文档介绍：混凝土材料、工程与结构的耐久性问题(一)
一、混凝土耐久性的历史与现状
欧洲的输水故道、君士坦丁的巴西利卡会堂建筑、罗马的万神殿以及那不勒斯等地海岸上的罗马混凝土工程,尽管有的已经被海浪磨光了表面,有的长满了青苔,而混凝土却仍能保持完好。
但是,20世纪用波特兰水泥建造的钢筋混凝土结构则出现较迅速地劣化。当暴露在侵蚀环境,例如除冰盐和海水中,桥面板、停车场、海底隧道和其他海工结构在不到20年时间就出现严重的耐久性问题。
在20世纪30年代,刚开始大力兴建混凝土结构时,人们普遍认为它的设计使用寿命起码是100年,而且基本无须维护,还绰绰有余。直到70年代,混凝土过早劣化的现象,仍被看作是例外,认为是由于规范存在问题,或者材料与施工不当所引起。
混凝土结构的耐久性问题在美国引起轰动,是由1987年国家材料顾问委员会提交的报告所导致的。该报告写道:
大约 ,其中部分仅使用不到20年,就已经不同程度地破坏,。
同年,Litvan 和Bickley发表了对于加拿大停车场的检测报告,他们发现大量停车场在远比预计的服务寿命提前出现破坏的现象。Gerwick等人分别报道了一些国家的海底隧道、海洋桩基和铁路轨枕过早出现严重劣化的现象。而研究表明:这些结构物的设计、材料和施工都是符合现代技术发展水平的。
由于美国混凝土桥面板普遍出现开裂,因此转向使用高强度的混凝土,但是看来无济于事,甚至更严重:根据国家公路合作研究计划1995年的检查结果表明:上10万座混凝土桥面板在混凝土浇筑后一个月内就出现间隔1~3米的贯穿性裂缝。
因此,1996年美国又启动了了一个高性能混凝土(HPC)桥面板的项目,结合该项目工作选择了四个气候环境各异的州铺筑了HPC桥面板,但是到2000年止,它们无一例外地都出现了明显地开裂。
出于经济的、资源的、和环境的考虑,现在比以往更加注重混凝土的耐久性。
美国80,预计修补和翻修现有基础设施的年费用数以100亿美元计。2005年已经上升至600亿。许多公共机构已经为此消耗年建设投资中相当大的比例。
与更新相比,延长现有结构的使用寿命,减少维护费用的经济意义就越发重要。
发展更耐久的结构物,使用寿命达100年或者更长是当今可持续发展的战略的最重要措施。
“延长工程使用寿命是最大的生态与环境的保护,是最大的资源节约,是最可持续的发展”
二、混凝土耐久性概念
在良好的设计和制作的条件下,混凝土是一种相对耐久的材料(已知能使用百年以上)。但如果设计和制作不良,混凝土就容易劣化,使用寿命可以降至十几年以下,甚至几年。在某些环境下,没有混凝土是可以长久使用的。从而认识到,混凝土是一种只能有有限寿命的材料。
混凝土建筑物、组合体或构件、结构或产品在使用中有害的环境因素影响下能在指定的时间内维持最低限度性能的能力,称为耐久性。
混凝土寿命的定义
设计服役寿命—考虑到时间离散性后,结构在设计上能提供的降低至标的使用寿命的安全性时的服役寿命。
标的使用寿命—由一般规范、顾客或业主规定的使用寿命。
使用(服役)寿命—制造和安装后在常规维护条件下能满足或超过最低可接受性能的时间长短。
经济学服役寿命—制造和安装后使用至性能下降而维修加固的付出在经济上已经不合理的时间长短。
最终极限状态—与垮塌或其它类似形式的结构失效相联系的结构状态。
混凝土的寿命与使用环境息息相关
混凝土劣化(degradation)可以在各种化学(包括生物化学)或物理(包括荷载)的环境条件下进行。
必须注意,实际混凝土的劣化往往在多个不同的作用的复合影响下进行,其中一种(些)作用的结果会使另一些作用更容易进行。为了研究方便,往往分别考虑和研究不同的作用,但是,必须考虑多因素综合作用的结果。
因而历来就有总体论(holistics)和分解论(analytics)的两种不同研究路线和思维哲学。
三、混凝土耐久性各论
混凝土耐久性问题分类与重要性排序
(重要性依赖于工程所处环境)
(氯离子诱导引起>碳化和中性化引起)
(存在活性集料和较高碱含量下才重要)
(海水、地下水和土壤存在硫酸盐的环境)
(酸雨、生物及特殊酸性环境)
(除冰盐、海洋环境及沙漠环境)
(轨道交通的杂散电流腐蚀等)
(重要性依赖于工程所处环境)
1. 冻融破坏(具备反复冻融的环境)
2. 水淋溶与冲磨(水压下的长期水渗透或表面冲磨)
3. 荷载应力对腐蚀的促进作用
4. 大气温度和湿度反复交替的作用
混凝土钢筋锈蚀
钢筋锈蚀造成的混凝土结构的破坏和失效已成