混凝土结构的耐久性设计ppt课件

.
长期以来，人们受混凝土是一种耐久性能良好的建筑料这 一认识的影响，忽视了钢筋混凝土结构耐久性问题，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。国内外大量调查分析发现，引起混凝土结构 耐久性失效的原因存在于结构设计、施工及维修的各个环 节。虽然在许多国家的设计规范中都明确规定钢筋混凝土 结构的耐久性要求，但是，这一宗旨并没有充分地体在具 体设计条文中，致使在以往的乃至现在的工程设计中普遍 存在重视强度设计而轻视耐久性设计的现象。我国1989年 颁布的《混凝土结构设计规范》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》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。
.
(2) 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，北方寒冷的冬季向 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，对结构的危害是多方 面的，但最终表现为钢筋的锈蚀。 （3）碱骨料反应 碱—骨料反应一般指水泥的碱和骨料中的 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”。
.
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。 混凝土材料的自身特性和结构的设计与施工质量是决定其耐
久性的内因。混凝土的材料组成，如水灰比、水泥品种和 数量，骨料的种类与级配都直接影响混凝土结构的耐久性。 混凝土的缺陷（例如裂缝，气泡，空穴等）都会造成水分 和侵蚀性物质渗入混凝土内部，与混凝土发生物理化学作 用，影响混凝土结构的耐久性。
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥 涵设计规范》
（JTG D62 — 2004） 学习与应用讲评
张树仁
哈尔滨工业大学 二零零四年
.
第三章 混凝土结构的耐久性设计
新颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范》 (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《耐久性设计与施工指南 CCES01》)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。
.
(4) 冻融循环破坏 渗入混凝土中的水在低温下结冰膨胀，从内部破坏混凝土的 微观结构。经多次冻融循环后，损伤积累将使混凝土剥落酥 裂，强度降低。 (5) 钢筋锈蚀 钢筋腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性和使用寿命的重要因 素。混凝土中钢筋腐蚀的首要条件是混凝土的碳化和脱钝， 只有将覆盖钢筋表面的碱性钝化膜破坏，加之有水分和氧的 侵入，才有可能引起钢筋的腐蚀。钢筋腐伴有体积膨胀， 使混凝土出现沿钢筋的纵向裂缝，造成钢筋与混凝土之间的 粘结力破坏，钢筋截面面积减少，使结构构件的承载力降低， 变形和裂缝增大等一系列不良后果，并随着时间的推移，腐 蚀会逐渐恶化，最终可能导致结构的完全破坏。
.
值得注意的是，几乎所有侵蚀混凝土和钢筋的作用都需要有 水作介质。另一方面，几乎所有的侵蚀作用对混凝土结构的 破坏都与侵蚀作用引起的混凝土膨胀，并都与最终的混凝土 开裂有关。而且当混凝土结构开裂后，腐蚀速度将大大加快。 混凝土结构的耐久性将进一步恶化。在影响混凝土结构耐久 性的诸多因素中，钢筋锈蚀危害最大，钢筋锈蚀与混凝土碳 化有关，混凝土保护层碳化是钢筋锈蚀的前提，水分、氧气 的存在是引起钢筋锈蚀的必要条件。因此，提高混凝土结构 耐久性的根本途径是增强混凝土密实度，防止或控制混凝土 开裂，阻止水分的侵入；加大混凝土保护层的厚度，防止由 于混凝土保护层碳化引起钢筋钝化膜的破坏。
.
混凝土结构所处的环境条件和防护措施，是影响混凝土结 构耐久性的外因。外界环境因素对混凝土结构的破坏是环 境因素是对混凝土结构物理化学作用的结果。环境因素引 起的混凝土结构损伤或破坏主要有： （1）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。
.
一、混凝土结构的耐久性
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。
.
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 和不同的环境进行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。