混凝土耐久性关键技术讲座课件.ppt

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 水饱和程度水饱和程度 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

4、学计算）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，

5、有化，有21002100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

6、付出昂贵的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

7、需要修复的桥梁需要修复 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

8、了高性能混凝土的研究开发高潮。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

9、环境带来威胁.结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

10、十年来由于水泥性能、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

11、进度加快,实际实际耐久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

12、的抗渗性成倍降低，使钢筋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

13、工、连接缝和防水层是影响耐久性的薄弱环节，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

14、包括的内容：1 1 概念设计概念设计-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；

15、基于结构耐久性要求的施工工艺与质量验收标准；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

16、腐保护的钢筋护的钢筋 .表表1.0.7 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0.500.50300300C30C300.150.153.0

17、3.0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4040606050507575606085852 2墩台身、挡土结构、涵洞、梁、墩台身、挡土结构、涵洞、梁、板、拱圈、拱上建筑（受力主板、拱圈、拱上建筑（受力主筋）筋）3030

18、404045453 3人行道构件、栏杆（受力主筋）人行道构件、栏杆（受力主筋）2020252530304 4箍筋箍筋2020252530305 5缘石、中央分隔带、护栏等行缘石、中央分隔带、护栏等行车道构件车道构件3030404045456 6收缩、温度、分布、防裂等表收缩、温度、分布、防裂等表层钢筋层钢筋151520202525.1.0.8 1.0.8 位处位处类或类或类环境的桥梁，当耐久性类环境的桥梁，当耐久性确实需要时，其主要受拉钢筋宜采用环氧树脂确实需要时，其主要受拉钢筋宜采用环氧树脂涂层钢筋；预应力钢筋、锚具及连接器应采取涂层钢筋；预应力钢筋、锚具及连接器应采取专门防护措施。专门防护

19、措施。1.0.9 1.0.9 水位变动区有抗冻要求的结构混凝土，水位变动区有抗冻要求的结构混凝土，其抗冻等级不应低于表其抗冻等级不应低于表1.0.91.0.9的规定。的规定。桥梁所在地区桥梁所在地区海水环境海水环境淡水环境淡水环境严重受冻地区（最冷月月平均气严重受冻地区（最冷月月平均气温低于温低于-8-8）F350F350F250F250受冻地区（最冷月月平均气温在受冻地区（最冷月月平均气温在-4-4-8-8之间）之间）F300F300F200F200微冻地区（最冷月月平均气温在微冻地区（最冷月月平均气温在0 0-4-4之间）之间）F250F250F150F150.1.0.10 1.0.10

20、有抗渗要求的结构混凝土，其抗渗等级有抗渗要求的结构混凝土，其抗渗等级应符合表应符合表1.0.101.0.10的规定。的规定。最大作用水头与混凝土壁厚之最大作用水头与混凝土壁厚之比比抗渗等级抗渗等级5 5W4W45 51010W6W611111515W8W816162020W10W102020W12W12.规范强调了加强水平防收缩钢筋和箍筋的作用：规范强调了加强水平防收缩钢筋和箍筋的作用：9.3.8 T9.3.8 T形、形、I I形截面梁或箱形截面梁的腹板两侧，应设置形截面梁或箱形截面梁的腹板两侧，应设置直径为直径为6 68mm8mm的纵向钢筋，每腹板内钢筋截面面积宜为（的纵向钢筋，每腹板内钢筋

21、截面面积宜为（0.0010.0010.0020.002）bhbh，其间距在受拉区不应大于腹板宽度，且，其间距在受拉区不应大于腹板宽度，且不应大于不应大于200mm200mm，在受压区不应大于，在受压区不应大于300mm300mm。在支点附近剪力。在支点附近剪力较大区段和预应力混凝土梁锚固区段，腹板两侧纵向钢筋截较大区段和预应力混凝土梁锚固区段，腹板两侧纵向钢筋截面面积应予增加，纵向钢筋间距宜为面面积应予增加，纵向钢筋间距宜为100_150mm100_150mm。9.4.2 9.4.2 预应力混凝土预应力混凝土T T形、形、I I形截面梁和箱形截面梁腹板内应形截面梁和箱形截面梁腹板内应分别设置直

22、径不小于分别设置直径不小于10mm10mm和和12mm12mm的箍筋，且应采用带肋钢筋的箍筋，且应采用带肋钢筋，间距不应大于，间距不应大于250mm250mm；自支座中心起长度不小于一倍梁高；自支座中心起长度不小于一倍梁高范围内，应采用闭合式箍筋，间距不应大于范围内，应采用闭合式箍筋，间距不应大于100mm100mm。.提高后张预应力钢筋管道压浆的质量（关键因素）提高后张预应力钢筋管道压浆的质量（关键因素）9.4.12 9.4.12 预应力钢筋管道压浆用的抗压强度不应低于预应力钢筋管道压浆用的抗压强度不应低于30MPa30MPa。其水灰比宜为其水灰比宜为0.400.400.450.45。为减少

23、收缩，可通过试验掺入适量。为减少收缩，可通过试验掺入适量膨胀剂。膨胀剂。加强桥面铺装层的防水设计和施工（重要因素）加强桥面铺装层的防水设计和施工（重要因素）.1.0.8 1.0.8 位处位处类或类或类环境的桥梁，当耐久性确实类环境的桥梁，当耐久性确实需要时，其主要受拉钢筋宜采用环氧树脂涂层钢筋；需要时，其主要受拉钢筋宜采用环氧树脂涂层钢筋；预应力钢筋、锚具及连接器应采取专门防护措施。预应力钢筋、锚具及连接器应采取专门防护措施。1.0.9 1.0.9 水位变动区有抗冻要求的结构混凝土，其抗水位变动区有抗冻要求的结构混凝土，其抗冻等级不应低于表冻等级不应低于表1.0.91.0.9的规定。抗冻混凝土

24、应掺入的规定。抗冻混凝土应掺入适量引气剂，其伴合物的含气量按现行的适量引气剂，其伴合物的含气量按现行的公路桥涵公路桥涵施工技术规范施工技术规范JTJ041JTJ041规定的采用。规定的采用。1.0.10 1.0.10 有抗渗要求的结构混凝土，其抗渗等级应符有抗渗要求的结构混凝土，其抗渗等级应符合表合表1.0.101.0.10的规定。的规定。.提倡全寿命周期成本核算：提倡全寿命周期成本核算：建筑结构能够安全长久地使用，这就是最大的建筑结构能够安全长久地使用，这就是最大的节约。工程建设的投资不能只计算基建成本，还应该节约。工程建设的投资不能只计算基建成本，还应该考虑建成后在设计使用年限中的检修、维

25、护费用，实考虑建成后在设计使用年限中的检修、维护费用，实行全成本核算。为防止行全成本核算。为防止“政绩工程政绩工程”、“形象工程形象工程”、“献礼工程献礼工程”等短期行为造成更大的浪费，国家应等短期行为造成更大的浪费，国家应从政策上作出规定，加以控制。同时应配套地建立起从政策上作出规定，加以控制。同时应配套地建立起建筑物服役期内正常使用、定期检查、维护检修等制建筑物服役期内正常使用、定期检查、维护检修等制度，完善必要的法规、标准，并引入保险业来承担有度，完善必要的法规、标准，并引入保险业来承担有关的风险。关的风险。.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

26、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 水饱和程度水饱和程度 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.骨料，水泥浆体，浆体与骨料界面层骨料，水泥浆体，浆体与骨料界面层水泥浆体组成：水泥浆体组成：水化硅酸钙（水化硅酸钙（C-S-H凝胶），水化铝硫酸钙（少量）凝胶），水化铝硫酸钙（少量）氢氧化钙（强度差，易析出和遭盐、酸侵蚀，碱性），氢氧化钙（强度差，易析出和遭盐、酸侵蚀

27、，碱性），未水化水泥颗粒未水化水泥颗粒C-S-H凝胶孔隙（纳米级，与有害物质渗透关系不大），凝胶孔隙（纳米级，与有害物质渗透关系不大），毛细孔隙（原为拌合水占据空间，毛细孔隙（原为拌合水占据空间，0.015微米；高水灰比微米；高水灰比混凝土可到混凝土可到50微米，早期体积可占浆体微米，早期体积可占浆体40）气泡（裹入气泡和引气气泡）气泡（裹入气泡和引气气泡）.混凝土的抗渗性（抗侵入性）混凝土的抗渗性（抗侵入性）混凝土阻挡外部分子、离子或流体侵入传输到混凝土混凝土阻挡外部分子、离子或流体侵入传输到混凝土内部的能力内部的能力.钢筋在混凝土的高碱性环境中不会锈蚀，能在表面形钢筋在混凝土的高碱性环境中

28、不会锈蚀，能在表面形成氧化钝化膜，隔绝水分与氧气成氧化钝化膜，隔绝水分与氧气空气中的二氧化碳扩散到混凝土内部并与混凝土中的空气中的二氧化碳扩散到混凝土内部并与混凝土中的氢氧化钙反应生成中性的碳酸钙（碳化），降低混凝氢氧化钙反应生成中性的碳酸钙（碳化），降低混凝土碱度，当碳化从混凝土表面逐渐向里发展到钢筋表土碱度，当碳化从混凝土表面逐渐向里发展到钢筋表面位置，钝化膜破坏面位置，钝化膜破坏氯离子从混凝土表面扩散到钢筋表面并累积到临界浓氯离子从混凝土表面扩散到钢筋表面并累积到临界浓度，钝化膜破坏度，钝化膜破坏钝化膜破坏后，如有充足的水分与氧气供给，钢筋发钝化膜破坏后，如有充足的水分与氧气供给，钢筋发

29、生持续的锈蚀生持续的锈蚀.锈蚀前的初始阶段：碳化从混凝土表面发展到钢筋位置锈蚀前的初始阶段：碳化从混凝土表面发展到钢筋位置的时间，或氯离子从混凝土表面扩散到钢筋位置并积累的时间，或氯离子从混凝土表面扩散到钢筋位置并积累到临界浓度的时间到临界浓度的时间锈蚀发展阶段：从脱钝开始持续锈蚀到某一可接受的劣锈蚀发展阶段：从脱钝开始持续锈蚀到某一可接受的劣化程度的时间化程度的时间.相对湿度相对湿度RH碳化引起锈蚀碳化引起锈蚀氯离子锈蚀氯离子锈蚀50097003680161901298955012299233.传统设计方法传统设计方法Deem-to-satisfyMethod针对不同环境条件，针对不同环境条

30、件，对混凝土材料和结构构造规定不同要求对混凝土材料和结构构造规定不同要求（回避使用寿命要求）回避使用寿命要求）混凝土原材料（水泥、掺合料、外加剂、）混凝土原材料（水泥、掺合料、外加剂、）混凝土配合比（最大水胶比、最低胶凝材料用量）混凝土配合比（最大水胶比、最低胶凝材料用量）混凝土最低强度等级，抗冻等级，混凝土最低强度等级，抗冻等级，结构构造（保护层最小厚度，）结构构造（保护层最小厚度，）改进趋向改进趋向1、按不同劣化机理，细化环境类别及不同温、湿度作用按不同劣化机理，细化环境类别及不同温、湿度作用2、提出不同使用年限的不同要求、提出不同使用年限的不同要求.l设计使用年限设计使用年限有一定的保证

31、率或安全储备有一定的保证率或安全储备l极限状态极限状态与环境类别及结构特点有关与环境类别及结构特点有关l环境类别环境类别分分7类，主要按劣化机理类，主要按劣化机理l环境作用等级环境作用等级分分6级，级，AF.设计人员用以作为结构耐久性设计人员用以作为结构耐久性设计依据的目标使用年限设计依据的目标使用年限设计使用年限应由业主或用户与设计人共同确定，设计使用年限应由业主或用户与设计人共同确定，并满足有关法规的最低要求并满足有关法规的最低要求l设计基准期设计基准期为确定可变荷载为确定可变荷载(使用荷载、风雪荷载使用荷载、风雪荷载)及与时间有关的材料强度而选用的时间参数及与时间有关的材料强度而选用的时

32、间参数l使用年限使用年限结构建造完成后，在预定的使用与维护和结构建造完成后，在预定的使用与维护和修理条件下，能够满足原定性能要求的年限修理条件下，能够满足原定性能要求的年限l设计使用年限设计使用年限具有足够安全储备或保证具有足够安全储备或保证率率.设计使用年限的安全储备或保证率可以设计使用年限的安全储备或保证率可以用寿命安全系数或失效概率表示用寿命安全系数或失效概率表示定值法设计寿命安全系数凭工程经验和必要分析综合寿命安全系数凭工程经验和必要分析综合给定，考虑工程重要性，耐久性失效后果的严重性，修理的给定，考虑工程重要性，耐久性失效后果的严重性，修理的可行性与修理费用，环境作用、耐久性抗力和计

33、算方法本身可行性与修理费用，环境作用、耐久性抗力和计算方法本身的不确定性与不确知性的不确定性与不确知性概率分析方法寿命安全系数为均值使用年限与设计使寿命安全系数为均值使用年限与设计使用年限的比值，与设定的保证率或失效概率有关用年限的比值，与设定的保证率或失效概率有关若假定使用年限按对数正态分布，变异系数为若假定使用年限按对数正态分布，变异系数为0.5，对于对于适用性极限状态，如失效概率适用性极限状态，如失效概率5 5，K K在在2 2左右左右.耐久性设计的极限状态耐久性设计的极限状态钢筋锈蚀钢筋锈蚀预应力钢筋预应力钢筋开始锈蚀开始锈蚀普通钢筋普通钢筋顺筋开裂；或裂宽到顺筋开裂；或裂宽到0.1m

34、m碳化锈蚀与氯盐锈蚀可取不同状态碳化锈蚀与氯盐锈蚀可取不同状态混凝土腐蚀混凝土腐蚀轻微，不影响混凝土对钢筋的保护轻微，不影响混凝土对钢筋的保护.环境作用下的耐久性极限状态环境作用下的耐久性极限状态t1钢筋开始锈蚀；钢筋开始锈蚀；t2锈蚀到顺筋胀裂；锈蚀到顺筋胀裂；t3开裂至某一限值；开裂至某一限值；t4粘着力丧失；粘着力丧失；t5保护层剥落；保护层剥落；t6钢筋截面削弱，钢筋截面削弱，耐久性极限状态耐久性极限状态性能劣化到不再满足适用性、可修复性或安全性要求性能劣化到不再满足适用性、可修复性或安全性要求以某一不可接受的状态，如以某一不可接受的状态，如t1、t2或或t3，作为极限状态，作为极限状

35、态结构的耐久性设计，属于正常使用的极限状态结构的耐久性设计，属于正常使用的极限状态.l环境作用的后果首先是影响结构正常使用下适用环境作用的后果首先是影响结构正常使用下适用性，达到适用性极限状态而不是承载力极限状性，达到适用性极限状态而不是承载力极限状态的安全性。除非进行修复，否则就不能继续态的安全性。除非进行修复，否则就不能继续正常使用正常使用l但有的腐蚀损伤不易发现：但有的腐蚀损伤不易发现：高应力状态下工作的预应力钢索，吊杆，拉索等高强钢高应力状态下工作的预应力钢索，吊杆，拉索等高强钢材，锈蚀过程发展快，构件外观上并无保护层胀裂等征象材，锈蚀过程发展快，构件外观上并无保护层胀裂等征象出现，易

36、发生突然脆断破坏出现，易发生突然脆断破坏l环境作用下的安全性，用正常使用状态下的适用环境作用下的安全性，用正常使用状态下的适用性体现，就如早期的结构安全性设计用正常使性体现，就如早期的结构安全性设计用正常使用状态下的容许应力来体系一样用状态下的容许应力来体系一样.l1980年西柏林议会大厅预应力混凝土壳体屋顶年西柏林议会大厅预应力混凝土壳体屋顶部分塌部分塌毁毁l1985年英国威尔士一座节段拼装式预应力混凝年英国威尔士一座节段拼装式预应力混凝土桥倒塌土桥倒塌l1992年比利时一座后张预应力混凝土桥倒塌年比利时一座后张预应力混凝土桥倒塌l1992年英国运输部发布暂时停止设计后张预应年英国运输部发布

37、暂时停止设计后张预应力混凝土桥的禁令；过了力混凝土桥的禁令；过了4年以后才恢复年以后才恢复l我国近年因拉索锈蚀造成工程事故接连发生我国近年因拉索锈蚀造成工程事故接连发生l广东海印大桥（斜拉桥）的拉索锈断广东海印大桥（斜拉桥）的拉索锈断l四川宜宾小南门拱桥四川宜宾小南门拱桥二座桥的使用年限不到二座桥的使用年限不到10年年.1一般环境一般环境（无冻融，盐、酸等作用）（无冻融，盐、酸等作用）l室内干燥环境室内干燥环境Al非干湿交替的室内潮湿环境或露天环境，长期湿润环境非干湿交替的室内潮湿环境或露天环境，长期湿润环境Bl干湿交替环境干湿交替环境C2一般冻融环境一般冻融环境(无盐、酸等作用无盐、酸等作用

38、)l微冻地区，混凝土中度饱水微冻地区，混凝土中度饱水Bl微冻地区，混凝土高度饱水微冻地区，混凝土高度饱水Cl严寒和寒冷地区，混凝土中度饱水严寒和寒冷地区，混凝土中度饱水Cl严寒和寒冷地区，混凝土高度饱水严寒和寒冷地区，混凝土高度饱水D3近海或海洋环境近海或海洋环境l水下区水下区Dl大气区大气区轻度盐雾区轻度盐雾区D离平均水位离平均水位15m以上的海上大气区以上的海上大气区离涨潮岸线离涨潮岸线50m外至外至200m内的陆上室外环境内的陆上室外环境重度盐雾区重度盐雾区E离平均水位上方离平均水位上方15m以内的海上大气区，以内的海上大气区，离涨潮岸线离涨潮岸线50m内的陆上室外环境内的陆上室外环境l

39、水位变化区和浪溅区，非炎热地区水位变化区和浪溅区，非炎热地区El水位变化区和浪溅区，南方炎热地区水位变化区和浪溅区，南方炎热地区F.4除冰盐冻融环境除冰盐冻融环境混凝土中度饱水混凝土中度饱水E混凝土高度饱水混凝土高度饱水F5盐碱结晶环境盐碱结晶环境轻度盐碱结晶轻度盐碱结晶E重度盐类结晶重度盐类结晶F6大气污染环境大气污染环境汽车或机车废气汽车或机车废气C酸雨酸雨D（pH小于小于4时按时按E级）级）盐碱地区含盐大气和雨水盐碱地区含盐大气和雨水D，E，C7土中及地表、地下水中的化学腐蚀环境土中及地表、地下水中的化学腐蚀环境(海水环境除外海水环境除外).环境类别环境类别选定一种最主要的环境类别进行设

40、计选定一种最主要的环境类别进行设计多种环境作用影响多种环境作用影响 荷载对环境作用影响荷载对环境作用影响.按环境类别，环境作用等级，设计年限按环境类别，环境作用等级，设计年限确定：确定：1混凝土材料混凝土材料2结构构造和裂缝控制结构构造和裂缝控制3施工要求施工要求4使用阶段检测和维修使用阶段检测和维修5防腐蚀附加措施防腐蚀附加措施氯离子环境下的重要工程，按劣化模型计算复核氯离子环境下的重要工程，按劣化模型计算复核.1 1 混凝土材料选择混凝土材料选择1)1)选用低水化热、低选用低水化热、低C C3 3A A含量、偏低含碱量水泥含量、偏低含碱量水泥2)2)选用坚固耐久的洁净骨料，重视粗骨料级配及

41、选用坚固耐久的洁净骨料，重视粗骨料级配及 粒形粒形3)3)矿物掺和料作为一般情况下的必需组份矿物掺和料作为一般情况下的必需组份4)4)将适量引气作为常规手段将适量引气作为常规手段5)5)采用偏低的用水量采用偏低的用水量6)6)限制单方混凝土中胶凝材料最低和最高用量限制单方混凝土中胶凝材料最低和最高用量 7)7)尽可能降低胶凝材料中的硅酸盐水泥用量尽可能降低胶凝材料中的硅酸盐水泥用量 强度与耐久性的矛盾强度与耐久性的矛盾 粉煤灰粉煤灰 引气剂引气剂低水胶比与抗裂性的矛盾低水胶比与抗裂性的矛盾 .2 2 构造措施和裂缝宽度限制构造措施和裂缝宽度限制1)1)隔绝或减轻环境对混凝土的作用隔绝或减轻环境

42、对混凝土的作用 结构形状，防、排水，表面涂层或防腐层结构形状，防、排水，表面涂层或防腐层 2)2)为钢筋提供足够的混凝土保护层厚度为钢筋提供足够的混凝土保护层厚度 3)3)混凝土裂缝控制混凝土裂缝控制 混凝土表面裂缝宽度限制与保护层厚度的矛盾混凝土表面裂缝宽度限制与保护层厚度的矛盾 增加保护层厚度，表面裂宽将增大，但对防增加保护层厚度，表面裂宽将增大，但对防止钢筋锈蚀仍然非常有利。止钢筋锈蚀仍然非常有利。日本土木工程学会标准的规定日本土木工程学会标准的规定 .普通钢筋（主筋、箍筋和分布筋）的混凝土保护层厚度普通钢筋（主筋、箍筋和分布筋）的混凝土保护层厚度ccmin+预应力筋的混凝土保护层厚度预

43、应力筋的混凝土保护层厚度:无密封护套的比普通钢筋大无密封护套的比普通钢筋大 10 10 mm mm 环境作用等级为环境作用等级为C C或或C C级以上（对无粘结预应力钢筋为级以上（对无粘结预应力钢筋为B B或或B B级以上），应采用有级以上），应采用有防腐连续密封护套的预应力钢筋。防腐连续密封护套的预应力钢筋。.3 3 施工要求与施工质量验收施工要求与施工质量验收必须将施工质量保证作为耐久性设计中特殊重要的内容必须将施工质量保证作为耐久性设计中特殊重要的内容 表层混凝土质量混凝土养护质量表层混凝土质量混凝土养护质量 保护层厚度的施工允许误差保护层厚度的施工允许误差 质量检验质量检验 保护层厚度

44、，含气量，表层混凝土渗透性保护层厚度，含气量，表层混凝土渗透性 （现场回弹、抗拔、抗渗）（现场回弹、抗拔、抗渗）混凝土养护质量要在合同中规定奖惩办法混凝土养护质量要在合同中规定奖惩办法 抽样检测钢筋保护层厚度抽样检测钢筋保护层厚度 对表层混凝土渗透性作现场实测或钻芯测试对表层混凝土渗透性作现场实测或钻芯测试.钢筋位置的误差，钢筋位置的误差，5mm的施工误差，可使的施工误差，可使20mm保保护层厚度的墙、板钢筋开始锈蚀的年限缩短近一护层厚度的墙、板钢筋开始锈蚀的年限缩短近一半半养护不良影响更大养护不良影响更大DuraCrete指南中，指南中，7天的养护系数为天的养护系数为1天的天的2倍倍（氯离子

45、作用）和（氯离子作用）和4倍（碳化作用）可使工作寿命倍（碳化作用）可使工作寿命从从50年分别降到约年分别降到约25年和年和12.5年年施工质量对结构耐久性的重要性施工质量对结构耐久性的重要性.4 4 使用期内的维修和定期检测使用期内的维修和定期检测 使用年限与使用阶段维修紧密联系使用年限与使用阶段维修紧密联系 环境严重作用下的结构物必须定期检测环境严重作用下的结构物必须定期检测 设计文件中必须向业主与运营单位提出使用设计文件中必须向业主与运营单位提出使用 过程中的定期检测和维修要求过程中的定期检测和维修要求 .5防腐蚀附加措施防腐蚀附加措施环氧涂层钢筋环氧涂层钢筋混凝土表面防腐涂层、面层混凝土

46、表面防腐涂层、面层钢筋阻锈剂钢筋阻锈剂渗透模板渗透模板阴极保护阴极保护.影响碳化速率的主要因素：影响碳化速率的主要因素：l环境条件环境条件湿度、温度及其变化湿度、温度及其变化l二氧化碳浓度二氧化碳浓度l混凝土碱度混凝土碱度l混凝土中二氧化碳的扩散系数混凝土中二氧化碳的扩散系数.碳碳 化化DuracreteDuracrete指南提出的模型：指南提出的模型：各种碳化模型的普遍缺点是不能考虑干湿交替的影响各种碳化模型的普遍缺点是不能考虑干湿交替的影响onocesRttkkcx22.碳化引起锈蚀环境碳化引起锈蚀环境对付碳化锈蚀不应成为一个问题对付碳化锈蚀不应成为一个问题关键在于规范要提高标准，尤其关键

47、在于规范要提高标准，尤其干湿交替干湿交替和炎热环境下的要求和炎热环境下的要求表面裂缝宽度的限制也不表面裂缝宽度的限制也不应成为问题应成为问题横向裂缝能使裂缝截面处的普通钢筋提前发生局部锈蚀，但通常不横向裂缝能使裂缝截面处的普通钢筋提前发生局部锈蚀，但通常不会向周边和深部发展，只当保护层被碳化后，才能在钢筋表面发展全面会向周边和深部发展，只当保护层被碳化后，才能在钢筋表面发展全面稳定的锈蚀稳定的锈蚀混凝土规范的裂缝宽度限制不适用于较厚的保护层混凝土规范的裂缝宽度限制不适用于较厚的保护层预应力筋的应力腐蚀则不同预应力筋的应力腐蚀则不同.GB500102002规范中，要求规范中，要求100年设计寿命

48、的保护年设计寿命的保护层厚度为层厚度为50年的年的1.4倍（即倍（即ta），），这个规定值得这个规定值得探讨探讨碳化的深度到一定数值后有可能停止碳化的深度到一定数值后有可能停止事实上，仅在不会发生锈蚀的干燥环境，碳化速度才事实上，仅在不会发生锈蚀的干燥环境，碳化速度才与时间与时间t的的0.5次方成正比。潮湿环境（次方成正比。潮湿环境（RH=81%）下与下与t的的0.4次方成正比，长期湿润下（高湿度次方成正比，长期湿润下（高湿度又经常受雨淋）甚至与又经常受雨淋）甚至与t的的0.1次方成正比。次方成正比。.l必须引气必须引气(B级可不引气，但需提高一级选择混凝土级可不引气，但需提高一级选择混凝土)

49、l低水胶比的混凝土，不大于低水胶比的混凝土，不大于0.5，氯盐环境下不大于，氯盐环境下不大于0.4l新混凝土延迟受冻；加大构件厚度；避免混凝土受湿新混凝土延迟受冻；加大构件厚度；避免混凝土受湿混凝土抗冻性能指标用耐久性指数混凝土抗冻性能指标用耐久性指数DF表示表示100年与年与50年使用年限，在抗冻要求上的差别不明显年使用年限，在抗冻要求上的差别不明显（Fagerlund，黄士元，黄士元，Hobbs）.氯盐引起锈蚀氯盐引起锈蚀氯盐引起的钢筋锈蚀最为严重氯盐引起的钢筋锈蚀最为严重水下区混凝土缺氧，腐蚀速度极慢水下区混凝土缺氧，腐蚀速度极慢危险的是干湿交替区危险的是干湿交替区氯盐轻度腐蚀下，采用水

50、胶比不高于氯盐轻度腐蚀下，采用水胶比不高于0.4（或最多不超（或最多不超过过0.45）的矿物掺和料混凝土与适当的保护层厚度，）的矿物掺和料混凝土与适当的保护层厚度，一般能解决问题一般能解决问题干湿交替、使用寿命又长的重要工程部位，可能需要防干湿交替、使用寿命又长的重要工程部位，可能需要防腐蚀附加措施腐蚀附加措施氯盐环境下的裂缝宽度限制，不同标准差别较大氯盐环境下的裂缝宽度限制，不同标准差别较大.据据DuraCrete的研究，氯离子侵入混凝土的研究，氯离子侵入混凝土100年年或或50年后，浓度达到临界值处的深度，即所需保护年后，浓度达到临界值处的深度，即所需保护层厚度层厚度为：为：对于低水胶比的