混凝土耐久性關(guān)鍵技術(shù)講座課件

1、 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是指結(jié)構(gòu)對氣候、化學(xué)侵蝕、物理作用或任何其他破壞過程的抵抗能力。 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題主要表現(xiàn)為：混凝土損傷（裂縫、破碎、磨損等）；鋼筋的銹蝕、脆化、疲勞、應(yīng)力腐蝕；鋼筋與混凝土之間粘結(jié)錨固作用的削弱等三個方面。 主要影響因素： 材料的自身特性、設(shè)計與施工質(zhì)量、環(huán)境條件、使用條件和防護(hù)措施。 .混凝土結(jié)構(gòu)性能劣化（環(huán)境因素）鋼筋銹蝕 氯離子引起 水 氧 近海環(huán)境、除冰鹽環(huán)境，氯離子從外表侵入 海砂、防凍鹽用于混凝土，氯離子拌入 碳化引起 二氧化碳 水 氧凍融破壞 水飽和程度 凍融循環(huán)次數(shù) 混凝土損傷剝落硫酸鹽、酸、軟水侵蝕堿骨料反應(yīng).1）一般作用 一般荷載與強(qiáng)制變形 永久荷

2、載- 自重，土壓力 可變荷載- 使用荷載（人群、車輛）、風(fēng)、雪2）偶然作用 地震、爆炸、撞擊等3）環(huán)境作用（或環(huán)境影響） 溫度、濕度及其變化，降水，冰凍等大氣作用； 土體、水體、空氣中有害化學(xué)物質(zhì)作用結(jié)構(gòu)設(shè)計需考慮的三類作用 .作用承載力極限狀態(tài)下安全性正常使用下適用性設(shè)計的主要內(nèi)容規(guī)定作用下構(gòu)件承載力安全性結(jié)構(gòu)整體牢固性變形、裂縫、振動等控制耐久性一般作用疲勞持久荷載強(qiáng)度設(shè)計（力學(xué)計算）偶然作用整體牢固性設(shè)計環(huán)境作用安全性通過正常使用下的適用性加以保證（將劣化程度控制在規(guī)定的容許值以內(nèi)）耐久性（防腐蝕）設(shè)計.混凝土是世上用量最大的人造材料基礎(chǔ)設(shè)施工程主要用混凝土結(jié)構(gòu)建造混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性已成

3、為世界性問題一、混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性現(xiàn)狀.美國聯(lián)邦公路局資料 登記在冊（政府管理）橋梁： 1992年 57.2萬座，有缺陷21 1999年 58.6萬座，有缺陷15 拆除老橋費(fèi)用持續(xù)增加1998年美國土木工程學(xué)會報告 美國現(xiàn)有29%以上的橋梁和1/3以上的道路老化，有2100個水壩不安全，估計需有1.3萬億美元改善其安全狀態(tài)又據(jù)資料報道 到20世紀(jì)末美國共有橋梁約100萬座，超過1/4有缺陷. 由于改進(jìn)了橋梁耐久性設(shè)計方法并采用了許多新的防腐技術(shù)，美國新建橋梁的耐久性比二、三十年前有很大改善，預(yù)期已能滿足75年以上設(shè)計壽命 但是過去建成的橋梁已無法改變，仍將繼續(xù)為其付出昂貴的維修費(fèi)用直至最后拆除

4、重建. 美國每年用于基礎(chǔ)設(shè)施修復(fù)的費(fèi)用約為這些基礎(chǔ)設(shè)施總資產(chǎn)的10% 研究認(rèn)為，對于橋梁等生命線工程，因修復(fù)、更換造成交通延誤等間接損失更大，間接經(jīng)濟(jì)損失是直接用于橋梁修復(fù)費(fèi)用的10倍。 在加拿大，為修復(fù)其劣化損壞的全部基礎(chǔ)設(shè)施工程估計需耗費(fèi)5000億美元 在英國，據(jù)說有1/3的橋梁需要修復(fù) 發(fā)達(dá)國家土建設(shè)施腐蝕造成的年損失約占GDP的1.52%，其中主要是混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕. 70年代起，混凝土耐久性問題開始在發(fā)達(dá)國家大量出現(xiàn)。 針對混凝土過早劣化，發(fā)達(dá)國家不斷提高混凝土的強(qiáng)度要求與密實性，研究混凝土與鋼筋的防腐蝕技術(shù)，并對路橋等工程要求按全壽命費(fèi)用分析進(jìn)行設(shè)計。 80年代中期起掀起了高性能混凝

5、土的研究開發(fā)高潮。 90年代起，大力開展混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計方法的研究。. 我國目前水泥年產(chǎn)量如配置混凝土，年人均近3.3噸 混凝土用量過大，過度開采礦石和砂、石已在許多地方造成資源破壞，嚴(yán)重影響環(huán)境和景觀。每生產(chǎn)1t水泥熟料消耗大量燃煤與電能，并排放約1t二氧化碳 混凝土過早劣化，處置廢舊工程的混凝土垃圾將給環(huán)境帶來威脅 .結(jié)構(gòu)耐久性不足的主要原因 工程設(shè)計的耐久性標(biāo)準(zhǔn)過低工程施工進(jìn)度的不適當(dāng)追求 缺乏正常檢測與維修構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計的安全設(shè)置水準(zhǔn)過低.工程設(shè)計的耐久性標(biāo)準(zhǔn)過低：結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范主要考慮荷載作用下的結(jié)構(gòu)構(gòu)安全性，環(huán)境作用下的耐久性設(shè)計被置于次要和從屬地位規(guī)范中沒有結(jié)構(gòu)設(shè)計壽命和耐久性設(shè)

6、計的明確要求耐久性設(shè)計要求，未能隨著幾十年來由于水泥性能、施工條件、環(huán)境條件的巨大轉(zhuǎn)變而與時俱進(jìn).我國現(xiàn)行規(guī)范（80年代頒布）與國外比較 配筋混凝土 我國 美國 英國最低強(qiáng)度 等級 C15 C25 C30（C25） 碳化銹蝕 露天雨淋環(huán)境下保護(hù)層厚度板2cm 梁3cm3.8cm （d16）C35, 3.5cm干濕交替下C40，4cm 嚴(yán)重凍融僅水工規(guī)范 要求引氣要求引氣 要求引氣日本規(guī)范規(guī)定的更高（最低相當(dāng)于C35，100年壽命為C45 ）. 由于水泥強(qiáng)度提高和施工進(jìn)度加快,實際 耐久性質(zhì)量大幅度下降 早強(qiáng)水泥配制的混凝土，內(nèi)部微結(jié)構(gòu)和后期強(qiáng)度發(fā)展 不良，易開裂，耐久性差 水泥細(xì)度增加強(qiáng)度容易

7、提高摻入石灰等輔助材料且比例越來越高 為加快施工進(jìn)度而摻入早強(qiáng)劑等早期強(qiáng)度上去了而其他力學(xué)性能指標(biāo)下降了，包括耐久性指標(biāo)，化學(xué)污染也上去了 粉煤灰的應(yīng)用 .工程施工進(jìn)度的不適當(dāng)追求養(yǎng)護(hù)不良使表層混凝土的抗?jié)B性成倍降低，使鋼筋開始銹蝕的年限成倍縮少 1天養(yǎng)護(hù)與7天養(yǎng)護(hù)，可使碳化引起銹蝕年限縮減為原來的1/4搶工省略必要檢驗工序，使鋼筋位置出現(xiàn)偏差鋼筋的保護(hù)層厚度如在施工中縮減一半，出現(xiàn)銹蝕年限將縮減為原來的1/4 保護(hù)層厚度的510mm施工允差，甚至能使鋼筋銹蝕的年限發(fā)生成倍差別結(jié)構(gòu)各種施工、連接縫和防水層是影響耐久性的薄弱環(huán)節(jié)，其質(zhì)量在快速施工中最不易保證。 .缺乏正常檢測與維修結(jié)構(gòu)耐久性需要

8、有正確使用和正常檢測與維修相配合重新建、輕維修，是土建建設(shè)管理工作中的重大缺陷對于基礎(chǔ)設(shè)施工程，應(yīng)在設(shè)計中進(jìn)行結(jié)構(gòu)全壽命經(jīng)濟(jì)分析與評價只有適當(dāng)加大初始投資費(fèi)用，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)耐久性，才是最經(jīng)濟(jì)有效的途徑. 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計一般包括的內(nèi)容：1 概念設(shè)計-結(jié)構(gòu)的選型、布置和構(gòu)造應(yīng)有利于減輕環(huán)境因素對結(jié)構(gòu)的作用；2 混凝土材料和鋼筋的選用-材料的耐久性質(zhì)量要求；3 確定耐久性所需的混凝土保護(hù)層厚度；4 防排水等構(gòu)造措施；5 混凝土裂縫的控制要求；6 在嚴(yán)重環(huán)境作用下可能需要采取的多重防護(hù)措施和防腐蝕附加措施；7 基于結(jié)構(gòu)耐久性要求的施工工藝與質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)；8 結(jié)構(gòu)使用階段的維護(hù)與檢測要求。. 混凝土結(jié)

9、構(gòu)耐久性設(shè)計的基本措施 1 采用高耐久性混凝土，增強(qiáng)混凝土的密實度，提高混凝土自身的抗破損能力 2 加強(qiáng)橋面排水和防水層設(shè)計，改善橋梁的環(huán)境作用條件 3 改進(jìn)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括加大混凝土保護(hù)層厚度；加強(qiáng)構(gòu)造鋼筋，防止裂縫發(fā)展；采用具有防腐保護(hù)的鋼筋 .表1.0.7 結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的基本要求環(huán)境類別環(huán)境條件最大水灰比最小水泥用量最低混凝土強(qiáng)度等級最大氯離子含量(%）最大含堿量溫暖或寒冷地區(qū)的大氣環(huán)境；與無侵蝕性的水或土接觸的環(huán)境0.55275C250.303.0嚴(yán)寒地區(qū)的大氣環(huán)境、使用除冰鹽環(huán)境；濱海環(huán)境0.50300C300.153.0海水環(huán)境0.45300C350.103.0受侵蝕性物質(zhì)影

10、響的環(huán)境0.40325C350.103.0.序號構(gòu) 件 類 別環(huán) 境 條 件、1基礎(chǔ)、樁基承臺 基坑底面有墊層或側(cè)面有模板（受力鋼筋） 基坑底面無墊層或側(cè)面無模板4060507560852墩臺身、擋土結(jié)構(gòu)、涵洞、梁、板、拱圈、拱上建筑（受力主筋）3040453人行道構(gòu)件、欄桿（受力主筋）2025304箍筋2025305緣石、中央分隔帶、護(hù)欄等行車道構(gòu)件3040456收縮、溫度、分布、防裂等表層鋼筋152025.北美（加拿大安大略?。┕窐蛎姘迥途眯栽O(shè)計要求. 1.0.8 位處類或類環(huán)境的橋梁，當(dāng)耐久性確實需要時，其主要受拉鋼筋宜采用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋；預(yù)應(yīng)力鋼筋、錨具及連接器應(yīng)采取專門防護(hù)措施。

11、 1.0.9 水位變動區(qū)有抗凍要求的結(jié)構(gòu)混凝土，其抗凍等級不應(yīng)低于表1.0.9的規(guī)定。橋梁所在地區(qū)海水環(huán)境淡水環(huán)境嚴(yán)重受凍地區(qū)（最冷月月平均氣溫低于-8）F350F250受凍地區(qū)（最冷月月平均氣溫在-4-8之間）F300F200微凍地區(qū)（最冷月月平均氣溫在0-4之間）F250F150. 1.0.10 有抗?jié)B要求的結(jié)構(gòu)混凝土，其抗?jié)B等級應(yīng)符合表1.0.10的規(guī)定。最大作用水頭與混凝土壁厚之比抗?jié)B等級5W4510W61115W81620W1020W12. 規(guī)范強(qiáng)調(diào)了加強(qiáng)水平防收縮鋼筋和箍筋的作用： 9.3.8 T形、I形截面梁或箱形截面梁的腹板兩側(cè)，應(yīng)設(shè)置直徑為68mm的縱向鋼筋，每腹板內(nèi)鋼筋截面

12、面積宜為（0.0010.002）bh，其間距在受拉區(qū)不應(yīng)大于腹板寬度，且不應(yīng)大于200mm，在受壓區(qū)不應(yīng)大于300mm。在支點(diǎn)附近剪力較大區(qū)段和預(yù)應(yīng)力混凝土梁錨固區(qū)段，腹板兩側(cè)縱向鋼筋截面面積應(yīng)予增加，縱向鋼筋間距宜為100_150mm。 9.4.2 預(yù)應(yīng)力混凝土T形、I形截面梁和箱形截面梁腹板內(nèi)應(yīng)分別設(shè)置直徑不小于10mm和12mm的箍筋，且應(yīng)采用帶肋鋼筋，間距不應(yīng)大于250mm；自支座中心起長度不小于一倍梁高范圍內(nèi)，應(yīng)采用閉合式箍筋，間距不應(yīng)大于100mm。.提高后張預(yù)應(yīng)力鋼筋管道壓漿的質(zhì)量（關(guān)鍵因素）9.4.12 預(yù)應(yīng)力鋼筋管道壓漿用的抗壓強(qiáng)度不應(yīng)低于30MPa。其水灰比宜為0.400.

13、45。為減少收縮，可通過試驗摻入適量膨脹劑。加強(qiáng)橋面鋪裝層的防水設(shè)計和施工（重要因素）.1.0.8 位處類或類環(huán)境的橋梁，當(dāng)耐久性確實需要時，其主要受拉鋼筋宜采用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋；預(yù)應(yīng)力鋼筋、錨具及連接器應(yīng)采取專門防護(hù)措施。1.0.9 水位變動區(qū)有抗凍要求的結(jié)構(gòu)混凝土，其抗凍等級不應(yīng)低于表1.0.9的規(guī)定?？箖龌炷翍?yīng)摻入適量引氣劑，其伴合物的含氣量按現(xiàn)行的公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范JTJ041規(guī)定的采用。1.0.10 有抗?jié)B要求的結(jié)構(gòu)混凝土，其抗?jié)B等級應(yīng)符合表1.0.10的規(guī)定。.提倡全壽命周期成本核算： 建筑結(jié)構(gòu)能夠安全長久地使用，這就是最大的節(jié)約。工程建設(shè)的投資不能只計算基建成本，還應(yīng)該考慮建

14、成后在設(shè)計使用年限中的檢修、維護(hù)費(fèi)用，實行全成本核算。為防止“政績工程”、“形象工程”、“獻(xiàn)禮工程”等短期行為造成更大的浪費(fèi)，國家應(yīng)從政策上作出規(guī)定，加以控制。同時應(yīng)配套地建立起建筑物服役期內(nèi)正常使用、定期檢查、維護(hù)檢修等制度，完善必要的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，并引入保險業(yè)來承擔(dān)有關(guān)的風(fēng)險。 .二、環(huán)境作用下混凝土結(jié)構(gòu) 的劣化與混凝土的抗?jié)B性.混凝土結(jié)構(gòu)性能劣化鋼筋銹蝕 氯離子引起 水 氧 近海環(huán)境、除冰鹽環(huán)境，氯離子從外表侵入 海砂、防凍鹽用于混凝土，氯離子拌入 碳化引起 二氧化碳 水 氧凍融破壞 水飽和程度 凍融循環(huán)次數(shù) 混凝土損傷剝落硫酸鹽、酸、軟水侵蝕堿骨料反應(yīng).混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)骨料，水泥漿體，漿

15、體與骨料界面層水泥漿體組成：水化硅酸鈣（C-S-H凝膠），水化鋁硫酸鈣（少量）氫氧化鈣（強(qiáng)度差，易析出和遭鹽、酸侵蝕，堿性），未水化水泥顆粒C-S-H 凝膠孔隙（納米級，與有害物質(zhì)滲透關(guān)系不大），毛細(xì)孔隙（原為拌合水占據(jù)空間，0.015微米；高水灰比混凝土可到50微米，早期體積可占漿體40）氣泡（裹入氣泡和引氣氣泡）. 低水膠比能改善混凝土漿體及其與骨料間的界面微結(jié)構(gòu)，降低毛細(xì)孔隙率 摻加粉煤灰等礦物摻和料能降低水化熱和減少拌 合水，改善水化產(chǎn)物的微結(jié)構(gòu)；通過火山灰反應(yīng) ，進(jìn)一步改善漿體及骨料界面結(jié)構(gòu)并增加混凝土后期強(qiáng)度與密實性，消耗薄弱的水化產(chǎn)物氫氧化鈣；大摻量粉煤灰混凝土對氯離子有吸附作用

16、，并能抑制堿骨料反應(yīng).傳輸機(jī)理：擴(kuò)散 自由分子或離子通過無序運(yùn)動從高濃度到低 濃度區(qū)的流動，驅(qū)動力是傳輸介質(zhì)中的濃度 差，擴(kuò)散規(guī)律通常用Fick定律描述吸收 多孔材料毛細(xì)孔隙（中空）表面張力引起的 液體傳輸滲透 壓力差驅(qū)動下產(chǎn)生的液體或氣體的流動 ， 對水的流動用達(dá)西定律表達(dá)此外還有吸附（物理或化學(xué)結(jié)合）混凝土的抗?jié)B性（抗侵入性）混凝土阻擋外部分子、離子或流體侵入傳輸?shù)交炷羶?nèi)部的能力.二氧化碳和氧氣通過空氣中的擴(kuò)散傳輸氯離子通過水溶液中的擴(kuò)散和溶液受毛細(xì)空隙的表面張力吸收傳輸混凝土濕度和溫度對傳輸有很大影響：濕度高，毛細(xì)孔隙內(nèi)充水程度高，氣體擴(kuò)散受阻濕度低，毛細(xì)孔隙中空，離子溶液被吸入碳化速

17、率RH 5075最高，75%迅速降低，45水分不足以形成化學(xué)反應(yīng)溫度增加，碳化加速.鋼筋銹蝕鋼筋在混凝土的高堿性環(huán)境中不會銹蝕，能在表面形成氧化鈍化膜，隔絕水分與氧氣空氣中的二氧化碳擴(kuò)散到混凝土內(nèi)部并與混凝土中的氫氧化鈣反應(yīng)生成中性的碳酸鈣（碳化），降低混凝土堿度，當(dāng)碳化從混凝土表面逐漸向里發(fā)展到鋼筋表面位置，鈍化膜破壞氯離子從混凝土表面擴(kuò)散到鋼筋表面并累積到臨界濃度，鈍化膜破壞鈍化膜破壞后，如有充足的水分與氧氣供給，鋼筋發(fā)生持續(xù)的銹蝕.鋼筋銹蝕銹蝕前的初始階段：碳化從混凝土表面發(fā)展到鋼筋位置的時間，或氯離子從混凝土表面擴(kuò)散到鋼筋位置并積累到臨界濃度的時間銹蝕發(fā)展階段：從脫鈍開始持續(xù)銹蝕到某一

18、可接受的劣化程度的時間.鋼筋銹蝕速率度 微米/年溫度每增加10度，銹蝕速率約可提高一倍相對濕度RH碳化引起銹蝕氯離子銹蝕50097003680161901298955012299233.三、混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計.混凝土結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件的耐久性，應(yīng)根據(jù)不同設(shè)計使用年限及其相應(yīng)的極限狀態(tài)和不同環(huán)境類別及其環(huán)境作用等級進(jìn)行設(shè)計設(shè)計使用年限 有一定的保證率或安全儲備極限狀態(tài) 與環(huán)境類別及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)環(huán)境類別 分7類，主要按劣化機(jī)理環(huán)境作用等級 分6級，AF.結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限設(shè)計人員用以作為結(jié)構(gòu)耐久性 設(shè)計依據(jù)的目標(biāo)使用年限設(shè)計使用年限應(yīng)由業(yè)主或用戶與設(shè)計人共同確定， 并滿足有關(guān)法規(guī)的最低要求設(shè)計基準(zhǔn)期為

19、確定可變荷載(使用荷載、風(fēng)雪荷載) 及與時間有關(guān)的材料強(qiáng)度而選用的時間參數(shù)使用年限結(jié)構(gòu)建造完成后，在預(yù)定的使用與維護(hù)和 修理條件下，能夠滿足原定性能要求的年限設(shè)計使用年限具有足夠安全儲備或保證率.設(shè)計使用年限的安全儲備或保證率可以用壽命安全系數(shù)或失效概率表示定值法設(shè)計壽命安全系數(shù)憑工程經(jīng)驗和必要分析綜合給定，考慮工程重要性，耐久性失效后果的嚴(yán)重性，修理的可行性與修理費(fèi)用，環(huán)境作用、耐久性抗力和計算方法本身的不確定性與不確知性概率分析方法壽命安全系數(shù)為均值使用年限與設(shè)計使用年限的比值，與設(shè)定的保證率或失效概率有關(guān) 若假定使用年限按對數(shù)正態(tài)分布，變異系數(shù)為0.5，對于適用性極限狀態(tài)，如失效概率5，

20、K在2左右. 耐久性設(shè)計的極限狀態(tài)鋼筋銹蝕 預(yù)應(yīng)力鋼筋 開始銹蝕 普通鋼筋 順筋開裂；或裂寬到 0.1mm 碳化銹蝕與氯鹽銹蝕可取不同狀態(tài)混凝土腐蝕 輕微，不影響混凝土對鋼筋的保護(hù).環(huán)境作用下的耐久性極限狀態(tài) t1鋼筋開始銹蝕； t2銹蝕到順筋脹裂； t3開裂至某一限值； t4粘著力喪失； t5保護(hù)層剝落； t6鋼筋截面削弱， 耐久性極限狀態(tài) 性能劣化到不再滿足適用性、可修復(fù)性或安全性要求 以某一不可接受的狀態(tài)，如t1 、t2或 t3 ，作為極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計，屬于正常使用的極限狀態(tài) .環(huán)境作用與結(jié)構(gòu)安全性環(huán)境作用的后果首先是影響結(jié)構(gòu)正常使用下適用 性，達(dá)到適用性極限狀態(tài)而不是承載力極

21、限狀 態(tài)的安全性。除非進(jìn)行修復(fù)，否則就不能繼續(xù) 正常使用 但有的腐蝕損傷不易發(fā)現(xiàn)： 高應(yīng)力狀態(tài)下工作的預(yù)應(yīng)力鋼索，吊桿，拉索等高強(qiáng)鋼材，銹蝕過程發(fā)展快，構(gòu)件外觀上并無保護(hù)層脹裂等征象出現(xiàn)，易發(fā)生突然脆斷破壞環(huán)境作用下的安全性，用正常使用狀態(tài)下的適用 性體現(xiàn)，就如早期的結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計用正常使 用狀態(tài)下的容許應(yīng)力來體系一樣.1980年西柏林議會大廳預(yù)應(yīng)力混凝土殼體屋頂 部分塌 毀1985年英國威爾士一座節(jié)段拼裝式預(yù)應(yīng)力混凝 土橋倒塌1992年比利時一座后張預(yù)應(yīng)力混凝土橋倒塌1992年英國運(yùn)輸部發(fā)布暫時停止設(shè)計后張預(yù)應(yīng) 力混凝土橋的禁令；過了4年以后才恢復(fù)我國近年因拉索銹蝕造成工程事故接連發(fā)生廣東海

22、印大橋（斜拉橋）的拉索銹斷四川宜賓小南門拱橋 二座橋的使用年限不到10年.環(huán)境類別1 一般環(huán)境 （無凍融，鹽、酸等作用） 室內(nèi)干燥環(huán)境 A 非干濕交替的室內(nèi)潮濕環(huán)境或露天環(huán)境，長期濕潤環(huán)境 B 干濕交替環(huán)境 C2 一般凍融環(huán)境 (無鹽、酸等作用) 微凍地區(qū)，混凝土中度飽水 B 微凍地區(qū)，混凝土高度飽水 C 嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)，混凝土中度飽水 C 嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)，混凝土高度飽水 D3 近?；蚝Ｑ蟓h(huán)境 水下區(qū) D 大氣區(qū) 輕度鹽霧區(qū) D 離平均水位15m以上的海上大氣區(qū) 離漲潮岸線50m外至200m內(nèi)的陸上室外環(huán)境重度鹽霧區(qū) E 離平均水位上方15m以內(nèi)的海上大氣區(qū)， 離漲潮岸線50m內(nèi)的陸上室外環(huán)境

23、 水位變化區(qū)和浪濺區(qū)，非炎熱地區(qū) E 水位變化區(qū)和浪濺區(qū)，南方炎熱地區(qū) F.環(huán)境類別4 除冰鹽凍融環(huán)境 混凝土中度飽水 E 混凝土高度飽水 F5 鹽堿結(jié)晶環(huán)境 輕度鹽堿結(jié)晶 E 重度鹽類結(jié)晶 F6 大氣污染環(huán)境 汽車或機(jī)車廢氣 C 酸雨 D （pH小于4時按E級） 鹽堿地區(qū)含鹽大氣和雨水 D ，E， C7 土中及地表、地下水中的化學(xué)腐蝕環(huán)境 (海水環(huán)境除外). 環(huán)境類別選定一種最主要的環(huán)境類別進(jìn)行設(shè)計多種環(huán)境作用影響 荷載對環(huán)境作用影響 .耐久性設(shè)計內(nèi)容 按環(huán)境類別，環(huán)境作用等級，設(shè)計年限確定： 1 混凝土材料 2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造和裂縫控制 3 施工要求 4 使用階段檢測和維修 5 防腐蝕附加措施氯

24、離子環(huán)境下的重要工程，按劣化模型計算復(fù)核.1 混凝土材料選擇1) 選用低水化熱、低C3A含量、偏低含堿量水泥2) 選用堅固耐久的潔凈骨料，重視粗骨料級配及 粒形3) 礦物摻和料作為一般情況下的必需組份4) 將適量引氣作為常規(guī)手段5) 采用偏低的用水量6) 限制單方混凝土中膠凝材料最低和最高用量 7) 盡可能降低膠凝材料中的硅酸鹽水泥用量強(qiáng)度與耐久性的矛盾 粉煤灰 引氣劑低水膠比與抗裂性的矛盾 . 2 構(gòu)造措施和裂縫寬度限制1)隔絕或減輕環(huán)境對混凝土的作用 結(jié)構(gòu)形狀，防、排水，表面涂層或防腐層 2)為鋼筋提供足夠的混凝土保護(hù)層厚度 3)混凝土裂縫控制 混凝土表面裂縫寬度限制與保護(hù)層厚度的矛盾 增

25、加保護(hù)層厚度，表面裂寬將增大，但對防止鋼筋銹蝕仍然非常有利。 日本土木工程學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定 .鋼筋保護(hù)層 普通鋼筋（主筋、箍筋和分布筋）的混凝土保護(hù)層厚度 c cmin + 預(yù)應(yīng)力筋的混凝土保護(hù)層厚度: 無密封護(hù)套的比普通鋼筋大 10 mm 環(huán)境作用等級為C或C級以上（對無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋為B或B級以上），應(yīng)采用有防腐連續(xù)密封護(hù)套的預(yù)應(yīng)力鋼筋。 . 3 施工要求與施工質(zhì)量驗收必須將施工質(zhì)量保證作為耐久性設(shè)計中特殊重要的內(nèi)容 表層混凝土質(zhì)量混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量 保護(hù)層厚度的施工允許誤差 質(zhì)量檢驗 保護(hù)層厚度，含氣量，表層混凝土滲透性 （現(xiàn)場回彈、抗拔、抗?jié)B） 混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量要在合同中規(guī)定獎懲辦法 抽樣檢測

26、鋼筋保護(hù)層厚度 對表層混凝土滲透性作現(xiàn)場實測或鉆芯測試.鋼筋位置的誤差，5mm的施工誤差，可使20mm保護(hù)層厚度的墻、板鋼筋開始銹蝕的年限縮短近一半 養(yǎng)護(hù)不良影響更大 DuraCrete指南中，7天的養(yǎng)護(hù)系數(shù)為1天的2倍（氯離子作用）和4倍（碳化作用）可使工作壽命 從50年分別降到約25年和12.5年 施工質(zhì)量對結(jié)構(gòu)耐久性的重要性. 4 使用期內(nèi)的維修和定期檢測 使用年限與使用階段維修緊密聯(lián)系 環(huán)境嚴(yán)重作用下的結(jié)構(gòu)物必須定期檢測 設(shè)計文件中必須向業(yè)主與運(yùn)營單位提出使用 過程中的定期檢測和維修要求 .5 防腐蝕附加措施 環(huán)氧涂層鋼筋 混凝土表面防腐涂層、面層 鋼筋阻銹劑 滲透模板 陰極保護(hù).四、

27、不同劣化機(jī)理下的耐久性設(shè)計.碳化銹蝕影響碳化速率的主要因素：環(huán)境條件 濕度、溫度及其變化二氧化碳濃度混凝土堿度混凝土中二氧化碳的擴(kuò)散系數(shù).碳 化Duracrete指南提出的模型： 各種碳化模型的普遍缺點(diǎn)是不能考慮干濕交替的影響. 碳化引起銹蝕環(huán)境對付碳化銹蝕不應(yīng)成為一個問題 關(guān)鍵在于規(guī)范要提高標(biāo)準(zhǔn)，尤其干濕交替和炎熱環(huán)境下的要求表面裂縫寬度的限制也不應(yīng)成為問題 橫向裂縫能使裂縫截面處的普通鋼筋提前發(fā)生局部銹蝕，但通常不會向周邊和深部發(fā)展，只當(dāng)保護(hù)層被碳化后，才能在鋼筋表面發(fā)展全面穩(wěn)定的銹蝕 混凝土規(guī)范的裂縫寬度限制不適用于較厚的保護(hù)層 預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力腐蝕則不同 .碳化銹蝕GB500102002

28、規(guī)范中，要求100年設(shè)計壽命的保護(hù)層厚度為50年的1.4倍（即 t a ），這個規(guī)定值得探討碳化的深度到一定數(shù)值后有可能停止事實上，僅在不會發(fā)生銹蝕的干燥環(huán)境，碳化速度才與時間 t 的0.5次方成正比。潮濕環(huán)境（RH=81%）下與 t的0.4次方成正比，長期濕潤下（高濕度又經(jīng)常受雨淋）甚至與 t 的0.1次方成正比。.凍融環(huán)境必須引氣 (B級可不引氣，但需提高一級選擇混凝土)低水膠比的混凝土，不大于0.5，氯鹽環(huán)境下不大于0.4新混凝土延遲受凍；加大構(gòu)件厚度；避免混凝土受濕混凝土抗凍性能指標(biāo)用耐久性指數(shù) DF表示100年與50年使用年限，在抗凍要求上的差別不明顯 （ Fagerlund，黃士元

29、， Hobbs ）.氯鹽引起銹蝕氯鹽引起的鋼筋銹蝕最為嚴(yán)重水下區(qū)混凝土缺氧，腐蝕速度極慢危險的是干濕交替區(qū)氯鹽輕度腐蝕下，采用水膠比不高于0.4（或最多不超 過0.45）的礦物摻和料混凝土與適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)層厚度， 一般能解決問題 干濕交替、使用壽命又長的重要工程部位，可能需要防 腐蝕附加措施氯鹽環(huán)境下的裂縫寬度限制，不同標(biāo)準(zhǔn)差別較大.氯鹽引起銹蝕 據(jù)DuraCrete的研究，氯離子侵入混凝土100年或50年后，濃度達(dá)到臨界值處的深度，即所需保護(hù)層厚度 為： 對于低水膠比的大摻量礦物摻和料混凝土，x約與 t 的0.150.20 次方成正比，并與大氣區(qū)、浪濺區(qū)、水下區(qū)等不同環(huán)境 條件有關(guān)。100年與5

30、0年的差別不到15 對于不加礦物摻和料混凝土的普通混凝土，100年需比50年增加30 .氯離子擴(kuò)散系數(shù)的測定推薦 快速氯離子電遷移測定方法方法瑞典唐路平（CTH法），北歐NT標(biāo)準(zhǔn) ，德國 ibac-test 方法，DuraCrete標(biāo)準(zhǔn)，瑞士SIA標(biāo)準(zhǔn). 重要結(jié)構(gòu)物，采用多道防腐措施并定期檢測 丹麥Great Belt Link， 100年，隧道預(yù)制混凝土管片保護(hù)層35mm， 水膠比低于0.35，摻粉煤灰和硅灰，多道防腐措施 在襯砌與土體之間沿環(huán)向灌漿，增加覆蓋保護(hù)層厚度 環(huán)氧涂膜鋼筋 陰極保護(hù)作為最終手段 使用年限長、且有條件修理，采取定期修理并定期檢測 荷蘭Delta防浪堤， 200年，閘

31、門支承配筋混凝土構(gòu)件浪濺區(qū) 預(yù)期壽命（按鋼筋銹蝕損失0.2mm估計）8090年.五、基于材料劣化模型的使用壽命計算. 氯離子引起鋼筋銹蝕通常用Fick第二定律描述： c 為氯離子濃度，D為擴(kuò)散系數(shù)若D為常數(shù)，且邊界條件： 表面氯離子濃度cs為定值 可得解析解： . 到90年代初，認(rèn)識到擴(kuò)散系數(shù)D 隨時間、離混凝土表面距離、氯離子濃度等因素變化，還與溫度、 pH值等多種因素有關(guān) 原先按 D 為常值的預(yù)測結(jié)果過份保守 Fick第二定律被認(rèn)為誤用了25年 .擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)隨時間衰減的規(guī)律尚未完全明了 氯離子在傳輸過程中與水泥水化產(chǎn)物結(jié)合 早期混凝土密實性隨水化程度不斷完善而提高 擴(kuò)散系數(shù)隨時間變化規(guī)律符合指數(shù)函數(shù) . D0為t = t0(開始暴露于氯鹽環(huán)境)時測得的擴(kuò)散系數(shù)值 Poulsen建議，高性能混凝土與等效水灰比W/C有關(guān) Bamforth指出，主要與膠凝材料種類有關(guān) DuraCrete指南采用與膠凝材料種類和環(huán)境條件有關(guān) kc 養(yǎng)護(hù)系數(shù)，考慮養(yǎng)護(hù)時間長短 ke 環(huán)境系數(shù)，考慮海洋不同環(huán)境（水下區(qū)、大氣區(qū)、浪濺區(qū)等） 與不同膠凝材料的影響 .值對混凝土