受彎構件的應力、裂縫及變形計算-混凝土結構的耐久性

《鋼筋混凝土結構》耐久性問題概述混凝土結構的耐久性國內外耐久性問題舉例國內問題：

“橋脆脆”

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2011年7月15日，通車14年的杭州錢塘江三橋坍塌；

7月14日，建成12年的福建武夷山公館大橋北段坍塌，7月11日，建于1997年的江蘇鹽城境內328省道通榆河橋坍塌，武漢鐘祥漢江大橋……年輕的橋，紛紛倒下。

“橋堅強”：一些歷經風雨依然堅挺的橋。武漢長江大橋，寧波靈橋……錢塘江三橋國內外耐久性問題舉例2、江陰長江大橋、耗資33億元、1999年10月建成通車。大橋的橋面全部采用進口天然瀝青人工攤鋪而成，抗變性良好，它的正常使用壽命應該是12年。由于超載，截止到2003年8月，橋面進行大修，工期為3個多月，耗資為3000多萬元。2005年9月，又進行維修。國內外耐久性問題舉例國外橋梁耐久性問題：

在日本海沿岸，港灣建筑、橋梁建成后不到10年的時間，混凝土表面即出現開裂、剝落，鋼筋銹蝕外露。美國、1987年一份報告報道，約有253萬座混凝土橋面板出現不同程度的破壞(其中部分僅使用不到20年)，而且每年還將增加35萬座。美國1991年全部混凝土工程價值約6萬億美元，而每年用于維修的費用高達300億美元。

國內外耐久性問題舉例

英格蘭島中部環(huán)形線的21km快車道，11座混凝土高架橋的建造費是2800萬英鎊(1972年)，到1989年的15年間，修補費高達4500萬英鎊(即為造價的1.6倍)，估計以后15年(到2004年)還要耗費12億英鎊(累計接近造價的6倍)!

國內外耐久性問題舉例國內外耐久性問題舉例國內外耐久性問題舉例海沙施工的混凝土房屋國內外耐久性問題舉例耐久性基本概念

耐久性：指混凝土結構在自然環(huán)境、使用環(huán)境、材料內部因素及正常維護的條件下，在設計要求的目標使用期內，不需要花費大量資金加固處理而保持安全、使用功能和外觀要求的能力。

※使用環(huán)境：指結構工作時所在地區(qū)的環(huán)境。根據使用環(huán)境的好壞，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類環(huán)境類別。

※正常維護：指結構出現小問題要及時維修和處理。包括表面清潔；保證排水設備正常工作；修補小裂縫、小空洞和裸露的鋼筋；檢查橋梁支座的活動性等。

耐久性基本概念耐久性問題成因第一類：由水、空氣和其它侵蝕性介質滲透進入混凝土的速率所決定。化學因素：鋼筋銹蝕、堿-骨料反應、硫酸鹽、海水和酸的侵蝕；物理因素：凍融、鹽結晶、火災等。第二類：磨耗、沖磨與空蝕?！蛲饨绛h(huán)境因素：溫度、濕度、CO2、SO2、腐蝕物、Cl-◎混凝土自身因素：水泥品種、摻和料外加劑、配合比等◎其他因素：設計不周，施工不良，密實度、保護層厚度、日常養(yǎng)護不當。影響混凝土結構耐久性主要因素耐久性影響因素《鋼筋混凝土結構》混凝土碳化與有害物質侵入混凝土結構的耐久性混凝土結構破壞的整體性模型混凝土的多孔結構混凝土的碳化1、混凝土碳化

指混凝土中的堿性物質與CO2

發(fā)生的反應使混凝土的堿性下降的過程。

◆混凝土碳化的結果：混凝土強度有所提高；鋼筋的鈍化膜會被破壞，造成鋼筋生銹?！籼蓟俣龋郝话?cm需要10年左右。

◆碳化深度檢測方法：噴射酚酞酒精噴劑。Ca(OH)2與酚酞試劑呈顯色反應(變紅);◆減緩措施：

增加混凝土堿性；(選用普通硅酸鹽水泥，保證水泥用量)；保證混凝土密實度，摻加細粉煤灰或硅粉；表面覆蓋砂漿或涂料涂層；適當增加保護層厚度等?；炷恋奶蓟癁榉乐够炷撂蓟?，進行涂料噴涂——聚合物乳液防碳化涂料，其粘結強度大于0.3MPa，防碳化能力比普通混凝土提高10倍以上?；炷恋奶蓟?、侵蝕性物質腐蝕存在與水泥石中存在于工業(yè)企業(yè)、海水和土壤中硫酸鹽+氫氧化鈣和水化鋁酸鈣=石膏+硫鋁酸鈣(體積膨脹)含水硫酸鈣(CaSO4.2H2O)有酸腐蝕，海水腐蝕，硫酸鹽腐蝕等有害物質的侵入硫酸鹽侵蝕酸的侵蝕：工業(yè)環(huán)境海水侵蝕：硫酸根、氯離子、鎂離子有害物質的侵入《鋼筋混凝土結構》混凝土凍融破壞混凝土結構的耐久性凍融破壞概述在寒冷地區(qū)混凝土由于內部水分反復結冰和融化而對其結構造成的破壞。混凝土中大毛細孔里的水結冰時，體積大約要膨脹9%，如果體內沒有足夠的空間容納，就會產生可能引起開裂的壓力。分為凈水凍融和含鹽溶液的凍融。破壞是逐步形成的。主要表現形式為開裂和剝落，伴以強度和彈模降低。典型破壞形式凍害造成混凝土板的D-型裂縫（裂縫圍繞板的兩個或四個角彎曲，由骨料開裂造成）典型破壞形式影響因素孔結構對凍融破壞的影響：孔徑大小決定了混凝土孔中水的冰點，孔徑越小，冰點越低，成冰率也低，從而減小因結冰引起的對混凝土的破壞，提高了混凝土的抗凍性。低的孔隙率和閉合孔會提高混凝土的抗凍性能。飽水度對凍融破壞的影響：含水量小于孔隙總體積的91.7%就不會產生凍結膨脹壓力，該數值被稱為臨界飽水度。在混凝土完全飽水狀態(tài)下，其凍結膨脹壓力最大?；炷帘砻鎸雍释ǔ４笥谄鋬炔康暮剩軆鰰r表面的溫度又低于內部的溫度，所以凍害往往從表層開始逐步向內部發(fā)展。引氣劑對凍融破壞的影響：在混凝土中引入均勻分布的、不與毛細孔連通的、封閉的氣孔，提供未充水的空間，縮短形成靜水壓的流程。引氣量約5~7%。影響因素冰晶在毛細孔中形成，將對孔壁產生壓力，導致?lián)p傷。冰晶在氣孔中形成，氣孔可提供冰晶生成的空間，避免損傷?！朵摻罨炷两Y構》鋼筋銹蝕混凝土結構的耐久性最嚴重的耐久性問題。常是結構使用壽命的控制因素。鋼筋銹蝕美國國會認為由于銹蝕所產生的損失每年高達2760億美元。美國聯(lián)邦高速公路局估計基礎設施損壞導致1.3萬億美元損失。鋼筋銹蝕紐約州使用僅20年的高速公路橋梁，因鋼筋銹蝕已產生順筋裂縫，混凝土部分剝落。鋼筋銹蝕Rebarcorrosion,bridgeon401Highway(Ontario,Canada)除冰鹽侵蝕導致的高速公路橋梁結構破壞鋼筋銹蝕鋼筋銹蝕破壞后果在混凝土內部產生膨脹應力，導致開裂；順筋裂縫；使鋼筋斷面減??；點蝕：產生應力集中；使鋼筋變脆，屈服點降低。鋼筋銹蝕破壞機理混凝土中鋼材的鈍化：堿性環(huán)境下（pH=12-13）在金屬表面形成一層Fe3O4薄膜。?混凝土中鋼材的鈍化會由于下列原因被破壞：1）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；2）道路除冰鹽或海水帶進來的氯離子的作用。鋼筋銹蝕破壞機理陰極： Fe→2e-+Fe2+

（金屬鐵）FeO·(H2O)x陽極：0.5O2+H2O+2e-→2OH-（鐵銹） （空氣）（水）在陽極表面存在水和氧氣是必要條件。鐵轉變?yōu)殍F銹，伴隨有體積增大，最大可達600%。鋼筋銹蝕破壞機理鋼筋銹蝕導致混凝土構件破壞的幾種形式鋼筋銹蝕阻止或延緩鋼筋生銹的措施：控制各種侵蝕性物質的濃度；限制碳化層深度；控制裂縫；增加混凝土的密實度；控制和減少外界氯離子的侵入和內部材料中氯離子的含量；增加混凝土保護層厚度；配置混凝土時摻入鋼筋阻銹劑，或采用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋和鍍鋅鋼筋。鋼筋銹蝕《鋼筋混凝土結構》堿-骨料反應混凝土結構的耐久性堿-骨料反應概述最常見、最重要的反應是堿—硅反應（簡稱ASR），它是骨料中所含的無定形硅與孔隙里含堿（鈉、鉀、鈣的氫氧化物）的溶液反應，生成易于吸水膨脹的堿-硅凝膠，當結構物暴露在潮濕環(huán)境中，混凝土體內相對濕度超過85%時，就會出現膨脹，直到引起混凝土開裂與破壞?！魤A集料反應產物吸水后體積可增大3~4倍?！粢饓A集料反應有三個條件：⑴混凝土的凝膠中有堿性物質。主要來自于水泥。⑵骨料中有活性骨料，如黑硅石等含SiO2的骨料；⑶水分。堿骨料反應的充分條件是有水分。◆堿集料反應在結構竣工數年(五年左右)后發(fā)生；

◆病害不會只在一處發(fā)生；◆堿集料反應產物呈姜黃色或白色。堿-骨料反應概述堿-骨料反應概述骨料顆粒周圍的反應環(huán)地圖狀開裂堿-骨料反應概述特點及預防堿－骨料反應發(fā)展快，在數年內即可導致混凝土結構開裂。堿－骨料反應常是其它侵蝕性反應的引發(fā)因素或相互促進。如延遲鈣礬石反應，凍融破壞等。堿－骨料反應不能修復，只能預防。預防方法：不用活性骨料；限制堿含量；提高混凝土抗裂性、抗?jié)B性?！朵摻罨炷两Y構》環(huán)境作用等級及耐久性設計要求混凝土結構的耐久性環(huán)境作用等級環(huán)境類別環(huán)境條件1溫暖或寒冷地區(qū)的大氣環(huán)境、與無侵蝕性的水或土壤接觸的環(huán)境2嚴寒地區(qū)的大氣環(huán)境，使用除冰鹽環(huán)境、濱海環(huán)境3海水環(huán)境4受人為侵蝕性物質影響的環(huán)境耐久性設計要求《公路橋規(guī)》對橋梁結構的耐久性設計要求：1、結構混凝土材料耐久性的基本要求應符合表9-2的規(guī)定。2、對于預應力混凝土構件，混凝土材料中的最大氯離子含量為0.06%，最小水泥用量為350kg/m3，最低混凝土強度等級為C40；3、特大橋和大橋的混凝土最大含堿量宜降至1.8kg/m3，當處于Ⅲ類、Ⅳ類或使用除冰鹽和濱海環(huán)境時，宜使用非堿活性骨料。

耐久性基本要求環(huán)境類別最大水灰比最少水泥用量(Kg/m3)最低混凝土強度等級最大氯離子含量(%)最大堿含量（%）10.55275C250.303.0