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混凝土结构耐久性 1 混凝土结构耐久性基本概念 1.1 混凝土结构耐久性 混凝土结构的耐久性是通过耐久性设计保证混凝土结构具有经济合理的使用年限( 或使用寿命) ，体现节约资源和可持续发展的方针政策。根据建设部要求，由清华大学会同有关单位编制《混凝土结构耐久性设计规范》，作为国内混凝土结构耐久性设计的专用技术标准。 1 混凝土结构耐久性基本概念 1.2 耐久性极限状态 耐久性作用的特点是时间的积累。从观感缺陷、影响使用功能、降低承载力、到最终构件解体结构塌垮，很难用现有的极限状态作明确的描述。根据《工程结构可靠度设计统一标准》( GB50153—2008) ，目前暂将其列入正常使用极限状态进行设计控制。表现为以下状态:钢筋混凝土构件出现锈胀裂缝;预应力筋表面开始锈蚀;构件混凝土表层出现可见的耐久性损伤( 酥裂、粉化等)。当然，如果不及时处理而任由损伤继续发展，还会引起承载力问题，甚至破坏、倒塌。 1 混凝土结构耐久性基本概念 1.3 耐久性的定性设计方法 引起材料性能劣化的耐久性影响因素很多，规律复杂，不确定性太大，而且耐久性试验研究周期太长，除个别工程根据实际情况可以进行专门的定量设计以外，目前还只能根据调查分析和工程经验进行定性设计。设计内容包括四个方面:耐久性环境分类( 外因) ;对混凝土材料的性能要求( 内因) ;防止材料劣化的技术措施( 措施) ;使用期的检测维护要求( 维修)。 2 影响耐久性的环境类别 影响混凝土结构耐久性的重要因素是环境, 环境类别应根据其对混凝土结构耐久性的影响确定。 第( 一) 类环境类别为: 室内正常环境。 第( 二) a 类环境类别为: 室内潮湿环境。非严寒和非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境。 第( 二) b 类环境类别为: 严寒和非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境。 2 影响耐久性的环境类别 第( 三) 类环境类别为: 使用除冰盐的环境; 环境和寒冷地区冬季水位变动的环境; 滨海室外环境。这类环境在空气中含有大量的氯离子, 氯离子有很强的活性, 日长月久极易破坏钢筋表面的钝化膜而引起钢筋锈蚀; 水位变动的环境加上严寒和寒冷地区冬季的反复冻融, 往往对混凝土造成很大的损伤。 第( 四) 类环境类别为: 海水环境。如港口码头, 灯塔、海岛高脚屋等。港口的耐久性规定详情见《港口工程混凝土结构设计规范》。 第( 五) 类环境类别为: 受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境, 对于人为侵蚀性环境应根据《工业建筑防腐蚀设计规范》的有关规定进行耐久性设计。 3液态介质对混凝土结构的破坏形式 3.1 液态介质的腐蚀破坏 根据介质对混凝土的腐蚀过程和表现形式, 腐蚀破坏可分为如下三类: ( 1) 溶出型破坏 水泥石中的氢氧化钙在软水的长期作用下发生溶解, 使混凝土中的晶体接触强度受到损失. 在流水及水压力作用下, 溶解流失加剧, 使混凝土的碱度不断降低, 导致其它水化产物的分解溶蚀, 最终使混凝土结构破坏. 3液态介质对混凝土结构的破坏形式 ( 2) 分解型破坏 主要是某些酸性介质( 如碳酸、盐酸) 和镁盐对混凝土的腐蚀. 其破坏形式可用反应式表示如下: Mg2+ + Ca( OH) 2 = Ca2+ + Mg( OH) 2 2H+ + Ca( OH) 2 = Ca2+ + H2O ( 3) 膨胀型破坏 环境水中的硫酸根离子( 或硫酸盐生产介质) 与水泥水化产物中的氢氧化钙、水化铝酸钙发生如下反应: 3CaO Al2O3 6H2O+ 3SO2-4 + 3Ca( OH) 2+ 25H2O——3CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O+ 6OH- 生成的高硫型水化硫铝酸钙晶体( 即钙矾石) 因含有大量的结晶水, 使水泥比原有体积增加15倍以上, 在混凝土内部产生膨胀压力, 造成混凝土开裂. 3液态介质对混凝土结构的破坏形式 3.2 液态介质的盐结晶破坏 与混凝土相接触的盐溶液或海水, 在毛细张力的作用下, 可被混凝土毛细管提升. 当空气湿度降低时, 相应毛细孔中的水将向空气中蒸发, 同时, 毛细孔中的溶液将被浓缩,而形成盐的结晶, 并按其特有的结晶特征结晶生长. 当这种结晶生长作用受到毛细孔壁限制时, 对孔壁产生巨大的结晶压力, 致使混凝土开裂破坏. 3.3 钢筋腐蚀破坏 钢筋腐蚀破坏是混凝土保护层覆盖下钢筋的电化学腐蚀. 钢筋腐蚀产物的体积约为原钢筋的2~ 4 倍, 其膨胀压力远远大于混凝土的抗拉极限强度, 导致混凝土的开裂和钢筋失效. 海洋环境下氯盐引起的钢筋腐蚀破坏非常普遍. 在氯离子存在加之前述液态介质侵蚀下, 钢筋腐蚀更为剧烈. 预应力混凝土结构中的预应力筋在腐蚀介质作用下, 发生腐蚀破坏的后尤为严重. 4液态介质条件下混