混凝土耐久性关键技术讲座.ppt.ppt

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1、 混凝土结构的耐久性是指结构对气候、化学侵混凝土结构的耐久性是指结构对气候、化学侵蚀、物理作用或任何其他破坏过程的抵抗能力。蚀、物理作用或任何其他破坏过程的抵抗能力。混凝土结构耐久性问题主要表现为：混凝土损伤混凝土结构耐久性问题主要表现为：混凝土损伤（裂缝、破碎、磨损等）；钢筋的锈蚀、脆化、疲劳（裂缝、破碎、磨损等）；钢筋的锈蚀、脆化、疲劳、应力腐蚀；钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的削弱、应力腐蚀；钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的削弱等三个方面。等三个方面。主要影响因素：主要影响因素：材料的自身特性、设计与施工质量、环境条件、材料的自身特性、设计与施工质量、环境条件、使用条件和防护措施。使用条件和

2、防护措施。l钢筋锈蚀钢筋锈蚀 氯离子引起氯离子引起 水水 氧氧 近海环境、除冰盐环境，氯离子从外表侵入近海环境、除冰盐环境，氯离子从外表侵入 海砂、防冻盐用于混凝土，氯离子拌入海砂、防冻盐用于混凝土，氯离子拌入 碳化引起碳化引起 二氧化碳二氧化碳 水水 氧氧l冻融破坏冻融破坏 水饱和水饱和程度程度 冻融循环次数冻融循环次数 混凝土损伤剥落混凝土损伤剥落l硫酸盐、酸、软水侵蚀硫酸盐、酸、软水侵蚀l碱骨料反应碱骨料反应1 1）一般作用）一般作用 一般荷载与强制变形一般荷载与强制变形 永久荷载永久荷载-自重，土压力自重，土压力 可变荷载可变荷载-使用荷载（人群、车辆）、风、雪使用荷载（人群、车辆）、

3、风、雪2 2）偶然作用）偶然作用 地震、爆炸、撞击等地震、爆炸、撞击等3 3）环境作用（或环境影响）环境作用（或环境影响）温度、湿度及其变化，降水，冰冻等大气作用；温度、湿度及其变化，降水，冰冻等大气作用；土体、水体、空气中有害化学物质作用土体、水体、空气中有害化学物质作用作用作用承载力极限状态下承载力极限状态下安全性安全性正常使用下正常使用下适用性适用性设计的设计的主要内容主要内容规定作用规定作用下构件承下构件承载力安全载力安全性性结构结构整体整体牢固牢固性性变形、变形、裂缝、裂缝、振动等振动等控制控制耐久性耐久性一般一般作用作用疲劳疲劳持久持久荷载荷载强度设计强度设计（力学计算）（力学计算

4、）偶然偶然作用作用整体牢固整体牢固性设计性设计环境环境作用作用安全性通过正常使用下安全性通过正常使用下的适用性加以保证的适用性加以保证（将劣化程度控制在规（将劣化程度控制在规定的容许值以内）定的容许值以内）耐久性耐久性（防腐蚀）（防腐蚀）设计设计l混凝土是世上用量最大的人造材料混凝土是世上用量最大的人造材料l基础设施工程主要用混凝土结构建造基础设施工程主要用混凝土结构建造l混凝土结构的耐久性已成为世界性问题混凝土结构的耐久性已成为世界性问题1998年美国土木工程学会年美国土木工程学会报告报告 美国现有美国现有29%29%以上的桥梁和以上的桥梁和1/31/3以上的道路老以上的道路老化，有化，有2

5、1002100个水坝不安全，估计需有个水坝不安全，估计需有1.31.3万万亿美元改善其安全状态亿美元改善其安全状态又据资料报道又据资料报道 到到2020世纪末美国共有桥梁约世纪末美国共有桥梁约100100万座，超过万座，超过1/41/4有缺陷有缺陷 由于改进了桥梁耐久性设计方法并采用了许多由于改进了桥梁耐久性设计方法并采用了许多新的防腐技术，美国新建桥梁的耐久性比二、三新的防腐技术，美国新建桥梁的耐久性比二、三十年前有很大改善，预期已能满足十年前有很大改善，预期已能满足75年以上设计年以上设计寿命寿命 但是过去建成的桥梁已无法改变，仍将继续为但是过去建成的桥梁已无法改变，仍将继续为其付出昂贵的

6、维修费用直至最后拆除重建其付出昂贵的维修费用直至最后拆除重建 美国每年用于基础设施修复的费用约为这些基础美国每年用于基础设施修复的费用约为这些基础设施总资产的设施总资产的10%10%研究认为，对于桥梁等生命线工程，因修复、更研究认为，对于桥梁等生命线工程，因修复、更换造成交通延误等间接损失更大，间接经济损失是换造成交通延误等间接损失更大，间接经济损失是直接用于桥梁修复费用的直接用于桥梁修复费用的1010倍。倍。在加拿大，为修复其劣化损坏的全部基础设施工在加拿大，为修复其劣化损坏的全部基础设施工程估计需耗费程估计需耗费5000亿美元亿美元 在英国，据说有在英国，据说有1/31/3的桥梁需要修复的

7、桥梁需要修复 发达国家土建设施腐蚀造成的年损失发达国家土建设施腐蚀造成的年损失约占约占GDP的的1.52%，其中主要是混凝土结构腐蚀，其中主要是混凝土结构腐蚀70年代起，混凝土耐久性问题开始在发达国家大年代起，混凝土耐久性问题开始在发达国家大量出现。量出现。针对混凝土过早劣化，发达国家不断提高混凝土针对混凝土过早劣化，发达国家不断提高混凝土的强度要求与密实性，研究混凝土与钢筋的防腐蚀技的强度要求与密实性，研究混凝土与钢筋的防腐蚀技术，并对路桥等工程要求按全寿命费用分析进行设计。术，并对路桥等工程要求按全寿命费用分析进行设计。80年代中期起掀起了高性能混凝土的研究开发高年代中期起掀起了高性能混凝

8、土的研究开发高潮。潮。90年代起，大力开展混凝土结构耐久性设计方法年代起，大力开展混凝土结构耐久性设计方法的研究。的研究。我国目前水泥年产量如配置混凝土，年人均近我国目前水泥年产量如配置混凝土，年人均近3.3吨吨混凝土用量过大，过度开采矿石和砂、石已在混凝土用量过大，过度开采矿石和砂、石已在许多地方造成资源破坏，严重影响环境和景观。许多地方造成资源破坏，严重影响环境和景观。每生产每生产1t水泥熟料消耗大量燃煤与电能，并排放水泥熟料消耗大量燃煤与电能，并排放约约1t二氧化碳二氧化碳 混凝土过早劣化，处置废旧工程的混凝土垃圾混凝土过早劣化，处置废旧工程的混凝土垃圾将给环境带来威胁将给环境带来威胁结

9、构耐久性不足的主要原因结构耐久性不足的主要原因l工程设计的耐久性标准过工程设计的耐久性标准过低低l工程施工进度的不适当追求工程施工进度的不适当追求l缺乏正常检测与维修缺乏正常检测与维修l构件强度设计的安全设置水准过低构件强度设计的安全设置水准过低结构设计规范主要考虑荷载作用下的结构构安全性，结构设计规范主要考虑荷载作用下的结构构安全性，环境作用下的耐久性设计被置于次要和从属地位环境作用下的耐久性设计被置于次要和从属地位规范中没有结构设计寿命和耐久性设计的明确要求规范中没有结构设计寿命和耐久性设计的明确要求耐久性设计要求，未能随着几十年来由于水泥性能、耐久性设计要求，未能随着几十年来由于水泥性能

10、、施工条件、环境条件的巨大转变而与时俱进施工条件、环境条件的巨大转变而与时俱进配筋混凝土配筋混凝土我国我国美国美国英国英国最低强度最低强度等级等级C15C25C30（C25）碳化锈蚀碳化锈蚀露天雨淋环露天雨淋环境下保护层境下保护层厚度板板2cm梁梁3cm3.8cm（d16）C35,3.5cm干湿交替下干湿交替下C40，4cm严重冻融严重冻融仅水工规范仅水工规范要求引气要求引气要求引气要求引气要求引气要求引气日本规范规定的更高（最低相当于日本规范规定的更高（最低相当于C35C35，100100年寿命为年寿命为C45C45）由于水泥强度提高和施工进度加快由于水泥强度提高和施工进度加快,实际实际耐久

11、性质耐久性质量大幅度下降量大幅度下降早强水泥配制的混凝土，内部微结构和后期强度发展早强水泥配制的混凝土，内部微结构和后期强度发展不良，易开裂，耐久性差不良，易开裂，耐久性差水泥细度增加水泥细度增加强度容易提高强度容易提高掺入石灰等辅助材料且比例越来越高掺入石灰等辅助材料且比例越来越高为加快施工进度而掺入早强剂等为加快施工进度而掺入早强剂等早期强度上去了而其他力学性能指早期强度上去了而其他力学性能指标下降了，包括耐久性指标，化学污染也上去了标下降了，包括耐久性指标，化学污染也上去了粉煤灰的应用粉煤灰的应用l养护不良使表层混凝土的抗渗性成倍降低，使钢筋开养护不良使表层混凝土的抗渗性成倍降低，使钢筋

12、开始锈蚀的年限成倍缩少始锈蚀的年限成倍缩少 1 1天养护与天养护与7 7天养护，可使碳化引起锈蚀年限缩减天养护，可使碳化引起锈蚀年限缩减为原来的为原来的1/41/4l抢工省略必要检验工序，使钢筋位置出现偏差钢筋的抢工省略必要检验工序，使钢筋位置出现偏差钢筋的保护层厚度如在施工中缩减一半，出现锈蚀年限将缩保护层厚度如在施工中缩减一半，出现锈蚀年限将缩减为原来的减为原来的1/41/4 保护层厚度的保护层厚度的5 510mm10mm施工允差，甚至能使施工允差，甚至能使钢筋锈蚀的年限发生成倍差别钢筋锈蚀的年限发生成倍差别l结构各种施工、连接缝和防水层是影响耐久性的薄弱结构各种施工、连接缝和防水层是影响

13、耐久性的薄弱环节，其质量在快速施工中最不易保证。环节，其质量在快速施工中最不易保证。l结构耐久性需要有正确使用和正常检测与维修相结构耐久性需要有正确使用和正常检测与维修相配合配合l重新建、轻维修，是土建建设管理工作中的重大重新建、轻维修，是土建建设管理工作中的重大缺陷缺陷l对于基础设施工程，应在设计中进行结构全寿命对于基础设施工程，应在设计中进行结构全寿命经济分析与评价经济分析与评价l只有适当加大初始投资费用，强化结构耐久性，只有适当加大初始投资费用，强化结构耐久性，才是最经济有效的途径才是最经济有效的途径 混凝土结构耐久性设计一般包括的内容：混凝土结构耐久性设计一般包括的内容：1 1 概念设

14、计概念设计-结构的选型、布置和构造应有利于减轻环结构的选型、布置和构造应有利于减轻环境因素对结构的作用；境因素对结构的作用；2 2 混凝土材料和钢筋的选用混凝土材料和钢筋的选用-材料的耐久性质量要求；材料的耐久性质量要求；3 3 确定耐久性所需的混凝土保护层厚度；确定耐久性所需的混凝土保护层厚度；4 4 防排水等构造措施；防排水等构造措施；5 5 混凝土裂缝的控制要求；混凝土裂缝的控制要求；6 6 在严重环境作用下可能需要采取的多重防护措施和在严重环境作用下可能需要采取的多重防护措施和防腐蚀附加措施；防腐蚀附加措施；7 7 基于结构耐久性要求的施工工艺与质量验收标准；基于结构耐久性要求的施工工

15、艺与质量验收标准；8 8 结构使用阶段的维护与检测要求。结构使用阶段的维护与检测要求。混凝土结构耐久性设计的基本措施混凝土结构耐久性设计的基本措施 1 1 采用高耐久性混凝土，增强混凝土的密实度采用高耐久性混凝土，增强混凝土的密实度，提高混凝土自身的抗破损能力，提高混凝土自身的抗破损能力 2 2 加强桥面排水和防水层设计，改善桥梁的环境加强桥面排水和防水层设计，改善桥梁的环境作用条件作用条件 3 3 改进桥梁结构设计，包括加大混凝土保护层厚改进桥梁结构设计，包括加大混凝土保护层厚度；加强构造钢筋，防止裂缝发展；采用具有防腐保度；加强构造钢筋，防止裂缝发展；采用具有防腐保护的钢筋护的钢筋 表表1

16、.0.7 1.0.7 结构混凝土耐久性的基本要求结构混凝土耐久性的基本要求环境环境类别类别环境条件环境条件最大最大水灰比水灰比最小最小水泥水泥用量用量最低混最低混凝土强凝土强度等级度等级最大氯最大氯离子含离子含量量(%(%）最大最大含碱含碱量量温暖或寒冷地区温暖或寒冷地区的大气环境；与的大气环境；与无侵蚀性的水或无侵蚀性的水或土接触的环境土接触的环境0.550.55275275C25C250.300.303.03.0严寒地区的大气严寒地区的大气环境、使用除冰环境、使用除冰盐环境；滨海环盐环境；滨海环境境0.500.50300300C30C300.150.153.03.0海水环境海水环境0.450.45300300C35C350.100.103.03.0受侵蚀性物质影受侵蚀性物质影响的环境响的环境0.400.40325325C35C350.100.103.03.0序号序号构构 件件 类类 别别环环 境境 条条 件件、1 1基础、桩基承台基础、桩基承台 基坑底面基坑底面有垫层或侧面有模板有垫层或侧面有模板（受力钢筋）（受力钢筋）基坑底面无基坑底面无垫层或侧面无模板垫层或侧面无模板40406