第6章-砼构件的变形、裂缝及耐久性

多媒体辅助教学课程混凝土结构设计原理ConcreteStructure,本节习题,本节例题,6.1受弯构件的挠度验算6.2受弯构件的裂缝宽度验算述,外观感觉,裂缝过宽：钢筋锈蚀导致承载力降低，影响使用寿命,心理承受：不安全感，振动噪声,对非结构构件的影响：门窗开关，隔墙开裂等,振动、变形过大,对其它结构构件的影响,影响正常使用：如吊车、精密仪器,承载能力极限状态,结构的功能,对于超过正常使用极限状态的情况，由于其对生命财产的危害性比超过承载力极限状态要小，因此相应的可靠度水平可比承载力极限状态低一些。,Sk：作用效应标准值，如挠度变形和裂缝宽度，应根据荷载标准值和材料强度标准值确定。以受弯构件为例，在荷载标准值产生的弯矩可表示为，Msk=CGGk+CQQk,由于活荷载达到其标准值Qk的作用时间较短，故Msk称为短期弯矩，其值约为弯矩设计值的50%70%。由于在荷载的长期作用下，构件的变形和裂缝宽度随时间增长，因此需要考虑长期荷载的影响，长期弯矩可表示为，Mlk=CGGk+yqCQQkyq为活荷载准永久值系数（quasi-permanentload）,计算依据：应力阶段Ia，此时的弯矩称为开裂弯矩标准值Mcr。,或,平截面假定，受拉区边缘纤维应变等于混凝土受弯极限拉应变,受压区混凝土应力于应变成正比，压区应力图形为三角形,受拉区混凝土应力假定为矩形，强度为混凝土轴心抗拉强度标准值ftk,截面各纤维应变：,受拉钢筋应变：,受压钢筋应变：,受压区边缘混凝土应变：,式中：Xcr是裂缝即将出现时的受压区高度。,截面各纤维应力：,受拉钢筋应力：,受压钢筋应力：,受压区边缘混凝土应力：,式中：EEs/Ec是钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值。,由平衡条件得（依据上述应力图形）：,将上述应力关系代入，得：,则,式中：,由截面对中和轴的力矩平衡条件得：,近似取Xcr=0.5h，=0.08h，代入上式并整理得：,或,采用换算截面，按与原截面开裂弯矩相等的原则，将应力图形简化为：,则,则：,式中：m为截面抵抗塑性系数基本值；,W0为换算截面受拉区边缘的弹性抵抗矩。,由力的平衡条件可得开裂轴向拉力：,多媒体辅助教学课程混凝土结构设计原理ConcreteStructure,1、主要形式,位置：受拉翼缘的侧面和底面,方向：垂直于受拉主筋,分布：临近跨中部分较密，渐向两端较稀,位置：距支座一定距离的梁的受拉区,方向：向跨中倾斜约4560,分布：两端近支座处较密，渐向跨中较稀,位置：腹板较薄处,方向：垂直于梁轴线,分布：由梁的半高线上下延伸，裂缝中间宽两端窄,2、裂缝产生原因,混凝土抗拉强度低,钢筋混凝土结构产生裂缝的原因可分两大类：一类为荷载直接引起的裂缝；另一类为非荷载原因引起的裂缝,其产生原因主要有下列：温度变化；地基不均匀沉降；混凝土收缩，及其塑性变形；钢筋锈蚀；水泥水化热；水泥的碱液与活性骨料的化学反应。,3、裂缝的危害,裂缝开展宽度过大，大气中的水汽和侵蚀性气体进入裂缝，引起主筋锈蚀，使主筋有效截面积减小，导致构件强度降低；,由于冰冻和水化作用，日久会影响构件的耐久性，缩短构件使用寿命。,钢筋混凝土梁是在带裂缝状态下工作的，裂缝的出现和一定限度的开展并不意味着构件的破坏，但有一定的危害性：,裂缝即将出现,第一批裂缝出现,裂缝分布及开展,图6-5裂缝的分布及开展,由于钢筋与砼之间存在粘结，随着距裂缝截面距离的增加，砼中又重新建立起拉应力sc，而钢筋的拉应力则随距裂缝截面距离的增加而减小。当距裂缝截面有足够的长度l时，混凝土拉应力sc增大到ft，此时将出现新的裂缝。,1、裂缝的出现,在裂缝出现前，砼和钢筋的应变沿构件的长度基本上是均匀分布的。当砼的拉应力达到ftk时，首先会在构件最薄弱截面位置出现第一条（批）裂缝。裂缝出现瞬间，裂缝截面位置的砼退出受拉工作，应力为零，而钢筋拉应力应力产生突增Dss=ft/r，配筋率越小，Dss就越大。,2裂缝的开展,当荷载达到0.5Mu00.7Mu0时，裂缝基本“出齐”。两条裂缝的间距小于2l，由于粘结应力传递长度不够，砼拉应力不可能达到ft，因此将不会出现新的裂缝，裂缝的间距最终将稳定在（l2l）之间，平均间距可取1.5l。裂缝间距的计算公式即是以该阶段的受力分析建立的。裂缝出齐后，随着荷载的继续增加，裂缝宽度不断开展。裂缝的开展是由于混凝土的回缩，钢筋不断伸长，导致钢筋与混凝土之间产生变形差，这是裂缝宽度计算的依据。由于混凝土材料的不均匀性，裂缝的出现、分布和开展具有很大的离散性，因此裂缝间距和宽度也是不均匀的。但大量的试验统计资料分析表明，裂缝间距和宽度的平均值具有一定规律性，是钢筋与混凝土之间粘结受力机理的反映。,图6-7粘结应力传递长度,由内力平衡条件,联立,1、轴拉构件,上式表明，当配筋率r相同时，钢筋直径越细，裂缝间距越小，裂缝宽度也越小，也即裂缝的分布和开展会密而细，这是控制裂缝宽度的一个重要原则。但上式中，当d/r趋于零时，裂缝间距趋于零，这并不符合实际情况。试验表明，当d/r很大时，裂缝间距趋近于某个常数。该数值与保护层c和钢筋净间距有关，钢筋的表面特征的影响用deq代替d，根据试验分析，对上式修正如下，,可将受拉区近似作为一轴心受拉构件，根据粘结力的有效影响范围，取有效受拉面积Ate=0.5bh+(bf-b)hf，因此将式中配筋率r的用以下受拉区有效配筋率替换后，即可用于受弯构件,采用rte后，裂缝间距可统一表示为，,2、受弯构件,规范在若干假定的基础上，根据裂缝出现机理，建立理论公式，然后按试验资料确定系数，得到相应的裂缝宽度计算经验式，属于半理论半经验公式。,平均裂缝宽度m等于裂缝区段内钢筋长混凝土平均伸长的差值：,即,6-23,6-24,1.裂缝宽度的一般计算公式：,c裂缝间混凝土伸长对裂缝宽度的影响系数，对受弯、轴拉、偏心受力构件均可取0.85；,平均裂缝间距；,计算截面处纵向受拉钢筋的拉应力；,纵向受拉钢筋相同水平处侧表面混凝土的平均拉应变；,2.系数确定：,与受力特性有关的系数,c保护层厚度,轴心受拉=1.1,受弯、偏心受压、偏拉=1.0,式中：,d钢筋直径,纵向受拉钢筋的表面特征系数,光面=0.7,变形=1.0,te截面的有效配筋率,T形,返回,sk按荷载效应的标准组合计算的混凝土构件裂缝截面处纵向受拉钢筋的应力，由平衡条件求得。,1)轴心受拉：,2)受弯构件：,式中：Nk按荷载效应的标准组合计算的轴向拉应力。,式中：Mk按荷载效应的标准组合计算的弯矩值。,3）偏心受拉构件：,式中：e轴向拉力作用点至受压区或受拉较小边纵向钢筋合力点的距离；,yc截面重心至受压或较小受拉边缘的距离。,4）偏心受压构件：,eNk至受拉钢筋As合力点的距离；,h0纵向受拉钢筋合力点至受压区合力点的距离，,且,；近似取,式中,当偏心受压构件的l0/h14时，还应考虑侧向挠度的影响，此时：,s使用阶段得轴向压力偏心距增大系数,6-30,（3）钢筋应力的不均匀系数：,物理意义：反映裂缝间受拉混凝土对纵向受拉钢筋应变的影响程度。,当1.0时，取=1.0；,对直接承受重复荷载的构件，取=1.0。,1、确定最大裂缝宽度的方法：,最大裂缝宽度由平均宽度乘以“扩大系数”得到。,“扩大系数”由试验结果的统计分析并参照使用经验得到。,“扩大系数”的确定主要考虑以下两种情况：,（1）在一定荷载组合下裂缝宽度的不均匀性；,（2）在长期荷载作用下，由于混凝土收缩徐变等影响导致裂缝间受拉混凝土不断退出工作。,实测表明，裂缝宽度具有很大的离散性。取实测裂缝宽度wt与上述计算的平均裂缝宽度wm的比值为t。大量裂缝量测结果统计表明，t的概率密度分布基本为正态。取超越概率为5%的最大裂缝宽度可由下式求得，,式中d为裂缝宽度变异系数，裂缝扩大系数t：对受弯和偏压构件，试验统计得d=0.4，故取t=1.66。对于轴心受拉和偏心受拉构件，由试验结果统计得t=1.9。,长期荷载的影响：由于混凝土的滑移徐变和拉应力的松弛，会导致裂缝间混凝土不断退出受拉工作，钢筋平均应变增大，使裂缝随时间推移逐渐增大。混凝土的收缩也使裂缝间混凝土的长度缩短，也引起裂缝随时间推移不断增大。荷载的变动，环境温度的变化，都会使钢筋与混凝土之间的粘结受到削弱，也将导致裂缝宽度不断增大。根据长期观测结果，长期荷载下裂缝的扩大系数为tl=1.5。,荷载长期效应裂缝扩大系数,扩大系数,平均裂缝宽度,一般公式：,混凝土设计规范最大裂缝宽度计算公式：,式中：c最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离（mm）；,deq纵向受拉钢筋的等效直径（mm）；,ni、di分别为受拉区第i种纵向受拉钢筋的根数；,（mm）,vi为第i种纵向受拉钢筋的相对粘结特性系数；,光圆钢筋：vi=0.7,带肋钢筋：vi=1.0,acr构件受力特征系数,轴心受拉,acr=1.51.90.851.1=2.7,荷载长期效应裂缝扩大系数tl,裂缝扩大系数t,满载折减系数,与受力特性有关的系数,返回,混凝土设计规范最大裂缝宽度验算公式：,混凝土设计规范规定的允许最大裂缝宽度。,公路桥规最大裂缝宽度验算公式：,公路桥规规定的允许最大裂缝宽度。,混凝土设计规范最大裂缝宽度限值：,确定依据,外观要求,耐久性要求（为主）,公路桥规最大裂缝宽度限值：,一般大气环境下,荷载组合：0.2mm,荷载组合或：0.25mm,严重暴露情况：0.25mm,采用小直径筋、变形筋，分散布置；（提高粘结力）,在普通钢筋砼梁中，不使用高强钢筋；合适的保护层厚度,构造措施：,避免外形突变；（减少应力集中）,配纵向水平钢筋；（控制腹板收缩裂缝）,纵向主筋在支座处加强锚固。,应用预应力混凝土技术,控制水灰比，振捣密实，提高混凝土密实度；,加强养护；,严格控制混凝土配合比，不加有害早强剂；,正确控制混凝土保护层厚度。,定期对梁体裂缝检查；,注意梁体所处环境的变化，注意防锈。,多媒体辅助教学课程混凝土结构设计原理ConcreteStructure,1、保证结构的使用功能要求。结构构件产生过大的变形将影响甚至丧失其使用功能，如支承精密仪器设备的梁板结构挠度过大，将难以使仪器保持水平；屋面结构挠度过大会造成积水而产生渗漏；吊车梁和桥梁的过大变形会妨碍吊车和车辆的正常运行等。2、防止对结构构件产生不良影响。如支承在砖墙上的梁端产生过大转角，将使支承面积减小、支承反力偏心增大，并会引起墙体开裂。3、防止对非结构构件产生不良影响。结构变形过大会使门窗等不能正常开关，也会导致隔墙、天花板的开裂或损坏。4、满足结构外观要求，保证使用者的感觉在可接受的程度之内。过大振动、变形会引起使用者的不适或不安全感。,变形限值fff为挠度变形限值。,由材料力学知，匀质弹性材料梁的跨中挠度为：,S是与荷载形式、支承条件有关的挠度系数；,截面抗弯刚度EI体现了截面抵抗弯曲变形的能力，同时也反映了截面弯矩与曲率之间的物理关系。,截面弯曲刚度的特点：,1）对于弹性均质材料截面，EI为常数，M-f关系为直线,2）对于钢筋混凝土构件，EI是变化的。M-f关系不是直线,3）截面弯曲刚度随荷载增大而减小，随时间的增长而减小。荷载短期效应组合下的抗弯刚度为短期刚度Bs；荷载长期效应组合影响的抗弯刚度为长期刚度B。,式中：Es纵向受拉钢筋的弹性模量：As纵向受拉钢筋的截面面积；h0构件截面的有效高度；E钢筋与混凝土的弹性模量比值，EEs/Ec,纵向受拉钢筋配筋率，As/bh0,f受压翼缘面积与腹板有效面积的比值，,在荷载短期效应组合作用下，混凝土受弯构件的短期刚度可按下式计算：,由平截面假定，可得平均曲率：,故短期刚度为：,受压区边缘混凝土压应变不均匀系数,受拉钢筋重心处拉应变不均匀系数,1、平均曲率,式中：sm、cm分别为纵向受拉钢筋重心处的平均拉应变和受压区边缘混凝土的平均压应变；,Mk为按荷载组合计算的弯矩值；,r与平均中和轴相应的平均曲率半径。,2、裂缝截面处的应变,平衡关系：根据裂缝截面的应力分布,对混凝土合力点取矩,对钢筋合力点取矩,平均应变,式中：sk、sk分别为按荷载效应的标准组合计算的裂缝截面处纵向受拉钢筋重心处的拉应力和拉应变；,ck、ck分别为按荷载效应的标准组合计算的裂缝截面处受压区边缘混凝土的压应力和压应变；,裂缝截面处内力偶臂长度系数，取=0.87；,受压区边缘混凝土平均应变综合系数。,材料力学中曲率与弯矩关系的推导,几何关系,物理关系,平衡关系,3、短期刚度的计算公式,1、几何关系：,2、物理关系：,3、平衡关系,6-49,（1）开裂截面的内力臂系数h,试验和理论分析表明，在短期弯矩Msk=（0.50.7）Mu范围，裂缝截面的相对受压区高度x变化很小，内力臂的变化也不大。对常用的混凝土强度和配筋情况，h值在0.830.93之间波动。规范为简化计算，取h=0.87。,（2）受压区边缘混凝土平均应变综合系数z,受压翼缘加强系数,如果计算受压钢筋的影响，则,hf0.2h0时，取0.2h0,根据试验实测受压边缘混凝土的压应变，可以得到系数z的试验值。在短期弯矩Msk=（0.50.7）Mu范围，系数z的变化很小，仅与配筋率有关。规范根据试验结果分析给出，,（3）钢筋应变不均匀系数y,由于钢筋与混凝土间存在粘结应力，随着距裂缝截面距离的增加，裂缝间混凝土逐渐参与受拉工作，钢筋应力逐渐减小，因此钢筋应力沿纵向的分布是不均匀的。裂缝截面处钢筋应力最大，裂缝中间钢筋应力最小，其差值反映了混凝土参与受拉工作的大小。,钢筋应力不均匀系数y是反映裂缝间混凝土参加受拉工作程度的影响系数,近似取hc/h=0.67，h/h0=1.1，,rte为以有效受拉混凝土截面面积计算的受拉钢筋配筋率。当rte0.01时，取0.01Ate为有效受拉混凝土截面面积，,当y1.0时，取y=1.0；对直接承受重复荷载作用的构件，取y=1.0。,受弯构件,轴拉构件,y随弯矩增长而增大。该参数反映了裂缝间混凝土参与受拉工作的情况，随着弯矩增加，由于裂缝间粘结力的逐渐破坏，混凝土参与受拉的程度减小，平均应变增大，y逐渐趋于1.0，抗弯刚度逐渐降低。,4、短期刚度的计算公式,Mk越大，短期刚度Bs越小；,配筋率增大，短期刚度Bs略有增大；,有受拉翼缘或受压翼缘时，短期刚度Bs有所增大；,常用配筋率下，混凝土等级对Bs影响不大；,截面有效高度对提高Bs的作用最显著。,5、短期刚度Bs的影响因素：,1、荷载长期作用下刚度降低的原因,混凝土的徐变引起变形增长；,裂缝间受拉混凝土的应力松弛，以及混凝土和钢筋的徐变滑移；导致混凝土不断退出工作，钢筋应力增大,裂缝的发展使受拉砼退出工作及受压混凝土的塑性发展导致内力臂减小，引起钢筋应力增大；,受拉和受压混凝土的收缩不一致，使梁发生翘曲。,上述因素都导致荷载长期作用下刚度降低,2.长期刚度B的计算,挠度增大系数,长期刚度B是在短期刚度Bs的基础上，用荷载效应的准永久组合对挠度增大的影响系数q来考虑长期荷载作用的影响。根据天津大学和东南大学的试验结果，长期挠度与短期挠度的比值q可按下式计算：,=0时，取q=2.0；=时，取q=1.6当为中间数值时，q按直线内插法,适用情况：矩形、T形和I形截面梁。需增大的情况：对干燥地区应酌情增加15%-25%；对翼缘处于受拉区的倒T形梁应增加20%；水泥用量较多应根据经验适当增大。,产生随时间增大的挠度,产生短期的挠度,B,标准组合值Mk=Mq+(MkMq),仅需要对在准永久组合Mq下产生的挠度乘以，对于(MkMq)产生的短期挠度是不必增大的。,Mk荷载短期效应组合算得的弯矩(恒载活载)标准值；,Mq荷载效应的准永久组合算得的弯矩(恒载活载q)准永久值；,Bs短期刚度。,1）最小刚度原则：,由于弯矩沿梁长的变化的，抗弯刚度沿梁长也是变化的。但按变刚度梁来计算挠度变形很麻烦。规范为简化起见，取同号弯矩区段的最大弯矩截面处的最小刚度Bmin，按等刚度梁来计算这样挠度的简化计算结果比按变刚度梁的理论值略偏大。但靠近支座处的曲率误差对梁的最大挠度影响很小，且挠度计算仅考虑弯曲变形的影响，实际上还存在一些剪切变形，因此按最小刚度Bmin计算的结果与实测结果的误差很小。,2）挠度的计算：,混凝土设计规范挠度验算公式：,式中：flim允许挠度值；按附录4附表4-1取用,f根据最小刚度原则采用的刚度B进行计算的挠度，当跨间为同号弯矩时，有：,多媒体辅助教学课程混凝土结构设计原理ConcreteStructure,混凝土结构应能在自然和人为环境的化学和物理作用下，满足在规定的设计工作寿命内不出现无法接受的承载力减小、使用功能降低和不能接受的外观破损等的耐久性要求。耐久性是指结构在预定设计使用年限内，在正常维护条件下，不需要进行大修和加固满足，而满足正常使用和安全功能要求的能力。建筑结构可靠度设计统一标准对于一般建筑结构，设计工作寿命为50年，重要的建筑物可取100年。,近年来，随着建筑市场化的发展，业主也可以对建筑的寿命提出更高要求。对于其它土木工程结构，根据其功能要求，设计工作寿命也有差别，如桥梁工程一般要求在100年以上。,碳化,内部因素：混凝土强度渗透性保护层厚度水泥品种标号和用量外加剂等,外部因素：环境温度湿度CO2含量侵蚀性介质等,混凝土水化结硬后，内部有很多毛细孔。在浇筑混凝土时，为得到必要的和易性，往往会比水泥水化所需要的水多些。多余的水份滞留在混凝土毛细孔中。低温时水份因结冰产生体积膨胀，引起混凝土内部结构破坏。反复冻融多次，就会使混凝土的损伤累积达到一定程度而引起结构破坏。防止混凝土冻融破坏的主要措施是降低水灰比，减少混凝土中多余的水份。冬季施工时，应加强养护，防止早期受冻，并掺入防冻剂等。,混凝土集料中的某些活性矿物与混凝土微孔中的碱性溶液产生化学反应称为碱集料反应。碱集料反应产生的碱-硅酸盐凝胶，吸水后会产生膨胀，体积可增大34倍，从而混凝土的剥落、开裂、强度降低，甚至导致破坏。引起碱集料反应有三个条件：混凝土的凝胶中有碱性物质。这种碱性物质主要来自于水泥，若水泥中的含碱量（Na2O，K2O）大于0.6%以上时，则会很快析出到水溶液中，遇到活性骨料则会产生反应；骨料中有活性骨料，如蛋白石、黑硅石、燧石、玻璃质火山石、安山石等含SiO2的骨料；水分。碱骨料反应的充分条件是有水分，在干燥环境下很难发生碱骨料反应。,硫酸盐腐蚀：硫酸盐溶液与水泥石中的氢氧化钙及水化铝酸钙发生化学反应，生成石膏和硫铝酸钙，产生体积膨胀，使混凝土破坏。硫酸盐除在一些化工企业存在外，海水及一些土壤中也存在。当硫酸盐的浓度（以SO2的含量表示）达到2时，就会产生严重的腐蚀。酸腐蚀：混凝土是碱性材料，遇到酸性物质会产生化学反应，使混凝土产生裂缝、脱落，并导致破坏。酸不仅存在于化工企业，在地下水，特别是沼泽地区或泥炭地区广泛存在碳酸及溶有CO2的水。此外有些油脂、腐植质也呈酸性，对混凝土有腐蚀作用。海水腐蚀：在海港、近海结构中的混凝土构筑物，经常收到海水的侵蚀。海水中的NaCl、MgCl2、MgSO4、K2SO4等成分，尤其是Cl-和硫酸镁对混凝土有较强的腐蚀作用。在海岸飞溅区，受到干湿的物理作用，也有利于Cl-和SO4的渗入，极易造成钢筋锈蚀。,张掖墙面,张掖高架桥墩,张掖碱泉村,嘉裕关结构梁腐蚀破坏,沈阳山海关高速公路冬季撤盐,沈阳山海关高速公路路椽石,沈阳山海关掺入硅灰、减水剂、超细粉煤灰的路缘,混凝土中碱性物质（Ca(OH)2）使混凝土内的钢筋表明形成氧化膜，它能有效地保护钢筋，防止钢筋锈蚀。但由于大气中的二氧化碳（CO2）与混凝土中的碱性物质发生反应，使混凝土的Ph值降低。其他物质，如SO2、H2S，也能与混凝土中的碱性物质发生类似的反应，使混凝土的Ph值降低，这就是混凝土的碳化。当混凝土保护层被碳化到钢筋表面时，将破坏钢筋表面的氧化膜，引起钢筋的锈蚀。此外，碳化还会加剧混凝土的收缩，可导致混凝土的开裂。因此，混凝土的碳化是混凝土结构耐久性的重要问题。混凝土的碳化从构件表面开始向内发展，到保护层完全碳化，所需要的时间与碳化速度、混凝土保护层厚度、混凝土密实性以及覆盖层情况等因素有关。,影响炭化的因素：1环境因素碳化速度主要取决于空气中的CO2浓度和向混凝土中的扩散速度。空气中的CO2浓度大，混凝土内外CO2浓度梯度也愈大，因而CO2向混凝土内的渗透速度快，碳化反应也快。空气湿度和温度对碳化反应速度有较大影响。因为碳化反应要产生水份向外扩散，湿度越大，水份扩散越慢。当空气相对湿度大于80%，碳化反应的附加水份几乎无法向外扩散，使碳化反应大大降低。而在极干燥环境下，空气中的CO2无法溶于混凝土中的孔隙水中，碳化反应也无法进行。试验表明，当混凝土周围介质的相对湿度为50%75%时，混凝土碳化速度最快。环境温度越高，碳化的化学反应速度越快，且CO2向混凝土内的扩散速度也越快。,影响炭化的因素：2材料因素水泥是混凝土中最活跃的成分，其品种和用量决定了单位体积中可碳化物质的含量，因而对混凝土碳化有重要影响。单位体积中水泥的用量越多，会提高混凝土的强度，又会提高混凝土的抗碳化性能。水灰比也是影响碳化的主要因素。在水泥用量不变的条件下，水灰比越大，混凝土内部的孔隙率也越大，密实性就越差，CO2的渗入速度越快，因而碳化的速度也越快。水灰比大会使混凝土孔隙中游离水增多，有利于碳化反应。混凝土中外加掺合料和骨料品种对碳化也有一定的影响。,3施工养护条件混凝土搅拌、振捣和养护条件影响混凝土的密实性，因而对碳化有较大影响。此外，养护方法与龄期对水泥的水化程度有影响，进而影响混凝土的碳化。所以保证混凝土施工质量对提高混凝土的抗碳化性能十分重要。4覆盖层,不同饰面材料的碳化深度比,减小混凝土碳化的措施：合理设计混凝土配合比，规定水泥用量德低限值和水灰比德高限值，合理采用掺合料提高混凝土的密实性，抗渗性规定钢筋保护层德最小厚度采用覆盖层,钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的最关键问题。,当混凝土未碳化时，由于水泥的高碱性，钢筋表面形成一层致密的氧化膜，阻止了钢筋锈蚀电化学过程。当混凝土被碳化，钢筋表面的氧化膜被破坏，在有水份和氧气的条件下，就会发生锈蚀的电化学反应。钢筋锈蚀产生的铁锈（氢氧化亚铁Fe(OH)3），体积比铁增加26倍，保护层被挤裂，使空气中的水份更易进入，促使锈蚀加快发展。氧气和水份是钢筋锈蚀必要条件，混凝土的碳化仅是为钢筋锈蚀提供了可能。当构件使用环境很干燥（湿度40%），或完全处于水中，钢筋的锈蚀极慢，几乎不发生锈蚀。而裂缝的发生为氧气和水份的浸入创造了条件，同时也使混凝土的碳化形成立体发展。,但近年来的研究发现，锈蚀程度与荷载产生的横向裂缝宽度无明显关系，在一般大气环境下，裂缝宽度即便达到0.3mm，也只是在裂缝处产生锈点。这是由于钢筋锈蚀是一个电化学过程，因此锈蚀主要取决于氧气通过混凝土保护层向钢筋表面的阴极的扩散速度，而这种扩散速度主要取决于混凝土的密实度。裂缝的出现仅是使裂缝处钢筋局部脱钝，使锈蚀过程得以开始，但它对锈蚀速度不起控制作用。因此，防止钢筋锈蚀最重要的措施是在增加混凝土的密实性和混凝土的保护层厚度。,钢筋锈蚀引起混凝土结构损伤过程如下，首先在裂缝宽度较大处发生个别点的“坑蚀”，继而逐渐形成“环蚀”，同时向裂缝两边扩展，形成锈蚀面，使钢筋有效面积减小。严重锈蚀时，会导致沿钢筋长度出现纵向裂缝，甚至导致混凝土保护层脱落，习称“暴筋”，从而导致截面承载力下降，直至最终引起结构破坏。,钢筋锈蚀引起混凝土结构损伤过程如下，首先在裂缝宽度较大处发生个别点的“坑蚀”，继而逐渐形成“环蚀”，同时向裂缝两边扩展，形成锈蚀面，使钢筋有效面积减小。严重锈蚀时，会导致沿钢筋长度出现纵向裂缝，甚至导致混凝土保护层脱落，习称“暴筋”，从而导致截面承载力下降，直至最终引起结构破坏。,面积减小屈服强度降低粘结力降低,钢筋锈蚀引起混凝土结构损伤过程如下，首先在裂缝宽度较大处发生个别点的“坑蚀”，继而逐渐形成“环蚀”，同时向裂缝两边扩展，形成锈蚀面，使钢筋有效面积减小。严重锈蚀时，会导致沿钢筋长度出现纵向裂缝，甚至导致混凝土保护层脱落，习称“暴筋”，从而导致截面承载力下降，直至最终引起结构破坏。,除增加混凝土的密实度和保护层厚度外，采用涂面层、钢筋阻锈剂、涂层钢筋等措施来防止钢筋的锈蚀。,二、结构工作环境类别,混凝土结构的耐久性与结构工作的环境有密切关系。同一结构在强腐蚀环境中要比一般大气环境中的使用寿命短。对于不同环境，可以采取不同措施来保证结构使用寿命。如在恶劣环境，一味增加混凝土保护层是不经济的，效果也不一定好。可在构件表面采用防护涂层。,混凝土结构的耐久性极限状态，是指经过一定使用年限后，结构或结构某一部分达到或超过某种特定状态，以致结构不能满足预定功能的要求。但经过简单修补、维修，费用不大，可恢复使用要求的情况，可以认为没有达到耐久性极限状态。只有当严重超出正常维修费允许范围时，结构的使用寿命才终止。,1对于不允许钢筋锈蚀的构件和环境，混凝土保护层完全碳化，即钢筋脱钝的时间T1。不允许钢筋锈蚀的构件和环境有：预应力混凝土构件；低温环境；反复荷载作用