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技术文章
混凝土结构的耐久性设计

1.环境因素决定了混凝土结构的耐久性

  1.1使用环境分类。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。*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。这部分主要是考虑基础、地下室、人防工程等在浸水情况下的耐久性。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。第三类环境类别为:使用除冰盐的环境;严寒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。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。对于自然侵蚀性物质影响的环境应根据水文地质勘察报告,确定自然侵蚀物侵蚀性的强弱,采取相应的防护措施,否则极易引起事故。

  1.2混凝土的基本要求。影响混凝土耐久性的一个重要因素是混凝土本身的质量。论文参考。提高密实度而减少混凝土的渗透性可以减缓侵蚀性物质侵入混凝土内部的速度,而这又与混凝土的强度等级、水灰比等因素有关。论文参考。由于氯离子可引起钢筋锈蚀,所以根据不同的环境类别限制混凝土中氯离子的含量。当混凝土中含有碱活性骨料时,在露天和潮湿的环境中,碱和骨料内的活性颗粒产生碱—骨料反应造成混凝土表面产生裂缝,加速侵蚀性物质的破坏作用。

2.耐久性设计的内容

    我公司和国内各大院校合作研发的混凝土(结构)耐久性试验室即ZHS系列多功能气候模拟试验室,可在一定范围内模拟自然环境中的温度、湿度、日照、淋雨、盐雾、霜冻、大气酸雨(CO2、SO2气体)等环境。该试验室环境模拟采用了制冷、加热、除湿、加湿和紫外线辐射等设备,同时在室内布置喷液管、喷气管,用以喷入盐雾、酸雨、低浓度的CO2和SO2气体等。

    建成后将为承担土木工程领域的建筑、桥梁、隧道、码头、公路、铁路和城市轨道交通相关的国家重大基础科学项目和国家重点(重大)工程项目提供试验研究平台。各大院校建成拥有功能全、规模大、自动化控制的大型步入式人工环境模拟试验室,可以完善院校的土木工程结构耐久性研究系统,取得一批国内外先进的高水平研究成果,继续保持土木工程学科的混凝土结构耐久性研究方向在国内的优势学术地位,进一步提升研究水平,提高科技创新能力,加速人才培养,为今后争取国家重点科研计划项目和国家省部级重点土木工程科研项目提供科学研究平台。

3.设计使用年限

  普通混凝土是以水泥为胶结材料,以天然砂、石为骨料加水拌合,经过搅拌浇筑成型,养护凝结硬化形成的固体材料。由于物理、化学作用,施工、环境因素的影响,混凝土是带裂缝工作的。

  当混凝土结构裂缝较大时,侵蚀性物质会通过裂缝渗入混凝土内部到达钢筋表面引起锈蚀。钢筋锈蚀养化后体积膨胀将混凝土保护层涨裂,反过来又加速钢筋锈蚀,zui后导致保护层剥落。钢筋锈蚀后,钢筋的有效面积减小,强度降低导致结构承载力下降。另一方面锈蚀钢筋的抗滑移能力降低,有可能导致结构出现滑移破坏。由此可见随着时间的推移,混凝土结构可能出现承载力方面的问题,有时甚至会是脆性破坏。这就是混凝土耐久性问题的根源。

  由于耐久性问题对结构抗力的影响,所以混凝土结构不仅应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算,而且还应保证其在相当长的时期内满足设计规定的功能要求。这个时间区段称为“设计使用年限”。

  4.结语

    目前环境模拟试验技术发展迅速,科技成果不断涌现,需要掌握环境模拟技术的发展动态和技术水平,根据土木工程结构环境试验的具体要求,研究土木工程结构环境模拟试验室关键技术。在此基础上,建设高标准、高水平土木工程结构的环境模拟试验室,为各大院校校土木工程科学的快速发展就显得尤为必要。因此,利用环境模拟技术,建设大型多功能自动控制混凝土结构环境模拟室,可以人工模拟各种大气环境、工业环境的单一因素或综合因素作用,开展混凝土环境试验及相关理论研究。在实验室对混凝土材料、结构的基本热学、力学、收缩、徐变、损伤等特性及其与各种气候环境、海洋环境、腐蚀环境的定量关系进行全面系统的仿真研究,加强材料与结构的学科交叉。针对小型构件或大型结构仿真模型,真实再现工程实际环境,进行结构裂缝的开裂机制、开裂应力发展变化、裂缝形成、结构破坏的全过程跟踪试验研究,达到从表观至本质、微观至宏观的规律解析,裂控研究将会有较大的突破。因此研究混凝土环境模拟试验室技术是非常必要的,对保证结构的安全性、耐久性有重要意义。

 

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