体积膨胀，引起混凝土内部结构破坏。反反复复冻冻融融多多次次，就就会会使使混混凝凝土土的的损损伤伤累累积积达达到到一一定定程程度度而而引起结构破坏。引起结构破坏。防防止止混混凝凝土土冻冻融融破破坏坏的的主主要要措措施施是是降降低低水水灰灰比比，减减少少混混凝凝土中
27、多余的水份土中多余的水份。冬冬季季施施工工时时，应应加加强强养养护护，防防止止早早期期受受冻冻，并并掺掺入入防防冻冻剂剂等。等。2、混凝土的碱集料反应、混凝土的碱集料反应 混混凝凝土土集集料料中中的的某某些些活活性性矿矿物物与与混混凝凝土土微微孔孔中中的的碱碱性性溶溶液液产生化学反应称为碱集料反应。产生化学反应称为碱集料反应。 碱碱集集料料反反应应产产生生的的碱碱-硅硅酸酸盐盐凝凝胶胶，吸吸水水后后会会产产生生膨膨胀胀，体体积积可可增增大大34倍倍，从从而而混混凝凝土土的的剥剥落落、开开裂裂、强强度度降降低低，甚甚至导致破坏。至导致破坏。 引起碱集料反应有三个条件引起碱集料反应有三个条件：混混
28、凝凝土土的的凝凝胶胶中中有有碱碱性性物物质质。这这种种碱碱性性物物质质主主要要来来自自于于水水泥泥，若若水水泥泥中中的的含含碱碱量量（Na2O，K2O）大大于于0.6%以以上上时时，则会很快析出到水溶液中，遇到活性骨料则会产生反应；则会很快析出到水溶液中，遇到活性骨料则会产生反应；骨骨料料中中有有活活性性骨骨料料，如如蛋蛋白白石石、黑黑硅硅石石、燧燧石石、玻玻璃璃质质火火山石、安山石等含山石、安山石等含SiO2的骨料；的骨料；水水分分。碱碱骨骨料料反反应应的的充充分分条条件件是是有有水水分分，在在干干燥燥环环境境下下很很难发生碱骨料反应。难发生碱骨料反应。3、侵蚀性介质的腐蚀、侵蚀性介质的腐蚀
29、硫酸盐腐蚀硫酸盐腐蚀：硫酸盐溶液与水泥石中的：硫酸盐溶液与水泥石中的氢氧化钙氢氧化钙及水化铝酸及水化铝酸钙发生化学反应，生成石膏和硫铝酸钙，产生体积膨胀，使混钙发生化学反应，生成石膏和硫铝酸钙，产生体积膨胀，使混凝土破坏。硫酸盐除在一些化工企业存在外，海水及一些土壤凝土破坏。硫酸盐除在一些化工企业存在外，海水及一些土壤中也存在。中也存在。当硫酸盐的浓度（以当硫酸盐的浓度（以SO2的含量表示）达到的含量表示）达到2时，时，就会产生严重的腐蚀。就会产生严重的腐蚀。酸腐蚀酸腐蚀：混凝土是碱性材料，：混凝土是碱性材料，遇到酸性物质遇到酸性物质会产生化学反应，会产生化学反应，使混凝土产生裂缝、脱落，并导
30、致破坏。酸不仅存在于化工企使混凝土产生裂缝、脱落，并导致破坏。酸不仅存在于化工企业，在地下水，特别是沼泽地区或泥炭地区广泛存在碳酸及溶业，在地下水，特别是沼泽地区或泥炭地区广泛存在碳酸及溶有有CO2的水。此外有些油脂、腐植质也呈酸性，对混凝土有腐蚀的水。此外有些油脂、腐植质也呈酸性，对混凝土有腐蚀作用。作用。海水腐蚀海水腐蚀：在海港、近海结构中的混凝土构筑物，经常收到：在海港、近海结构中的混凝土构筑物，经常收到海水的侵蚀。海水中的海水的侵蚀。海水中的NaCl、MgCl2、MgSO4、K2SO4等成分，等成分，尤其是尤其是Cl- -和和硫酸镁硫酸镁对混凝土有较强的腐蚀作用。在海岸飞溅区，对混凝土
31、有较强的腐蚀作用。在海岸飞溅区，受到干湿的物理作用，也有利于受到干湿的物理作用，也有利于Cl- -和和SO4的渗入，极易造成钢的渗入，极易造成钢筋锈蚀。筋锈蚀。4、混凝土的碳化、混凝土的碳化 混凝土中碱性物质混凝土中碱性物质（Ca(OH)2）使混凝土内的钢筋表明形成使混凝土内的钢筋表明形成氧化膜，它能有效地保护钢筋，防止钢筋锈蚀。氧化膜，它能有效地保护钢筋，防止钢筋锈蚀。 但由于大气中的二氧化碳（但由于大气中的二氧化碳（CO2）与混凝土中的碱性物质发）与混凝土中的碱性物质发生反应，生反应，使混凝土的使混凝土的Ph值降低值降低。其他物质，如。其他物质，如SO2、H2S，也能与混凝土中的碱性物质发
32、生类似的反应，使混凝土的也能与混凝土中的碱性物质发生类似的反应，使混凝土的Ph值降低，这就是混凝土的碳化。值降低，这就是混凝土的碳化。 当混凝土保护层被碳化到钢筋表面时当混凝土保护层被碳化到钢筋表面时，将破坏钢筋表面的，将破坏钢筋表面的氧化膜，引起钢筋的锈蚀。此外，碳化还会加剧混凝土的氧化膜，引起钢筋的锈蚀。此外，碳化还会加剧混凝土的收缩，可导致混凝土的开裂。收缩，可导致混凝土的开裂。 因此，因此，混凝土的碳化是混凝土结构耐久性的重要问题混凝土的碳化是混凝土结构耐久性的重要问题。 混凝土的碳化从构件表面开始向内发展，到保护层完全碳混凝土的碳化从构件表面开始向内发展，到保护层完全碳化，所需要的时
33、间与化，所需要的时间与碳化速度碳化速度、混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度、混凝混凝土密实性土密实性以及以及覆盖层情况覆盖层情况等因素有关。等因素有关。5、钢筋锈蚀、钢筋锈蚀钢筋锈蚀是影响钢筋混钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的最关凝土结构耐久性的最关键问题。键问题。钢钢筋筋锈锈蚀蚀产产生生体体积积膨膨胀胀可可达达原原体体积积的的数数倍倍，使使钢钢筋筋位位置置处处的的混混凝凝土土受受到到内内压压力力而而产产生生裂裂缝缝，并并随随之之剥剥落落。这这种种裂裂缝缝沿沿钢钢筋筋方方向向发发展展，且且随随着着锈锈蚀蚀的的发发展展混混凝凝土土剥剥离离产产生空隙。生空隙。防止钢筋锈蚀最重要的措施防止钢筋锈蚀
34、最重要的措施是在增加混凝土的是在增加混凝土的密实性密实性和和混凝土的混凝土的保护层厚度保护层厚度。 当混凝土未碳化时当混凝土未碳化时，由于水泥的高碱性，钢筋表面形成一层，由于水泥的高碱性，钢筋表面形成一层致密的氧化膜，阻止了钢筋锈蚀电化学过程。致密的氧化膜，阻止了钢筋锈蚀电化学过程。 当混凝土被碳化当混凝土被碳化，钢筋表面的氧化膜被破坏，在有水份和氧，钢筋表面的氧化膜被破坏，在有水份和氧气的条件下，就会发生锈蚀的电化学反应。气的条件下，就会发生锈蚀的电化学反应。 钢筋锈蚀产生的铁锈（氢氧化亚铁钢筋锈蚀产生的铁锈（氢氧化亚铁Fe(OH)3），体积比铁增加），体积比铁增加26倍，保护层被挤裂，使空
35、气中的水份更易进入，促使锈蚀倍，保护层被挤裂，使空气中的水份更易进入，促使锈蚀加快发展。加快发展。 氧气和水份是钢筋锈蚀必要条件氧气和水份是钢筋锈蚀必要条件，混凝土的碳化仅是为钢筋混凝土的碳化仅是为钢筋锈蚀提供了可能锈蚀提供了可能。 当构件使用环境很干燥（湿度当构件使用环境很干燥（湿度40%），或完全处于水中，钢），或完全处于水中，钢筋的锈蚀极慢，几乎不发生锈蚀。筋的锈蚀极慢，几乎不发生锈蚀。 而裂缝的发生为氧气和水份的浸入创造了条件，同时也使混而裂缝的发生为氧气和水份的浸入创造了条件，同时也使混凝土的碳化形成立体发展。凝土的碳化形成立体发展。钢筋锈蚀引起混凝土结构损伤过程如下，首先在裂缝宽度
36、较钢筋锈蚀引起混凝土结构损伤过程如下，首先在裂缝宽度较大处发生个别点的大处发生个别点的“坑蚀坑蚀”，继而逐渐形成，继而逐渐形成“环蚀环蚀”，同时，同时向裂缝两边扩展，形成锈蚀面，使钢筋有效面积减小。严重向裂缝两边扩展，形成锈蚀面，使钢筋有效面积减小。严重锈蚀时，会导致锈蚀时，会导致沿钢筋长度出现纵向裂缝沿钢筋长度出现纵向裂缝，甚至导致混凝土，甚至导致混凝土保护层脱落，习称保护层脱落，习称“暴筋暴筋”，从而导致截面承载力下降，直，从而导致截面承载力下降，直至最终引起结构破坏。至最终引起结构破坏。结构工作环境类别u混凝土结构的耐久性与结构工作的混凝土结构的耐久性与结构工作的环境环境有密切关系。有密
37、切关系。u同一结构在强腐蚀环境中要比一般大气环境中的使用寿命短。同一结构在强腐蚀环境中要比一般大气环境中的使用寿命短。u对于不同环境对于不同环境，可以采取不同措施来保证结构使用寿命。，可以采取不同措施来保证结构使用寿命。u如在恶劣环境如在恶劣环境，一味增加混凝土保护层是不经济的，效果也不，一味增加混凝土保护层是不经济的，效果也不一定好。可在构件表面采用防护涂层。一定好。可在构件表面采用防护涂层。1最小保护层厚度最小保护层厚度： 为保证耐久性和钢筋的粘结力，对一、二、三类环境一般为保证耐久性和钢筋的粘结力，对一、二、三类环境一般建筑结构（设计工作寿命建筑结构（设计工作寿命50年），年），规范规范
38、规定了最小混规定了最小混凝土保护层厚度。凝土保护层厚度。 对四、五类环境种的建筑结构，应按专门规定考虑。对四、五类环境种的建筑结构，应按专门规定考虑。 当对结构设计工作寿命有更高要求时（当对结构设计工作寿命有更高要求时（100年），混凝土保年），混凝土保护层厚度应将表护层厚度应将表5-1的数值乘以的数值乘以1.4或采用表面防护，定期维或采用表面防护，定期维修等措施。修等措施。2混凝土的要求混凝土的要求： 耐久性的另一个重要方面是耐久性的另一个重要方面是混凝土密实性混凝土密实性，因为密实性好，因为密实性好对延缓混凝土的碳化和钢筋锈蚀有很大作用。对延缓混凝土的碳化和钢筋锈蚀有很大作用。 提高混凝土
39、密实性主要是减小水灰比和保证水泥用量。提高混凝土密实性主要是减小水灰比和保证水泥用量。 若混凝土种氯离子含量过大，则会对钢筋锈蚀有恶劣影响。若混凝土种氯离子含量过大，则会对钢筋锈蚀有恶劣影响。保证耐久性的措施3裂裂缝缝控控制制：裂裂缝缝的的出出现现加加快快了了混混凝凝土土的的碳碳化化，也也是是使使钢钢筋筋开开始始锈锈蚀蚀的的主主要要条条件件。为为保保证证混混凝凝土土结结构构的的耐耐久久性性，必必须须对对裂裂缝缝进进行行控控制制。规规范范根根据据结结构构构构件件所所处处环环境境类类别别，钢钢筋筋种种类类对对腐蚀的敏感性，以及荷载作用时间，将裂缝控制分为三个等级。腐蚀的敏感性，以及荷载作用时间，将裂缝控制分为三个等级。4其他措施其他措施 对于结构中使用环境较差的构件，对于结构中使用环境较差的构件，宜设计成可更换或易更换宜设计成可更换或易更换的构件。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，宜采用带肋环氧涂环氧涂层钢筋层钢筋，预应力钢筋应有防护措施。，预应力钢筋应有防护措施。 采用有利提高耐久性的采用有利提高耐久性的高强混凝土高强混凝土。
