混泥土耐久性评估

1、彭小军1 1、混凝土、混凝土结构的耐久性结构的耐久性问题及问题及特特点点2 2、耐久性典型状态定义、耐久性典型状态定义3 3、耐久性耐久性等级划分等级划分（以混凝土桥梁结构为例以混凝土桥梁结构为例）4 4、混凝土结构、混凝土结构耐久性评估耐久性评估及流程及流程主要内容1 1、结构的耐久性问题及特点、结构的耐久性问题及特点n1.11.1工程中的问题工程中的问题： 概念概念 耐久性：耐久性：结构及其各组成部分，在所处的自然环境结构及其各组成部分，在所处的自然环境和使用条件等因素的长期作用下，抵抗材料性能劣化、和使用条件等因素的长期作用下，抵抗材料性能劣化、仍能维持结构的安全和适用功能的能力仍能维持

2、结构的安全和适用功能的能力。 使用寿命：使用寿命：结构在正常使用条件下，不须重大维修结构在正常使用条件下，不须重大维修而仍能维持安全和适用功能所延续的时间，可作为表而仍能维持安全和适用功能所延续的时间，可作为表达结构耐久性的数量指标达结构耐久性的数量指标。n1.2耐久性失效的特点 （大部分本质上并非外力所致） 外界介质或材料内部对混凝土的物理和化学作用外界介质或材料内部对混凝土的物理和化学作用 的结果的结果（CO2 、CL离子、碱质等）离子、碱质等） 耐久性失效是个缓慢积累的过程耐久性失效是个缓慢积累的过程 引起失效的诸因素相互关联引起失效的诸因素相互关联，相互影响相互影响 耐久性首先受控于正

3、常使用极限状态耐久性首先受控于正常使用极限状态，而非承载，而非承载 能力极限状态。能力极限状态。2 2、耐久性典型状态定义、耐久性典型状态定义1) 当混凝土结构某个层次的功能与材料均完好当混凝土结构某个层次的功能与材料均完好,或者虽然或者虽然有轻微的耐久性损伤有轻微的耐久性损伤,但并不需要采取任何修复措施仍然但并不需要采取任何修复措施仍然能满足该层次所需要的适用性与安全性要求能满足该层次所需要的适用性与安全性要求,则该层次所则该层次所处的状态为耐久性正常状态处的状态为耐久性正常状态.2) 当混凝土结构某个层次的功能与材料基本完好当混凝土结构某个层次的功能与材料基本完好,基本上基本上能够满足该层

4、次所需要的适用性与安全性要求能够满足该层次所需要的适用性与安全性要求,宜采取小宜采取小修措施来完善其使用功能时修措施来完善其使用功能时,则该层次所处的状态为耐久则该层次所处的状态为耐久性基本正常状态性基本正常状态;3) 当混凝土结构某个层次由于耐久性损伤而不能满足当混凝土结构某个层次由于耐久性损伤而不能满足所要求的适用性所要求的适用性,必须经过修复必须经过修复(小修或中修小修或中修)处理才能处理才能继续使用时继续使用时,该层次则达到其正常使用寿命该层次则达到其正常使用寿命,这时其所处这时其所处的状态即为正常使用耐久性极限状态的状态即为正常使用耐久性极限状态.4) 当混凝土结构某个层次由于耐久性

5、损伤而不能满足当混凝土结构某个层次由于耐久性损伤而不能满足所要求的安全性所要求的安全性,必须经过加固处理才能继续使用时必须经过加固处理才能继续使用时,该该层次则达到其承载力使用寿命层次则达到其承载力使用寿命,其所处的状态即为承载其所处的状态即为承载力耐久性极限状态力耐久性极限状态.5) 当混凝土结构某个层次由于耐久性损伤不能满足所当混凝土结构某个层次由于耐久性损伤不能满足所要求的安全性已经超过其承载力使用寿命要求的安全性已经超过其承载力使用寿命,必须立即采必须立即采取加固处理或者报废措施取加固处理或者报废措施,这时该层次所处的状态即为这时该层次所处的状态即为耐久性危险状态耐久性危险状态. 显然

6、显然,在役混凝土结构各部分常常处于不同的耐久在役混凝土结构各部分常常处于不同的耐久性状态性状态,这也说明了耐久性评估要从不同层次上分别进这也说明了耐久性评估要从不同层次上分别进行的必要性行的必要性.3 3、三层次、三层次耐久性耐久性等级划分等级划分（以混凝土以混凝土桥梁结构为例桥梁结构为例） 参照现行公路桥涵养护规范中桥梁技术状况评参照现行公路桥涵养护规范中桥梁技术状况评定等级标准定等级标准,将在役混凝土桥梁结构的耐久性从将在役混凝土桥梁结构的耐久性从3个不同个不同的层次上分别划分为的层次上分别划分为5个等级个等级:桥梁结构为一到五级桥梁结构为一到五级,桥梁桥梁构成为构成为A到到E级级,桥梁构

7、件为桥梁构件为a到到e级级. 5个等级之间是连续变化的个等级之间是连续变化的,各等级之间没有绝各等级之间没有绝对的界限对的界限, 因而是一些模糊等级因而是一些模糊等级,排在前面的级数较排在前面的级数较高高.其中一级其中一级(A、a级级)对应于耐久性正常状态对应于耐久性正常状态,二级二级(B、b级级)对应于耐久性基本正常状态对应于耐久性基本正常状态,三级三级(C、c级级)处于处于耐久性基本正常状态与正常使用耐久性极限状态之耐久性基本正常状态与正常使用耐久性极限状态之间间,四级四级(D、d级级)处于正常使用耐久性极限状态与承处于正常使用耐久性极限状态与承载力耐久性极限状态之间载力耐久性极限状态之间

8、,五级五级(E、e)对应于耐久性对应于耐久性危险状态危险状态.4 4、混凝土结构、混凝土结构耐久性评估耐久性评估及流程及流程4.1 混凝土结构耐久性评估耐久性考核指标很多，此处列举耐久性考核指标很多，此处列举11项：碱骨料反项：碱骨料反应、混凝土碳化、氯离子侵蚀、硫酸根侵蚀、铵根侵应、混凝土碳化、氯离子侵蚀、硫酸根侵蚀、铵根侵蚀、地下水中蚀、地下水中CO2侵蚀、干湿交替、温湿度、风蚀作侵蚀、干湿交替、温湿度、风蚀作用、水蚀作用、冻融循环用、水蚀作用、冻融循环,这些指标基本包括了不同环这些指标基本包括了不同环境作用所导致的构件耐久性损伤影响境作用所导致的构件耐久性损伤影响.其中碱骨料反应其中碱骨

9、料反应采用碱骨料反应发生的可能性这一定性指标来考核采用碱骨料反应发生的可能性这一定性指标来考核. 混凝土碳化 采用碳化程度与碳化速度两个指标评价采用碳化程度与碳化速度两个指标评价.其中其中,碳碳化程度用碳化深度与混凝土保护层厚度之比化程度用碳化深度与混凝土保护层厚度之比co评价评价,混凝土碳化速度混凝土碳化速度Vcos按下式计算按下式计算: 式中式中:t为评估时构件已使用年限为评估时构件已使用年限,T为桥梁设计使用年为桥梁设计使用年限限. 氯离子侵蚀采用混凝土中的氯离子质量参数来考核采用混凝土中的氯离子质量参数来考核,即即式中式中:mCl-为单方混凝土中氯离子的质量为单方混凝土中氯离子的质量(

10、kg),mce为为单方混凝土中胶凝材料的质量单方混凝土中胶凝材料的质量(kg). 硫酸根、铵根与水中CO2侵蚀硫酸根、铵根与水中硫酸根、铵根与水中CO2侵蚀主要针对侵蚀主要针对处于土壤与地下水环境的构件设置处于土壤与地下水环境的构件设置,参照欧洲参照欧洲混凝土耐久性设计规范采用混凝土中硫酸根和混凝土耐久性设计规范采用混凝土中硫酸根和铵根的质量分数与水中铵根的质量分数与水中CO2浓度来考核浓度来考核,温度温度采用年平均气温来评价采用年平均气温来评价,湿度采用年平均湿度湿度采用年平均湿度来评价来评价. 材料劣化度用于考核钢筋混凝土构件材料的劣化状况用于考核钢筋混凝土构件材料的劣化状况,包括劣化包括

11、劣化程度与劣化速度程度与劣化速度.其中其中,钢筋锈蚀速度钢筋锈蚀速度Vd按下列公式计按下列公式计算算:式中式中:A0为钢筋原始截面面积为钢筋原始截面面积(mm2),At为评估时为评估时钢筋截面面积钢筋截面面积(mm2). 混凝土强度衰减混凝土强度衰减程度用混凝土立方体抗压强度降低系混凝土强度衰减程度用混凝土立方体抗压强度降低系数数c c评价评价. .式中式中:R:Rdesdes为混凝土设计强度为混凝土设计强度(M Pa),R(M Pa),Ractact为评估时混凝为评估时混凝土实际强度土实际强度(M Pa).(M Pa).混凝土强度衰减速度按下式计算混凝土强度衰减速度按下式计算: : 其他指标

12、 借鉴工业厂房可靠性鉴定标准借鉴工业厂房可靠性鉴定标准,可靠性程度可靠性程度采用了承载能力、挠度、裂缝宽度、构造和连采用了承载能力、挠度、裂缝宽度、构造和连接接4个考核指标个考核指标;外观情况则借鉴公路桥涵养护外观情况则借鉴公路桥涵养护规范采用了风化、横移或外倾、剥落、露筋、规范采用了风化、横移或外倾、剥落、露筋、锈蚀等锈蚀等5个考核指标个考核指标.4.2 混凝土结构耐久性评估流程对对某一具体的混凝土结构耐久性进行评估大致要经某一具体的混凝土结构耐久性进行评估大致要经过以下几个阶段过以下几个阶段:1)初步调查初步调查,包括收集该结构图纸资料、包括收集该结构图纸资料、了解结构历史、查看现场、制定详细调查计划等了解结构历史、查看现场、制定详细调查计划等;2)详细详细调查调查,包括此结构构成包括此结构构成,结构基本情况勘察、结构使用条件结构基本情况勘察、结构使用条件调查、结构使用史调查、结构使用史(含荷载史含荷