沿海混凝土耐久性研究综述
四川建筑科学研究
SichuanBuildingScience
第33卷第1期
2007年2月
沿海混凝土耐久性研究综述
钟亚伟,李固华
(1.西南交通大学土木工程学院,四川成都610031:
2.铁道第二勘察设计院,四川成都610081)
摘要:处于海洋环境中的混凝士结构普遍存在腐蚀问题.氯盐的侵蚀引起钢筋锈蚀是导致沿海工程混凝士结构破坏的主
要原因.本文作者概述了氯离子侵蚀的破坏机理,混凝士耐久性测试与评定方法以及寿命评估,并提出有关防腐措施.对设
计,施工及维护方面具有较好的参考意义.
关键词:沿海混凝土;氯离子;耐久性
中图分类号,TU528.33文献标识码:A文章编号:1008—1933(2007)O1.0090—06 Reviewofresearchonconcreteformarineworksdurability
ZH0NGYawei.LIGuhua'
(1.SchoolofCivilEngineeringSouthwestJiaotongUniversity,ChengdOU610031,China;
2.TheSeeendRailwaysSurveyandDesigninstitute,Chengdu610081.China) Abstract:Concretestructuresunderoceanenvironmentsgenerallyfacethecorrosionproble ms.Corrosionofsteelreinforcementby
chlorineionisthemostsignificantcause$ofdeteriorationofreinforceconcretestructuresinm arineenvironment.Thedestructive mechanismofcorrosionunderchlorineenvironment,thedurabilitytestandassessmentmeth odsofconcreteformarineworkswere
summarized.Corrosion—protectionmeasurestoeffectivelyextendtheservicelifeofconcretestructureundermarineen vironment.It
hasagoodreferencetoconcretedesign,constructionandmaintance.
Keywords:concreteformarineworks;chlorineion;durability
0引言
现行的混凝土结构设计与施工规范,主要考虑
荷载作用下结构承载力(强度)安全性与适用性的
需要,较少顾及结构长期使用过程中由于环境作用
引起材料性能劣化对结构安全性与适用性的影响.
由于耐久性不足,不仅会增加使用过程中的修理维
修费用,影响工程的正常使用,而且,会过早结束结
构的使用年限,严重浪费资源….
在混凝土耐久性问题中,钢筋锈蚀是首当其冲
的核心问题,而在引起钢筋锈蚀的因素之中,混凝土
碳化与氯离子侵蚀作用最为显着.在沿海混凝土结
构中,由于氯盐的侵蚀引起钢筋锈蚀,最终引起混凝
土结构破坏,被公认为是导致沿海工程混凝土结构
收稿日期:2005-08-29
作者简介:钟亚伟(1981一).男.江苏江阴人,硕士研究生.主要从事
混凝土耐久性研究.
E—mail:yaweizhong一1981@163.con
破坏的主要原因J.20世纪30年代建造的美国俄
勒冈州Alsea海湾上的多拱大桥,施工质量很好,但
因混凝土的水灰比太大,在较短时间内使得大量氯
离子侵入混凝土,导致钢筋严重锈蚀,引起结构破
坏.20世纪60年代建造的美国旧金山海湾的第2
座SanMateo—Hayward大桥上,处于浪溅区的预制
横梁,虽采用优质混凝土拌和物,但由于在混凝土浇
筑养护时,梁底部产生了裂缝,给氯离子侵入创造了必要的条件,因此,钢筋发生严重锈蚀.13本运输省检查103座混凝土海港码头状况,发现使用20年以上的码头,都有相当大的顺筋锈裂.澳大利亚对62 座海岸混凝土结构进行调查,发现海岸混凝土结构的耐久性问题都是与浪溅区的钢筋异常严重的锈蚀有关.我国交通部有关单位于1963年和1965年对我国华南华东地区27座海港混凝土结构进行的调查,发现其中因钢筋锈蚀导致的结构破坏占74%. 1981年,对华南l8座使用7～25年海港钢筋混凝
土码头调查的结果表明,钢筋锈蚀或不耐久的占
钟亚伟,等:沿海混凝土耐久性研究综述9l
89%,出现锈蚀破坏的时间有的仅为5—10年,这些结构使用寿命基本上都达不到设计基准期要求.
随着沿海地区的开发以及海洋工程向大型,跨
海,外海化发展,为达到按现行规范和标准设计施工的海上混凝土结构满足50年的耐久年限,必须重视海洋环境下氯离子侵蚀破坏混凝土的耐久性问题. 1氯化物侵蚀的破坏机理
1.1混凝土中氯离子的来源
氯离子侵入混凝土通常有两种途径:一种是
"掺人",即在混凝土形成过程中,由原材料本身带
入或在施工过程中随其他掺合物加入,比如使用含氯离子的外加剂,施工过程中使用海砂和海水等;另一
种是"渗入",即外界环境中的氯离子通过混凝土
的宏观和微观缺陷,经过复杂的物理化学过程进入到混凝土中."掺入"大都是人为造成的,可以通过
提高施工管理水平与制定相关规范措施加以约束, 减少掺入的氯含量;而"渗入"则是综合的技术问题,与混凝土材料特性,工程质量,氯离子环境等多
种因素有关."渗入"是氯离子进入混凝土的主要
途径.
1.2氯离子侵入方式
沿海混凝土结构处于含有氯盐的海水,盐土或
空气环境中,氯离子通过混凝土内部的孔隙和微裂缝体系从周围环境向混凝土内部传递.氯离子的传输过程是一个复杂的过程,涉及到许多机理,目前, 已经了解的氯离子侵入混凝土的方式主要有以下几种:
(1)毛细管作用:即盐水向混凝土内部干燥的
部分移动;
(2)渗透作用:即在水压力作用下,盐水向压力
较低的方向移动;
(3)扩散作用:即由于浓度差的作用,氯离子从
浓度高的地方向浓度低的地方移动;
(4)电化学迁移:即氯离子向电位较高的方向
移动.
通常,氯离子的侵蚀是几种侵入方式的组合,另
外,还受到氯离子与混凝土材料之间的化学结合,物理粘结,吸附等作用的影响.而对应特定的条件,其
中的一种侵蚀方式是主要的.
1.3氯离子导致钢筋锈蚀的机理
(1)破坏钝化膜:水泥水化的高碱性(pH≥
12.6),使其内钢筋表面产生一层致密钝化膜,氯离
子进入混凝土中并到达钢筋表面(超过"临界值") 后,容易渗入钝化膜,激活钢筋表面的铁原子,局部
钝化膜开始破坏.
(2)形成"腐蚀电池":氯离子破坏钝化膜使钢
筋表面这些部位(点)露出了铁基体,与尚完好的钝化膜区域之间构成电位差(作为电解质,混凝土内一
般有水或潮气存在).腐蚀往往由局部开始,逐
渐在钢筋表面扩展.
(3)氯离子的阳极去极化作用:加速阳极过程
者称作阳极去极化作用.在钢筋锈蚀过程中,氯离子只参与可反应过程,作为促进腐蚀的中间产物,并不改变锈蚀产物的组成,氯离子在混凝土中含量也不会因腐蚀反应而减少,也就是说,凡是进入混凝土中的游离态氯离子,会周而复始地起破坏作用的. 其反映式为:
Fe+2C1一+4H20_+FeCl2?4H20(1)
FeC12'4H20_+Fe(OH)2+2C1一+2H+
2H20(2)
反应产物Fe(OH):进一步与氧和水化合生成Fe (OH),,再进一步与水化合后形成Fe(on),?H:0,
最终体积可增大2～l0倍,在混凝土中形成很大的膨胀力.
(4)氯离子的导电作用:混凝土中氯离子的存
在,强化了离子通路,降低了阴,阳极之间的欧姆电阻,提高了腐蚀电池的效率,从而加速电化学腐蚀过程.
(5)氯离子与水泥的作用及对钢筋锈蚀的影
响:水泥中的铝酸三钙,在一定条件下可与氯盐作用生成不溶性"复盐",降低混凝土中游离氯离子的量.从这个角度讲,含铝酸三钙高的水泥品种有利
于抵制氯离子的侵害.但是,"复盐"只有在强碱性
环境下才能生成和保持稳定,而当混凝土的碱度降低时,"复盐"会发生分解,重新释放出氯离子来;在
一
定条件下也可能转化成水化硫铝酸钙(钙矾石),
就此而言,"复盐"还有潜在危险的一面.
2海港工程混凝土耐久性指标及测
试方法
由上所述,氯离子主要通过"渗入"进入混凝土
中,并在钢筋表面达到一定浓度后开始对钢筋腐蚀. 因此,基本上所有的测试均以混凝土的抗氯离子渗
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透性作为衡量耐久性的技术指标.
2.1氯离子渗透性快速试验方法(库伦试验法)
该试验方法是在直流电压作用下,氯离子能通
过混凝土试件向正极方向移动,以测量流过混凝土的电荷量,作为评定混凝土的抗氯离子渗透性能. 该方法的特点是试验简便,快速,对不同胶凝材
料组成,养护情况相同的混凝土具有良好的对应关系,用于平行比较,可简便,快速地判断混凝士的抗氯离子渗透性.缺点是对低电阻率混凝土会引起发热过大(对于电阻率高的高性能混凝土无此问题), 测出的电量并不能代表是氯离子的迁移量.混凝土的电导率,试件缺陷都会明显影响测试结果,尤其该方法只能用于平行比较抗氯离子渗透性能,不能真实反映氯离子的扩散情况,难以利用其指标推算混凝土的使用年限.
2.2混凝土氯离子扩散系数快速测定方法(RCM
法)
该试验方法也称唐氏法,为假设氯离子渗透进
入混凝土的流量是浓度差引起的扩散和电场引起的离子迁移的总和.在阳极板和阴极板之间施加直流电,以试验初始测得的电流值确定持续通电时间,通电完毕后劈开试件,按显色法测定氯离子的渗入深度,按下式计算氯离子的扩散系数:
一|r—
Dc2.872×10-6(3)
式中DRc——RCM法测定的混凝土氯离子扩散
系数,(m/s);
卜阳极电解液初始和最终温度的平
均值,K;
^——试件高度,m;
d——氯离子扩散深度,m;
t——通电试验时间,s;
n——辅助变量,=3.338×10I3.
该试验方法是在低电压下完成的,从而克服了
库伦试验法试验中试件易发热的缺陷.缺点是借助于电场的作用下氯离子在混凝土内的迁移,同样存在混凝土的电导率,试件缺陷对测试结果的影响,不能真实反映氯离子的扩散情况,能否利用其指标推算混凝土的使用年限尚有待于进一步的研究.
2.3硬化混凝土氯离子渗透快速试验方法
该试验是将混凝土试件侧面密封后,将试验面
暴露于一定氯离子含量的人造海水中,暴露一定时间后,从试件暴露面表面开始,以不大于1mm的厚度逐层切削研磨,测定每一层中氯离子的含量,以Fiek第二扩散定律的求解方程即可计算出氯离子在
混凝土中的有效扩散系数.
该试验方法真实地反映了氯离子在混凝土内的
扩散情况,能直接定量地钡4定出非稳定状态下氯离子在混凝土内的扩散系数.中港集团建筑材料重点实验室暴露试验研究结果证明,该法测出的氯离子扩散系数与海洋自然暴露环境下的测试结果具有良好的相关性.因此,应用该方法的测试结果,可科学
地预测混凝土的使用年限.该方法的缺点是试验周期长,对试验的精度要求高.
3氯离子环境下混凝土寿命预测
3.1抗氯离子侵蚀耐久寿命的定义
海工混凝土结构寿命模型目前有多种类型,但
都是以Tuutti于1982年提出的两阶段模型为基础. 海工混凝土的腐蚀破坏一般可分为3个阶段J: (1)腐蚀诱导阶段tl:指结构开始暴露于氯盐
环境中,氯离子逐渐向混凝土内部入侵和积聚,当混凝土保护层深度()的氯离子浓度达到钢筋开始锈
蚀的临界浓度值时所经历的时间.该段时间与混凝土的抗氯渗透性能,环境情况有关.
(2)腐蚀发展阶段:钢筋开始锈蚀后,在氧气
及水份供应充足的条件下,钢筋的电化学腐蚀反应顺利进行,随着腐蚀产物体积的增加,其嘭胀拉应力大于混凝土抗拉强度,混凝土保护层开裂.该段时
间的长短与钢筋直径,氧气和水的扩散速率,混凝土电阻率的大小等有关.
(3)腐蚀破坏阶段t3:指混凝土保护层开裂后,
钢筋表面直接与氯盐接触,腐蚀速度急剧加快,混凝土保护层由于钢筋锈蚀膨胀而胀裂甚至脱落,钢筋和混凝土的截面积大幅度减小,承载力降低,直到无
法满足结构的安全使用功能的这段时间.
由于结构的倒塌破坏在没有任何预兆的情况下
会造成巨大的生命财产损失,因此,通常定义结构使
用寿命终止并非指结构倒塌,而是以结构达到某种
不能忍受的极限状态为指标.结构使用期可以用t2
来表示,因为到t2阶段甚至tl阶段以后,一般都要
对结构进行维修,以增加安全性,延长使用年限,很
少有直接使用至结构破坏.结构从建成使用开始到
进行维修加固时止,所经历的时间段称为结构的耐
钟亚伟,等:沿海混凝土耐久性研究综述93
久使用寿命.混凝土结构的耐久寿命则可以根据所
要求的耐久性极限特征的不同划分为不同的类型,
耐久寿命可以是[tl,t2]中的任何点.
3.2混凝土中氯离子的"I临界值"…
3.2.1理论与试验值
氯离子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,此浓度称为"I临界值".在碱
含量较低的情况下,钢筋的钝化膜容易遭受破坏,较
低的氯离子含量即可以导致钢筋腐蚀,因此,在确定
氯离子临界浓度时应考虑OH一的影响,以cl一/
OH一表示.早期Housmen等人的试验研究结果表明,在混凝土的液相中,当浓度比值为C1一/OH一>
0.61时,钢筋开始锈蚀,并以此作为"I临界值".因
为,混凝土是一个复杂的体系,研究者所用的材料,
规定的实验条件不同,其结果也有差异.而后来的
众多研究者,得出了不尽相同的结果,CI一/OH一的
比值可以扩展为0.25—2.5之问.但在实际中,用
CI一/OH一比值表示"临界值"是不好控制和使用的.
3.2.2混凝土中氯离子的"限定值"
所谓"限定值"是指对混凝土中的氯离子含量
的总量控制值,不论以任何途径进入到混凝土中,都
不允许氯离子含量超出该限定值,并以此作为新建
工程质量控制的重要技术指标之一.
(1)美国混凝土学会ACI相关规定见表1.
表1混凝土中允许氯离子含量的限定值(水泥重量百分比)
Table1Thelimitevalueofpermittedchlorideconcrete (theweightpercentageofcement)
类型ACI2olACI3l8ACI222
预应力混凝土O.06O.06O.O8
湿环境,有氯盐O.1OO.15O.2O
普通混凝土一般环境,无氯盐O.15O.3OO.2O
干燥环境或有外防护层无规定1.00.20
(2)日本土木学会编制的规范中规定:对于耐
久性较高的钢筋混凝土,氯离子总量不超过0.3kg/ m;一般钢筋?昆凝土,氯离子总量不超过0.6kg/
m3
.
(3)我国相关国家标准,行业标准中,对于混凝
土中氯离子限量规定不完全相同,近年来制定或修
订的标准中,逐步靠近如下指标,对于预应力混凝
土,氯离子总量不超过0.06%(水泥重量百分比);
对于普通钢筋混凝土,氯离子总量不超过0.10%
(水泥重量百分比).
(4)对混凝土中氯离子的"限定值"建议.依据
国内外大量试验,研究和工程实践表明,由于混凝土
的复杂性和环境的差异性,不大可能只有一个"临
界值".以下提出一个"综合"说法,仅供参考,见表2.
表2混凝土中氯离子含量限定值
Table2Thellmitevalueofchloridecontentinconcrete
进入混凝土中氯离子浓度(含最)/(kg/m)
3.3氯离子环境下混凝土寿命预测
由上分析可知,腐蚀诱导阶段tl是结构真正的
安全使用期,最保守的寿命预测是tl的预测.这一阶段主要是侵蚀介质在混凝土中的传播.国际公认的氯离子在混凝土中的扩散过程符合Fick第二扩散定律,因此,目前多用Fick第二定律作为计算模型进行预测.
3.3.1DuraCrete耐久性设计
DuraCrete提出的《耐久性设计指南》中所采用
的是可靠度设计方法与现行的结构承载力设计的可靠度设计方法相似,用多个分项系数来反映可靠指标,计算模型用的是性能表达式,成为以性能和可靠度为基础的耐久性设计方法.这一指南以钢筋锈蚀发展到混凝土保护层顺筋开裂的宽度达到1mm 时作为寿命终结的极限状态,所以,整个计算包括两个阶段:第一阶段为氯离子从保护层侵入使钢筋开始发生锈蚀的初始期;第二阶段为锈蚀发展直至裂缝宽度达1mm的发展期.除水下条件外,第二阶
段的过程较短,所以也可仅考虑第一阶段,即当深度为保护层厚度处的混凝土氯离子浓度C(X,t)达到钢筋锈蚀的临界浓度时作为极限状态,利用Fick第二定律得解析解,可列出设计方程如下:
厂,]
g:cd_cd():cd_c|dl卜I,g≥0
L.R(t)_J
(4)
式中c——氯离子I临界浓度设计值;
——
保护层厚度设计值;
c——混凝土表面氯离子浓度设计值;
()——混凝土对氯离子抗力的设计值,即
.1
R()=;
四川建筑科学研究第33卷
D(￡)——氯离子在混凝土中的扩散系数,随时
间t变化.
令g=0即可解得与极限状态(钢筋表面的氯
离子浓度达到临界浓度)相应的使用年限.
3.3.2混凝土寿命预测
Fick第二定律在混凝土中的应用是假定混凝土
中的孔隙分布是均匀的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
面的方向变化.Fick第二定律表示为]:
誓:D誓(5)at—a,
式中氯离子的浓度,～般以氯离子占水泥
或混凝土的重量百分比表示;
氯离子扩散系数;
——
侵蚀的深度;
￡——结构暴露于氯离子环境中的时间.
其解为:
c()=Co+(c.一c.)(卜e矿(6)
式中c(x,t)——￡时刻深度处的氯离子浓度;
c0——初始浓度;
C=.——表面浓度;
D一混凝土的有效扩散系数;
e?)——误差系数,即
ez)上exp(一)dz
混凝土是一种水硬性材料,其水化过程需要经
过很长的时间才能完成.混凝土的成熟度对于氯离子的扩散存在很大的影响,水化越充分,混凝土的内部越密实,抗侵蚀能力则越强.通过实际检测结果可以发现,龄期较长的混凝土结构的氯离子扩散系数较小.因此,扩散系数是一个时间的函数,引入有效扩散系数D,其含义为结构从刚开始暴露到检测时扩散系数的均值,上式变为:
c()=c0+(ca—c0)(一e矿(7)
同样有效扩散系数是一个随结构使用时间长度
变化的量,认为近似服从下面的关系:
oof~-J(8)
式中D.——结构暴露时或其他任一时段的有效
扩散系数;
to——相应于Do的时间;
m——环境条件系数,根据试验或调查获
得.
经过一定的使用年限后,混凝土的水化基本完
成,内部微结构基本不再发生变化,此时,氯离子在混凝土中的扩散系数趋于一个恒定的值.为了防止D无限的降低,有的文献规定,这一公式仅适用于前3O年,而在3O年以后,D.成为一个恒定值.代
入上式
C(x,t)=Co+(C.一C)(1一矿———=三兰==)
2√Dot(to/t)
(9)
该公式是利用有效扩散系数进行结构耐久寿命
预测和新建结构混凝土配合比设计的基础.
4氯离子环境下有关防腐措施
4.1综合对策的考虑
氯盐对钢筋的腐蚀属于电化学过程,受综合性,
多因素影响.因此,应该采取综合性措施.从整体
而言,除设计本身外,要综合考虑到施工,使用,管理,维护等;从防腐蚀设计而言,应遵照"以防为主" 的战略方针,重点在"预先设防";就具体的技术思路而言,应考虑基本措施(强化混凝土自身对钢筋的保护能力)加上附加措施的综合方略;从综合经济效益而言,在保证寿命期的前提下,花钱最少.努力实施"全寿命经济分析"(花钱总额包括初建费+ 维护修复费).适当增加初期投入,能大大减少修
复费用,总体花费少,而不是初期投资越低越好. 4.2基本措施
(1)最大限度提高混凝土的密实性.优质混凝
土,密实性混凝土,高性能混凝土等,都能提高阻挡氯离子渗入混凝土中的能力,减缓氯离子的扩散速度.从而延长了氯离子到达钢筋表面并达到"临界值"的时间,这就延长了结构物的使用寿命.
(2)增加混凝土保护层厚度.有关研究结果表
明,氯离子在混凝土中的浓度(含量)是随混凝土的深度(厚度)的增加而减小,说明增加混凝土保护层厚度,对于减缓氯离子的渗透量是有效的.
(3)最大限度地防止混凝土裂缝的产生.混凝
土的裂缝(宏观,微观)是影响钢筋锈蚀和混凝土耐
久性的最重要因素之一.裂缝的存在大大促进氯离
子进入混凝土中的速度,从而更快导致钢筋腐蚀破
坏的发生.因此,一些国家的规程,规范中对于裂缝
钟亚伟,等:沿海混凝土耐久性研究综述95
的限制性规定是十分重要和有必要的.
4.3附加措施
国内外大量实践和试验证明,在严酷的氯盐环
境中,lO～2O年内就要出现钢筋锈蚀破坏和修复,
即使是高密实混凝土,66mm厚的混凝土保护层.
5O年内钢筋表面氯离子的浓度也超过了足以使混凝土顺筋开裂的"临界值",即难以达到5O年的使
用寿命.虽然增加混凝土保护层厚度是有效的措施
之一,但过厚的保护层在硬化过程中其收缩应力和
温度应力得不到钢筋的控制,很容易产生裂缝.因此,增加混凝土保护层厚度的方法也有一定的限度. 昆凝土的密实性和裂缝控制,需要整体水平和人员
素质的提高,工程实现高密实,无裂缝的混凝土制作是困难的.所以有必要增加一些附加措施,见表3.
表3在氯盐环境中钢筋防腐蚀常用技术措施
Table3TheCollmloncorrosionresistancetechnical measuresofsteelinchlorideenvironment
防护种类措施内容
钢筋材质与钢筋涂层嚣善层钢筋,镀锌钢,耐蚀合金钢混凝土外加剂,掺和料钢筋阻锈剂,硅灰,其他外加剂混凝埭面封层譬涑锄浸
电化学方法阴极保护,电化学除盐
斗选材,结构设计,水灰比,混凝土保护层
"厚度,排水系统,防护方案选择
固化与养护,温度与裂缝控制,严格规
腿上范施工
维护裂缝修补,清洗排水,控制除冰盐用量
5结语
氯离子引起的钢筋腐蚀是造成海洋环境下混凝
土结构性能劣化的主要原因.在总结国内外经验教
训的基础上,高度重视钢筋腐蚀危害及对耐久性的
影响,是十分必要和意义深远的.
尽可能降低混凝土中氯盐含量.对现有结构物
加强检查,评估,监控,管理维护和及时修复等工作.
在设计时,充分考虑环境因素,对结构材料的选用,
结构施工工艺和施工质量控制以及今后使用过程中
的正常维修与检测提出要求.
最大限度地提高混凝土的密实性,适当增加混
凝土的保护层厚度,减少裂缝,是防止钢筋过早腐
蚀,提高混凝土耐久性的基本措施,但在较严酷的腐
蚀环境下,还必须采取附加措施.
参考文献:
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[8]冷发光,冯乃谦.高性能混凝土渗透性和耐久性及评价方法研究低温[J].建筑技术,2000,(4).
混凝土技术发展的一个终极目标是最大限度地延长其使 用寿命，也即耐用性（Ｓｅｒｖｉｃｅａｂｉｌｉｔｙ）问题。这就对混凝土的长期性能特别是耐久性提出了更高的要求。另外一个很重要的问题是混凝土技术的可持续发展，其目标就是要使混凝土技术的发展与资源、环境等实现良性循环，尽量减少造成修补或拆除的浪费和建筑垃圾，大量利用优质的工业废弃物和矿石，尽量减少自然资源和能源的消耗，减少对环境的污染［１］。 １混凝土的耐久性 混凝土的耐久性可定义为“在使用过程中经受气候变化、化学侵蚀、磨蚀等各种破坏因素的作用而能保持其使用功能 的能力”［２－３］ 。一般混凝土建筑物的使用寿命要求在５０年以上，很多国家对桥梁、水电站大坝、海底隧道、海上采油平台、核反应堆等重要结构的混凝土耐久性要求在１００年以上。气候条件适中的陆上建筑物，应要求混凝土在２００年内安全使用。我国ＧＢ５００１０—２００２《混凝土结构设计规范》规定，混凝土的耐久性设计应按照环境类别和设计使用年限进行，分为５０年和１００年２个耐久性预期目标，对于重大、重要工程应按照１００年寿命来设计混凝土。近几年来，我国已有不少工程的混凝土设计寿命达到１００年，这些工程大都结合环境条件和特点，采取专门有效的措施，以充分保证混凝土工程的耐久 性设计要求。比较著名的百年工程有三峡大坝、东海大桥、南 京地铁１号线、崇明越江通道北港桥梁、重庆朝天门大桥空心桥墩、杭州湾大桥等［４］。 但是近几十年以来，混凝土构筑物因材质劣化造成失效以至破坏崩塌的事故在国内外也是屡见不鲜，并有愈演愈烈之势。 国际上混凝土的大量使用始于２０世纪３０年代，到五六十年代达到高峰［１］。许多发达国家每年用于建筑维修的费用都超过新建的费用。 过去，除了大型水利工程外，我国混凝土工程的耐久性问题长期不受重视，混凝土结构没有达到预期的使用寿命，受环境作用过早破坏的实例很多，由此造成的经济损失也很大。由于许多工程设计只满足荷载要求，而没有提出耐久性的要求，使已建成的混凝土构筑物存在耐久性隐患。我国在５０年代兴建的水电站大坝有很多已经成为“病坝”，我国的混凝土工程量在改革开放３０多年来突飞猛进，可以预见，耐久性不佳的混凝土工程的劣化问题将会日趋严重。因此，混凝土耐久性问题越来越受到人们的重视。１．１混凝土的耐久性破坏 混凝土耐久性涉及到混凝土性能的方方面面，是影响混凝土使用寿命的首要因素。造成混凝土耐久性不佳的原因多种多样，主要可分为：（１）物理破坏：由温度变化引起的收缩膨胀裂缝（这是由于混凝土内骨料和硬化水泥浆体不同的温度膨胀系数而引起），如冻融循环、除冰盐分对混凝土的剥蚀等；（２）化学破坏：由混凝土内部材料引起的碱骨料反应以及外部侵蚀性离子（Ｃｌ－）引起的诸如钢筋锈蚀、硫酸盐侵蚀（ＳＯ４２－）以 混凝土的耐久性和可持续发展问题述评 周维１，朱惠英２ （１．广西建筑工程质量检测中心，广西南宁 ５３００１１； ２．广西建筑科学研究设计院，广西南宁５３００１１） 摘要：从提高混凝土耐久性和混凝土技术可持续发展方面概述现代混凝土技术的发展趋势和发展方向。混凝土技术发展的根 本方向是坚持可持续发展战略，在与地球资源环境和谐共生的发展基础上，最大限度地改善混凝土的耐久性，提高其使用寿命。 关键词：混凝土；耐久性；可持续发展中图分类号：ＴＵ５２８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－７０２Ｘ（２００７）０９－００７７－０５ Ｒｅｖｉｅｗｏｆｄｕｒａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅ ＺＨＯＵＷｅｉ１，ＺＨＵＨｕｉｙｉｎｇ２ （１．ＧｕａｎｇｘｉＢｕｉｌｄｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＱｕａｌｉｔｙＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒ，Ｎａｎｎｉｎｇ５３００１１，Ｇｕａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ；２．ＧｕａｎｇｘｉＢｕｉｌｄｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅＲｅｓｅａｒｃｈ＆ＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｎｉｎｇ５３００１１，Ｇｕａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ） 收稿日期：２００７－０５－１２ 作者简介：周维，男，１９６５年生，广西柳州人，高级工程师。通迅联系 人： 朱惠英。 全国中文核心期刊
疲劳与环境作用下混凝土的耐久性研究进展 发表时间：2019-06-06T16:00:10.553Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年3期作者：周艳霞1 谢波1 [导读] 桥梁、公路、海洋平台等混凝土结构在实际服役环境中经历着荷载与环境共同作用。 中核新能核工业工程有限责任公司山西太原 030012 摘要：桥梁、公路、海洋平台等混凝土结构在实际服役环境中经历着荷载与环境共同作用。对疲劳荷载加载方式、疲劳荷载对混凝土碳化及氯离子侵蚀的影响进行了总结与分析，并指出需要进一步研究和探索的问题。 关键词：混凝土；疲劳荷载；碳化；氯离子 Review Progress on Durability of Concrete under Fatigue and Environment Zhou yanxia1，Xie bo1 （CNNC Xinneng Nuclear Engineering Co．，Ltd，Taiyuan 030012，China） Abstract：Concrete structures such as bridges，highways，and offshore platforms experience the combined effects of loads and the environment in the actual service environment.This paper summarizes and analyzes the loading methods of fatigue，the effects of fatigue load on carbonation of concrete and chloride ion erosion，and points out issues that need further research and exploration. Key words：concrete；fatigue load；carbonation；chloride ion 引言 近年来，随着我国城市化进程的不断推进及现代化不断发展，高铁、地铁、机场、道路、桥梁等工程建设迎来了高峰期。混凝土结构因其取材容易、性能稳定、耐火性能好等诸多优点而被广泛地应用上述工程。在实际服役过程中，此类混凝土结构不仅经历着环境作用（空气中CO2碳化作用、腐蚀性离子侵蚀、冻融作用等），同时还经历着循环往复的交通运输荷载（即疲劳荷载），在诸多作用下混凝土耐久性问题变得越来越突出。 在疲劳荷载作用下，混凝土内部微裂缝不断萌生、扩展、汇合，直至混凝土试件失稳破坏。混凝土碳化及氯离子侵蚀均是CO2、Cl-1通过混凝土孔隙、裂缝进入内部并发生作用。处于海洋环境、除冰盐环境中的混凝土结构，在混凝土碳化、氯离子侵蚀与疲劳荷载耦合作用下，混凝土结构的耐久性性能会加剧劣化，直接关系到混凝土结构能否满足正常使用要求、能否达到预定的服役年限，甚至影响建筑结构的安全性[1]。 鉴于公路、铁路、桥梁等混凝土结构在疲劳荷载和环境共同作用下，将导致混凝土结构耐久性退化和过早劣化，将造成严重的安全隐患和巨大的经济损失。本文将着重论述疲劳荷载与环境作用下混凝土的耐久性研究现状，并讨论需要进一步研究和探索的问题。 1.疲劳荷载的加载方式 疲劳荷载可按照不同的方式进行加载，获得不同疲劳损伤程度混凝土试件用于研究。 宋玉普[2，3]等通过自行改造的MTS疲劳试验机实现混凝土在定侧压下等幅和变幅抗压疲劳。杨健辉[4]等通过大连理工大学研制的大型三轴试验机实现混凝土试件在双向侧压作用下受拉疲劳。吕培印[5]基于室内试验，设计了在等幅和变幅疲劳荷载作用下混凝土的轴拉疲劳试验。易成[6]、石小平[7]、王晶[8]利用三分点加载的方式实现混凝土试件弯曲疲劳。 2.疲劳荷载对混凝土碳化的影响 混凝土碳化是大气环境中的CO2气体通过混凝土内部孔隙、裂缝与混凝土中水化物发生化学反应的过程。疲劳荷载作用会造成混凝土内部产生更多的裂缝，促使裂缝和孔隙贯穿连通，为环境中CO2提供更多通道向混凝土内部扩散，所以疲劳荷载大小和形式一定会影响混凝土碳化性能。到目前为止，国内外学者对疲劳荷载作用下混凝土碳化性能研究已取得不少成果。 胡刚等[9]通过对使用年限不同的实际工程结构在疲劳荷载作用下，对其耐久性性能退化问题进行了调查研究，研究了在疲劳荷载作用下混凝土碳化性能随时间变化的规律，结果表明，疲劳荷载加速了CO2在混凝土中的扩散能力，加快了混凝土碳化速率，同时也加剧了混凝土中钢筋锈蚀的程度。蒋金洋等[10]研究了疲劳荷载作用下超高程泵送钢纤维混凝土碳化性能，研究结果表明，疲劳荷载对混凝土碳化性能劣化存在临界值，一旦疲劳循环次数超过相应的临界值，SFRC试件的抗碳化性能就会随着疲劳次数的增加而降低。王晶等[8]研究了不同疲劳损伤度混凝土的耐久性性能变化规律，综合分析了疲劳损伤对相对动弹模、混凝土碳化深度、空气渗透性、裂缝等多方面的影响，研究结果表明，混凝土碳化深度随疲劳损伤度的增大而增大。 3.疲劳荷载对氯离子侵蚀的影响 在实际工程中，处于海洋环境中或除冰盐环境中的混凝土结构，研究疲劳荷载作用下混凝土氯离子侵蚀性能具有重大的实际工程意义和理论研究价值。到目前为止，国内外学者对疲劳荷载作用下混凝土氯离子侵蚀性能已开展了不少研究。 张武满等[13]研究了在抗压疲劳荷载作用下，GGBFS和SF对混凝土氯离子渗透性影响。分析表明，氯离子渗透速率随应力水平增高而增大；GGBFS掺量不大于30%、SF掺量不大于10%时，可有效抑制氯离子在混凝土中的渗透性速率。 李炜等[14]采用轴向压缩疲劳加载方式，通过控制应力水平、加载循环次数，确定不同疲劳损伤度混凝土试件，研究了疲劳荷载对混凝土中氯离子扩散系数的影响。研究表明，混凝土中氯离子扩散系数随疲劳损伤的增加而增大，该规律在高应力水平下更为明显，但未给出定量表达式。 孙培华[15]通过轴向压缩进行疲劳加载，对不同疲劳损伤程度混凝土进行了氯离子侵蚀试验。结果表明，在疲劳荷载下，氯离子的侵蚀速率和侵蚀深度明显提高，特别当疲劳荷载水平超过0.6fu时，氯离子的侵蚀速率和侵蚀深度显著提高。不足的是该研究未建立考虑疲劳荷载影响的氯离子扩散模型。 Saito等[16]研究了循环压缩荷载对混凝土氯离子侵蚀性能影响。分析得出，当循环压缩荷载水平大于60%时，混凝土中氯离子侵蚀速度显著增大；氯离子侵蚀速率随混凝土残余应变的增大而增大；但未提出定量公式。Xi等[17]利用微观监测方法，研究了轴心抗压疲劳与氯离子扩散交互作用下混凝土的氯离子传输性能，也得出了与Saito等[16]一致的结论。 Xiang等[18]利用数值模拟和可靠性分析方法，研究了不同疲劳损伤度混凝土氯离子扩散速率随时间变化规律，得出了以疲劳损伤度为
一、混凝土的耐久性 混凝土的耐久性-指混凝土抵抗物理和化学侵蚀（如冻融、高温、碳化、硫酸盐侵蚀等）的作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性，从而未维持混凝土结构的安全、正常使用的能力。 主要取决于：混凝土抵抗腐蚀性介质侵入的能力； 硬化后体积稳定性好，无裂缝发生，抵抗腐蚀性介质侵入的性能好； 硬化水泥浆中毛细管孔隙率，以及引入空气量。 简单的说混凝土材料的耐久性指标一般包括： 1 混凝土的碳化 2 混凝土中钢筋的锈蚀 3 碱-骨料反应 4 混凝土冻融破坏 5 氯离子侵蚀 二、提高混凝土耐久性的措施 原材料的选择 1. 水泥水泥类材料的强度和工程性能，是通过水泥砂浆的凝结，硬化形成的，水泥石一旦受损，混凝土的耐久性就被破坏，因此水泥的选择需注意水泥品种的具体性能，选择碱含量小，水化热低，干缩性小，耐热性，抗水性，抗腐蚀性，抗冻性能好的水泥，并结合具体情况进行选择。水泥强度并非是决定混凝土强度和性能的唯一标准，如用较低标号水泥同样可以配制高标号混凝土。因此，工程中选择水泥强度的同时，需考虑其工程性能，有时，其工程性能比强度更重要。 2．集料与掺合料集料的选择应考虑其碱活性，防止碱集料反应造成的危害，集料的耐蚀性和吸水性，同时选择合理的级配，改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土密实度；大量研究表明了掺粉煤灰，矿渣，硅粉等混合材能有效改善混凝土的性能，改善混凝土内孔结构，填充内部空隙，提高密实度，高掺量混凝土还能抑制碱集料反应，因而掺混合材混凝土，是提高混凝土耐久性的有效措施。即近年来发展的高性能混凝土。 3. 混凝土的设计应考虑耐久的要求混凝土配比的设计配合比设计在满足混凝土强度，工作性的同时应考虑尽量减少水泥用量和用水量，降低水化热，减少收缩裂缝，提高密实度，采用合理的减水剂和引气剂，改善混凝土内部结构，掺入足量的混合料，提高混凝土耐久性能。结构构件应按其使用环境设计相应的混凝土保护层厚度，预防外界介质渗入内部腐蚀钢筋。结构的节点构造设计也应考虑构件受局部损坏后的整体 耐久能力。结构设计尚应控制混凝土的裂缝的开裂宽度。 4. 混凝土工程施工应考虑结构耐久性混凝土的拌制尽量采用二次搅拌法，裹砂法，裹砂石法等工艺，提高混凝土拌合料的和易性，保水性，提高混凝土强度，减少用水量；大体
混凝土的耐久性研究 摘要：随着城市化建设力度加快，混凝土以价格低廉、性能优越在基础设施中成为了首选的施工材料，具有用量大、用途广等特点。对于混凝土结构，它的耐久性是施工质量以及安全的重要保障[1]。碳化、钢筋腐蚀、冻融及碱-骨料反应等构成混凝土耐久性的主要内容, 而耐久性与强度作为混凝土的两个重要指标，在施工与设计中，受各种因素影响，对混凝土耐久性的重视力度明显缺乏。针对这种情况，为了促进混凝土施工持续发展，必须在环境保护与基础设施上，提高混凝土施工的耐久性。本文从混凝土的抗冻性、混凝土的碳化、碱集料反应、耐磨性、钢筋锈蚀等5个方面对混凝土耐久性影响因素改善措施等方面进行了深度研究和探索,通过从结构形式、原材料、细节构造、工艺措施等方面进行综合对比，从施工、设计与维修上提升施工质量。 关键词：混凝土耐久性；抗冻性；碳化；钢筋锈蚀；碱骨料反应； Abstract:LiFePO4is an important cathode material for lithium-ion batteries. Regardless of the biphasic reaction between the insulating end members, Li x FePO4, optimization of the nanostructured architecture has substantially improved the power density of positive LiFePO4 electrode. The charge transport that occurs in the interphase region across the biphasic boundary is the primary stage of solid-state electrochemical reactions in which the Li concen-trations and the valence state of Fe deviate significantly from the equilibrium end members. Complex interactions among Li ions and charges at the Fe sites have made understanding stability and transport properties of the intermediate domains difficult. Long-range ordering at metastable intermediate eutectic composition of Li2/3FePO4has now been discovered and its superstructure determined, which reflected predomi-nant polaron crystallization at the Fe sites followed by Li+redistribution to optimize the Li Fe interactions. Keywords: cathode material; LiFePO4; lithium ion battery; metastable mesophase; Li2 / 3FePO4; solid material
混凝土结构耐久性研究现状 由于钢筋混凝土结构结合了钢筋抗拉与混凝土抗压的优点，表现出良好的受力性能，成为应用最普遍最广泛的结构形式，近年对水工结构、港工结构、桥梁结构、建筑结构的大量工程调查显示，钢筋混凝土结构表现出了严重的耐久性问题，许多既有钢筋混凝土结构工程往往达不到设计使用年限就需要进行加固修复，其中耐久性的降低是一大影响因素。钢筋混凝土结构耐久性问题的日益突出，引起了世界各国对加强钢筋混凝土结构耐久性研究的重视。 耐久性是指在确定的环境和维修、使用条件下，构件在设计使用年限内保持适用性、安全性的能力。钢筋混凝土结构在其使用过程中经常会受到各种各样的腐蚀和损伤，降低了构件的耐久性和结构的可靠度，导致工程的实际使用寿命往往短于设计使用年限。 影响耐久性的因素，混凝土的碳化，钢筋锈蚀，混凝土的冻融，碱－骨料反应等。 我国在钢筋混凝土耐久性问题上尚缺少全国性的系统资料,但从一些调查资料和发表的有关文献来看,钢筋混凝土耐久性问题也是极其严重的。中国建筑科学研究院的调查表明,我国现役工业建筑物损坏严重,其结构的使用寿命一般不能保证50年,多数在25-30年左右就必须进行大修或加固。1994年铁路部门的统计表明,我国铁路存在有病害的钢筋混凝土桥2675座,其中的722座发生裂损；仅使用20年的北京西直门立交桥,由于长期在冬季使用化冰盐,部分梁柱锈蚀严重,现己拆除重建。从发达国家所取得的经验来看,钢筋混凝土耐久性问题造成的损失己是惊人的。美国标准局(NBS)1975年的调查表明,美国每年因腐蚀造成的各种损失为700多亿美元,蚀破坏的修复费,1998年度就需要2500亿美元。英国为解决海洋环境下钢筋混凝土结构的腐蚀与防护问题和修复已损伤的钢筋混凝土结构,每年耗资将近200亿英镑,而日本引以为自豪的新干线,在运行10年后也出现大面积的混凝土开裂、剥蚀现象,日本运输省曾检查了其103座混凝土港口码头,发现使用20年以上的都有大量的顺筋裂缝,目前日本每年用于房屋结构维修的费用就达400亿日元。 混凝土结构耐久性降低首先起源于材料性能劣化，继而引起混凝土构件强度、刚度衰减，最后影响整个结构安全。由于客观条件，很多研究基于一般假设，如先钢筋锈蚀后加载试验，忽略荷载对混凝土力学性能劣化影响。在实际工程中绝大多数混凝土结构经受荷载和环境因素同时作用，混凝土在承受荷载时，混凝土本身力学性能退化；同时对钢筋保护作用降低，加速钢筋锈蚀，有效钢筋截面面积减小致使构件承载力降低，钢筋与混凝土黏结性能退化使得钢筋塑性不能充分发挥，降低结构延性。混凝土结构经受荷载和环境因素共同作用，荷载与环境等各因素产生的交互作用使得实际服役混凝土结构破坏过程复杂。研究荷载与环境综合作用下混凝土结构耐久性问题对实际工程更具有意义。 混凝土结构在荷载与一般大气环境综合作用下，荷载对混凝土碳化影响不容忽视，混凝土碳化与荷载大小(应力水平)和荷载形式(拉、压应力)等有关。当荷载应力抑制混凝土内部微裂缝发展时，混凝土碳化减缓; 而当荷载应力扩展混凝土内部微裂缝时，混凝土碳化加速。 荷载与特定大气环境( 如人工气候环境、盐雾大气环境、海洋大气环境等) 综合作用下构件耐久性研究成果甚少。张俊芝等试验研究了人工气候环境下承受荷载作用混凝土梁受压
混凝土耐久性的主要因素与其提高的措施 混凝土耐久性是指混凝土构件在长期使用条件下抵抗各种破坏因素作用而保持其原有性能的性质。近年来，随着混凝土技术的发展，高性能混凝土的研究与应用普遍得到人们的重视，混凝土耐久性的研究则是其核心的研究内容。 标签：混凝土耐久性；主要因素；提高措施 1.影响混凝土耐久性的主要因素 1.1混凝土的抗渗性 混凝土的抗渗性是指混凝土在压力水的作用下抵抗渗透的能力。如果混凝土的抗渗性不好、溶液性的物质能浸透混凝土、与混凝土的胶结材料发生化学反应而使混凝土的性能劣化。在钢筋混凝土中、由于水分与空气的渗透、会引起钢筋的锈蚀。钢筋的锈蚀导致其体积增大、造成钢筋周围的混凝土保护层的开裂与剥落、使钢筋混凝土结构失去其耐久性。渗透性对混凝土的抗冻性也有重要的影响。因为渗透性决定了混凝土可能为水饱和的程度。渗透性高的混凝土、其内部孔隙为水分充满、在水的冰冻压力作用下、混凝土内部结构更易于产生损伤与破坏。因此可以说、混凝土的抗渗性是其耐久性的第一道防线。混凝土与其微观结构的劣化和侵蚀性介质的传输有关、混凝土的渗透性取决于其自身的微结构和饱和水程度、是决定混凝土性能劣化的关键因素。因此可能通过检测混凝土的渗透性来评估其耐久性。 1.2混凝土的抗冻性 混凝土的抗冻性决定于水泥石的抗冻性和骨料的抗冻性。从冰冻对水泥石和骨料的作用可以看出诸多因素影响混凝土的抗冻性。这些因素包括：水分迁移路径的距离、混凝土的孔结构、混凝土的饱和度、混凝土的抗拉强度以及冷却速度等。提高混凝土的抗冻性可以采用以下措施； （1）引气：这是因为在水泥石受到冻融作用时、水分迁移所引起的压力、可以由引入的微细气泡得到释放。一般说来、混凝土的抗冻性随着阴气量的增加而增加。而当含气量一定时、气泡尺寸、气泡数量和气泡的间距都会影响混凝土的抗冻性能。 （2）控制水灰比：水泥石内的大孔隙量与水灰比和水化程度有关。一般说来、水灰比小、水化程度高则水泥石中的孔隙越少。由于表面张力的原因、大孔隙内的水比小孔隙内的水更易于結冰、因此、在同等条件下、水灰比大的水泥石内可结冰的水更多、发生冻融破坏的几率更大。 （3）降低饱和度：混凝土的饱和度对冻融破坏有很大的影响、干燥的或部分干燥的混凝土不容易受到冻融破坏。一般存在一个临界饱和度、当混凝土的含
摘要 从上个世纪中期，混凝土结构因耐久性不良造成过早失效及崩塌破坏的事故在国内外都屡见不鲜，世界各国为此付出的代价十分沉重。由于工程安全因素更由于耗费巨资的经济因素，混凝土结构日益突出的耐久性问题，越来越受到世界各国学术界和工程界的广泛重视。提高混凝土的耐久性，对节约资源、能源及资金均有重大的意义。 通过阅读大量关于混凝土耐久性方面的文献资料，总结了国内外混凝土结构的耐久性状况和研究动态，明确了混凝土结构耐久性的意义和重要性。 本论文探讨了混凝土的腐蚀类型和腐蚀机理，包括了混凝土基材水泥的腐蚀类型和机理，钢筋的锈蚀机理和混凝土结构的腐蚀机理，总结了混凝土耐腐蚀性能的主要影响因素以及它与抗渗性能和抗冻性能之间的关系；讨论了原材料的选择，包括水泥品种、集料性质、拌合及养护用水的水质情况、外加剂的种类和掺合料对混凝土耐腐蚀性能的影响。 关键词：混凝土；耐久性；耐腐蚀性
目录 一、绪论 (2) （一）混凝土耐久性的含义 (2) （二）国内外混凝土耐久性研究动态 (2) 二、混凝土的腐蚀类型和腐蚀机理 (3) （一）腐蚀 (3) （二）水泥类材料的腐蚀机理 (3) （三）混凝土的耐腐蚀性与抗渗性和抗冻性之间的关系 (5) 三、原材料对混凝土耐腐蚀性能的影响 (5) （一）水泥 (5) （二）集料 (6) 四、普通混凝土高性能化 (6) （一）提高性能的技术途径 (6) （二）提高混凝土耐久性 (7) 五、结论与展望 (8) （一）结论 (8) （二）展望 (8)
普通混凝土耐久性研究 一、绪论 从19世纪20年代波特兰水泥价而成为土建工程中不可缺少的材料，广泛用于桥梁、大坝、高速公路、工业与民用建筑等结构中。据不完全统计，当今世界每年消耗的混凝土量不少于45亿立方米，并且随着逐步增长的城市化建设，年消耗量在不断增长。 混凝土材料经历了低强度、中等强度、高强度乃至超高强度的发展历程，似乎人们总是乐于追求强度的不断提高。但是近四五十年来，混凝土结构因材质劣化造成过早失效以及崩塌破坏的事故在国内外都屡见不鲜，并有愈演愈烈之势。这些混凝土工程的过早破坏，其原因不是强度不够，而是由于混凝土耐久性不良所造成。 （一）混凝土耐久性的含义 所谓的混凝土耐久性，是指其抵抗环境介质的作用，并长期保持良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全和正常使用的能力。 影响混凝土结构耐久性的因素很多，可分为内在因素和外在因素两大类。内在因素是指混凝土结构抵御环境的能力，由结构的设计形状和构造形式、选用的水泥和骨料的种类、外加剂的品种，钢筋保护层的厚度和直径的大小、混凝土的水灰比、浇注和养护的施工工艺等多种因素所决定。外在因素是环境对混凝土结构的物理和化学作用，包括干湿和冻融循环、碳化、化学介质侵蚀、磨损破坏等诸多方面，不同环境对混凝土结构耐久性的影响程度不尽相同，外在因素是通过内在因素而起作用的混凝土耐久性具体包括抗渗、抗冻、耐腐蚀、碳化、碱骨料反应及混凝土中的钢筋锈蚀等性能。虽然混凝土在遭受压力水、冰冻或侵蚀作用时的破坏过程各不相同，但影响因素却有许多相同之处。混凝土的密实度是最为关键的因素，其次是材料的性质、施工质量等。 （二）国内外混凝土耐久性研究动态 混凝土结构耐久性问题的日益突出，引起了世界各国学术机构、学者和工程技术人员对加强钢筋混凝土结构耐久性研究的重视，表现在各种结构耐久性学术
混凝土抗冻耐久性综述X 张鸿雁 (内蒙古建筑职业技术学院,内蒙古呼和浩特 010000) 摘 要:我国地域辽阔,环境复杂,华北、西北、东北地区的水工大坝,特别是东北地区的混凝土结构物,几乎100%的工程局部或大面积地遭受不同程度冻融破坏。本文针对混凝土冻融破坏问题,结合笔者所做的实验,扼要介绍了影响混凝土抗冻耐久性的主要因素及相应预防措施。 关键词:混凝土;抗冻;耐久性 中图分类号:T U528 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)23—0034—02 1 综述 混凝土在饱水状态下因冻融循环产生的破坏即为混凝土冻融破坏,混凝土在饱水状态下抵抗冻融循环作用的性能称为混凝土的抗冻耐久性(简称抗冻性)。混凝土冻害发生必须具备两个条件:一是混凝土处于饱水状态;二是冻融循环交替发生。我国的华北、西北、东北地区的水工混凝土构筑物,几乎100%的工程局部或大面积地遭受不同程度冻融破坏。而且长江以北黄河以南的中部地区,也有大量的混凝土建筑物(构筑物)出现冻融破坏的现象。由此可见,北方地区,混凝土的抗冻耐久性直接决定影响混凝土的耐久性[1]。 2 冻融破坏机理研究 迄今为止,关于混凝土冻融破坏机理还没有形成共识。得到较多学者认可的假说可以归结为2类:一类是Pow ers提出的静水压假说[2];一类是他此后与Helm uth一起提出了渗透压假说。这两个假说结合在一起,较为成功的解释了混凝土冻融破坏机理。 静水压假说认为:水受冻变成冰时,体积要膨胀9%,从而迫使未结冰的孔溶液从结冰区向外迁移,产生静水压力。静水压力随孔隙水流程长度增加而增加,因此,存在一个极限流程长度,如果孔隙水的流程长度大于该极限长度则静水压力将超过混凝土的抗拉强度,混凝土开始破坏。 渗透压假说认为:混凝土孔溶液中含有Na+、K+、Ca2+等盐类,气温降低时大孔中的部分溶液首先结冰,则未冻溶液中盐的浓度就会上升,就会与周围较小空隙中的溶液产生浓度差。这个浓度差将迫使小孔中溶液向大孔迁移。即使是浓度为0的孔溶液,由于冰的饱和蒸汽压低于同温度下水的饱和蒸汽压,小孔中的溶液也要向已部分结冰的大孔溶液迁移。可见渗透压是孔溶液的盐浓度差和冰水饱和蒸气压差共同形成的。 目前静水压、渗透压不能由实验测定,也无法准确用物理化学公式计算。现阶段得到公认的影响混凝土抗冻性的参数是平均气泡间隔系数。气泡间隔系数即气泡间距的一半。当混凝土的平均气泡间隔系数小于某个临界值时,毛 很大的影响。严格控制电子间的环境条件,可以延长热控设备的使用寿命,并且可以提高系统工作的可靠性。这一点,一定要引起我们足够的重视一定要提高DCS硬件质量和软件的自我诊断能力,努力提高DCS系统软、硬件的质量和自诊断能力,对提前预防、软化故障有着十分重要的作用。随着我国电力事业和高新技术的快速发展,发电设备日趋高度自动化和智能化,系统的安全性、可靠性变得日益重要。这是设计、安装、调试、检修人员追求的最高目标。热控调试在火力发电机组调试过程中的作用并不显眼,但热控系统却关系着机组的安全运行、自动化水平及经济、稳定运行。热控仪表多种多样,控制方式繁杂,与热力系统的关系错综复杂,这就要求热控专业与其他专业紧密结合、通力协作,杜绝和预防各种事故的发生。火电厂自动化技术应用的发展,尽管经历过挫折和重重困难,但仍以前所未有的速度发展。可以预见,进入21世纪,我国火电厂自动化技术应用很可能将以更快的速度发展,随着世界高科技飞速发展,火电厂热工自动化的保护与管理也必将进入高科技信息时代。 [参考文献] [1] 黄平森.热工自动化设备的改造对策[J].电力 建设,1996,(3). [2] 樊静明,孙宝义.热控保护标准化作业[M].北 京:中国电力出版社,2007. 34内蒙古石油化工 2012年第23期 *收稿日期:2012-09-22
《混凝土结构耐久性试验室“浙商品牌杭州中测”》 一、概述 本试验系统是一种综合性的多功能气候模拟试验设备，其能够在一定范围内模拟自然环境中的温湿度、日照、淋雨、盐雾（NaCl、MgCl2等）、冻融与干湿交替、盐溶液（氯盐、硫酸盐、镁盐）中的腐蚀与干湿交替、大气、CO2、NOx、SO2气体等环境，实现对水泥(沥青)混凝土耐久性的评定。主要功能是在一定空间内模拟一种或多种气候条件状态，可进行混凝土试件的高温干燥试验、低温冻融试验、湿热寒潮试验、高低温交变循环试验、、温湿交变循环试验、盐雾试验、淋雨试验、光照试验及具有盐类或化学物质浸蚀的试验等，为试验样品提供多种环境条件和不同的测试手段，并实现不同环境耦合的模拟试验、不同环境与荷载耦合试验，包括气候环境与力学荷载作用的综合、气候环境与腐蚀工业环境的综合等，且充分考虑试验的综合环境设置、荷载施加反力架的布置、腐蚀环境下加载方式和设备防护等多种综合因素。本试验系统是以“工程应用环境模拟与仿真”为基础，提供了在不同的工程应用环境条件下，为工程材料提供多种环境条件和不同的测试手段下耐久性能的智能环境模拟测试系统。 防腐蚀处理：系统材料、设备及相关附属配件均选用高耐腐蚀性SUS316不锈钢材料和非金属复合材料；有关电器元件均进行隔离或密封防腐蚀处理，系统设计时对试验装置的整体及与腐蚀介质接触的各个部件、管路、电器元件都进行了防腐和密封设计，包括材质、部件的连接、节点的处理等均具有一定的防腐质保年限。
二、满足标准： GB-T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》 三、主要技术规格及参数： 1 工作室尺寸： 3500×4300×2000（宽×长×高）mm 2 温度范围：－20℃～+60℃ 3 温度偏差：±3℃ 4 温度波动度：≤±1℃ 5盐水浓度：3～5% 6.雾粒大小： (5～10)um 7.盐水流量：150～250L/h 8.人工雨方向：垂直向下 9.承重： 2吨/车×2辆 10.试件尺寸： 2500×600×500（mm） 11.试件数量：两件 12.制冷系统冷却方式：风冷式 13.温度控制方式： PID控制方式 14.光源：紫外灯管（UVA） 15.灯管距试件距离： 50mm 16.灯管间距： 70mm 17.碳化试验：通过流量、时间控制浓度，CO2气体浓度用进口浓度仪控制。 18.浸润试验：既可手动控制浸润，也可实现自动周期浸润。
沿海混凝土耐久性研究综述 四川建筑科学研究 SichuanBuildingScience 第33卷第1期 2007年2月 沿海混凝土耐久性研究综述 钟亚伟,李固华 (1.西南交通大学土木工程学院,四川成都610031: 2.铁道第二勘察设计院,四川成都610081) 摘要:处于海洋环境中的混凝士结构普遍存在腐蚀问题.氯盐的侵蚀引起钢筋锈蚀是导致沿海工程混凝士结构破坏的主 要原因.本文作者概述了氯离子侵蚀的破坏机理,混凝士耐久性测试与评定方法以及寿命评估,并提出有关防腐措施.对设 计,施工及维护方面具有较好的参考意义. 关键词:沿海混凝土;氯离子;耐久性 中图分类号,TU528.33文献标识码:A文章编号:1008—1933(2007)O1.0090—06 Reviewofresearchonconcreteformarineworksdurability ZH0NGYawei.LIGuhua' (1.SchoolofCivilEngineeringSouthwestJiaotongUniversity,ChengdOU610031,China; 2.TheSeeendRailwaysSurveyandDesigninstitute,Chengdu610081.China) Abstract:Concretestructuresunderoceanenvironmentsgenerallyfacethecorrosionproble ms.Corrosionofsteelreinforcementby chlorineionisthemostsignificantcause$ofdeteriorationofreinforceconcretestructuresinm arineenvironment.Thedestructive mechanismofcorrosionunderchlorineenvironment,thedurabilitytestandassessmentmeth odsofconcreteformarineworkswere
混凝土结构耐久性 1.1 混凝土结构耐久性问题的重要性 钢筋混凝土结构结合了钢筋与混凝土的优点，造价较低，且一直被认为是一种非常耐久性的结构形式，其应用范围非常广泛。 然而，从混凝土应用于建筑工程至今的150年间，大量的钢筋混凝土结构由于各种各样的原因而提前失效，达不到预定的服役年限。这其中有的是由于结构设计的抗力不足造成的，有的是由于使用荷载的不利变化造成的，但更多的是由于结构的耐久性不足导致的。特别是沿海及近海地区的混凝土结构，由于海洋环境对混凝土的腐蚀，尤其是钢筋的锈蚀而造成结构的早期损坏，丧失了结构的耐久性能，已成为实际工程中的重要问题。早期损坏的结构需要花费大量的财力进行维修补强，甚至造成停工停产的巨大经济损失。耐久性失效是导致混凝土结构在正常使用状态下失效的最主要原因。 国内外统计资料表明，由于混凝土结构耐久性病害而导致的损失是巨大的，并且耐久性问题越来越严重。结构耐久性造成的损失大大超过了人们的估计。国外学者曾用“五倍定律”形象地描述了混凝土结构耐久性设计的重要性，即设计阶段对钢筋防护方面节省1美元，那么就意味着：发现钢筋锈蚀时采取措施将追加维修费5美元；混凝土表面顺筋开裂时采取措施将追加维修费25美元；严重破坏时采取措施将追加维修费125美元。 因此，钢筋混凝土结构耐久性问题是一个十分重要也是迫切需要加以解决的问题，通过开展对钢筋混凝土结构耐久性的研究，一方面能对已有的建筑结构物进行科学的耐久性评定和剩余寿命预测，以选择对其正确的处理方法；另一方面可对新建项目进行耐久性设计，揭示影响结构寿命的内部与外部因素，从而提高工程的设计水平和施工质量。因此，它既有服务于服役结构的现实意义，又有指导待建结构进行耐久性设计的理论意义，同时，对于丰富和发展钢筋混凝土结构可靠度理论也具有一定的理论价值。 正因为混凝土结构耐久性的问题如此重要，近年来世界各国均越来越重视混凝土结构的耐久性问题，众多的研究者对混凝土结构耐久性展开了研究，取得了系列研究成果，而材料层面的成果尤为显著。迄今为止，已经形成了混凝土结构耐久性研究框架，如图1-1所示。本章将着重介绍混凝土结构耐久性研究中成熟的相关研究成果。 图1-1 混凝土结构耐久性研究框架 ?????????????????????????????????????????????????耐久性评估耐久性设计结构层次构件承载力的变化粘结性能衰退模型混凝土锈胀开裂模型构件层次钢筋锈蚀碱－集料反应冻融破坏氯盐腐蚀混凝土碳化材料层次工业环境土壤环境海洋环境大气环境环境层次混凝土结构耐久性
《混凝土结构耐久性试验系统“浙商品牌杭州中测”》 一、概述 本试验系统是一种综合性的多功能气候模拟试验设备，其能够在一定范围内模拟自然环境中的温湿度、日照、淋雨、盐雾（NaCl、MgCl2等）、冻融与干湿交替、盐溶液（氯盐、硫酸盐、镁盐）中的腐蚀与干湿交替、大气、CO2、NOx、SO2气体等环境，实现对水泥(沥青)混凝土耐久性的评定。主要功能是在一定空间内模拟一种或多种气候条件状态，可进行混凝土试件的高温干燥试验、低温冻融试验、湿热寒潮试验、高低温交变循环试验、、温湿交变循环试验、盐雾试验、淋雨试验、光照试验及具有盐类或化学物质浸蚀的试验等，为试验样品提供多种环境条件和不同的测试手段，并实现不同环境耦合的模拟试验、不同环境与荷载耦合试验，包括气候环境与力学荷载作用的综合、气候环境与腐蚀工业环境的综合等，且充分考虑试验的综合环境设置、荷载施加反力架的布置、腐蚀环境下加载方式和设备防护等多种综合因素。本试验系统是以“工程应用环境模拟与仿真”为基础，提供了在不同的工程应用环境条件下，为工程材料提供多种环境条件和不同的测试手段下耐久性能的智能环境模拟测试系统。 防腐蚀处理：系统材料、设备及相关附属配件均选用高耐腐蚀性SUS316不锈钢材料和非金属复合材料；有关电器元件均进行隔离或密封防腐蚀处理，系统设计时对试验装置的整体及与腐蚀介质接触的各个部件、管路、电器元件都进行了防腐和密封设计，包括材质、部件的连接、节点的处理等均具有一定的防腐质保年限。
二、满足标准： GB-T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》 三、主要技术规格及参数： 1 工作室尺寸： 3500×4300×2000（宽×长×高）mm 2 温度范围：－20℃～+60℃ 3 温度偏差：±3℃ 4 温度波动度：≤±1℃ 5盐水浓度：3～5% 6.雾粒大小： (5～10)um 7.盐水流量：150～250L/h 8.人工雨方向：垂直向下 9.承重： 2吨/车×2辆 10.试件尺寸： 2500×600×500（mm） 11.试件数量：两件 12.制冷系统冷却方式：风冷式 13.温度控制方式： PID控制方式 14.光源：紫外灯管（UVA） 15.灯管距试件距离： 50mm 16.灯管间距： 70mm 17.碳化试验：通过流量、时间控制浓度，CO2气体浓度用进口浓度仪控制。 18.浸润试验：既可手动控制浸润，也可实现自动周期浸润。
文章编号:1000-6869(2007)01-0007-07 混凝土结构耐久性设计方法与寿命预测研究进展 金伟良,吕清芳,赵羽习,干伟忠 (浙江大学结构工程研究所,浙江杭州310027) 摘要:由混凝土结构耐久性定义入手,首先评述现有的混凝土结构耐久性设计方法,提出耐久性设计的发展应结合结构全生命周期成本(SLCC)的理念;其次总结了结构耐久性的评估和寿命预测方法的研究现状,认为耐久性的评估与寿命预测需要研究确立反映结构使用寿命的耐久性指标,并建立基于动态评估方法的寿命评估体系;最后提出上述方面发展领域尚待解决的一些基本问题,包括:界定给定环境和使用要求下的混凝土结构耐久性失效极限状态;确定表征材料与结构耐久特征的指标与参数;建立耐久性动态检测数据分析理论等。关键词:混凝土结构;耐久性;结构全生命周期成本(S LCC);综述中图分类号:TU375 文献标识码:A Research progress on the durability design and life prediction of concrete structures JI N Weiliang,L B Qingfang,ZHAO Yuxi,GAN Weizhong (Department of Civil Engineering,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China) Abstract:This paper starts with the definition of concrete -struc tural durability.Then it presents that durability design method should be combined with the theory of Structural Life -Cycle C ost(SLC C)based on the survey of the recent durability design theories.Moreover,the current situation of evaluation and life prediction of durable concre te structures are summarized,which makes it necessary to determine a durability index reflecting service life and a dynamic life -assessment https://www.doczj.com/doc/615722648.html,st,several basic problems in this domain are brought forth,including definition of durability limit state for c oncrete structures under given environmental condition and usage require ment,determination of inde xes and parameters representing the durability characters of materials as well as structures and establishment of theory for analysis of durability dynamic detection data.Keywords:concrete structure;durability;structural life -cycle cost(SLCC);summary 基金项目:国家自然科学基金重点项目/氯盐侵蚀环境的混凝 土结构耐久性设计与评估基础理论研究0(50538070) 资助。 作者简介:金伟良(1961) ),男,浙江大学结构工程研究所所 长,教授。 收稿日期:2006年8月 0 概述 混凝土结构是目前使用最为广泛的结构形式,由于混凝土结构材料自身和使用环境的特点,使混凝土 结构不可避免地存在耐久性问题。自混凝土结构问世 以来,大量的混凝土结构提前失效大多源于混凝土结构耐久性的不足。当前欧美等发达国家每年用于已有工程的维修费用都已占到当年土建费用总支出的1/2以上。我国在役以混凝土为主体的结构在数量上居于绝对支配地位,混凝土结构耐久性问题更加突出,存在着/南锈北冻0的耐久性破坏特征。5中国腐蚀调查报告6[1]指出,建筑部门的腐蚀年损失约为1000亿人民币,其经济损失以及对社会安定性的冲击力之大不言而喻。 随着我国东部地区经济的持续增长和西部大开发发展战略的实施,我国正以前所未有的巨大投资进行 7 第28卷第1期建 筑 结 构 学 报 Vol 128,No 112007年2月 Journal of Building Structures Feb 12007