混凝土结构的耐久性.ppt

混凝土结构耐久性设计
哈尔滨工业大学张树仁
新颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)(以下简称《桥规 JTG D62》)在总则中增加了耐久性设计内容,提出了公路桥涵结构应根据所处的环境条件进行耐久性设计的概念。2004年5月出版的中国土木工程学会标准《混凝土结构耐久性设计与施工指南》(CCES01-2004)(以下简称《ES01》)进一步提出了混凝土结构及其构件的耐久性应根据不同的设计年限及相应的极限状态和不同的环境类别及其作用等级进行设计的概念,明确提出了环境作用下混凝土结构耐久性设计与施工的基本原则与要求。
长期以来,人们受混凝土是一种耐久性能良好的建筑材料这一认识的影响,忽视了钢筋混凝土结构性问题,造成了钢筋混凝土结构耐久性研究的相对滞后,并为此付出了巨大的代价。
我国1989年颁布的《混凝土结构设计规范》(GBJ10-89)和1985年颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ023-85)涉及结构耐久性的内容很少,除了一些保证结构耐久性的构造措施的一般规定之外,只对影响混凝土耐久性的裂缝宽度加以控制。实践证明,裂缝控制对结构耐久性设计并不起决定性作用。新颁布的《桥规 JTG D62》增加了耐久性设计内容,特别是《耐久性设计与施工指南》(CCES01)提出的混凝土结构应根据不同设计年限及相应的极限状态和不同的环境类别及其作用等级进行耐久性设计的概念,明确提出了环境作用下混凝土结构的耐久性设计与施工的基本原则与要求,是结构设计理念上的重大突破,是工程结构科学的重大技术进步,对提高设计质量具有指导意义。
第一章混凝土结构损伤与耐久性
混凝土结构的耐久性是指结构对气候作用、化学侵蚀、物理作用或任何其他破坏过程的抵抗能力。
由于混凝土的缺陷(例如裂隙、孔道、汽泡、孔穴等),环境中的水及侵蚀性介质就可能渗入混凝土内部,产生碳化,冻融,锈蚀作用而影响结构的受力性能。并且结构在使用年限内还会受到各种机械物理损伤(腐损,撞击等)及冲刷、溶蚀、生物侵蚀的作用。混凝土结构的耐久性问题表现为:混凝土损伤(裂缝、破碎、酥裂、磨损、溶蚀等);钢筋的锈蚀,脆化、疲劳、应力腐蚀;以及钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的削弱等三个方面。从短期效果而言,这些问题影响结构的外观和使用功能;从长远看,则会降低结构安全度,成为发生事故的隐患,影响结构的使用寿命。
影响混凝土结构耐久性的因素十分复杂,主要取决于以下四个方面:
(1)混凝土材料的自身特性;
(2)混凝土结构的设计与施工质量;
(3)混凝土结构所处的环境条件;
(4)混凝土结构的使用条件和防护措施。
第一章混凝土结构损伤与耐久性


—骨料反应


混凝土的碳化
混凝土的碳化是指混凝土中氢氧化钙与渗透进混凝土中的二氧化碳和其它酸性气体发生化学反应的过程。一般情况下混凝土呈碱性,在钢筋表面形成碱性薄膜,保护钢筋免遭酸性介质的侵蚀,起到了“钝化”保护作用。碳化的实质是混凝土的中性化,使混凝土的碱性降低,钝化膜破坏,在水分和其它有害介质侵入的情况下,钢筋就会发生锈蚀。
氯离子的侵蚀
氯离子对混凝土的侵蚀是氯离子从外界环境侵入已硬化的混凝土造成的。海水是氯离子的主要来源,北方寒冷地区向道路、桥面洒盐化雪除冰都有可能使氯离子渗入混凝土中。氯离子对混凝土的侵蚀属于化学侵蚀,氯离子是一种极强的去钝化剂,氯离子进入混凝土,到达钢筋表面,并吸附于局部钝化膜处时,可使该处的PH值迅速降低,破坏钢筋表面的钝化膜,引起钢筋腐蚀。
氯离子侵蚀引起的钢筋腐蚀是威胁混凝土结构耐久性的最主要和最普遍的病害,造成了巨大的损失,应引起设计、施工及养护管理部门的重视。
碱—骨料反应
碱—骨料反应一般指水泥中的碱和骨料中的活性硅发生反应,生成碱—硅酸盐凝胶,并吸水产生膨胀压力,造成混凝土开裂。碱—骨料反应引起的混凝土结构破坏程度,比其他耐久性破坏发展更快,后果更为严重。碱—骨料反应一旦发生,很难加以控制,一般不到两年就会使结构出现明显开裂,所以有时也称碱骨料反应是混凝土结构的“癌症”。
对付碱骨料反应重在预防,因为混凝土结构一旦发生碱骨料反应破坏,目前还没有更可靠的修补措施。防止混凝土碱骨料反应的主要措施是:选用含碱量低的水泥;不使用碱活性大的骨料;选用不含碱或含碱低的化学外加剂;通过各种措施,控制混凝土的总含碱量不大于3kg/m3。