混凝土结构的耐久性探讨

第36卷第2期36No.2西建筑　　　　　　　　　　　　　　　　Vol.　　　　　　　　　　山　　2010年1月Jan.　2010SHANXI　ARCHITECTURE

文章编号:1009-6825(2010)02-0092-02

混凝土结构的耐久性探讨

闫宏英

摘　要:探讨了土建结构工程的安全性与耐久性,提出了提高混凝土结构耐久性的措施,介绍了结构耐久性的度量,以解

决混凝土结构的耐久性问题,改善混凝土结构的耐久性。关键词:混凝土结构,安全性,耐久性,度量中图分类号:TU375

文献标识码:A

到“临界值”(1kg/m3)的时间,对于水灰比为0.40的情况约为

8年,对于水灰比为0.40的基础上再掺8%硅灰的情况约为18年。b.到达钢筋表面Cl-的浓度随年限而增加,对于水灰比为0.40的情况,50年可达7kg/m3,而对掺8%硅灰的情况,50年只有4kg/m3。2)增加混凝土保护层厚度。图2是描述50年海洋环境(年平均温度18℃)中的混凝土方桩混凝土厚度与Cl-扩散量之间的关系图。由图2可以看出:a.Cl在混凝土中的浓度(含量)是随混凝土深度(厚度)的增加而减小,说明增加混凝土保护层厚度对于减缓Cl的渗透量也是很有效的;b.在同样环境条件

-下,混凝土的水灰比越低和更加密实,Cl在混凝土中的浓度(含量)随之明显降低,并随混凝土深度(厚度)的增加而衰减越快,说明密实的混凝土再适当增加保护层厚度,对于阻止Cl-的扩散更有效。3)最大限度地防止混凝土裂缝的产生。

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1　土建结构工程的安全性与耐久性

1)安全性。结构设计必须有足够的安全保证率或安全储备。

这是由于结构需要承受的荷载以及结构的材料性能、设计计算方法、施工质量等均存在着许多不确定性与不确知性。所以规范规定了结构必须承受的荷载设计值应该是上述标准值乘以大于1的荷载分项系数(或荷载安全系数)加以放大;同时在确定结构构件所具有的承载能力(决定于构件尺寸及所用钢材和混凝土材料的强度)时,应该将材料强度的标准值除以大于1的材料强度分项系数(或材料强度安全系数)加以缩小。显然,荷载的标准值和荷载与材料强度的安全系数规定的愈高,就表示结构的安全设置水准愈高,设计的结构愈加安全。

2)耐久性。混凝土结构的耐久性是当前困扰土建基础设施的世界性问题,应当引起我国有关主管部门和设计施工单位的足够重视。土建结构工程的耐久性与工程的使用寿命相联系,是使用期内结构保持正常功能的能力。这一正常功能包括结构的安全性和结构的适用性,而且更多地体现在适用性上。长期以来,人们一直以为混凝土应是非常耐久的材料。直到20世纪70年代末期,发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境因素影响下出现过早损坏。发达国家为混凝土结构耐久性投入了大量科研经费并积极采取应对措施。

2　混凝土结构的耐久性设计

2.1　氯盐引起的钢筋锈蚀及耐久性设计

按照P.K.Mehta的观点,钢筋腐蚀在影响混凝土耐久性的诸因素中是排在第一位的。我国存在着广泛的氯盐环境,氯盐引起的钢筋腐蚀对混凝土耐久性影响的问题必须给予足够的重视。当钢筋表面Cl-浓度达到或超过“临界值”时,钝化膜开始破坏,钢筋腐蚀发生、发展,锈蚀产物膨胀(2倍～6倍),使混凝土顺筋开裂;钢筋腐蚀加速,裂纹扩展,混凝土与钢筋之间的粘结力下降,结构力学性能下降;钢筋断面损失,结构局部或整体破坏、垮塌;对于预应力结构,可能在钢筋腐蚀表观不严重的情况下突然垮塌。Cl-对钢筋的锈蚀作用主要有以下几方面:1)破坏钝化膜;2)形成“腐蚀电池”;3)Cl-的阳极去极化作用;4)Cl-的导电作用;5)Cl-与水泥的作用及对钢筋锈蚀的影响。

由以上分析可知,氯盐对钢筋的腐蚀属于电化学过程,受综合性、多因素影响。因此,单一防护措施往往不能奏效,应该采取综合性措施。其基本措施有以下几点:

1)最大限度提高混凝土的密实性。图1是关于Cl-渗透量与钢筋混凝土结构年限之间关系的描述图。这里混凝土保护层厚度是65mm,处在飞溅区,年平均温度为19℃,混凝土表面Cl-浓度(C0)为15kg/m3。由图1可以看出:a.钢筋表面Cl-在浓度达

收稿日期:2009-09-29

作者简介:闫宏英(1975-),女,工程师,聊城市规划建筑设计院,山东聊城　252000

2.2　碳化引起的钢筋锈蚀

大气中的CO2通过混凝土的孔隙溶解于毛细管中的液相,并与水泥水化产生的碱性物质反应,生成中性的CaCO3,使混凝土

中的碱度降低,在适当的环境下导致钢筋脱钝生锈。其他酸性气体如SO2也可使混凝土中性化。Cl进入混凝土,可使钝化膜破坏,导致钢筋脱钝生锈。钢筋锈蚀后生成物是原体积的3倍以上,引起混凝土保护层顺筋胀裂、脱落,钢筋与混凝土之间粘着力下降,锈蚀引起钢筋截面损失、力学性能降低,刚度、承载力逐步下降,从而影响结构的适用性和安全性。鉴于影响开始锈蚀和锈胀开裂时间的许多因素具有很强的随机性和不确知性,耐久性设计应有一定的安全系数,结合工程经验可取安全系数1.1～1.2。应

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第36卷第2期36No.2西建筑　　　　　　　　　　　　　Vol.　　　　　　　　　　　　　　　　　山2010年1月Jan.　2010SHANXI　ARCHITECTURE文章编号:1009-6825(2010)02-0093-03

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大跨度预应力混凝土楼盖动力特性实测

牟东明　徐洪胜　刘秦生　朱兆国

摘　要:结合具体工程实例,对大跨度预应力混凝土楼盖进行了动力特性实测,介绍了实测方案和测试步骤,并对测试结果进行了分析,得出了该建筑竖向振动舒适度满足要求的结论,积累了大跨度楼盖舒适度设计经验。关键词:大跨度预应力混凝土楼盖,体育建筑,竖向振动,舒适度中图分类号:TU378.5文献标识码:A

　　随着结构分析和施工技术的提高、新型高强轻质材料的运

用,预应力混凝土楼盖在体育建筑及大跨空间结构中的使用日趋广泛,以满足大空间、开敞式环境等功能的要求。对于大跨度楼盖结构,在满足强度、变形要求的同时,在设计阶段还应充分考虑竖向振动舒适度问题。大跨度楼盖竖向振动舒适度问题涉及振根据设计使用年限,不同环境作用等级按相应的耐久性设计准则选取混凝土强度等级和保护层。

源(激励荷载)、传播途径(楼盖)和振动接收者(居住者)。大跨度楼盖竖向振动舒适度的合理评价及设计标准需同时考虑这三方面[1]。无论采用哪个标准,其核心的技术难题都是对楼盖动力特性的准确把握,由于楼盖结构系统的复杂性,采用现场实测的方式是确定楼盖动力特性的最好方法[2]。因此,本文结合青岛体育中构及其部件能在预定的期限内维持其所需的最低性能要求的能力”。这两者基本代表了目前对结构耐久性这一概念的理解。这里需要强调的是两者所提出的“材料性能的恶化”和“材料性能劣化”是界定耐久性问题的关键。安全性和适用性是对可靠性的基本分类;耐久性是可靠性中涉及材料性能退化的特殊问题,它指结构在规定的时间内,在规定的条件下,在可能引起材料性能退化的环境影响下,完成预定功能的能力,或者属于适用性,或者属于安全性。耐久性既可从时间角度,也可从结构状态的角度用概率来度量,而且两者所对应的可靠概率相等。这一点对于当前耐久性的研究具有重要的意义。

混凝土建筑物所处环境凡是有正负温交替、混凝土内部含有较多水的情况,混凝土都会发生冻融循环,以致疲劳破坏。因此,混凝土的冻融破坏是混凝土耐久性最具代表性的指标。混凝土结构在冻融环境条件下,耐久性定量化设计模式如图3所示。

2.3　冻融环境下混凝土结构的耐久性设计

4　结语

混凝土结构的耐久性及耐久性设计现已成为结构工程学科发展研究的前沿,而我国不论在耐久性研究或耐久性要求的设计

水准上,与国外相比存在非常大的差距。我国当前正进行空前规模的基础设施工程建设,改善混凝土结构的耐久性迫在眉睫。参考文献:

[1]　洪乃丰.氯盐引起的钢筋锈蚀及耐久性设计考虑[M].北

京:中国建筑工业出版社,2006.[2]　王庆霖,牛荻涛.碳化引起的钢筋锈蚀[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

3　结构的耐久性及其度量

范

[3]

虽然结构耐久性的概念应用已久,但国际标准、欧洲规

以及我国的可靠度设计统一标准[1,4]并未将结构耐久性作为

[2]

术语使用。文献[1]对所谓“足够的耐久性能”作了如下解释:“结构在规定的工作环境中,在预定时间内,其材料性能的恶化不致

导致结构出现不可接受的失效概率”“在正常维护条件下,结构能

冻融环境下混凝土结构的耐久性设计[M].北京:够正常使用到规定的设计使用年限”。对“结构耐久性”的定义为:[3]　李金玉.

中国建筑工业出版社,2007.“结构及其部件在可能引起材料性能劣化的各种作用下能够长期维持其应有性能的能力”“预定作用和预期的维修与使用条件下,结

[4]　姚继涛,李　琳,马景才.结构的时域可靠度和耐久性[J].工业建筑,2006,36(sup):23-24.

Durabilitydiscussionoftheconcretestructure

YANHong-ying

Abstract:Safetyanddurabilityofthecivilstructureprojectisdiscussed,measuresofimprovingconcretestructuredurabilityisprovided,de-greeofthestructuredurabilityisintroduced,soastosolvedurabilityproblemoftheconcretestructure,andimprovedurabilityoftheconcretestructure.

Keywords:concretestructure,safety,durability,degree

收稿日期:2009-09-07

作者简介:牟东明(1962-),男,高级经济师,青岛国信体育产业发展有限公司,山东青岛　266035

徐洪胜(1972-),男,高级工程师,青岛国信体育产业发展有限公司,山东青岛　266035刘秦生(1946-),男,高级工程师,青岛国信体育产业发展有限公司,山东青岛　266035朱兆国(1972-),男,高级工程师,青岛国信体育产业发展有限公司,山东青岛　266035