混凝土耐久性基本理论1.ppt

1、混凝土耐久性基本理论,混凝土的耐久性基本理论,学教学安排 第一章.绪论 一.钢筋混凝土耐久性 定义及现状 二. 主要研究内容 第二章 .耐久性基本理论 一.混凝土抗冻性能 二.碱骨料反应 三.混凝土的碳化（中性化） 四.氯离子渗透（及扩散）引起的钢筋锈蚀； 五.其它物理化学侵蚀 六.对策 第三章.钢筋混凝土的耐久性设计方法 一.基于可靠度理论的设计方法 二.混凝土材料耐久性设计方法 三.存在的问题,学教学参考书,1砼结构耐久性金伟良，赵雨习。科学技术出版社，2002 2 砼学重建工，中建出版社 3 砼的徐变，惠荣炎等，中铁出版社 4 砼的性能，A.M.内维尔，中建出版社 5砼力学，江见鲸，冯乃

2、谦，中铁出版社 6三向应力砼，蒋家奋主编 8高性能砼，吴中伟，廉慧珍。中铁出版社，1999 9 混凝土结构耐久性设计与施工指南CCES01-2004 10. 混凝土结构耐久性平定标准2006 11. CEB耐久混凝土设计指南.周燕等译.1991 12. 铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定2005.中华人民共和国行业标 准,第一章.绪论一.钢筋混凝土耐久性 定义及现状,结构耐久性 定义:结构及其部件在可能引起材料性能劣化的各种环境作用下能够长期维持其应有性能的能力。 材料性能劣化(在物理作用、化学作用、生物等作用下逐步丧失原有性能) 物理作用(外力.冰冻.水压.温度变化.风砂.等) 化学作用(各种

3、化学腐蚀） 生物作用（各种微生物对材料的吞噬） 结构使用年限:结构建成后,在预定的使用与维修条件下,结构所有性能均能满足预定的要求的实际年限.,钢筋混凝土耐久性现状 实际情况：公路（高等级、高速）一般8-20年寿命 桥梁一般20-70年 工民建一般2050年 过去经验：材料: fcuT(T使用年限) 砼配合比（W/C），C W/C0.450.55 C300350kg/m 结构措施:保护层厚度;加大尺寸;限制裂缝宽度. 70年代出现高效减水剂后，80年代高强砼很容易实现C50-C80 C400500kg/m ,W/C0.40.3(0.2) 新问题：水化热温差降温 温度应力，收缩应力，徐变,Eh：

4、砼早期开裂T,3,3,耐久性失败的工程事例,保护层过薄,钢筋锈蚀,大兴安岭某热电厂塔筒混凝土上环梁,214国道某桥墩根部冻融破坏,青藏铁路桥墩采用钢护筒防止冻害,阳安线蛆水河大桥,阳安线堰河大桥,襄渝线清溪河大桥缺损照片,轨枕纵向及横向裂缝,青藏铁路32m预应力梁波纹管内水泥净浆早期冻胀开裂,青藏铁路32m预应力梁波纹管内水泥净浆早期冻胀开裂,青藏公路桥墩冻胀破坏,1907-上海大厦和外百渡桥(百年建筑),不达拉宫(重建1690年)石木结构,故宫(紫禁城)建成于1420年) 砖木结构,赵州桥建于(公元605-618年),赵州桥建于(公元605-618石拱结构),1937-钱塘江大桥(钢混结构)

5、,国内外有关研究动向,上个世纪中美国、德国、苏联、日本等国就已经开展了有关混凝土耐久性研究 1960年国际材料与结构研究联合会(RILEM)成立了”混凝土中钢筋腐蚀”技术委员会; 1978-1993连续6次召开了建筑材料与构件的耐久性国际学术会议 1989年日本制定了”混凝土结构物耐久性设计准则” 1992年欧洲混凝土委员会制定了” 耐久性混凝土设计指南” 2001年亚洲混凝土模式规范委员会制定了” 亚洲混凝土模式规范(ACMC2001)” 基于耐久性的设计方法 2004我国土木工程学会提出了混凝土结构耐久性设计与施工指南 CCES01-2004,二.导致钢筋混凝土耐久性不良主要因素,研究表明

6、，引起钢筋混凝土耐久性降低的主要因素有： 混凝土的冻融破坏； 氯离子渗透（及扩散）引起的钢筋锈蚀； 盐的侵蚀； 碱骨料反应； 混凝土的碳化（中性化）； 混凝土抗裂性； 混凝土抗磨蚀性(风和水)。 疲劳和徐变,三.混凝土结构耐久性研究内容,混凝土结构耐久性: 环境作用:(大气环境(CO2、大温差、酸雨)海洋、土壤水（冻溶、化学） 、工业环境、) 材料耐久性:(抗冻、中性化、碱骨料、盐侵蚀) 构件耐久性:(局部与整体退化模型、锈胀模 型、构件承载力退化模型) 结构耐久性:(耐久性设计、耐久性评估) 耐久性评估方法:极限状态可靠度分析方法 评估性能指标:混凝土及钢筋功能失效(强度、钢筋握裹力(含锈蚀

7、)、开裂),混凝土结构耐久性研究目的,如何延长混凝土结构寿命 混凝土结构耐久性设计 混凝土结构耐久性评估,同一耐久性混凝土在不同环境条件下性能可能的变化,多因素交互作用,单因素作用,一般环境,时间t,性能(可靠性),性能临界值,混凝土结构耐久性研究,普通混凝土 2000库仑,中等耐久 1500库仑,高耐久 1000库仑,不同耐久性混凝土在相同环境条件下性能可能的变化,性能(可靠性),性能临界值,时间t,这里的”性能”指：能反映混凝土结构在使用过程中的安全性,实用性,可靠性。,环境类型 大气环境 冻溶环境 海洋环境,50年 20 年 5-10年,70-100年 50-70年 30-50年,150

8、-500 100年 50-70年,性能拐点,第二章 .耐久性基本理论,一.混凝土抗冻性能 二.碱骨料反应 三.混凝土的碳化（中性化） 四.氯离子渗透（及扩散）引起的钢筋锈蚀； 五.其它物理化学侵蚀 六.对策,一.混凝土抗冻性能,混凝土冻溶破坏机理 混凝土早期受冻机理 早在五六十年代美国著名的水泥混凝土专家T.C.POWERS曾总结了许多学者的工作，提出了混凝土早期受冻的模型：宏观模型析冰，即冻胀现象，这个观点是以土壤冻胀的TABER-COLLINS学说引进混凝土的，该学说认为冰冻的基本原因不是简单的受冻膨胀，而主要来源于水分的迁移，使得冰晶增长，产生结晶压力致使结构破坏。,混凝土早期受冻机理,

9、日本著名的混凝土专家洪悦郎教授根据混凝土受冻条件按硬化过程分为三个阶段：（1）新浇混凝土受冻，即硬化前受冻；（2）短龄期的受冻；（3）硬化混凝土反复冻融作用。我国学者崔进忠对洪氏观点做了进一步的分析认为2：第一阶段是混凝土浇注后不经预养在硬化前的受冻，简称为立即受冻；第二阶段为混凝土浇注后经过预养达到其临界强度前的受冻，就是混凝土硬化过程中受冻，简称预养受冻；第三阶段是硬化混凝土的反复冻融作用，是混凝土耐久性问题。,混凝土硬化后受冻破坏机理,冰晶体结晶压力(水 冰体积膨胀9;冰晶增长9%) 冰晶增长导致未结晶水的渗透压力 溶液浓度差产生的扩散压力,冰晶增长,未结冰水或气孔,渗透压力,混凝土硬化

10、后受冻破坏机理,冻结过程: 表面(低温) 里面(较高温) 大孔(冰点高) 小孔(冰点低) 胶孔的冰点-78 离子浓度低 离子浓度高 海水冰点-10-25 膨胀力的大小取决于: 冻结速度,渗透阻力,空隙容纳过量水的空隙大小(水饱和度),水溶液(离子)浓度.,.混凝土抗冻性能平定方法,容易发生冻害的结构物有：处于严寒地区的铁路、公路桥墩（与水接触部位）；结冰的海港工程、码头；民用建筑低层、屋层面、公路路面等。应特别注意的是水位变化范围，与地面接触部位，当白昼气候在正负温度之间变化时（春秋两季），每天就会发生一次冻融循环。 混凝土抗冻性是以抗冻等级(G5% ,强度损失25%) （F）表示，抗冻等级分为：F50、F100、F150、F200、F300、F400、F500、F600、F700、F800、F1000等10个等级。也可用耐久性指数NF表示： 耐久性指数: NF=