混凝土耐久性的研究_应用和发展趋势
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年
混 凝 土 耐 久 性 的研 究
陈 改新
∀ !
#
、
应用和 发展趋势
#
‘,
,
鲁 一晖
∀
中国 水利 水 电科 学研 究院
,
北京
,
% ∃
混 凝土 耐久 性 专业 委 员 会 &
提
要
总结 了 混凝 土 耐 久 性的研 究现状
混凝土
,
。
! 影 响评 价
成 本分析 & 等 新 认 识
,
、
新方 法 的 出现 将会 为
克 服 混 凝 土 结构 在 服 役 过 程 中的过 早 劣化 问题 的支 撑 我 国 于 上世 纪 %
技 术交 流 和 普及
。
实现 混 凝 土 技 术 的可 持续 发 展 提供 强有 力
,
年代 末 开 始 注 意 混 凝 土 耐久 性 问题
,
、
件 & 层 次 承载 力 和 安全 的影响评 价 !健 康 诊断 &
四 个方 面
/
使用 寿命 预测
、
修 复补 救
根据造 成 混 凝 土 劣化 的 主 导 因 素 和 机理 钢 筋锈 蚀 冻 融 作用 盐 类 侵蚀
/
、
混 凝 土 耐 久 性 问题 研 究 主 要 集 中在 以 下
、
氯盐 腐 蚀 !海 洋 及近 海 环 境 除冰 盐 环 境
,
。
对碳
化 引 起 的钢 筋锈 蚀破坏
,
现 在 已经 能 够用 数 学模 型 比较准 确地 评 估和 预 测
=Χ Ε
Δ
。
对 氯离 子侵蚀
引起 的 钢 筋 锈 蚀破 坏 尽 管 全 世界 范围 内基 于 过 程 建 立 了许 多模 型 取 得共 识和 令 人 信服
,
。
第 二 定 律 描 述氯 离子 在 混 凝 土 中的扩 散
、
设 计 提 出 了 明 确 要求
,
引起 了土 木 工 程 界 的 高度 重 视
加 大 了对 耐 久 性 研 究 的 支持 力 度
并纷纷 制定具 有 行 业 特 点 的 混 凝 土 耐久 性规 范和 技 术规
第 十 四届 全国 混 凝土 及 预应力混 凝 土 学术会 议 论文
年
定
。
近 年 来 召 开 的 混 凝 土 材料 科学 和技 术的 学 术会 议
修 复补 救措 施
、
在 材料 层 次 上 对 各 种 破
,
坏 形 式 的 劣化 机 理 和 对 策
的 定 性 分 析成 果
,
耐 久性 测 试 和 评 定 标准
0
劣化 状态 识别 等 方 面 取 得 了丰 富成 熟
将 劣 化机 理 和 性 能衰
,
但 在劣 化状 态 对 材 料 性 能 的 影 响方 面 的研 究 不 足
,
曾 以动 弹性模量 损失作 为损伤 参数 展 开 了室 内外 冻
,
融 作 用 的对 比关 系和 冻 融 作用 下 混 凝 土 力 学性 能退 化 规 律 的研 究
初步探 讨 了 在冻融环 境
中混 凝 土 的 耐久 性 定 量 化 设计和 寿 命预测
列 首位
,
〔 引
。
由碳化 和 氯 离子 侵 蚀 引起 的钢 筋锈蚀 导 致混 凝土 结 构破坏 而 造 成 的经 济 损 失和 危 害名 针 对钢 筋锈 蚀 进行 耐 久 性 定 量 分 析和 寿 命 预测 也 是相 对 比较 系统 和 全 面 的
这 对我 国 混 凝 土 耐久性 的 研 究 和 应 用
。
混 凝 土 技 术 的 可 持续 发 展 来说 是 迈 出 的 坚 实
而 有 力一 步
耐 久 性研 究现 状
混 凝 土 的耐 久 性 贯 穿 混 凝 土 结 构 设 计
、
材 料选择
、
。
、
施 工 和 运行 管理 的全 过程
。
研 究混 根据 研 防劣 化
。
制定 的 检 测 混 凝 土 抗 冻 耐 久 性 的试
、
抗 冻标 号 & 和 技 术 要 求 也 成 为规 范 性 文 件
但耐 久性指 数
抗冻 标 号 很难 直 接用
第 十四届 全 国混凝 土 及预 应 力 混 凝土 学 术 会 议论文
年
于 定量 预测 混 凝 土 在特 定 环 境 中 的 使 用 寿 命 也 很 难用 于 己建 工 程 的 耐 久性 和 安 全 性 评 价
“
但 仍然 没 有科 学 家能预 言可 替代 水泥 混 凝土 的 建筑材 料新 品 种 从 上 世纪 ∃ ∋ ( 年 代 开 始
, ,
水泥 混 凝 土 被 认 为是 耐 久
、
西 方 国 家 出 于 战 后重 建
,
。
,
工业 化
。
城 市化 以 及能源 开 发
,
的 需要
用 混 凝 土 修 建 了 大量 的 基础 设施
变规 律有 定性 分 析 转 变成 定 量 分析 存 在 很大 困难
大 多数 基 于 材 料层 次研 究成 果提 出 的 材 造成
。
料耐 久 性 测试 方 法 和 评 定 标 准 不适 合用 作 混凝 土 结 构 的 使 用寿 命 预 测 和 耐 久性 评价
了 当前 混 凝 土 耐 久 性 研 究在材 料层 次 和 结构 层 次 的脱 节 以 混 凝 土 的冻 融耐 久 性 为 例
凝 土 的耐 久 性 不 能脱 离结构 型式 Nhomakorabea、
应 力状态
0
环境 条件 !包括 大环 境和 局 部环 境 &
。
究对 象 可 分为 材 料层 次 技术 措施
措 施等
#
。 、
、
构件层 次和 结 构层次
材料层 次 的研 究重 点 是 劣 化 机 理
、
、
评 定标准 和 劣 化状 态识 别 等
结 构 !构件 & 层 次 的研 究更 注重 劣化 对 结 构 !构 极 限 状态判 断
、
但 模 型 中关键参 数取 值 的科学 性 以及 模 型计 算结果 的 可 靠 性 尚不 能 理论 上 讲
,
只 要 知 道 混 凝 土 表面 的 氯 离 子 浓 度
,
氯 离子 在混 凝 土 中
”
的 扩 散 系数
,
、
钢 筋混 凝 土 的保 护层 厚度
。
再 确 定 一 个使 钢 筋 脱钝
, ,
“
临界 氯 离子浓 度
。
∀)( ∗
年 145 3 6
7
提 出 了混 凝 土 冻 融 破坏 的 毛细 孔 水结 冰
∀)
静 水压 假 说
,
之 后又 与
,
25 8
0 : < 9 ; 一 起提 出 了 渗透 压 假 说
,
∗
年 => 5 ? 6
〔 Β ∃
。
8: ≅ Α
提 出 了混 凝 土
,
抗 冻 性 的 临界 水 饱 和 度理 论
,
∀) )
年 中 国 土 木 工 程 学 会混 凝
、
土 与 预 应力混 凝土 分 会 成 立 了 混 凝 土 耐 久 性 专 业 委 员 会 推动 混 凝 土 耐 久 性 的研究
至
)
应用
、
年 举办 过
,
,
次全 国 性 的 学 术交流 会 和
”,
次专题 讨论 会
/
。
年
∀
月 国 务 院颁 布 的第
“
号 令 −建 设 工 程质 量 管 理 条 例 . 第 二 十 一 条 明 确 规定
,
#
∃
万 座 混 凝 土 桥梁 的 桥 面板
,
其 中部 分仅 使用 不到
〔 幻
。 。
年
,
就 己 经 发 生 不 同程 度地
使 用 年 限远 低 于 ( 一 ∗ 年 的 设 计 寿命
是 混凝 土 不 耐 久 + 还 是 对 混 凝土 用 于 严 酷
腐蚀 环 境 的认识 和 技 术 储 备 不 足 + 我 们坚 信 答案是 后 者
“
临界 氯离子 浓 度
,
的确定
。
不 同 研究者 给 出 的 临 界 值 可 能 相 差 数倍
、
这 可 能与 具 体 工 程 混 凝
、
钢 筋特 性
混凝 土 结构所 处 地域 的温湿度 和 水质 环 境 等 多方 面 因 素 有 关
“
的情
”
。
况下 就可 以 计算 出 钢 筋 开 始 锈 蚀 的时 间 亦 即可 以 推算 和 预 知 混凝 土 结 构 的 使 用 寿 命
但 工 程的 实 际 情 况 并非如 此 简 单 随 着 混凝 土 龄 期 是 变化 的
,
首先
氯 离 子 扩 散系数 受温 度
、
湿 度 的影 响很 大
,
,
而且
,
初 期随 着水 泥 水化 程度 的提高逐 渐减 小
、
盐 湖环 境 海砂及 外 加 剂 &
、
,
保 护层 中性化 !碳化
# #
/ /
大 气污 染 及 酸 雨
盐 水 冻融 !海 水
,
、
、
酸 性介质 &
、
,
杂 散 电流 腐蚀
、
淡 水冻融
、
、
硫 酸 盐 ! 镁盐 & 侵 蚀 酸性 土
#
盐 湖 等 & 盐 冻 !除 冰 盐 & 出 性侵 蚀 !渗 透 溶 蚀 碳 酸 盐 侵 蚀 & 溶