建筑結(jié)構(gòu)檢測鑒定與加固第二章建筑結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理與危害

建筑結(jié)構(gòu)檢測鑒定與加固第二章建筑結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理與危害第1頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四第2章建筑結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理與危害主要內(nèi)容

2.1.1混凝土中鋼筋的銹蝕；

2.1.2混凝土的碳化；

2.1.3混凝土的腐蝕；

2.1.4混凝土的凍融破壞；2.1混凝土結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及其危害最終影響的是鋼筋的銹蝕第2頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.1.1混凝土中的鋼筋腐蝕世界一些國家的腐蝕損失,平均可占國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的2%～4%;其中,被認(rèn)為與鋼筋腐蝕有關(guān)者可占40%（至今我國尚無確切統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))。美國1984年報(bào)道，僅就橋梁而言,57.5萬座鋼筋混凝土橋,一半以上出現(xiàn)鋼筋腐蝕破壞,40%承載力不足和必須修復(fù)與加固處理,當(dāng)年的修復(fù)費(fèi)為54億美元;1998年報(bào)道鋼筋混凝土腐蝕破壞的修復(fù)費(fèi),一年要2500億美元,其中橋梁修復(fù)費(fèi)為1550億美元(是這些橋初建費(fèi)用的4倍);還有報(bào)道說,到本世紀(jì)末,美國要花4000億美元用于修復(fù)和重建鋼筋腐蝕破壞的工程。第3頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.1.1混凝土中鋼筋的銹蝕電化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕應(yīng)力腐蝕混凝土中鋼筋銹蝕種類第4頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（1）鋼筋電化學(xué)腐蝕機(jī)理鋼筋電化學(xué)銹蝕陽極陰極混凝土鋼筋陽極表面陰極表面鋼筋金相組織和表面不均存在電位差水分和氧氣進(jìn)入混凝土形成堿性溶液第5頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（1）鋼筋電化學(xué)腐蝕機(jī)理

普通硅酸鹽水泥密實(shí)未碳化混凝土的PH值為13，無CI-存在，形成鈍化膜(Fe2O3.nH2O或Fe3O4.nH2O),阻止鋼筋銹蝕。如鈍化膜破壞(在PH<11.5將不能穩(wěn)定存在)，在有水和氧氣存在時，產(chǎn)生腐蝕電池反應(yīng)陽極陰極第6頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（1）鋼筋電化學(xué)腐蝕機(jī)理紅鐵銹進(jìn)一步氧化形成疏松易剝落的沉積物鐵銹Fe2O3.Fe3O4.H2O,鐵銹體積比鐵增加2－4倍，將保護(hù)層脹開造成鋼筋外露。褐銹第7頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（2）鋼筋電化學(xué)腐蝕的動力和速度腐蝕電池存在是腐蝕發(fā)生的必要條件，而腐蝕發(fā)展動力和速度與電極之間的電流速度有關(guān)。腐蝕電流陽極電位－陰極電位陽極與陰極的電阻

陽極控制：砼高堿度在鋼筋表面形成鈍化膜阻止鐵離子化陰極控制：氧氣不足或缺乏可阻止陰極反應(yīng)電阻控制：干燥環(huán)境、砼密實(shí)，存在涂覆層，電阻大第8頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（3）影響鋼筋電化學(xué)腐蝕的主要因素－外在因素外在因素

周圍介質(zhì)腐蝕性

周期冷熱交替作用

凍融循環(huán)作用

干濕交替作用海水海鹽滲透作用第9頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（3）影響鋼筋電化學(xué)腐蝕的主要因素－內(nèi)在因素內(nèi)在因素

PH值影響(PH>10慢，PH<4快)氯離子含量(超過一定含量在不均勻砼中容易形成坑蝕)

砼密實(shí)度和保護(hù)層厚度裂縫影響(>0.2mm影響大)水泥品種及粉煤灰摻合料影響(降低砼堿性)第10頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四知識點(diǎn)：氯離子銹蝕機(jī)理綠銹褐銹混凝土鋼筋陽極表面陰極表面氯離子易滲入鈍化膜，形成易溶綠銹，綠銹向砼孔隙液中遷徙，分解為褐銹，褐銹沉積于陽極區(qū)，同時釋放氯離子和氫離子，回到陽極區(qū)，使陽極區(qū)附近孔隙液局部酸化，帶出更多鐵離子。氯離子不構(gòu)成最終銹蝕產(chǎn)物，也不消耗，但促進(jìn)銹蝕，起到催化作用。綠銹褐銹第11頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四鋼筋的化學(xué)銹蝕鋼筋與酸、堿、鹽等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成銹蝕鋼筋在稀堿溶液中形成鈍化膜，在高堿和高溫下則產(chǎn)生堿裂或堿脆化的溶解腐蝕第12頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四鋼筋的應(yīng)力腐蝕是電化學(xué)腐蝕和高應(yīng)力復(fù)合作用結(jié)果。當(dāng)鋼筋中存在較高拉應(yīng)力時電化學(xué)方面比低應(yīng)力時活躍得多。如果因氯離子侵蝕形成蝕坑，則會形成明顯應(yīng)力集中。對于低韌性高強(qiáng)度鋼筋而言，應(yīng)力集中很難通過塑性變形消除，從而形成微裂縫，可能突然斷裂而發(fā)生脆性破壞。沒有任何征兆，一般發(fā)生在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中，破壞后果很嚴(yán)重。鋼筋銹蝕將引起混凝土與鋼筋粘結(jié)性能的退化鋼筋的應(yīng)力腐蝕第13頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四鋼筋的銹蝕由于混凝土內(nèi)的強(qiáng)堿性使得鋼筋表面形成鈍化膜，從而鋼筋在混凝土中不會銹蝕。如果鋼筋表面鈍化膜被破壞，則鋼筋就會發(fā)生電化學(xué)腐蝕——銹蝕破壞混凝土中鋼筋銹蝕，引起體積膨脹2～7倍，導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開裂破壞混凝土中鋼材的鈍化會由于下列原因被破壞：混凝土中的Ca(OH)2被空氣里的SO2、NO2、CO2等酸性氧化物中和而失去堿性；道路除冰鹽或海水帶進(jìn)來的氯離子的作用。

第14頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四鋼筋銹蝕導(dǎo)致混凝土構(gòu)件破壞的幾種形式第15頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四某立交墩柱鋼筋銹蝕情況某立交橋欄桿破損、露筋第16頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.1.2混凝土的碳化砼結(jié)構(gòu)周圍介質(zhì)存在酸性物質(zhì)，滲入混凝土內(nèi)與水泥石中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的過程叫做中性化?；炷撂蓟侵行曰畛Ｒ姷男问剑荂O2與混凝土中堿性物質(zhì)相互作用的一種復(fù)雜物理化學(xué)過程?；炷撂蓟瘜?dǎo)致混凝土堿度降低，破壞鋼筋鈍化膜，同時加劇砼混凝土的收縮，導(dǎo)致收縮裂縫產(chǎn)生和加大。第17頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四混凝土碳化機(jī)理混凝土碳化的化學(xué)反應(yīng)(空氣中CO2含量低，碳化過程緩慢)混凝土碳化速度取決于化學(xué)反應(yīng)速度(取決于CO2含量和可碳化物的含量)CO2向砼擴(kuò)散速度(取決于CO2和酸性物質(zhì)濃度、孔隙結(jié)構(gòu))Ca(OH)2擴(kuò)散速度(取決于混凝土含水率和Ca(OH)2濃度)上述三個過程均與砼含水量、周圍介質(zhì)相對濕度、溫度有關(guān)第18頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四混凝土碳化深度公式混凝土碳化后體積增加17%，混凝土中孔隙率和透氣性降低，表面硬度增加。由于混凝土碳化降低混凝土堿度，特別是混凝土保護(hù)層堿度，減弱對內(nèi)部鋼筋的保護(hù)作用，最終導(dǎo)致鋼筋銹蝕?；炷撂蓟菍?dǎo)致混凝土耐久性降低的主要原因。混凝土碳化導(dǎo)致孔隙部分被堵塞，此外隨著齡期增加，混凝土水化作用不斷增強(qiáng)，砼孔隙率降低，混凝土碳化速度降低。碳化深度(mm)碳化速度系數(shù)砼齡期(d)第19頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四混凝土碳化影響因素水泥品種（普通水泥比礦渣水泥和火山灰水泥等好）混凝土碳化影響因素水泥用量（大好－改善和易性、提高密實(shí)性、增加堿性）粉煤灰（小好－與Ca(OH)2結(jié)合，降低堿度）水灰比（小好－降低孔隙率和滲透性、增加密實(shí)性）集料品種影響(普通集料如火成巖等和人造集料如粉煤灰陶粒等比天然集料如浮石及火山渣好)養(yǎng)護(hù)方法影響(標(biāo)養(yǎng)和蒸養(yǎng)比普通養(yǎng)護(hù)差）第20頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四混凝土碳化深度合格性指標(biāo)級別使用條件允許碳化深度(mm)輕集料混凝土普通混凝土Ⅰ正常濕度，室內(nèi)4035Ⅱ正常濕度，室外3530Ⅲ潮濕，室外3025Ⅳ水位變化2520目前無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，普遍觀點(diǎn)：混凝土碳化深度到達(dá)保護(hù)層厚度定為安全使用期，即在正常大氣條件下，50年內(nèi)混凝土碳化深度不允許超過混凝土保護(hù)層厚度。第21頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四混凝土碳化深度計(jì)算《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》（GBJ83－85），首次提出混凝土在CO2體積分?jǐn)?shù)為20％、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天時快速碳化的多系數(shù)方程如下：－水泥用量影響系數(shù)－水灰比影響系數(shù)－粉煤灰取代量影響系數(shù)－水泥品種影響系數(shù)－集料品種影響系數(shù)－養(yǎng)護(hù)方法影響系數(shù)－碳化速度系數(shù)，普通砼K=3.32，輕骨料砼K=4.18第22頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（1）水泥用量影響系數(shù)水泥用量影響系數(shù)輕集料混凝土普通混凝土－每立方米混凝土的水泥用量（kg）

與水泥用量成反比，水泥用量越大，則越小，混凝土的抗裂性能越好。水泥用量的增加可以改善混凝土的和易性，提高混凝土的密實(shí)性，增加混凝土的堿性儲備量，使其抗碳化性能得以增強(qiáng)。第23頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（2）水水灰比影響系數(shù)水灰比影響系數(shù)輕集料混凝土普通混凝土水灰比對混凝土碳化影響呈明顯的線性關(guān)系。水灰比越大，則水灰比影響系數(shù)越大，混凝土內(nèi)部孔隙率越大，密實(shí)性越差，滲透性越差，碳化速度越快。為了配制抗碳化性能較好的混凝土，應(yīng)盡可能降低混凝土的水灰比。第24頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（3）粉煤灰取代影響系數(shù)粉煤灰影響系數(shù)輕集料混凝土普通混凝土－粉煤灰等量取代水泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（％），例如取代水泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％，則F=10。粉煤灰具有一定的活性，摻用一定的粉煤灰，可節(jié)約水泥、降低大體積砼水化熱、改善泵送砼性能。但它和水泥水化后的氫氧化鈣相結(jié)合，使水泥堿度降低，從而削弱混凝土的抗碳化性能。在一般工藝條件下，其最大取代量不宜超過水泥質(zhì)量的20％，否則增加太快。第25頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（4）水泥品種影響系數(shù)集料品種425號普通硅酸鹽水泥425號礦渣或火山灰水泥325號礦渣水泥輕集料砼11.201.25普通砼11.351.50水泥品種影響系數(shù)普通硅酸鹽水泥配制的砼比混合材含量較高的同標(biāo)號礦渣水泥和火山灰是你配制的同有較好的抗碳化性能。水泥中活性混合材含量越高，越易與水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣反應(yīng)，降低堿度，影響碳化性能。為提高抗碳化性能，應(yīng)選用不含混合材的硅酸鹽水泥或少含混合材的普通硅酸鹽水泥。第26頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（5）集料品種影響系數(shù)集料品種粗骨料細(xì)骨料

天然輕集料

人造輕集料普通集料普通砂破碎輕砂珍珠巖砂輕集料砼1.000.60－1.001.402.00普通砼－－0.561.00－－集料品種影響系數(shù)普通集料結(jié)構(gòu)致密，吸水率小。天然集料結(jié)構(gòu)多孔，吸水率較大。人造輕集料孔隙率較小，且多為圓形封閉孔，吸水率較小。注：影響系數(shù)為表中粗細(xì)集料的乘積第27頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（6）養(yǎng)護(hù)方法影響系數(shù)集料品種標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)方法蒸汽養(yǎng)護(hù)方法輕集料砼11.50普通砼11.80養(yǎng)護(hù)方法影響系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)：溫度20±3℃，相對濕度不小于90％蒸汽養(yǎng)護(hù)：靜庭4h，升溫3h，恒溫最高溫90℃，恒溫6－8h，降溫2h第28頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四碳化深度小結(jié)公式建立在快速碳化的基礎(chǔ)上，按照我國標(biāo)準(zhǔn)，快速碳化試驗(yàn)是在溫度20±3℃，CO2體積分?jǐn)?shù)為20±3％條件下進(jìn)行的。快速碳化28天的碳化深度約相當(dāng)于在正常大氣條件下（CO2體積分?jǐn)?shù)為0.03％）條件下混凝土存放齡期為50年的自然碳化深度。通過CO2體積分?jǐn)?shù)對混凝土碳化深度的影響對比，可以用下式表示－不同環(huán)境條件下CO2相對體積分?jǐn)?shù)－不同碳化深度（mm）－碳化齡期（天或年）第29頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四

我國作為擁有混凝土結(jié)構(gòu)最多的國家，近年來關(guān)于混凝土碳化深度預(yù)測模型的研究也很多，理論模型與經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢深悾禾蓟疃扰c碳化時間的平方根成正比。

雖然這些模型對預(yù)測混凝土碳化深度有借鑒作用，但由于一般大氣環(huán)境下，影響混凝土碳化深度的因素很多，隨機(jī)性也很大。這些模型都不能反映實(shí)際工程中各種影響因素具有時變性的特點(diǎn)。

所以：碳化深度預(yù)測模型需要改進(jìn)！如：貝葉斯理論等第30頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四混凝土碳化深度預(yù)測方法上圖可見，貝葉斯更新能夠提高碳化深度的預(yù)測精度！第31頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四事實(shí)上，混凝土碳化在一定程度上對混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度提高是有益的！但其受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線上升和下降段變陡，混凝土脆性變大。碳化前后混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線關(guān)系

在混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究中，一個極為關(guān)鍵的問題就是混凝土碳化速度的準(zhǔn)確評定，不同的碳化深度預(yù)測模型指導(dǎo)著不同國家的耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范。影響混凝土碳化深度的因素很多，隨機(jī)性也很大！第32頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四問題提出：1994年，英國學(xué)者Parrott試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)用酚酞試劑測定的碳化深度發(fā)展到距離鋼筋表面一定深度而并未到達(dá)鋼筋表面時，鋼筋便開始銹蝕，而且隨著碳化深度的增加，鋼筋誘蝕速度加快，直到碳化深度發(fā)展到超過鋼筋位置某個長度時，銹蝕速度才穩(wěn)定下來？

問題答案：混凝土碳化過程中部分碳化區(qū)的存在是鋼筋銹蝕速度隨碳化深度加深而增大的根本原因。

混凝土碳化對鋼筋銹蝕的影響事實(shí)上，混凝土碳化的最大危害就是促使鋼筋的銹蝕！鋼筋銹蝕的速度在PH＝9~11.5的區(qū)段內(nèi)隨pH值下降而增大，pH值在9以下時銹蝕速度保持穩(wěn)定不變．pH值在11.5以上時鋼筋處于鈍化狀態(tài)；受碳化混凝土試件中，pH值由外到內(nèi)是逐漸升高的，特別是當(dāng)環(huán)境濕度較低時更加明顯。第33頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四碳化深度檢測方法對于整個構(gòu)件或結(jié)構(gòu)應(yīng)在有代表性的地方布置測區(qū)，每一個測區(qū)應(yīng)測三個點(diǎn)，以其平均值作為該測區(qū)的代表值。對舊混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測時常常需要實(shí)測混凝土碳化深度。常用方法就是用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的酚酞酒精試劑噴在混凝土新破損面上（鉆孔或鑿開混凝土形成測試面），已經(jīng)碳化的混凝土不會變色，未碳化部分為紫紅色，用卡尺精確量測混凝土表面到變色分界處的深度，即為混凝土碳化深度。第34頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四碳化處理方法（1）碳化深度過大，鋼筋銹蝕明顯，危及結(jié)構(gòu)安全構(gòu)件應(yīng)拆除重建；（2）對碳化深度較小并小于鋼筋保護(hù)層厚度，碳化層比較堅(jiān)硬的，可用優(yōu)質(zhì)涂料封閉；（3）對碳化深度大于鋼筋保護(hù)層厚度或碳化深度雖較小但碳化層疏松剝落的，應(yīng)鑿除碳化層，粉刷高強(qiáng)砂漿或澆筑高強(qiáng)混凝土；（4）對鋼筋銹蝕嚴(yán)重的，應(yīng)在修補(bǔ)前除銹，并根據(jù)銹蝕情況和結(jié)構(gòu)需要加補(bǔ)鋼筋，防碳化后的結(jié)果，要達(dá)到阻止或盡可能減慢外界有害氣體進(jìn)入混凝土內(nèi)侵蝕，使其內(nèi)部和鋼筋一直處在高堿性環(huán)境中。第35頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.1.3混凝土的腐蝕混凝土碳化混凝土化學(xué)腐蝕堿－骨料反應(yīng)混凝土腐蝕酸腐蝕強(qiáng)堿腐蝕硫酸鹽腐蝕第36頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四混凝土化學(xué)腐蝕（1）硫酸鹽腐蝕在化工建筑中最常見，污水處理、化纖、制鹽、制皂等建筑混凝土構(gòu)件常因硫酸鹽腐蝕破壞。常見的有硫酸鈉、硫酸鎂、硫酸鉀、硫酸鈣等，基本都溶于水，其與水泥石中的氫氧化鈣及水化鋁酸鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成石膏和硫鋁酸鈣，產(chǎn)生體積膨脹，導(dǎo)致混凝土破壞。硫酸鹽侵蝕混凝土，表面發(fā)白，損害從棱角處開始，裂縫展開并剝落，混凝土形成一種易碎的松散狀態(tài)（橋梁上也比較常見）。第37頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（1）硫酸鹽腐蝕硫酸鈉、硫酸鎂、硫酸氨等，有兩個反應(yīng)過程：石膏腐蝕過程硫鋁酸鹽腐蝕過程單硫型鋁酸鹽水化硅酸鈣鈣礬石伴隨體積的明顯膨脹，導(dǎo)致混凝土開裂！防止方法：用瀝青、橡膠、瀝青漆等處理混凝土表面，形成耐蝕的保護(hù)層。第38頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四混凝土化學(xué)腐蝕（1）硫酸鹽腐蝕－影響因素水泥品種（熟料中氧化鈣含量高）硫酸鹽腐蝕影響因素硫酸鹽濃度（高）混凝土滲透性（大）水灰比（大）地下水位高低變化（頻繁）水的流動（頻繁）土壤的孔隙率（大）地下室、擋土墻、涵洞比基礎(chǔ)和樁基更容易受到硫酸鹽腐蝕的原因。第39頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四混凝土酸侵蝕硫酸、鹽酸、硝酸、醋酸、甲酸、乳酸、磷酸等影響因素：混凝土本身的特性，包括混凝土的滲透性、孔隙率、裂縫狀況等，以及混凝土結(jié)構(gòu)所處的酸環(huán)境，包括酸的種類、濃度和狀態(tài)等。防止方法：用瀝青、橡膠、瀝青漆等處理混凝土表面，形成耐蝕的保護(hù)層。第40頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四堿－骨料反應(yīng)水泥和混凝土的有關(guān)添加劑中堿性氧化物質(zhì)（K2O和Na2O）與混凝土骨料中的活性物質(zhì)（活性氧化硅）在常溫常壓下緩慢反應(yīng)形成堿硅膠后，吸水膨脹導(dǎo)致混凝土破壞的現(xiàn)象。生成物體積膨脹（3－4倍）。堿骨料反應(yīng)速度較慢，破壞現(xiàn)象多年才能發(fā)現(xiàn)。

堿－骨料反應(yīng)的必要條件是水泥中堿量較高（混凝土總堿量達(dá)到3kg/m3）；骨料中存在活性硅（活性、粒徑、數(shù)量）；堿－骨料反應(yīng)的充分條件是存在水分；第41頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四堿－骨料反應(yīng)堿－骨料反應(yīng)的特點(diǎn)混凝土表面產(chǎn)生雜亂的網(wǎng)狀裂縫，或在骨料周圍出現(xiàn)反應(yīng)環(huán)；在破壞區(qū)的試樣中可測定堿－硅酸鹽凝膠；在構(gòu)件裂縫中，可以發(fā)現(xiàn)堿－硅酸鹽凝膠失水硬化形成的白色粉狀物；掃描電鏡下的堿性反應(yīng)凝膠第42頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四常見的堿—骨料反應(yīng)破壞形式第43頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四海水侵蝕海水中含有大量可溶性鹽類

NaCI2，MgCl2，CaSO4，MgSO4等

構(gòu)筑物與海水不直接接觸部位(潮濕空氣中氯鹽侵蝕)

海水浪濺區(qū)(干濕循環(huán)作用，鹽類膨脹銹蝕)

潮汛漲落區(qū)(最嚴(yán)重，海水沖蝕、干濕循環(huán)、凍融循環(huán))

長期在海水中部位第44頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四混凝土腐蝕防治措施選用合適的水泥品種提高混凝土的密實(shí)性和抗?jié)B性增加混凝土保護(hù)層厚度摻用火山灰質(zhì)的活性摻合料對混凝土表面進(jìn)行處理使用超耐久性混凝土第45頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.1.4混凝土凍融破壞破壞機(jī)理：混凝土中游離水和孔隙水結(jié)冰體積膨脹（毛細(xì)孔中存在游離水是導(dǎo)致混凝土凍融破壞的主要因素）影響因素：混凝土抗凍性與內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)、水飽和程度、受凍齡期、砼抗拉強(qiáng)度有關(guān)砼抗凍性隨齡期增長而提高砼抗凍性與水泥品種有關(guān)，水泥活性越大，流動性能越好。普通硅酸鹽水泥優(yōu)于礦渣水泥和火山灰水泥現(xiàn)象：砼表面部分砂漿粉化剝落，粗骨料外露，一般發(fā)生在構(gòu)件端部、混凝土路面板接頭、水工構(gòu)筑物水面線處、橋面板端部等處（東北、西北等地區(qū)嚴(yán)重）。第46頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四什么是混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能？混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在正常使用和維護(hù)條件下，隨時間的延續(xù)仍能滿足預(yù)定功能的能力。個人定義顯然，混凝土用于結(jié)構(gòu)才具有耐久性要求；混凝土結(jié)構(gòu)耐久性能通過混凝土耐久性體現(xiàn)。正像新拌混凝土工作性一樣，混凝土耐久性也是一個綜合性指標(biāo)。第47頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四優(yōu)點(diǎn)：取材廣泛、造價低廉、施工簡單等；缺點(diǎn)：開裂、滲漏及基礎(chǔ)沉降。

2.2砌體結(jié)構(gòu)第48頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四云南大理千尋塔，建于南詔時期，距今千年，為聚乙烯醇水泥壓力灌漿法加固磚塔。第49頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四第50頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四

荷載裂縫有：受壓裂縫、受彎裂縫、局部受壓裂縫、受拉裂縫以及受剪裂縫。荷載裂縫的出現(xiàn)，表明砌體承載力安全度不夠，應(yīng)及時進(jìn)行加固。2.2.1砌體裂縫的種類和原因分析種類：一是由荷載引起，反應(yīng)了砌體的承載力不足或穩(wěn)定性不夠；二是由于溫度變化或地基不均勻沉降引起。后者引起的砌體開裂約占90%左右。3.1.1砌體的荷載裂縫第51頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四受壓裂縫裂縫順軸向力方向，砌體中有斷磚現(xiàn)象，當(dāng)豎向裂縫連續(xù)長度超過4皮轉(zhuǎn)時，砌體接近破壞。受彎裂縫偏心受壓構(gòu)件，裂縫垂直于荷載作用方向；磚砌平拱抗彎強(qiáng)度不足產(chǎn)生豎向或斜向裂縫。第52頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四受拉裂縫水池池壁、筒倉等結(jié)構(gòu)，裂縫與拉力方向垂直或呈馬牙狀。受剪裂縫擋土墻或拱座處，裂縫呈水平或階梯狀態(tài)。

局部受壓裂縫大梁或梁墊下的斜向或豎向裂縫。

第53頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四砌體的溫度裂縫溫度變化所引起的裂縫，在砌體裂縫中所占的比例是最大的。

溫度裂縫的特點(diǎn)：一般對稱分布；溫度裂縫始自房屋的頂層，偶爾才向下發(fā)展；溫度裂縫經(jīng)一年后即可穩(wěn)定，不再擴(kuò)展。

第54頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四溫度裂縫第55頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四頂層斜裂縫因日照及氣溫變化，材料的線膨脹系數(shù)不同，并存在較強(qiáng)的約束，造成屋蓋與磚墻變形不一致所產(chǎn)生的裂縫。呈正八字或倒八字形態(tài)。頂層水平裂縫砂漿強(qiáng)度較低時，在屋頂頂層圈梁下四角出現(xiàn)水平裂縫，是由屋蓋的熱脹或冷縮作用所致。第56頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四砌體的沉降裂縫因地基不均勻沉降引起。一般呈450的斜裂縫。

沉降裂縫的特點(diǎn)：1、多層房屋中、下部的裂縫較上部的裂縫大，有時甚至僅在底層出現(xiàn)裂縫；2、沉降縫向上指向哪里，那里下部的沉降量必然是較大的。

第57頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四長高比較大的磚混結(jié)構(gòu)房屋,中部地基沉降大于兩端時產(chǎn)生八字裂縫。地基兩端沉降大于中部時,產(chǎn)生倒八字裂縫。

第58頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四房屋一端處在軟土地基上或較差地基上，該端產(chǎn)生較大沉降而產(chǎn)生裂縫.地基突變,一端沉降較大時,產(chǎn)生豎向裂縫。第59頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四地震引起的裂縫凍脹引起的裂縫。第60頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四

由鋼板、熱軋型鋼或冷加工成型的薄壁型鋼以及鋼索為主材建造的工程結(jié)構(gòu)，如房屋、橋梁等，稱為鋼結(jié)構(gòu)。什么是鋼結(jié)構(gòu)?

鋼結(jié)構(gòu)是土木工程的主要結(jié)構(gòu)形式之一。鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等都屬于按材料劃分的工程結(jié)構(gòu)的不同分支。結(jié)構(gòu)：基本構(gòu)件組成的受力體系，建筑物(構(gòu)筑物)的骨架2.2鋼結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理及其危害第61頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡史鋼(steel)是鐵碳合金，人類采用鋼結(jié)構(gòu)的歷史和煉鐵、煉鋼技術(shù)的發(fā)展是密不可分的。早在公元前2000年左右，在人類古代文明的發(fā)祥地之一的美索不達(dá)米亞平原（位于現(xiàn)代伊拉克境內(nèi)的幼發(fā)拉底河和底格里斯河之間）就出現(xiàn)了早期的煉鐵術(shù)。

早在戰(zhàn)國時期，我國的煉鐵技術(shù)已很盛行。我國是最早用鋼鐵建造承重結(jié)構(gòu)的國家1.鐵橋墩(始皇)2.鐵鏈橋3.鐵塔第62頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四公元65年，漢明帝時代建造了鐵鏈懸橋——云南“蘭津橋”1705年建成的四川瀘定大渡河橋，橋?qū)?.8m，跨長100m，由9根橋面鐵鏈和4根橋欄鐵鏈構(gòu)成，兩端系于直徑20cm、長4m的生鐵鑄成的錨樁上。公元1061年（宋代）在湖北荊州玉泉寺建成的13層鐵塔第63頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四建國以來鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況50年代,為初盛時期（156項(xiàng)援建工程大部分為重型鋼結(jié)構(gòu)）。60-70年代,為限制使用時期，當(dāng)時中國鋼產(chǎn)量僅1～2千萬噸，主要用于國防.機(jī)械業(yè)。當(dāng)時國家政策建筑業(yè)中“凡是可用其它材料代替的，均不用鋼結(jié)構(gòu)建造”。由于受到鋼產(chǎn)量的制約，鋼結(jié)構(gòu)僅在重型廠房、大跨度公共建筑、鐵路橋梁以及塔桅結(jié)構(gòu)中采用。二十世紀(jì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)成為中國主導(dǎo)結(jié)構(gòu)。80-90年代后,出現(xiàn)了新的發(fā)展時期（鋼產(chǎn)量自1996年起連續(xù)多年超億噸),國家鼓勵建筑用鋼。

中國鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用發(fā)展的三個時期剛解放時鋼產(chǎn)量幾乎是零1949 十幾萬噸1990 5000萬噸1995 7000萬噸1996 1億噸20001.285億噸20042.72億20064.62億噸20074.89億噸第64頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2003年中國鋼鐵行業(yè)產(chǎn)量、消費(fèi)量均占世界第一。歷史上鋼產(chǎn)過億噸國家僅有前蘇聯(lián)、美國和日本，過2億噸由中國開創(chuàng)。鋼產(chǎn)量每年以15%-20%的水平遞增億噸我國鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)狀，與發(fā)達(dá)國家比較自1996年鋼產(chǎn)量超過1億噸，連續(xù)10年居世界第一。第65頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四

建筑用鋼占各國鋼材消費(fèi)的比例都很高。中國最高占53.3％(房屋40%,土木13.3%);

中國用于鋼結(jié)構(gòu)房屋建筑僅占3%左右;2010年預(yù)計(jì)達(dá)到6%。歐盟15國占41%;

美國占21%;

日本占43.2%(房屋29%,土木14.2%)。中外建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用比較國家中國韓國日本美國鋼結(jié)構(gòu)建筑總量/建筑總量1％20％50％68％第66頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四第67頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四耐熱性較好，耐火性差鋼材雖為非燃燒體，但裸露鋼結(jié)構(gòu)耐火極限一般為15～20分鐘第68頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2007年8月14日正在建設(shè)中的上海環(huán)球金融中心發(fā)生火災(zāi)第69頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)措施第70頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四鋼材的強(qiáng)度較混凝土、砌體及其他常見的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，在通常的建筑結(jié)構(gòu)中，按允許應(yīng)力求得的鋼結(jié)構(gòu)所需的斷面較小，因此在多數(shù)情況下，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸是由穩(wěn)定控制的。鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)主要發(fā)生在其最基本的軸心受壓構(gòu)件、壓彎構(gòu)件和受彎構(gòu)件。失穩(wěn)分為整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)。影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件整體穩(wěn)定性的主要原因（1）構(gòu)件設(shè)計(jì)的整體穩(wěn)定性不足。長細(xì)比是影響整體穩(wěn)定最主要的因素。（2）構(gòu)件的各類初始缺陷。包括初彎曲，初偏心，加工過程產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和殘余變形、焊接應(yīng)力和殘余變形等。（3）構(gòu)件受力條件的改變。結(jié)構(gòu)使用荷載和使用條件發(fā)生變化，如超載、節(jié)點(diǎn)的破壞、溫度的變化、基礎(chǔ)不均勻沉降、以外沖擊荷載、結(jié)構(gòu)加固過程中計(jì)算簡圖的改變。（4）施工臨時支撐體系不夠2.3.1鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題第71頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)局部失穩(wěn)的主要原因（1）構(gòu)件的局部穩(wěn)定的不滿足。例如工形、槽形等截面的翼緣的寬厚比和腹板的寬厚比大于限值，易發(fā)生局部失穩(wěn)。（2）局部受力部位加勁構(gòu)造措施不合理。（3）吊裝時吊點(diǎn)位置選擇不當(dāng)。第72頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四1.鋼材的疲勞問題鋼材在持續(xù)反復(fù)荷載下會發(fā)生疲勞破壞。在疲勞破壞之前，鋼材內(nèi)部并不出現(xiàn)明顯的變形或局部的頸縮，鋼材的疲勞破壞是脆性破壞。破壞機(jī)理是：鋼材內(nèi)部及其外表面有雜質(zhì)和損傷的存在，在反復(fù)荷載作用下，在這些薄弱點(diǎn)附近形成應(yīng)力集中，使鋼材在很小的區(qū)域內(nèi)發(fā)生較大的應(yīng)變，于是在該處首先發(fā)生微裂，在反復(fù)荷載作用下，微裂擴(kuò)展，前裂口發(fā)展到一定程度，應(yīng)力超過鋼材晶格間的結(jié)合力，于是發(fā)生脆斷。鋼材斷裂時，相應(yīng)的最大應(yīng)力稱為鋼材的疲勞強(qiáng)度，疲勞強(qiáng)度與荷載循環(huán)次數(shù)等因素有關(guān)，結(jié)構(gòu)工程中是以二百萬次循環(huán)時產(chǎn)生疲勞斷裂的最大應(yīng)力作為疲勞極限。2.3.2鋼材的疲勞問題第73頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.工程中常見的疲勞問題工程中常出現(xiàn)疲勞問題的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件是吊車梁，特別是在重級工作制作用下的吊車梁問題更為突出。主要原因：（1）鋼軌偏心（2）應(yīng)力集中的問題（3）工字梁變截面處裂縫大多從受拉翼緣開展到腹板上。（4）銹蝕問題。（5）材料問題。（6）使用問題。3.疲勞問題的防治鋼結(jié)構(gòu)的疲勞問題應(yīng)從預(yù)防入手。把好材料關(guān)，注意制作過程，精心使用。第74頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.3.3鋼材的脆性破壞問題1.概述鋼結(jié)構(gòu)的一個顯著特點(diǎn)是變形性能好，特別是當(dāng)構(gòu)件使用低碳鋼時，有明顯的屈服臺階，有破壞征兆。但是在一定條件下，鋼材會發(fā)生脆性斷裂，構(gòu)成毫無征兆的破壞。鋼結(jié)構(gòu)的脆性斷裂可分為以下幾個類別：低溫脆斷、應(yīng)力腐蝕、氫脆、疲勞破壞和斷裂破壞等。外因：低溫、腐蝕、反復(fù)荷載等外部內(nèi)因：鋼材本身缺陷，設(shè)計(jì)不合理及施工質(zhì)量問題等。第75頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.低溫脆斷（冷脆）在常溫下鋼材本是韌性材料，隨著溫度的下降，鋼材的強(qiáng)度略有提高而塑性和沖擊韌性有所下降（變脆），當(dāng)溫度下降到某一數(shù)值（冷脆臨界溫度）時，鋼材的沖擊韌性突然急劇下降，試件斷口發(fā)生脆性破壞，這種現(xiàn)象叫低溫冷脆現(xiàn)象。氮、磷含量超標(biāo)會降低鋼材的沖擊韌性，對冷脆有不利影響。第76頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四3.應(yīng)力腐蝕斷裂和氫脆所謂應(yīng)力腐蝕裂縫是指在長期高應(yīng)力作用鋼材中，陽極腐蝕區(qū)極小時造成的斷裂。氫脆是由陰極腐蝕造成的。在某些特定條件下，原子氫隨著陰極腐蝕過程而生成，并進(jìn)入鋼材與鋼材內(nèi)部的氫分子結(jié)合產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，最終導(dǎo)致鋼材局部開裂產(chǎn)生脆性破壞。單純的應(yīng)力腐蝕和氫脆是比較少見的，多數(shù)情況下，這種破壞伴隨有低溫或反復(fù)荷載。第77頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.脆性破壞的預(yù)防關(guān)鍵是選擇合適的材料，精心施工，定期檢查和及時采取有效措施。（1）選擇合適的鋼材，檢查鋼材中各元素的含量，成為質(zhì)檢和驗(yàn)收的一項(xiàng)重要指標(biāo)。（2）對鋼材的缺陷進(jìn)行外觀檢查，如發(fā)裂、夾層、縮孔、白點(diǎn)、斑痕和劃痕等。若對內(nèi)部存在懷疑，則需進(jìn)行專門的探傷檢查。第78頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.4地基基礎(chǔ)損傷機(jī)理及其危害1.基本概念地基：支承建筑物上部結(jié)構(gòu)荷載的土體或巖體?；A(chǔ)：建筑物向地基傳遞荷載的下部結(jié)構(gòu)。天然地基：地基不加處理就能夠滿足建筑物對地基要求的。人工地基：需進(jìn)行地基處理（例如換土墊層、機(jī)械夯實(shí)、土樁擠密、堆載預(yù)壓等方法）才能滿足建筑物對地基要求的。分類方法：按埋置深度分為淺埋基礎(chǔ)和深埋基礎(chǔ)。按變形特征分為柔性基礎(chǔ)和剛性基礎(chǔ)。按基礎(chǔ)形式分為獨(dú)立基礎(chǔ)、聯(lián)合基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、地下連續(xù)墻基礎(chǔ)等。2.4.1概述第79頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必須滿足的基本要求（1）工程結(jié)構(gòu)在各類荷載的組合作用下，作用于地基上的設(shè)計(jì)荷載不超過地基承載力設(shè)計(jì)值，土體應(yīng)滿足整體穩(wěn)定要求，不產(chǎn)生滑動破壞。（2）建筑物基礎(chǔ)沉降不超過地基變形允許值，保證建筑物不因地基變形發(fā)生損壞或影響正常使用。3.常見地基或基礎(chǔ)工程事故多由以下原因造成：（1）地基失穩(wěn)工程事故（2）土坡滑動工程事故（3）軟弱地基工程