預(yù)應(yīng)力混凝土耐久性

1、預(yù)應(yīng)力混凝土耐久性施工技術(shù)摘要： 隨著現(xiàn)代交通建設(shè)的發(fā)展，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性越來越受到重視。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在大跨度結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛，其結(jié)構(gòu)耐久性對(duì)工程本身影響至關(guān)重要，直接影響到運(yùn)輸安全和經(jīng)濟(jì)效益。本文旨在闡述預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久因素分析以及施工中應(yīng)對(duì)對(duì)策。關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土、結(jié)構(gòu)耐久性、技術(shù)措施、施工一、概述   現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)與普通混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)相比，不僅其結(jié)構(gòu)性能好而且經(jīng)濟(jì)、節(jié)材、節(jié)能，具有廣闊的應(yīng)用前景。近二十年來，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用有了迅猛的發(fā)展，它已滲入到土木、建筑、水利及交通工程各個(gè)領(lǐng)域。預(yù)應(yīng)力技術(shù)己成為建設(shè)大( 大跨度、大空間結(jié)構(gòu))、

2、高(高層、高聳結(jié)構(gòu))、重(重荷載結(jié)構(gòu)) 、特（特種結(jié)構(gòu)，如海洋平臺(tái)、核電站、儲(chǔ)液池結(jié)構(gòu)等以及在鋼結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)工程、道路、地下建筑、結(jié)構(gòu)加固等工程中的特殊應(yīng)用 )工程不可缺少的最為重要的一種技術(shù)。它不僅使結(jié)構(gòu)性能優(yōu)越，而且能發(fā)揮材料的潛能，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。 我國(guó)房屋建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的歷史相對(duì)較短，有關(guān)預(yù)應(yīng)力筋腐蝕造成整個(gè)結(jié)構(gòu)破壞的例子極少，但預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件耐久性失效的事故時(shí)有發(fā)生， 例如呼和浩特鐵路局某倉(cāng)庫(kù)的一榀21m跨預(yù)應(yīng)力混凝土梯形屋架的突然倒塌等。然而隨著服役期的增長(zhǎng)，運(yùn)量的不斷提高，加之設(shè)計(jì)中對(duì)耐久性考慮的不周及施工質(zhì)量的缺陷，橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性問題顯得更為突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)正在

3、運(yùn)營(yíng)的有病害橋梁共6137座，占總數(shù)的18.8% ，其中預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁2675 座。在全國(guó)各地建成、在建或擬建了一大批大型橋梁，它們的使用壽命都在100年以上，而鋼筋（指普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋）的腐蝕則是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用期內(nèi)一個(gè)不容回避的問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑業(yè)消耗了全世界40% 的能源和資源，節(jié)約能源和資源是執(zhí)行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略方針的重要內(nèi)涵。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)作為我國(guó)土木、水利和交通工程中應(yīng)用最為廣泛和最具潛力的一種結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)其耐久性研究，對(duì)我國(guó)推行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略將有積極意義。  二、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的特點(diǎn)       與普通鋼筋混凝土

4、耐久性相比，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性既有相同之處， 又有不同的地方，一般認(rèn)為有以下兩點(diǎn)主要的區(qū)別：      （1）預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工比較復(fù)雜，技術(shù)含量較高， 每一環(huán)節(jié)的疏漏都有可能使其耐久性能下降。整體施工過程要經(jīng)歷多道工序， 芯管的埋置、預(yù)應(yīng)力筋的張拉及錨固、管道的灌漿、錨具的防腐處理等，每一道環(huán)節(jié)的質(zhì)量缺陷都有可能影響結(jié)構(gòu)的耐久性。   在上述各種影響因素中，管道的灌漿尤為重要。如果灌漿不密實(shí)， 將會(huì)在漿體中存在氣泡，當(dāng)漿體硬化后，形成空隙，有害氣體和液體滲入后，極易造成鋼筋腐蝕。另外，如果配合比不合適，水泥漿易產(chǎn)生離析，干硬后收縮，產(chǎn)

5、生孔隙，致使粘結(jié)強(qiáng)度不足，也會(huì)影響耐久性。   （2）普通鋼筋銹蝕時(shí)，會(huì)在表面產(chǎn)生銹斑，引起混凝土保護(hù)層的剝落、層裂等外在現(xiàn)象，而預(yù)應(yīng)力鋼絲在很多情況下，會(huì)發(fā)生無任何預(yù)兆的脆性斷裂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的突然破壞。       預(yù)應(yīng)力筋的銹蝕較為復(fù)雜，除普通鋼筋發(fā)生的電化學(xué)腐蝕外，還有其特有的應(yīng)力腐蝕。預(yù)應(yīng)力筋的截面較小，自開始張拉一直就處于高應(yīng)力狀態(tài)下，對(duì)應(yīng)力腐蝕極為敏感， 而且自腐蝕開始至失效過程很短，表現(xiàn)為明顯的脆性破壞形態(tài)。在有應(yīng)力腐蝕的情況下，當(dāng)鋼筋的應(yīng)力遠(yuǎn)低于極限抗拉強(qiáng)度，鋼筋就會(huì)出現(xiàn)裂紋或破壞。所以，在預(yù)應(yīng)力混凝土的設(shè)計(jì)中必須足夠重

6、視預(yù)應(yīng)力的應(yīng)力腐蝕問題。  三、影響預(yù)應(yīng)力混凝土耐久性的因素      1、混凝土的碳化   混凝土的碳化是指空氣中的 CO2滲入混凝土的孔隙和毛細(xì)孔中，溶于孔中液體，與水泥的水化作用產(chǎn)物氫氧化鈣 Ca(OH)2 、硅酸鈣等作用形成碳酸鈣等。碳化本身對(duì)混凝土并無危害，甚至?xí)岣呋炷恋拿軐?shí)性和強(qiáng)度，其主要危害是由于混凝土堿性降低使鋼筋表面在高堿環(huán)境下形成的對(duì)鋼筋起保護(hù)作用的致密氧化膜遭到破壞，使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，從而鋼筋遭到破壞。碳化的混凝土還會(huì)加劇收縮變形，導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)，粘結(jié)力的下降，甚至鋼

7、筋保護(hù)層的剝落。   2、鋼筋的銹蝕   混凝土中的鋼筋銹蝕是造成混凝土結(jié)構(gòu)耐久性損傷的最主要因素，化學(xué)腐蝕是由非電解質(zhì)溶液或各種具有氧化作用的氣體所引起純化學(xué)性質(zhì)的腐蝕，其特點(diǎn)是腐蝕過程中無電流產(chǎn)生。這種腐蝕多數(shù)是氧化作用，它在鋼筋表面形成疏松的氧化物，尤其在溫度和濕度較高的條件下，其腐蝕速度更快。蝕對(duì)結(jié)構(gòu)的損害不僅表現(xiàn)為截面的減少，而且會(huì)產(chǎn)生局部坑蝕，產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中，從而促使結(jié)構(gòu)破壞。   3、氯離子的擴(kuò)散   鋼筋銹蝕是混凝土破壞的主要原因，這點(diǎn)已為大家所共識(shí)，而鋼筋銹蝕的主要因素又往往與氯離子有關(guān)?；炷林械穆入x子來源可以分為“混入”與“滲入

8、”兩類：“混入”是指 摻用含氯離子外加劑、使用海砂、施工用水含氯離子等；而“滲入”是指環(huán)境中的氯離子通過混凝土的宏觀、微觀缺陷滲入到混凝土中，并到達(dá)鋼筋表面。   4、高溫對(duì)混凝土耐久性的影響   一般結(jié)構(gòu)在建造及使用期間，在正常的工作條件下，其溫度絕對(duì)值不高，波動(dòng)不大，能夠滿足建筑物的使用功能要求。但若結(jié)構(gòu)的環(huán)境溫度升高很多，或溫度差發(fā)生周期性變化時(shí)，可能使結(jié)構(gòu)因?yàn)槭褂眯阅軔夯虺休d力下降而失效，甚至釀成局部破壞，以至整體倒塌。  四、提高混凝土耐久性的技術(shù)措施   從上面引起預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)耐久性的因素可以看出，各種因素相互聯(lián)系， 但大多數(shù)都與混凝土內(nèi)部的

9、孔隙率和孔結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。要滿足耐久性的要求，就必須提高密實(shí)度，減少混凝土的孔隙率，特別是有害裂縫的出現(xiàn)，從而能夠抵抗水分和侵蝕介質(zhì)的滲入。這就要求我們必須從設(shè)計(jì)、施工管理各個(gè)方面入手，針對(duì)耐久性的基本要求采取有效措施來防止可能出現(xiàn)的耐久性問題。   1、保證有足夠的混凝土保護(hù)層厚度   無論是碳化還是氯離子的“ 滲入”，它們到達(dá)鋼筋都有一個(gè)時(shí)間過程，時(shí)間的長(zhǎng)短除與 CO2和 Cl- 的濃度有關(guān)外，還與混凝土保護(hù)層的厚度有直接關(guān)系。據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究文獻(xiàn)介紹，混凝土保護(hù)層厚度與混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性有以下關(guān)系：   （1）鋼筋失鈍開始銹蝕所需的時(shí)間與保

10、護(hù)層厚度平方成正比。   （2）一般環(huán)境下，混凝土保護(hù)層厚度每減少 25%，混凝土碳化到鋼筋表面所需的時(shí)間就縮短 50%。   2、合理地選擇水泥品種和粗細(xì)骨料   水泥品種的選用要做全面深入的分析和評(píng)估，針對(duì)影響耐久性的因素合理選擇。 堿含量高的水泥可以減緩碳化，但從防止堿集料反應(yīng)來看卻十分不利。礦渣水泥、 火山灰水泥抗化學(xué)侵蝕能力強(qiáng)，但其抗凍性和抗碳化能力卻較差。應(yīng)該選用低堿度、低水化熱、低需水量、后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率大、長(zhǎng)期強(qiáng)度高、與外加劑適應(yīng)性能好的水泥。骨料要求顆粒清潔，雜質(zhì)含量少，特別是對(duì)混凝土有害的雜質(zhì)，如 Cl- 等；級(jí)配合

11、理，級(jí)配好的骨料可以減小空隙率，并在滿足施工性能及密實(shí)性的前提下，減小水泥用量。 在可能的條件下，盡量采用連續(xù)級(jí)配的粗骨料，以減小混凝土的空隙率；當(dāng)只能采用單粒級(jí)時(shí)，要適當(dāng)增加砂率。   3、外加劑的使用 混凝土中所用的外加劑種類十分豐富，較常用的主要有減水劑、引氣劑、養(yǎng)護(hù)劑、 阻銹劑等，可以有效地改善和提高混凝土的耐久性。比如減水劑可以在滿足施工和易性的條件下，大幅度地減小用水量，減小混凝土的空隙，提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性；引氣劑可以在混凝土中形成一定數(shù)量的均勻分布、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡，提高混凝土的抗凍、抗?jié)B、抗腐蝕的耐久性能。但由于國(guó)內(nèi)所產(chǎn)的外加劑質(zhì)量參差不齊，所以在使用中要十

12、分慎重。在使用時(shí)要注意生產(chǎn)廠家提供的推薦摻量和相應(yīng)的減水率、主要化學(xué)成分以及使用方法，特別是外加劑中所含  Cl-和 SO42-的含量。如果 Cl-含量過大，則會(huì)引起鋼筋的腐蝕，對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋更要注意；有的外加劑加入 SO42-，則對(duì)堿骨料反應(yīng)耐久性不利。在重要建筑中使用，要先對(duì)外加劑進(jìn)行檢驗(yàn)，以確保質(zhì)量符合國(guó)家規(guī)范要求。   4、振搗和養(yǎng)護(hù)   澆筑混凝土應(yīng)充分振搗密實(shí)，并對(duì)混凝土表面抹光壓平，以增加混凝土密實(shí)性，降低混凝土滲透性。在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中鋼筋較多，預(yù)應(yīng)力筋、非預(yù)應(yīng)力筋及箍筋排列較密，不易振搗密實(shí)，如有可能，可采用自密實(shí)混凝土，以確保澆筑質(zhì)量。護(hù)應(yīng)適時(shí)并及時(shí)進(jìn)行，特別是早期養(yǎng)護(hù)，以減小混凝土的收縮及孔隙率， 且應(yīng)有一定的養(yǎng)護(hù)期，養(yǎng)護(hù)期的長(zhǎng)短與混凝土的成分、水灰比、混凝土水化熱的溫度、養(yǎng)護(hù)的環(huán)境和暴露條件等有關(guān)，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工