文档介绍：《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 学****与应用讲评
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《ES01》)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。
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。
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《ES01》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。
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。
一、混凝土结构的耐久性
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。
(2) ***离子的侵蚀
***离子对混凝土的侵蚀是***离子从外界环境侵入已硬化的混凝土造成的。海水是***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***离子渗入混凝土中。***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”。
(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。钢筋腐蚀伴有体积膨胀,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