预应力混凝土耐久性

1、预应力混凝土耐久性施工技术摘要： 随着现代交通建设的发展，混凝土结构耐久性越来越受到重视。预应力混凝土结构在大跨度结构中应用广泛，其结构耐久性对工程本身影响至关重要，直接影响到运输安全和经济效益。本文旨在阐述预应力混凝土结构特点、影响混凝土结构耐久因素分析以及施工中应对对策。关键词：预应力混凝土、结构耐久性、技术措施、施工一、概述   现代预应力混凝土结构与普通混凝土结构、钢结构相比，不仅其结构性能好而且经济、节材、节能，具有广阔的应用前景。近二十年来，预应力技术在我国的应用有了迅猛的发展，它已渗入到土木、建筑、水利及交通工程各个领域。预应力技术己成为建设大( 大跨度、大空间结构)、

2、高(高层、高耸结构)、重(重荷载结构) 、特（特种结构，如海洋平台、核电站、储液池结构等以及在钢结构、基础工程、道路、地下建筑、结构加固等工程中的特殊应用 )工程不可缺少的最为重要的一种技术。它不仅使结构性能优越，而且能发挥材料的潜能，具有较高的经济效益。 我国房屋建筑结构应用预应力技术的历史相对较短，有关预应力筋腐蚀造成整个结构破坏的例子极少，但预应力混凝土构件耐久性失效的事故时有发生， 例如呼和浩特铁路局某仓库的一榀21m跨预应力混凝土梯形屋架的突然倒塌等。然而随着服役期的增长，运量的不断提高，加之设计中对耐久性考虑的不周及施工质量的缺陷，桥梁结构的耐久性问题显得更为突出。据统计，我国正在

3、运营的有病害桥梁共6137座，占总数的18.8% ，其中预应力混凝土桥梁2675 座。在全国各地建成、在建或拟建了一大批大型桥梁，它们的使用寿命都在100年以上，而钢筋（指普通钢筋和预应力钢筋）的腐蚀则是结构设计使用期内一个不容回避的问题。据统计，建筑业消耗了全世界40% 的能源和资源，节约能源和资源是执行可持续发展战略方针的重要内涵。预应力混凝土结构作为我国土木、水利和交通工程中应用最为广泛和最具潜力的一种结构，加强其耐久性研究，对我国推行可持续发展战略将有积极意义。  二、预应力混凝土结构耐久性的特点       与普通钢筋混凝土

4、耐久性相比，预应力混凝土结构的耐久性既有相同之处， 又有不同的地方，一般认为有以下两点主要的区别：      （1）预应力混凝土结构施工比较复杂，技术含量较高， 每一环节的疏漏都有可能使其耐久性能下降。整体施工过程要经历多道工序， 芯管的埋置、预应力筋的张拉及锚固、管道的灌浆、锚具的防腐处理等，每一道环节的质量缺陷都有可能影响结构的耐久性。   在上述各种影响因素中，管道的灌浆尤为重要。如果灌浆不密实， 将会在浆体中存在气泡，当浆体硬化后，形成空隙，有害气体和液体渗入后，极易造成钢筋腐蚀。另外，如果配合比不合适，水泥浆易产生离析，干硬后收缩，产

5、生孔隙，致使粘结强度不足，也会影响耐久性。   （2）普通钢筋锈蚀时，会在表面产生锈斑，引起混凝土保护层的剥落、层裂等外在现象，而预应力钢丝在很多情况下，会发生无任何预兆的脆性断裂，导致结构的突然破坏。       预应力筋的锈蚀较为复杂，除普通钢筋发生的电化学腐蚀外，还有其特有的应力腐蚀。预应力筋的截面较小，自开始张拉一直就处于高应力状态下，对应力腐蚀极为敏感， 而且自腐蚀开始至失效过程很短，表现为明显的脆性破坏形态。在有应力腐蚀的情况下，当钢筋的应力远低于极限抗拉强度，钢筋就会出现裂纹或破坏。所以，在预应力混凝土的设计中必须足够重

6、视预应力的应力腐蚀问题。  三、影响预应力混凝土耐久性的因素      1、混凝土的碳化   混凝土的碳化是指空气中的 CO2渗入混凝土的孔隙和毛细孔中，溶于孔中液体，与水泥的水化作用产物氢氧化钙 Ca(OH)2 、硅酸钙等作用形成碳酸钙等。碳化本身对混凝土并无危害，甚至会提高混凝土的密实性和强度，其主要危害是由于混凝土碱性降低使钢筋表面在高碱环境下形成的对钢筋起保护作用的致密氧化膜遭到破坏，使混凝土失去对钢筋的保护作用，从而钢筋遭到破坏。碳化的混凝土还会加剧收缩变形，导致裂缝的出现，粘结力的下降，甚至钢

7、筋保护层的剥落。   2、钢筋的锈蚀   混凝土中的钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性损伤的最主要因素，化学腐蚀是由非电解质溶液或各种具有氧化作用的气体所引起纯化学性质的腐蚀，其特点是腐蚀过程中无电流产生。这种腐蚀多数是氧化作用，它在钢筋表面形成疏松的氧化物，尤其在温度和湿度较高的条件下，其腐蚀速度更快。蚀对结构的损害不仅表现为截面的减少，而且会产生局部坑蚀，产生严重的应力集中，从而促使结构破坏。   3、氯离子的扩散   钢筋锈蚀是混凝土破坏的主要原因，这点已为大家所共识，而钢筋锈蚀的主要因素又往往与氯离子有关。混凝土中的氯离子来源可以分为“混入”与“渗入

8、”两类：“混入”是指 掺用含氯离子外加剂、使用海砂、施工用水含氯离子等；而“渗入”是指环境中的氯离子通过混凝土的宏观、微观缺陷渗入到混凝土中，并到达钢筋表面。   4、高温对混凝土耐久性的影响   一般结构在建造及使用期间，在正常的工作条件下，其温度绝对值不高，波动不大，能够满足建筑物的使用功能要求。但若结构的环境温度升高很多，或温度差发生周期性变化时，可能使结构因为使用性能恶化或承载力下降而失效，甚至酿成局部破坏，以至整体倒塌。  四、提高混凝土耐久性的技术措施   从上面引起预应力结构耐久性的因素可以看出，各种因素相互联系， 但大多数都与混凝土内部的

9、孔隙率和孔结构有密切关系。要满足耐久性的要求，就必须提高密实度，减少混凝土的孔隙率，特别是有害裂缝的出现，从而能够抵抗水分和侵蚀介质的渗入。这就要求我们必须从设计、施工管理各个方面入手，针对耐久性的基本要求采取有效措施来防止可能出现的耐久性问题。   1、保证有足够的混凝土保护层厚度   无论是碳化还是氯离子的“ 渗入”，它们到达钢筋都有一个时间过程，时间的长短除与 CO2和 Cl- 的浓度有关外，还与混凝土保护层的厚度有直接关系。据国内外的研究文献介绍，混凝土保护层厚度与混凝土结构的耐久性有以下关系：   （1）钢筋失钝开始锈蚀所需的时间与保

10、护层厚度平方成正比。   （2）一般环境下，混凝土保护层厚度每减少 25%，混凝土碳化到钢筋表面所需的时间就缩短 50%。   2、合理地选择水泥品种和粗细骨料   水泥品种的选用要做全面深入的分析和评估，针对影响耐久性的因素合理选择。 碱含量高的水泥可以减缓碳化，但从防止碱集料反应来看却十分不利。矿渣水泥、 火山灰水泥抗化学侵蚀能力强，但其抗冻性和抗碳化能力却较差。应该选用低碱度、低水化热、低需水量、后期强度增长率大、长期强度高、与外加剂适应性能好的水泥。骨料要求颗粒清洁，杂质含量少，特别是对混凝土有害的杂质，如 Cl- 等；级配合

11、理，级配好的骨料可以减小空隙率，并在满足施工性能及密实性的前提下，减小水泥用量。 在可能的条件下，尽量采用连续级配的粗骨料，以减小混凝土的空隙率；当只能采用单粒级时，要适当增加砂率。   3、外加剂的使用 混凝土中所用的外加剂种类十分丰富，较常用的主要有减水剂、引气剂、养护剂、 阻锈剂等，可以有效地改善和提高混凝土的耐久性。比如减水剂可以在满足施工和易性的条件下，大幅度地减小用水量，减小混凝土的空隙，提高混凝土的强度和耐久性；引气剂可以在混凝土中形成一定数量的均匀分布、稳定而封闭的微小气泡，提高混凝土的抗冻、抗渗、抗腐蚀的耐久性能。但由于国内所产的外加剂质量参差不齐，所以在使用中要十

12、分慎重。在使用时要注意生产厂家提供的推荐掺量和相应的减水率、主要化学成分以及使用方法，特别是外加剂中所含  Cl-和 SO42-的含量。如果 Cl-含量过大，则会引起钢筋的腐蚀，对预应力钢筋更要注意；有的外加剂加入 SO42-，则对碱骨料反应耐久性不利。在重要建筑中使用，要先对外加剂进行检验，以确保质量符合国家规范要求。   4、振捣和养护   浇筑混凝土应充分振捣密实，并对混凝土表面抹光压平，以增加混凝土密实性，降低混凝土渗透性。在预应力混凝土构件中钢筋较多，预应力筋、非预应力筋及箍筋排列较密，不易振捣密实，如有可能，可采用自密实混凝土，以确保浇筑质量。护应适时并及时进行，特别是早期养护，以减小混凝土的收缩及孔隙率， 且应有一定的养护期，养护期的长短与混凝土的成分、水灰比、混凝土水化热的温度、养护的环境和暴露条件等有关，混凝土结构工程施工