·综述·
混凝土耐久性研究现状和研究方向
卢 木
(清华大学土木工程系 100084)
摘 要: 阐述了混凝土耐久性研究的背景、意义和动态,从材料、构件和结构三个层次总结归纳了国内外混凝土耐久性研究的成果,并提出了今后的研究方向。
关键词: 混凝土耐久性 碳化 钢筋锈蚀 冻融 寿命预测
RECENT STUDY AND RESEARCH DIRECTIONS
OF CONCRETE DURABILITY
Lu Mu
(Dept.of Civil Engrg.,Ts inghua U niv. 100084)
Abstr act: Pres ented in this paper is a dis cription of the backgroun d,sig nifican ce and present developm ent of concrete dur ability s tu dies.Recent accomplishments are sum marized on th ree levels-material,component and structure.Directions of fu tu re res earch are also proposed.
Keywor ds: concrete durability carbonation r einforcin g s teel corrosion freeze-thaw s ervicelife p rediction
1 引 言
随着我国现代化进程的加快,各类社会基础设施的建设方兴未艾。这些构筑物大都为钢筋混凝土结构,其设计方法除了传统的强度、刚度等力学性能指标设计,还要考虑耐久性、经济性进行寿命设计。跨世纪的建筑不仅要求具有安全性、功能性,而且要求具有足够的耐久性[1]。
到本世纪末,我国现有房屋将有50%进入老化阶段,也就是说将有23.4亿m2的建筑面临耐久性问题[2]。如何对这些建筑进行科学的耐久性、经济性评定以及剩余寿命的预测,是当今土木工程领域的研究热点。
如何找到一种简便易行的钢筋混凝土结构剩余寿命的预测方法,该方法综合地考虑了结构的耐久性、安全性和经济性,并将其有机地结合起来,从而为在役结构的维修决策和新建结构的寿命设计提供依据,已成为当今混凝土研究的迫切任务。
2 混凝土耐久性研究的背景
所谓混凝土的耐久性,是指在使用过程中,在内部的或外部的,人为的或自然的因素作用下,混凝土保持自身工作能力的一种性
收稿日期: 1996-11-25
能[3]。或者说结构在设计使用年限内抵抗外界环境或内部本身所产生的侵蚀破坏作用的能力[4]。
由于钢筋混凝土结构耐久性不足造成的后果是非常严重的。美国1975年由于腐蚀引起的损失达700亿美元,1985年则达1680亿美元;目前,整个混凝土工程的价值约为6万亿美元,而今后每年用于维修或重建的费用预计将高达3000亿美元[5]。美国1991年仅修复由于耐久性不足而损坏的桥梁就耗资910亿美元。英国每年用于修复钢筋混凝土结构的费用就达200亿英镑。而日本目前每年仅用于房屋结构维修的费用即达400亿日元以上。日本引以为自豪的新干线使用不到10年,就出现大面积混凝土开裂、剥蚀现象。
我国现有建筑物的老化现象也是很严重的。据统计,我国现有建筑面积50亿m2,其中约23亿m2需分期分批进行鉴定加固,近10亿m2急需维修加固才能使用[6,7]。1989年,建设部科技发展司混凝土结构耐久性综合调查组对北京、西宁、贵阳和杭州的一些建筑物进行了调查,其结果表明,建国初期的建筑均已达到必须大修的状态;现有大多数工业建筑不能满足安全、经济使用50年的要求,一般使用25～30年就需大修加固[6]。
钢筋混凝土结构的耐久性问题已越来越引起人们关注。美国学者用“五倍定律”形象地说明了耐久性的重要性,特别是设计对耐久性问题的重要性。设计时,对新建项目在钢筋防护方面每节省一美元,就意味着,发现钢筋锈蚀时采取措施多追加维修费5美元,顺筋开裂时多追加维修费25美元,严重破坏时则多追加维修费125美元。这一可怕的放大效应,使得各国政府投入大量资金用于钢筋混凝土结构的耐久性问题的研究。
3 混凝土耐久性研究的意义
对在役钢筋混凝土结构进行耐久性评定和剩余寿命预测,不仅可以揭示潜在危险,及时做出维修或拆除决策,避免重大事故的发生,而且研究成果可直接用于结构设计。通过对结构的耐久性预评估,修改设计方案,使所建结构具有足够的耐久性,从而做到防患于未然。
对已有建筑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,可以说是混凝土耐久性研究最主要的背景。世界发达国家在经过了大规模的新建之后,重点已转向对旧建筑的维修改造上。英国1978年用于投资改造的费用为1965年的3.76倍。瑞典建筑业的首要任务是对已有建筑物进行更新改造。在我国,国情决定了基建投资不能一味追求新建项目,应将眼光转向危旧房屋的扩建、改建上。我国现有房屋20%～30%具有改造条件,改建比新建可以较快地收回投资[8]。
除了对已有建筑进行耐久性评定之外,对新建项目进行耐久性预评估和寿命设计,可以揭示影响结构寿命的内部和外部因素,对于提高工程的设计水平和施工质量也有一定的意义。
4 混凝土耐久性的研究动态
对混凝土结构耐久性问题的研究可追溯到三四十年代,但最近十几年才受到广泛重视。美国ACI437委员会于1991年提出了“已有混凝土房屋抗力评估”的最新报告,提出了检测试验的详细方法和步骤[9]。美国联邦公路管理局制定计划,研究了桥面板耐久性检测和钢筋锈蚀的防护问题。日本建设省从1980年就组织进行“建筑物耐久性提高技术”的开发研究,并于1985年提交了研究成果概要报告,1986年开始陆续出版发行了《建筑物耐久性系列规程》。日本建筑学会(AIJ)1988年推出了《建筑物使用指南》, 1992年又推出了《建筑物现状调查、诊断、维修指南》;同年,欧洲混凝土委员会颁布的《耐久性混凝土结构设计指南》反映了当今欧洲
混凝土结构耐久性研究的水平。
有关混凝土耐久性国际会议已召开多次,反映了各国研究的最新成果。1987年,国际桥梁与结构学会(IABSE)在巴黎召开“混凝土的未来”国际会议;1988年在丹麦召开了“混凝土结构的重新评估”国际会议;1989年美国和葡萄牙都举办了有关结构耐久性的国际会议;1991年美国和加拿大联合举行了第二届混凝土结构耐久性国际学术会议; 1993年IABSE在丹麦哥本哈根召开了结构残余能力国际学术会议;由欧洲RILEM等公司发起的建筑材料与构件的耐久性国际会议[10],自1976年以来,每三年举行一次。
钢筋混凝土结构的耐久性问题在我国也日益受到重视。1990年4月,建设部组织成立全国建筑物鉴定与加固委员会,至今已召开三届学术交流会。全国钢筋混凝土标准技术委员会混凝土结构耐久性学组于1991年成立,中国土木工程学会混凝土与预应力混凝土学会混凝土耐久性专业委员会也于1992年11月在济南成立。我国的混凝土耐久性研究已进入有组织的工作阶段。
建设部在“七五”和“八五”期间都专门设立课题研究混凝土的耐久性问题。“七五”攻关课题为“大气条件下钢筋混凝土结构耐久性及其使用年限”,包括结构的耐久性调查、钢筋锈蚀、混凝土碳化、温湿度对碳化的影响等;“八五”攻关课题为“预应力混凝土结构及混凝土耐久性技术”,包括拟建混凝土结构耐久性设计方法,在用混凝土结构的耐久性检测和评估方法,在一定条件下诸因素对混凝土结构耐久性的综合影响以及建立混凝土结构耐久性数据库等,目前已取得一些成果。
5 混凝土耐久性研究的现状和评述
钢筋混凝土结构的耐久性研究,分为材料的耐久性研究、构件的耐久性研究和结构耐久性研究三个层次,其中前两个层次已经研究得较为深入。5.1材料耐久性研究
材料耐久性的研究已经比较深入,成果主要集中在混凝土碳化、钢筋锈蚀、冻融循环等方面,并考虑了大气、海洋、化学侵蚀等不同的工作环境对材料耐久性的影响。
5.1.1混凝土碳化研究
一般认为,混凝土碳化是由于大气中的CO2与混凝土中的碱性物质发生反应,使混凝土表面碱性降低[11]。在建立理论模型时,国内、国外大都假设:
(1)CO2在混凝土中的扩散遵循Fick第一定律;
(2)CO2的浓度呈线性分布,锋面处浓度为0。
Meyer、Nishi、阿列克谢耶夫等都得到了混凝土碳化的理论公式[12,13],但其中的一些参数一般很难测定,工程上一般采用下述碳化模式:
X=K t
这一公式已为1990CEB-FIP模式规范所采用,式中碳化系数K体现了混凝土的抗碳化能力,与水灰比、水泥品种和用量、环境因素、养护方法等有关,对于其取值, Kishitani[13]、山东建研所[14]、上海建材学院[15]、中国建研院结构所[16]、清华大学[17,18]、西安建筑科技大学[19]等都各自提出了经验计算公式。
5.1.2 钢筋锈蚀研究
混凝土中钢筋的锈蚀是一个电化学过程。国外这方面研究得比较早,且许多成果已被国内所引用。国内主要是在国外成果的基础上,进行修正和补充研究。因此,国内的成果基本反映了当今世界的研究现状。
文献[2]基于O2在混凝土中的扩散服从Fick第一定律的假设,利用Farady定律建立了大气环境中钢筋锈蚀模型[2],但公式需测定电量,工程应用比较困难。中国建研院考虑水泥品种、混凝土养护条件、环境作用等多种因素建立了钢筋锈蚀的一般规律[20]。
西安建筑科技大学牛荻涛等人根据工程调查结果,给出了一般室内环境钢筋锈蚀开始时间的确定方法;利用腐蚀电化学原理建立了一般室内环境中钢筋锈蚀量的预测模型[21]。
关于混凝土和锈蚀后钢筋经时变化的力学性能,国内外已有较多的研究。
文献[22,23]在总结分析国内外混凝土长期曝露试验和经年建筑物实测结果基础上,模拟给出了一般大气环境下和海洋环境下混凝土强度经时变化模型。
冶金工业部建筑研究总院通过对试验数据的模拟,考虑坑蚀提出了钢筋锈蚀后伸长率、屈服强度和抗拉强度的变化规律[24]。试验证明,锈蚀后钢筋的伸长率与局部剩余面积比成指数关系,而屈服强度和抗拉强度则与局部重量(或断处面积)之比成线性关系,但仅适于截面锈蚀率小于5%的情形。
中国建研院结构所利用快速试验方法研究了512和5钢筋的力学性能,并分别给出了大气条件下极限延伸率和极限抗拉强度与截面损失率的线性关系式[20],适于截面锈蚀率小于10%的情形。
文献[25]根据钢筋混凝土构件内锈蚀钢筋的试验结果,给出了钢筋锈蚀后力学性能的变化规律,截面锈蚀率达60%仍可适用。文献推荐了考虑应力集中影响对结构进行鉴定时的公式。
5.1.3冻融破坏研究
对于混凝土冻融破坏的研究,现已形成较为完整的基础理论。Powers等人从混凝土的亚微观入手,分析孔隙水对孔壁的作用,提出了静水压假说[26,27]和渗透压假说[28,29],前苏联学者从力学概念出发,提出了现象学观点[30]。清华大学土木系基于静水压假说,利用损伤力学的方法,给出了预测混凝土抗冻耐久性的疲劳损伤模型[31]。这一模型考虑了亚微观层次上冻融的破坏机理,并将这种破坏作用反映在混凝土的宏观力学行为上,较好地联系了亚微观和宏观两个层次,并得到了满意的计算结果。
5.2 结构耐久性研究
对于钢筋混凝土结构的耐久性,国外研究得较少,国内也刚刚开始。研究结构耐久性的目的主要在于解决新建结构的耐久性设计和已建结构的耐久性评估问题;同时,对于不同耐久性等级的混凝土结构,给出不同的构造措施,在保证结构可靠、耐久的前提下,使工程造价最低。钢筋混凝土结构耐久性的研究包括对结构的耐久性评定和寿命预测两个层次。
5.2.1结构的耐久性评定
有关结构的耐久性评定,从已取得的成果来看,主要包括基于构件耐久性损伤加权的耐久性评定、基于模糊综合评判的耐久性评定和基于可靠度的耐久性评定三类。
文献[32]推荐了一种结构耐久性综合评估的方法,该方法全面考虑了影响耐久性的各种因素,通过对构件的耐久性检测,确定其耐久性损伤指标,从而对整个结构进行耐久性评估。
清华大学王晓刚、王娴明[18]提出用于混凝土耐久性评判的模糊综合评判法。这种方法充分反映了各因素关联性、随机性强的特点,结果较为可信。
日本清水株氏会社研究所给出了一种对建筑物综合评价的方法,这种方法通过三次调查进行综合评价,避免了人为因素的影响[33]。这种方法结构严密,条理清楚,调查评价方法系统、可行,在日本已被广泛采用。5.2.2结构构件寿命预测
目前对结构构件的寿命预测研究较多,常见的理论有碳化寿命理论、开裂寿命理论、承载力寿命理论和经济寿命理论。
《钢铁工业建筑物可靠性鉴定规程》(YB219-89)采用承载力寿命理论,以一半主筋破坏为丧失承载力标志,给出了构件剩余寿命的计算公式[34]。
文献[35]对于大气中的CO2导致混凝土碳化并引起钢筋锈蚀的情形,假设碳化深度和钢筋保护层的波动规律均服从正态分布,室外钢筋在碳化范围扩展到自身表面,室内钢筋在碳化范围深达20mm厚的保护层时,开始发生腐蚀,建立了钢筋腐蚀率Q与龄期t的关系,得到构件剩余寿命的预测模型。
日本工学博士林永繁研究了由氯离子引起的钢筋锈蚀,并以钢筋表面混凝土出现裂缝作为失效准则[36]。通过试验,得到混凝土纵向开裂的钢筋锈蚀量为Q cr和钢筋锈蚀速度q,并以二者的比值作为构件的寿命。
清华大学赵宏延、王娴明采用抗力下降达到承载力极限和钢筋锈蚀混凝土胀裂两个准则预测混凝土结构构件的寿命,并以二者的较小值作为构件的寿命[37]。
清华大学肖从真、刘西拉以混凝土构件纵向开裂(截面损失率达5%)作为寿命的终点,引入数论模拟方法,结合方差缩减技术对构件进行寿命预测[2]。
R.N.Swamy,H.Hamada和https://www.doczj.com/doc/cc16008992.html,iw 基于氯离子在混凝土中的扩散服从Fick第二定律的假设,建立了预测含氯条件下混凝土构件寿命的数学模型[38]。
上海建材学院许丽萍、吴学礼等人给出了上述模型中参数的确定方法[39]。
5.2.3结构寿命预测
近些年来,人们采用模糊法、概率法、网络法、动态分析法、生存分析理论等来预测结构构件的寿命,并取得了一些成果,但对结构寿命的预测才刚刚起步。国外在这方面的研究集中于考虑抗力衰减的结构可靠度分析上。这种方法将抗力作为时变随机变量,将荷载视为随机变量或随机过程,比较准确地反映了结构的实际情况。如果再引入结构的经济因素,从经济角度来进行结构寿命预测,将是较为理想的研究方向。
H.Y.Chan and R.E.Melcher s考虑结构抗力衰减给出了承受一个或多个随机荷载过程的结构系统的可靠度经时变化关系[40]。结构抗力被视为Gaussian随机变量,而荷载被视为Gaussian随机过程。通过平均超越率积分计算结构的失效概率。但此方法要求所建立的抗力衰减模型(文中采用指数模型与二次模型)是时间的连续函数,没有反映结构抗力由于维修或灾害引起的突变;而且要求系统在衰减过程中必须是高度可靠的。
文献[41]建立了描述大地震发生时间记忆的半Markov过程模型,并结合钢筋锈蚀模型,提出了结构在服役期间的区间可靠度的计算方法;利用结构系统可靠度的分枝限界法以及安全性等级划分方法,建立了服役结构抗震维修决策的动态规划模型。文中采用钢筋锈蚀模型计算结构抗力衰减具有局限性;采用没有考虑以前地震对结构的累积损伤;没有给出结构全生命周期内的最优决策;动态规划模型只以技术经济效益最好为判则,没有考虑结构的使用功能转化的经济效益。
ZongweiTao,RossB.Corotis和J. HughEllis应用Markov决策过程和结构概率理论,建立了结构使用过程的概率基础模型[42]。该模型的优点在于比较系统地反映了结构使用的全过程,包括决策、成本和结构性能。文中没有给出结构抗力的衰减模型,对混凝土的耐久性问题也没有很好的反映。
6 今后混凝土耐久性研究的方向
最优结构设计应为结构初始设计与全生命周期内经营维修决策的结合。设计者的任务在于如何平衡结构的费用、安全度与服务质量三者之间的关系。因而有必要建立全生命周期内的结构性能和维修决策模型。设计者必须面对两个挑战:如何建立结构未来的荷载、腐蚀和安全模型及如何刻划包括人为因素在内的动态过程;如何建立钢筋混凝土结构的全生命周期内的优化决策模型(如Markov决策模型等),从而为设计人员进行
全寿命周期的优化设计提供依据,并根据决策过程得到结构的寿命,是今后耐久性研究的方向之一。
近几年来,关于钢筋混凝土在单因素作用下的强度衰减,人们已经做了较多的研究,但至今还没有提出在多因素综合作用下钢筋混凝土的强度衰减模型[43]。如何在单因素作用下钢筋混凝土强度衰减模型的基础上,建立多因素作用钢筋混凝土的强度衰减模型,进而建立构件抗力衰减模型,是今后混凝土耐久性研究的第二个方向。
对同类结构的寿命进行调查研究和统计分析,得出此类结构寿命的概率统计模型,是今后混凝土耐久性研究的第三个方向。
由构件抗力衰减模型推演得出构件的承载力衰减模型,进而得到结构的承载力衰减模型,是今后混凝土耐久性研究的第四个方向。
参 考 文 献
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(下转第52页)
图4 板的7-f tk/(Q te·R ss)的关系
×—冷轧带肋钢筋; y—普通Ⅰ级钢筋
采用7的修正公式代回构件中重新计算挠度和平均裂缝宽度与实测值吻合较好,表2、表3所列。3 结束语
冷轧带肋钢筋混凝土受弯构件裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀性系数7修正,改善了冷轧带肋钢筋混凝土受弯构件的变形和缝宽度计算公式,使其应用更为合理,为充分发挥冷轧带肋钢筋的强度奠定了基础。为冷轧带肋钢筋更进一步推广应用提供了试验依据。
参 考 文 献
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(上接第6页)
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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
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
提高混凝土结构耐久性的技术措施 混凝土结构的设计寿命要求一般为40~50年，有的要求上百年。而现实中，处于腐蚀环境中的混凝土远远达不到设计寿命要求，有的在15~20年就出现了钢筋锈蚀破坏，甚至不足五年就开始修复。此方面的花费是惊人的，已经是一个重大经济问题。因此，提高混凝土结构耐久性的意义是不言而喻的。 提高混凝土结构耐久性措施主要包括两大类：基本措施和补充措施。基本措施的基本内容是：通过仔细设计与施工，最大限度地提高混凝土本身的耐久性，在使用中保持低渗透性，以限制环境侵蚀介质渗透混凝土，从而预防钢筋锈蚀。 ①最大限度地改善混凝土本身性能，是提高混凝土结构耐久性的许多措施中最经济合理的。 （1）结构采用耐久性设计。 （2）提高混凝土保护层厚度和质量。 （3）采用高性能混凝土。 ②补充措施是指：环境侵蚀作用特别严重时，或设计、施工不当，单靠上述基本措施还不能保护混凝土结构必要的耐久性时，需要另外增加的其他防护措施。有以下几方面： （1）采用耐腐蚀钢筋。 （2）对混凝土进行表面处理。 （3）混凝土中掺加阻锈剂。 （4）电化学保护
结构设计 1、结构选型和细部设计 频繁地干温交替会加剧钢筋锈蚀，所以在结构选型和细部设计时，应昼限制混凝土表面、接缝和密封处积水，加强排水，尽量减少受潮和溅湿的表面积。 由于环境侵蚀介质在构件棱角或突出部分可以同时从多方面侵入混凝土，而凹入部分易积存侵蚀介质、应力异常，因此从提高混凝土结构耐久性角度出发，混凝土构件选型应力戒单薄、复杂和多棱角。预计腐蚀破坏严重的构件应便于检测、维护和更换。 2、控制裂缝 不可控制的裂缝包括混凝土塑性收缩、沉降或过载造成的裂缝，常为较宽的裂缝，应针对成因采取措施预防开裂，即使难以预料也应加以引导，使其发生于次要部位或便于处理的位置。 可控制裂缝是靠传统的结构设计知识，按结构几何尺寸与荷载可以合理预防和控制的裂缝。 七、提高海工混凝土耐久性的技术措施 国内外相关科研成果和长期工程实践调研显示，当前较为成熟的提高海洋钢筋混凝土工程耐久性的主要技术措施有： （1）高性能海工混凝土 其技术途径是采用优质混凝土矿物掺和料和新型高效减水剂复合，配以与之相适应的水泥和级配良好的粗细骨料，形成低水胶比，低缺陷，高密实、高耐久的混凝土材料。高性能海工混凝土较高的抗
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
耐久性混凝土质量保证措施 制定关键工序的质量控制措施：搅拌工序、运输工序、浇筑工序、振捣工序、养护工序。 耐久混凝土施工前，事先确定并培训专门从事耐久混凝土关键工序过程施工的操作人员和记录人员。 混凝土搅拌过程中，每一工作班正式称量前，对计量设备进行零点校核。定期或随时（雨天）测定骨料的含水率，每一工作班不少于二次。当含水率有显著变化时，增加测定次数，并依据检测结果及时调整用水量和骨料用量。搅拌耐久混凝土时，先向搅拌机中投入细骨料、水泥和矿物掺和料，搅拌均匀后，加水并将其搅拌成砂浆，再向搅拌机投入外加剂，充分搅拌后，再投入粗骨料，并继续搅拌均匀为止。上述每一投料阶段的搅拌时间不少于30s，总搅拌时间不少于3min。原材料的投放顺序及混凝土的搅拌时间严格执行，不无故更改，未经批准不得任意延长和缩短搅拌时间。 耐久混凝土运输设备能确保浇筑工作连续进行，其运输能力与搅拌设备的搅拌能力配合适宜。确保运输设备不漏浆和不渗水。在运输混凝土过程中，保持混凝土的均匀性，做到不分层、不离析、不漏浆。泵送施工根据施工进度安排，加强组织和调度工作，确保连续均匀供料。 浇筑前，仔细检查保护层垫块的位置、数量及其紧固程度，并指定专人作重复性检查。保护层垫块的尺寸保证钢筋混凝土保护层厚度的准确性，其形状（工字形或锥形）有利于钢筋的定位。混凝土的入模温度视气温而调整，一般不超过25℃。对于构件最小断面尺寸在300mm以上的结构，尽可能降低混凝土的入模温度。负温气候条件下施工时，混凝土的入模温度不低于12℃。控制新浇混凝土
与邻接的己硬化混凝土介质间的温差不大于20℃。 预应力混凝土梁体采用快速、稳定、连续、可靠的浇筑方式一次浇筑成型。 采用插入式高频振捣器时，采用垂直点振方式振捣。每点的振捣时间以表面泛浆或不冒大气泡为准，一般不超过30s，避免过振。振捣按规定的工艺设计路线和方式进行，防止随意加密振点和漏振及任意延长同一振点的振捣时间。 混凝土振捣完毕后，立即对暴露面混凝土进行覆盖，并及时采取适当的保温保湿养护措施对混凝土进行养护。 对采用带模养护的混凝土结构，保证模板按接缝处混凝土不失水干燥。新浇立面混凝土振捣24～48h后且强度发展至对结构安全性无不利影响时，可略微松开模板，并浇水养护7d以上。对于具有大面积暴露面的结构，振捣结束后，立即将暴露面混凝土抹平，再用土工布、草帘等覆盖后，及时采取洒水喷雾等保湿措施养护14d以上，以减少混凝土的暴露时间，防止表面水分过分蒸发。混凝土拆模后，迅速采用土工布、草帘等将暴露面混凝土进行覆盖，并采取切实措施，保证混凝土表面保持潮湿状态，然后再用塑料布将土工布、草帘等保湿材料包裹完好，进一步对混凝土进行养护28d以上。保护覆盖物完好无损，且彼此搭接完好，其内表面具有凝结水珠。混凝土养护期间，选择有代表性的结构进行温度监控，定时测定混凝土芯部温度、表层温度以及环境气温、相对湿度、风速等环境参数，并根据混凝土温度和环境参数的变化情况及时调整养护制度，严格控制混凝土内外温差满足规范的要求。
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
1试述耐久性极限状态标志及耐久性极限状态的可靠指标取值 答： 混凝土结构发生耐久性破坏可近似认为是当混凝土发开裂到一定程度时混凝土与钢筋之间的粘结力发生破坏从而不能满足受力要求，我国《混凝土结构耐久性设计规》中将混凝土结构构件的耐久性极限状态分为三种：钢筋开始发生锈蚀的极限状态，钢筋发生适量锈蚀的极限状态和混凝土表面发生轻微损伤的极限状态，然而这个破坏程度很难定量描述，同时可知，氯离子浓度是影响钢筋锈蚀的主要因素，所以可以通过对氯离子浓度的定量描述来反映混凝土结构的耐久性能。 在对氯离子侵蚀环境下的混凝土结构进行寿命预测时,保护层内部钢筋表面 的氯离子浓度达到使钢筋开始锈蚀的临界浓度时,即认为结构开始进入失效状态,所以可近似将钢筋表面氯离子浓度达到临界值作为耐久性极限状态的标志。 2.论述混凝土产生裂缝原因及防止方法 混凝土产生裂缝的主要原因可以分为内部材料原因和外部环境作用原因。 1）内部材料原因： 材料原因引起的裂缝各类包括有: 干缩裂缝、中性化伴随钢筋腐蚀产生裂缝、氧化物使钢筋腐蚀产生裂缝、碱集料反应产生裂缝、水泥水化热产生裂缝。 2）外部环境作用原因： 外部环境作用原因引起的裂缝各类包括有：冻融循环作用、干湿交替、盐结晶、施工原因引起的混凝土裂缝、养护条件不当引起的裂缝，结构设计不当引起的裂缝以及建筑物沉降不均引起的裂缝等。 防止措施： 1）合理选择混凝土原材料和配合比，例如骨料品种、水泥品种等。 2）在混凝土中掺加外加剂，提高混凝土的密实度，或配置成高性能混凝土。 3）控制混凝土的搅拌质量和加强混凝土的早期养护条件以及合理的混凝土保护层厚度。4）优化结构设计，加强施工质量。 3.为什么在有盐环境及有干湿交替时耐久性环境等级较差? 答：混凝土是一种多孔材料，内部结构比较复杂，孔洞、微裂缝的分布和形态等对微观特征对混凝土的硫酸盐侵蚀有很大影响，干湿循环对混凝土产生疲劳破坏，干燥状态下水份蒸发，混凝土毛细孔内的硫酸钠溶液浓度上升，溶液过饱和产生析晶，体积膨胀使毛细孔内壁产生微裂缝，降低混凝土试件的抗渗透性；另一方面毛细孔内盐溶液的浓度增大促进了化学反应的速度，侵蚀产物生长速度加快，侵蚀产物富集体积膨胀微裂缝开展，也进一步降低混凝土的抗渗透性。 1）在干湿交替的条件下，潮湿时侵入混凝土孔隙中的盐溶液当环境转为干燥后因过饱和而结晶，还会产生极大的结晶压力使混凝土破坏。 2）盐在混凝土内部孔隙中形成的盐溶液浓度不同，导致渗透压不同，从而在混凝土内部
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
提高混凝土耐久性的技术措施 前言 混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内，在各种环境条件作用下，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)中，明确规定混凝土结构设计采用极限状态设计方法。混凝土耐久性与诸多因素有关，但在很大程度上取决于施工过程中的质量控制和质量保证以及结构使用过程中的正确维修与例行检测。就本文而言，重在从施工过程控制的方面来保证混凝土的耐久性，即根据混凝土结构所处的环境作用等级进行混凝土原材料选择、配合比选配，并加强施工工艺控制，特别是混凝土养护的温度、湿度控制等。 1 原材料选用 水泥 采用品质稳定、强度等级不低于级的低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥(掺合料仅为粉煤灰或磨细矿碴)，禁止使用其它品种水泥。品质应符合GB175-2007规定：水泥的比表面积不宜超过350m2/kg，碱含量不应超过%，游离氧化钙含量不应超过%，水泥熟料中C3A 的含量不宜超过8%(强腐蚀环境下不应大于5%)，C4AF含量小于7%、C3S、C2S含量宜在40%～45%之间的水泥。 粗骨料 选用质地坚硬、级配良好的石灰岩、花岗岩、辉绿岩等球形、吸水率低、空隙率小的碎石，压碎指标不大于10%，母岩立方体抗压强度与梁体混凝土设计强度之比应大于2，含泥量小于%，针、片状颗粒含量不大于5%，颗粒尽量接近等径状。粗骨料粒径宜为5～20mm，且分两级储存、运输、计量，5～10mm颗粒质量占(40±5)%，10～20mm颗粒质量占(60±5)%。选用无碱活性粗骨料(因条件所限不得不采用碱—硅酸反应砂浆棒膨胀率为～%的活性骨料时，由各种原材料带入混凝土中的总碱量不应超过3.0kg/m3)。 细骨料 细骨料应选择级配合理、质地均匀坚固的天然中粗砂(不宜使用机制砂和山砂，严禁使用海砂)，细度模数～。严格控制云母和泥土的含量，砂的含泥量应不大于%，泥块含量应不大于%，选用无碱活性细骨料(因条件所限不得不采用碱—硅酸反应砂浆棒膨胀率为～%的活性骨料时，由各种原材料带入混凝土中的总碱量不应超过3.0kg/m3)。 矿物掺合料 适当掺用优质Ⅰ级粉煤灰、磨细矿渣、微硅粉等矿物掺合料或复合矿物掺合料，Ⅰ级粉
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/cc16008992.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
提高混凝土耐久性的措施 在土建工程中，商品混凝土是用途最广、用量最大的建筑材料之一。近百年来，商品混凝土强度不断的提高成为它主要的发展趋势。发达国家越来越多的使用50MPa以上的高强商品混凝土。有些远见卓识的专家考虑到某些工程的需要， 在提出高强度的同时，也提出耐久性和施工和易性的要求，尤其是近5年，在很多重要工程中都成功地采用高性能商品混凝土。 高性能商品混凝土具有丰富的技术内容，尽管同业对高性能商品混凝土有不同的定义和解释，但彼此均认为高性能商品混凝土的基本特征是按耐久性进行设计， 保证拌和物易于浇筑和密实成型，不发生或尽量少发生由温度和收缩产生的裂缝，硬化后有足够的强度，内部孔隙结构合理而有低渗透性和高抗化学侵蚀。 基于上述特点，高性能商品混凝土成为我国近期商品混凝土技术的主要发展方向。高性能商品混凝土的核心是保证耐久性。耐久性对工程量浩大的商品混凝土工程来说意义非常重要，若耐久性不足，将会产生极严重的后果，甚至对未来社会造成极为沉重的负担。据美国一项调查显示，美国的商品混凝土基础设施工程总价值约为6万亿美元，每年所需维修费或重建费约为3千亿美元。美国50万座公路桥梁中20万座已有损坏，平均每年有150-200座桥梁部分或完全坍塌，寿命不足20年；美国共建有商品混凝土水坝3000座，平均寿命30年，其中32%的水坝年久失修；而对二战前后兴建的商品混凝土工程，在使用30-50年后进行加固维修所投入的费用，约占建设总投资的40%-50%以上。回看中国，我国50年代所建设的商品混凝土工程已使用40余年。如果平均寿命按30-50年计，那么在今后的10-30年间，为了维修这些建国以来所建的基础设施，耗资必将是极其
·综述· 混凝土耐久性研究现状和研究方向 卢 木 (清华大学土木工程系 100084) 摘 要: 阐述了混凝土耐久性研究的背景、意义和动态,从材料、构件和结构三个层次总结归纳了国内外混凝土耐久性研究的成果,并提出了今后的研究方向。 关键词: 混凝土耐久性 碳化 钢筋锈蚀 冻融 寿命预测 RECEN T STUDY AND RESEARC H DIRECTION S OF CONCRETE DURABILITY Lu M u (Dept.of Civil Eng rg.,Tsingh ua Univ. 100084) Abstract: Presented in this paper is a discription of th e background,significance and present dev elopm ent of concrete du rability s tudies.Recent accomplis hments are summ arized on th ree levels-material,component and structure.Directions of fu tu re res earch are also proposed. Keywords: concrete durability carbonation reinforcing s teel corrosion freeze-thaw s ervicelife p rediction 1 引 言 随着我国现代化进程的加快,各类社会基础设施的建设方兴未艾。这些构筑物大都为钢筋混凝土结构,其设计方法除了传统的强度、刚度等力学性能指标设计,还要考虑耐久性、经济性进行寿命设计。跨世纪的建筑不仅要求具有安全性、功能性,而且要求具有足够的耐久性[1]。 到本世纪末,我国现有房屋将有50%进入老化阶段,也就是说将有23.4亿m2的建筑面临耐久性问题[2]。如何对这些建筑进行科学的耐久性、经济性评定以及剩余寿命的预测,是当今土木工程领域的研究热点。 如何找到一种简便易行的钢筋混凝土结构剩余寿命的预测方法,该方法综合地考虑了结构的耐久性、安全性和经济性,并将其有机地结合起来,从而为在役结构的维修决策和新建结构的寿命设计提供依据,已成为当今混凝土研究的迫切任务。 2 混凝土耐久性研究的背景 所谓混凝土的耐久性,是指在使用过程中,在内部的或外部的,人为的或自然的因素作用下,混凝土保持自身工作能力的一种性 收稿日期: 1996-11-25