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1、第10章 钢筋混凝土变形、裂缝与耐久性蒋秀根中国农业大学 水利与土木工程学院土木工程系第10章钢筋混凝土变形、裂缝与耐久性10.1 受弯构件变形计算受弯构件变形计算 10.2 受拉裂缝计算受拉裂缝计算 10.3 混凝土结构耐久性设计混凝土结构耐久性设计10.1 受弯构件变形计算受弯构件变形计算一、结构刚度设计目的及方法1.控制变形目的（1）影响观瞻，导致使用者心理不安；（2）影响设备的正常使用；（3）导致结构内力变化，影响结构安全性（受压构件出现效应，受弯构件出现薄膜拉应力）；（4）导致非结构构件的破坏；（5）导致结构裂缝过大，影响结构正常功能。一、结构刚度设计目的及方法2.变形控制方法（1）
2、提高结构刚度、减小变形n提高截面刚度（截面尺寸及材料）；n提高结构整体刚度（结构型式）（2）单向荷载下，对结构设置反拱n结构起拱；n预应力反拱一、结构刚度设计目的及方法3.受弯构件挠度限制值 钢筋混凝土受弯构件挠度限值二、受弯构件挠度计算一般方法1.挠度计算的一般方法 （1）弯曲变形的计算n弯曲挠度：n弯曲曲率： 二、受弯构件挠度计算一般方法（2）剪切变形的计算n剪切转角：n剪切挠度：二、受弯构件挠度计算一般方法（3）轴向变形的计算 n轴向变形：n轴向挠度：二、受弯构件挠度计算一般方法2.挠度计算的简化公式（1）忽略杆件的剪切变形和轴向变形；（1）对等截面受弯构件， 二、受弯构件挠度计算一般方
3、法 一般型式受弯构件挠度值二、受弯构件挠度计算一般方法 一般型式受弯构件挠度值（续）三、钢筋混凝土结构抗弯刚度的一般概念1定义2特点（1）一般情况下，截面的抗弯刚度为 。n但对于配筋混凝土截面，由于混凝土的开裂，其截面惯性矩不再等于连续截面的惯性矩 ；n无论是开裂截面还是未开裂截面，还应该考虑钢筋对截面刚度的贡献；n同时，随着截面弯矩和截面混凝土应力的变化，混凝土的变形模量也不再为常数。 因此，钢筋混凝土截面的抗弯刚度不能简单地用 表达。 三、钢筋混凝土结构抗弯刚度的一般概念（2）对于等截面杆（截面形状、尺寸、配筋完全相同），即使所受弯矩相同，由于裂缝发生的随机性和延伸性，不同截面的刚度并不相
4、同，一般取裂缝间隔内的宏观平均值计算。（3）截面的刚度应按照其定义，通过计算弯矩作用下的截面实际曲率建立。（4）随着截面配筋的不同和截面弯矩的变化，截面的弯曲曲率随之变化，截面的刚度也不同。配筋越少、弯矩越大，截面曲率越大，截面刚度越小。（5）计算构件挠度时，理论上应根据每个截面曲率，通过积分计算而得。三、钢筋混凝土结构抗弯刚度的一般概念（6）实际计算时，近似取构件各截面中的最小刚度计算构件弯曲挠度。n截面曲率：n截面抗弯刚度：四、受弯构件刚度计算1.基本假定（1）几何关系：截面应变符合平截面假定 裂缝区间平均曲率：四、受弯构件刚度计算裂缝开展示意图中和轴、钢筋应变及混凝土应变分布示意图四、受
5、弯构件刚度计算 裂缝区间平均应变四、受弯构件刚度计算（2） 物理关系：钢筋及混凝土的应力-应变关系 开裂截面： （ 为割线模量系数）四、受弯构件刚度计算（3）平衡关系：截面压区总压力与受拉钢筋拉力组成力偶（弯矩） n混凝土混凝土：四、受弯构件刚度计算按照平衡关系得到：等效压力：等效应力：等效应变：等效应变系数：四、受弯构件刚度计算n钢筋：钢筋：按照平衡关系：钢筋拉力：钢筋应力：钢筋应变：四、受弯构件刚度计算 开裂截面应力分析开裂截面应力分析四、受弯构件刚度计算2.刚度计算裂缝间距内截面平均曲率计算裂缝间距内截面平均曲率计算裂缝间距内截面平均刚度计算裂缝间距内截面平均刚度计算四、受弯构件刚度计算
6、 刚度计算参数四、受弯构件刚度计算3.规范刚度公式：规范刚度公式：四、受弯构件刚度计算4.应用讨论应用讨论影响截面刚度的因素：n截面高度：高度越大，刚度越大；n截面配筋：配筋越多，钢筋应力越小，裂缝宽度越小，刚度越大；n钢筋类型：钢筋弹性模量越大，刚度越大；n混凝土强度：混凝土强度越大，裂缝宽度越小，刚度越大；n受压区翼缘：受压区翼缘越大， 混凝土应力越小，刚度越大。五、受弯构件挠度计算的简化方法1.短期挠度计算（1）基本假定n对等截面构件，假定构件在各同号弯矩段内沿跨度各截面刚度相等，截面刚度取最大弯矩截面之刚度（较实际刚度偏小）n对变符号弯矩构件，当支座截面刚度不大于跨中截面刚度的2倍或不
7、小于跨中截面刚度的二分之一时，全跨各截面刚度取跨中截面刚度简化计算。（2）计算公式： 为按照短期荷载（荷载标准值）计算得到的截面刚度。五、受弯构件挠度计算的简化方法2.长期挠度计算 问题的提出 荷载下的长期挠度与短期（瞬间）荷载下的短期挠度不相等：短期荷载为荷载标准值，长期荷载为荷载准永久值，较短期荷载（标准值）小；长期荷载下，结构的变形由于混凝土及钢筋的徐变而加大。 五、受弯构件挠度计算的简化方法长期挠度挠度增大系数： ，当受拉区存在翼缘时， 在计算值的基础上增大20%五、受弯构件挠度计算的简化方法规范计算方法 短期荷载的长期挠度：短期荷载的长期挠度：n荷载组合按标准作用组合；n荷载效应按长
8、期作用考虑。五、受弯构件挠度计算的简化方法结构长期变形计算原理五、受弯构件挠度计算的简化方法简化计算方法定义长期刚度及长期挠度计算公式：根据长期挠度公式：五、受弯构件挠度计算的简化方法得到构件的长期刚度为：短期荷载下的长期挠度为：五、受弯构件挠度计算的简化方法（3）计算步骤n计算构件内力标准值及其准永久值分布n确定最大正弯矩值及其所在截面n计算该截面弯矩标准值下的钢筋应力标准值n计算该截面短期刚度n计算该截面长期刚度n计算构件长期变形挠度n验算变形10.2受拉裂缝计算受拉裂缝计算一.混凝土的裂缝及特征一.混凝土的裂缝及特征开裂原因开裂原因裂缝特征裂缝特征抗裂措施抗裂措施荷载因素受拉裂缝拉单一，
9、与主拉应力垂直验算控制宽度弯剪扭受压裂缝弯平行、多条，与主压应力平行不允许压非荷载因素干缩裂缝均匀、不规则养护温度裂缝与构件约束有关保温、构造钢筋约束变形裂缝大多同剪切裂缝减少沉降，加大刚度材料膨胀裂缝均匀、不规则控制材料质量火烧、冻胀裂缝均匀、不规则结合裂缝在主筋表面、与主筋平行养护、计算二、结构抗裂设计目的与要求1.裂缝控制目的n影响观瞻n降低密封性n降低刚度n加快钢筋锈蚀二、结构抗裂设计目的与要求2.裂缝控制要求 三、受拉裂缝成因与机理1. 当截面内力达到开裂内力，混凝土应力达到抗拉强度，第一条裂缝在最薄弱截面产生。薄弱截面薄弱截面为：n应力最大截面；n有缺陷截面；n随机。三、受拉裂缝成
10、因与机理开裂内力：开裂内力：（1）受拉构件（2）受弯构件三、受拉裂缝成因与机理2. 截面开裂后，裂缝截面钢筋应力最大，混凝土应力为0。沿构件纵向，等内力截面钢筋和混凝土的应力不均匀分布。三、受拉裂缝成因与机理3.由于粘结的作用，远离裂缝截面，随着粘结应力的传递，钢筋拉应力逐渐减少，混凝土拉应力逐渐加大。经过粘结长度（ 应力传递长度） l m，混凝土拉应力达到最大（ ft ），钢筋拉应力达到最小（ ，可由变形协调计算）。三、受拉裂缝成因与机理最小粘结长度：最小粘结长度：(1)受拉构件受拉构件开裂截面裂缝中间截面n开裂截面混凝土应力： n可能开裂截面混凝土应力： n混凝土应力产生机理： 三、受拉裂
11、缝成因与机理n粘结长度： n最小粘结长度（取平均粘结应力达到平均粘结强度）：三、受拉裂缝成因与机理（2）受弯构件 n开裂截面钢筋应力：n可能开裂截面钢筋应力：n钢筋应力减小机理： 三、受拉裂缝成因与机理n粘结长度： n最小粘结长度（取平均粘结应力达到平均粘结强度）：三、受拉裂缝成因与机理4. 在粘结长度范围内，混凝土不会开裂（可反证，因为一旦开裂，此间混凝土最大应力为0.5ft ），lmin为理论最小裂理论最小裂缝间距缝间距。 同理分析可以得到：在2倍粘结长度范围内，混凝土的最大应力为ft ，2lmin为理论最大裂缝间距理论最大裂缝间距。 平均裂缝间距：三、受拉裂缝成因与机理5. 分析裂缝间距
12、公式，可以得到结论：平均裂缝间距与混凝土（抗拉）强度及粘结强度（与混凝土抗拉强度成正比）无关，即：与钢筋外形有关（变形钢筋裂缝间距较光圆钢筋小），与钢筋直径成正比，与配筋率成反比。6. 裂缝平均宽度可由裂缝间钢筋与混凝土的平均受拉变形差求得（粘结滑移理论），即平均裂缝宽度与平均裂缝间距成正比。三、受拉裂缝成因与机理7. 受钢筋粘结约束的影响，在裂缝截面处，钢筋表面的混凝土与钢筋无滑移，裂缝宽度为0；远离钢筋，混凝土由于应力释放而回缩，裂缝宽度较大。裂缝宽度与计算点距钢筋表面距离成正比（无滑移理论）。三、受拉裂缝成因与机理8. 计算最大裂缝宽度时应考虑混凝土开裂的随机特性，取95%保证概率的分位
13、值、并应考虑徐变的影响。四、拉弯构件裂缝间距1.理论公式(1)受拉构件：其中：K为仅与钢筋外形特征有关、与混凝土无关的常数； 为按有效受拉混凝土截面面积计算的受拉钢筋配筋率。四、拉弯构件裂缝间距（2）受弯构件：四、拉弯构件裂缝间距其中： K为仅与钢筋外形特征有关、与混凝土无关的常数； 为按有效受拉混凝土截面面积计算的受拉钢筋配筋率。四、拉弯构件裂缝间距2统一经验公式四、拉弯构件裂缝间距3规范统一公式裂缝宽度计算参数(GB50010-2002)四、拉弯构件裂缝间距4规范简化公式（1）受弯构件（2）轴拉构件五、拉、弯构件裂缝宽度1平均裂缝宽度（1）基本原理 混凝土与钢筋之间永远不会出现粘结滑移，裂
14、缝间距内，钢筋应变与混凝土应变相同，裂缝截面上钢筋应变大于混凝土应变。裂缝宽度为裂缝间距内钢筋伸长量与混凝土伸长量的差值。五、拉、弯构件裂缝宽度（2）简化分析公式五、拉、弯构件裂缝宽度2最大裂缝宽度 （1）计算原理最大裂缝宽度较平均裂缝宽度大，考虑两个因素：n5%超越概率取值：n徐变的影响：（2）最大裂缝计算公式五、拉、弯构件裂缝宽度裂缝宽度计算规范参数（GB500102002）一、基本概念一、基本概念10.3 混凝土结构耐久性设计混凝土结构耐久性设计混凝土结构的功能（Performance）混凝土结构的可靠性（Reliability）承载能力极限状态(Ultimate State)（Limi
15、t State of Load Carrying Capacity）正常使用极限状态（Limit State of Serviceability）安全性（Safety）适用性（Serviceability）耐久性（Durability）极限状态设计法（Limit State Design）1.混凝土结构设计方法10.3 混凝土结构耐久性设计混凝土结构耐久性设计2.耐久性的概念 结构在规定的工作环境中，在预定的使用年限内，在正常维护条件下不需进行大修就能完成预定功能的能力。 3.混凝土结构的耐久性问题混凝土结构的耐久性问题二、碱骨料反应及其预防1.碱骨料反应及其危害（1）碱骨料反应 碱骨料反应，
16、是骨料中的活性矿物与混凝土中的碱性细孔溶液之间的化学反应。（2）碱骨料反应的危害 反应物体积膨胀，导致混凝土内部受拉，出现内部裂纹、表面裂缝或整体毁坏。二、碱骨料反应及其预防2.骨料活性物质及其碱骨料反应类型（1）碱骨料反应的机理n骨料在孔溶液表面作用下形成硅醇基n羟基使硅醇基断开，生成的Si-O-因带有负电荷而从周围的溶液中吸附碱性离子（K+、Na+或Ca2+）来平衡静电；nOH-使更多的桥氧断开，活性硅质骨料逐渐溶解，在周围出现碱性离子不同、结构各异的钙碱硅产物。 SiOSiH2O2SiOH SiOH+ OHSiO-H2O H0.38 SiO2+0.38Na2ONa0.38SiO2.19+
17、0.38 H2O二、碱骨料反应及其预防(2)碱骨料反应类型二、碱骨料反应及其预防（3）碱骨料反应的条件n碱性离子（K2O，Na2O）n混凝土原材料：配制混凝土时由水泥、骨料（海砂）、外加剂和拌合水中带进混凝土中的一定数量的碱，n工作环境：混凝土处于碱渗入的环境n有一定数量的碱活性骨料n潮湿环境，能够提供反应物吸水膨胀所需要的水分碱骨料反应的条件（4）影响碱骨料反应的因素n水泥的含碱量 一般用氧化纳当量值表示： Na2O+0.658K2O，当水泥的含碱量 Na2O e%11.5，混凝土的溶液中主要为Ca(OH)2，pH=12.5）不溶解、稳定的Fe(OH)2钝化膜，阻止内部铁的锈蚀。n化学反应式
18、：2Fe+O2+2H2O2Fe+4(OH)-2Fe(OH)2n钝化膜：Fe2O3nH2O或Fe3O4nH2O2.钢筋锈蚀机理（2）钢筋脱钝混凝土内部pH值发生变化时，钢筋钝化膜不再稳定，容易与空气及水发生进一步反应，而锈蚀。n混凝土内部pH值变化的原因 混凝土的碳化使得混凝土pH=8.5； 氯离子与钝化膜Fe(OH)2的反应物使得钢筋表面pH=4n钢筋钝化膜脱钝的pH值 pH11.5时不稳定， pH9.88时失效当环境存在一定浓度的氯离子（Cl-）时，氯离子与钝化膜物质发生电化学反应，破坏钝化膜，导致钢筋锈蚀。2.钢筋锈蚀机理（3）钢筋锈蚀n机理：钢筋的钝化膜去钝后，在钢筋表面发生电化学反应，
19、最终形成铁锈。n在空气中的锈蚀化学反应： 阳极：Fe-2eFe+ 阴极：O2+2H2O+ 4e4OH- 阴极二次化学反应： 2Fe+O2+2H2O2Fe+4(OH)-2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3(铁锈)铁锈进一步变化：失水形成FeOOH（氧基氢氧化铁）n在氯离子环境下的锈蚀Fe(OH)2+2NaCl=FeCl2(氯锈)+2Na(OH)3.混凝土碳化锈蚀(1)混凝土碳化机理 n机理n混凝土中的水化物与空气中的CO2、H2O发生化学反应n化学反应方程nCa(OH)2+CO2CaCO3+H2On3CaO2SiO23H2O+ 3CO23CaCO3+2SiO2+3H
20、2On3CaOSiO2+ 3CO2+nH2OSiO2nH2O+3CaCO3n2CaOSiO2+ 2CO2+nH2OSiO2nH2O+2CaCO33.混凝土碳化锈蚀(2)混凝土碳化的影响 碳化物碳酸钙CaCO3强度很高且不溶于水，碳化后的混凝土空隙减小，强度提高；碳酸钙（pH=8.5）的碱性较氢氧化钙（pH=12.6）低，碳化后的水泥石呈中性。混凝土的碳化又称中性化，钝化后的钢筋在中性混凝土中不再保持化学稳定性。碳化加剧混凝土的收缩，导致混凝土开裂。3.混凝土碳化锈蚀(3)影响碳化的因素n空气中CO2浓度n混凝土的孔隙率和孔结构 混凝土的渗透性水灰比、水泥及掺合料用量、振捣与养护材料设计施工水泥
21、用量水灰比保护层配筋构造振捣养护表层混凝土渗透性3.混凝土碳化锈蚀n环境温度n环境湿度n保护层厚度3.混凝土碳化锈蚀(4)混凝土碳化速度（深度） 混凝土的碳化速度（深度）取决于CO2在混凝土中的扩散（服从Fick第二定律）和CO2与混凝土中的Ca(OH)2的反应速度。n理论模型CO2浓度模型： 3.混凝土碳化锈蚀n实验模型碳化深度模型：3.混凝土碳化锈蚀 （混凝土结构耐久性评定标准课题组） 3.混凝土碳化锈蚀（5）钢筋脱钝（开始锈蚀）时间n 碳化残量碳化残量：当混凝土碳化至距离钢筋表面一定距离（未碳化过渡区，碳化残量）时，钢筋表面混凝土的pH值已经降至导致钝化膜不稳定的状态，钢筋脱钝并开始锈蚀
22、。环境条件室外淋雨室外不淋雨RH=57%RH=77%RH=97%一般室内 （mm）11.38.19.910.113.18.9碳化残量 统计值3.混凝土碳化锈蚀碳化残量统计公式： 说明：长度单位mm；混凝土保护层适用条件c=45mm；局部环境系数依据环境潮湿情况取3.混凝土碳化锈蚀n开始锈蚀时间：开始锈蚀时间：混凝土碳化深度距离钢筋表面为碳化残量、钢筋开始锈蚀的时时间。 开始锈蚀碳化深度： 开始锈蚀时间： 4.氯离子锈蚀(1)氯离子的来源 与环境分类混凝土中的氯离子含量来源分类Cl-含量混入性含氯盐外加剂含氯盐砂含氯盐水渗入性海洋环境海水2.9%，Cl-含量为19g/L飞溅区混凝土表面Cl-含量
23、可达17kg/m3海洋大气区海风影响区海雾影响区（日本建筑所）重腐蚀区0300m腐蚀区3001000m轻腐蚀区10km化冰盐桥梁混凝土表面Cl-含量可达15kg/m3停车场混凝土表面Cl-含量可达17.8kg/m3盐渍土、盐湖我国分布广阔工业盐环境火8090开始分解、300完全分解生成HCl4.氯离子锈蚀(2)氯离子锈蚀机理化学反应方程： Fe(OH)2+2NaCl=FeCl2(氯锈)+2Na(OH)破坏钝化膜。FeCl2(氯锈)的生成使钢筋表面的pH值由12.6降到4以下，钝化膜被破坏。形成腐蚀电池。局部不均匀的氯锈的产生，使钢筋沿长度形成裸露铁基（阳极）和钝化膜（阴极）电池效应，在钢筋表面
24、形成坑蚀。 (2)氯离子锈蚀机理Cl-的去极化作用化学反应方程：(Cl-+Fe2+)+2H2O+2e=Fe(OH)2+2H+2Cl-机理：氯离子参与了化学反应，但没有被消耗，这种“搬运”作用使得化学反应不停进行，加速了阳极过程。导电作用氯离子的存在，强化了离子通路，降低了阴、阳极的电阻，加速了电腐蚀速度。Cl-与水泥的作用及对钢筋锈蚀的影响 Cl-与水泥中的铝酸三钙（C3A），在一定条件下可与氯盐中作用生成稳定的、不溶性的“复盐”，降低混凝土中游离Cl-的含量，保护钢筋不被锈蚀；但当混凝土的碱性下降时，“复盐”不再保持稳定，重新分解释放Cl-或转化为水化硫铝酸岩（钙钒石）。4.氯离子锈蚀(3)
25、氯离子渗透速度混凝土中氯离子渗透机理状态渗透机理影响因素程度水下部分或潮差区的饱水部分饱水混凝土里外氯离子浓差引起离子扩散孔隙水含量及其含盐量、有水头压力作用下氯化物溶液的渗透因缺氧钢筋难以锈蚀表层能风干到某种程度的混凝土直接接触海水的混凝土毛细管吸收作用混凝土孔结构、孔隙中游离水的含量特别严重干透了的混凝土毛细管吸收作用吸收海水，直到饱和混凝土孔结构特征、混凝土湿度严重4.氯离子锈蚀氯离子渗透计算模型： 氯离子在混凝土中的扩散是一维扩散行为，浓度梯度仅沿着暴露表面到钢筋表面方向变化，氯离子浓度随时间和深度的变化服从Fick第二定律： 4.氯离子锈蚀式中， 为氯离子的浓度（），一般以氯离子占水
26、泥或混凝土重量百分比表示， t为时间（年），x 为位置（cm）， 为扩散系数。 式中， 为混凝土表面的氯离子浓度； 为误差函数4.氯离子锈蚀(4)钢筋脱钝与氯离子临界浓度n 脱钝机理 Cl-在混凝土内扩散到钢筋表面而达到一定浓度时钢筋才会锈蚀，此浓度称作“临界值”。n相关规范中的“限定值”4.氯离子锈蚀类型ACI201ACI318ACI222预应力混凝土0.060.060.08普通混凝土湿环境、有氯盐0.100.150.20一般环境、无氯盐0.150.300.20干燥环境或有外防护层无规定1.00.20混凝土中允许Cl-含量的限定值（水泥重量百分比）（美国混凝土学会）4.氯离子锈蚀类型Cl-耐
27、久性要求较高的钢筋混凝土0.3一般钢筋混凝土0.6类型Cl-预应力混凝土0.06普通混凝土0.10混凝土中允许Cl-含量的限定值（水泥重量百分比）（中国规范）每1m3混凝土中Cl-含量的限定值（kg /m3）（日本土木学会）4.氯离子锈蚀(5)影响氯离子渗透速度的因素n混凝土的密实度 混凝土的密实度好，可以有效降低氯离子的渗透速度； 可以通过减小水灰比，参加硅粉等掺合料、加强养护等措施提高混凝土的密实度。n混凝土的保护层厚度n裂缝数量与宽度4.氯离子锈蚀(6)防止钢筋氯盐锈蚀的对策综合对策n从就整体而言，除设计本身外，要综合考虑到施工、使用、管理、维护等；n从防腐蚀设计而言，应遵照“以防为主”
28、的战略方针，重点在“预防设防”；n就具体的设计思路而言，应考虑基本措施（强化混凝土自身对钢筋的保护能力）加上附加措施（一项或几项）的综合方略。(6)防止钢筋氯盐锈蚀的对策基本措施n最大限度提高混凝土的密实性n增加混凝土保护层厚度n最大限度地防止混凝土裂缝的产生(6)防止钢筋氯盐锈蚀的对策附加措施防护种类措施内容钢筋材质与钢筋涂层环氧涂层钢筋；镀锌钢筋；耐蚀合金钢钢筋；不锈钢钢筋混凝土外加剂、掺和料钢筋阻锈剂；硅灰、其他外加剂、密实剂、纤维填加料等混凝土表面封闭、涂层硅酮类；涂料；聚合物灰浆；其他隔离、砌筑层；聚合物浸渍电化学方法阴极保护、电化学除盐设计选材、结构设计、水灰比、混凝土保护层厚度、
29、排水系统、防护方案选择施工固化与养护、温度与裂缝控制、严格规范施工维护裂缝修补、清洗排水、控制除冰盐用量综合措施以上两项或多项措施联合使用在氯盐环境中钢筋防腐蚀常用技术措施在氯盐环境中钢筋防腐蚀常用技术措施4.氯离子锈蚀(7)主要措施说明n环氧树脂涂层钢筋方法：利用静电喷涂办法在钢筋表面喷涂物理（防渗透性好）、化学稳定性好（耐酸、碱、盐腐蚀）的环氧树脂，保护钢筋不与腐蚀性物质（氧气、水、氯离子等）接触，有效防止钢筋的锈蚀。技术关键：保证涂层的密闭、完好4.氯离子锈蚀n钢筋阻绣剂在混凝土中添加能阻止氯离子渗透或提高导致钢筋钝化膜脱钝的氯离子临界浓度，防止钢筋锈蚀。技术关键：阻绣剂的添加量及其对混
30、凝土的不利影响4.氯离子锈蚀n阴极保护法 在钢筋基体上采用物理方法（施加负电）或电化学方法（添加更为活跃的金属，如镁），抑止钢筋释放电子、生成铁阳离子，保护钢筋不被锈蚀。 技术关键：内部钢筋的连通4.氯离子锈蚀n混凝土表面涂层 在混凝土构件表面，涂上密闭性好、能阻止环境中的水汽、氯离子进入构件内部，保护钢筋不被锈蚀。三、钢筋腐蚀及其预防5.防止钢筋锈蚀的对策（1）通过降低水灰比、保证施工质量提高混凝土的密实性，减少环境物质进入混凝土内部的速度；（2）增加混凝土保护层厚度，延迟环境物质到达钢筋表面的时间；（3）添加混凝土掺合料，提高混凝土的密实性；（4）对钢筋和混凝土进行涂层保护。四、混凝土结构
31、耐久性设计（1）设计使用年限类别 设计使用年限（年）示 例15临时性结构225易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物4100纪念性建筑和特别重要的建筑结构设计使用年限分类四、混凝土结构耐久性设计（2）工作环境混凝土结构工作环境分类环境类别条件一室内正常环境二a室内潮湿环境；非严寒或非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性水或土壤直接接触的环境b严寒或非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性水或土壤直接接触的环境三使用除冰盐的环境；严寒或寒冷地区冬季水位变动的环境；滨海室外环境四海水环境五受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境四、混凝土结构耐久性设计3.材料(1)优先选用耐腐蚀水泥(2)选用耐腐蚀的钢筋品种(3)
32、增加水泥用量(4)降低水灰比(5)掺加优质掺合料和外加剂(6)掺加钢筋阻绣剂(7)减少混凝土配料中的氯含量(8)控制混凝土的碱含量四、混凝土结构耐久性设计结构混凝土耐久性的基本要求环境类别最大水灰比最小水泥用量（kg/m3）最低混凝土强度等级最大氯离子含量（%）最大碱含量（kg/m3）一0.65225C201.0不限制二a0.60250C250.33.0B0.55275C300.23.0三0.50300C300.13.0四、混凝土结构耐久性设计(4)施工n防止混凝土离析n加强振捣，减小孔隙率n加强养护，提高早期强度四、混凝土结构耐久性设计5.构造设计(1)保护层厚度 纵向受力钢筋的混凝土保护层
33、最小厚度（mm）环境类别板、墙、壳梁柱C20C20C45C50C20C20C45C50C20C20C45C50一201515302525303030二a202030303030b252035303530三302540354035四、混凝土结构耐久性设计 (2)钢筋间距钢筋最小间距（3）构件表面喷刷防腐涂料构件钢筋钢筋最小间距梁下部钢筋1d；保护层厚度上部钢筋1.5d；30mm柱侧面钢筋50mm四、混凝土结构耐久性设计6.混凝土耐久性设计的几个问题（1）限制水灰比的重要性 降低水灰比可以提高混凝土强度、减小混凝土收缩、保证混凝土的密实性、提高混凝土的抗冻融和抗渗透性能、保护钢筋推迟锈蚀。四、混凝
34、土结构耐久性设计（2）水泥用量的上限与下限 水泥用量过高会导致用水量增加、混凝土收缩量增加，内部裂缝增多，对耐久性不利； 水泥用量过低，会导致混凝土强度不足，孔隙率增大，对抗冻融、渗透性能钢筋锈蚀不利。四、混凝土结构耐久性设计n传统研究认为，掺加粉煤灰后会降低混凝土的pH值，对保护钢筋锈蚀不利，但现代研究认为，所谓混凝土的pH值是指混凝土中液相部分的的酸碱度，掺加粉煤灰不会导致液相碱度的降低，对钢筋锈蚀影响不大。n国外的工程实践大多掺加粉煤灰等掺合料。四、混凝土结构耐久性设计(4)引气剂使用 引气剂的使用可以改善混凝土的孔结构，对改善混凝土的抗冻融性能效果明显。四、混凝土结构耐久性设计（5）关
35、于耐久性使用年限n使用年限的概念工程结构使用年限工程结构使用年限使用年限分类概念影响因素技术使用年限由结构性能决定的使用寿命耐久性、疲劳寿命功能使用年限由使用功能决定的合理寿命；或改变使用功能导致使用功能的丧失重要设施、公共建筑、住宅、工业厂房、农业建筑经济使用年限由最大产出、投入比优化分析得到的使用寿命建设、维护成本与收益对比四、混凝土结构耐久性设计n技术使用年限计算技术使用年限分类耐久性时间极限状态描述极限状态属性确定方法钢筋开始锈蚀适用性耐久性极限状态混凝土碳化深度到达碳化残量；或钢筋表面氯离子浓度到达临界浓度。保护层胀裂适用性耐久性极限状态钢筋锈蚀量导致保护层胀裂保护层顺筋胀裂宽度达到临界值适用性耐久性极限状态保护层剥落安全性耐久性极限状态构件承载力失效安全性耐久性极限状态粘结力失效；或钢筋锈蚀面积增大到影响承载力四、混凝土结构耐久性设计n技术使用年限的可靠度耐久性使用年限可靠度设计指标极限状态使用年限随机特性失效概率寿命安全系数承载力极限状态正态分布10-43适用性极限状态10-21.8(2.0)
