混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)

1.環(huán)境因素決定了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性

　　1.1使用環(huán)境分類。影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素是環(huán)境，環(huán)境類別應(yīng)根據(jù)其對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響確定。第一類環(huán)境類別為：室內(nèi)正常環(huán)境。第二a類環(huán)境類別為：室內(nèi)潮濕環(huán)境；非嚴(yán)寒和非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境、與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境。這部分主要是考慮基礎(chǔ)、地下室、人防工程等在浸水情況下的耐久性。第二b類環(huán)境類別為：嚴(yán)寒和非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境、與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境。第三類環(huán)境類別為：使用除冰鹽的環(huán)境；嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)冬季水位變動(dòng)的環(huán)境；濱海室外環(huán)境。這類環(huán)境在空氣中含有大量的氯離子，氯離子有很強(qiáng)的活性，日長月久極易破壞鋼筋表面的鈍化膜而引起鋼筋銹蝕；水位變動(dòng)的環(huán)境加上嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)冬季的反復(fù)凍融，往往對混凝土造成很大的損傷。第四類環(huán)境類別為：海水環(huán)境。如港口碼頭，燈塔、海島高腳屋等。第五類環(huán)境類別為：受人為或自然的侵蝕性物質(zhì)影響的環(huán)境。對于自然侵蝕性物質(zhì)影響的環(huán)境應(yīng)根據(jù)水文地質(zhì)勘察報(bào)告，確定自然侵蝕物侵蝕性的強(qiáng)弱，采取相應(yīng)的防護(hù)措施，否則極易引起事故。

　　1.2混凝土的基本要求。影響混凝土耐久性的一個(gè)重要因素是混凝土本身的質(zhì)量。論文參考。提高密實(shí)度而減少混凝土的滲透性可以減緩侵蝕性物質(zhì)侵入混凝土內(nèi)部的速度，而這又與混凝土的強(qiáng)度等級、水灰比等因素有關(guān)。論文參考。由于氯離子可引起鋼筋銹蝕，所以根據(jù)不同的環(huán)境類別限制混凝土中氯離子的含量。當(dāng)混凝土中含有堿活性骨料時(shí)，在露天和潮濕的環(huán)境中，堿和骨料內(nèi)的活性顆粒產(chǎn)生堿—骨料反應(yīng)造成混凝土表面產(chǎn)生裂縫，加速侵蝕性物質(zhì)的破壞作用。

2.耐久性設(shè)計(jì)的內(nèi)容

    我公司和國內(nèi)各大院校合作研發(fā)的混凝土（結(jié)構(gòu)）耐久性試驗(yàn)室即ZHS系列多功能氣候模擬試驗(yàn)室，可在一定范圍內(nèi)模擬自然環(huán)境中的溫度、濕度、日照、淋雨、鹽霧、霜凍、大氣酸雨(CO₂、SO₂氣體)等環(huán)境。該試驗(yàn)室環(huán)境模擬采用了制冷、加熱、除濕、加濕和紫外線輻射等設(shè)備，同時(shí)在室內(nèi)布置噴液管、噴氣管，用以噴入鹽霧、酸雨、低濃度的CO₂和SO₂氣體等。

    建成后將為承擔(dān)土木工程領(lǐng)域的建筑、橋梁、隧道、碼頭、公路、鐵路和城市軌道交通相關(guān)的國家重大基礎(chǔ)科學(xué)項(xiàng)目和國家重點(diǎn)（重大）工程項(xiàng)目提供試驗(yàn)研究平臺。各大院校建成擁有功能全、規(guī)模大、自動(dòng)化控制的大型步入式人工環(huán)境模擬試驗(yàn)室，可以完善院校的土木工程結(jié)構(gòu)耐久性研究系統(tǒng)，取得一批國內(nèi)外先進(jìn)的高水平研究成果，繼續(xù)保持土木工程學(xué)科的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究方向在國內(nèi)的優(yōu)勢學(xué)術(shù)地位，進(jìn)一步提升研究水平，提高科技創(chuàng)新能力，加速人才培養(yǎng)，為今后爭取國家重點(diǎn)科研計(jì)劃項(xiàng)目和國家省部級重點(diǎn)土木工程科研項(xiàng)目提供科學(xué)研究平臺。

3.設(shè)計(jì)使用年限

　　普通混凝土是以水泥為膠結(jié)材料，以天然砂、石為骨料加水拌合，經(jīng)過攪拌澆筑成型，養(yǎng)護(hù)凝結(jié)硬化形成的固體材料。由于物理、化學(xué)作用，施工、環(huán)境因素的影響，混凝土是帶裂縫工作的。

　　當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫較大時(shí)，侵蝕性物質(zhì)會(huì)通過裂縫滲入混凝土內(nèi)部到達(dá)鋼筋表面引起銹蝕。鋼筋銹蝕養(yǎng)化后體積膨脹將混凝土保護(hù)層漲裂，反過來又加速鋼筋銹蝕，最后導(dǎo)致保護(hù)層剝落。鋼筋銹蝕后，鋼筋的有效面積減小，強(qiáng)度降低導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力下降。另一方面銹蝕鋼筋的抗滑移能力降低，有可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滑移破壞。由此可見隨著時(shí)間的推移，混凝土結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)承載力方面的問題，有時(shí)甚至?xí)谴嘈云茐?。這就是混凝土耐久性問題的根源。

　　由于耐久性問題對結(jié)構(gòu)抗力的影響，所以混凝土結(jié)構(gòu)不僅應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的計(jì)算，而且還應(yīng)保證其在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的功能要求。這個(gè)時(shí)間區(qū)段稱為“設(shè)計(jì)使用年限”。

　　4.結(jié)語

    目前環(huán)境模擬試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展迅速，科技成果不斷涌現(xiàn)，需要掌握環(huán)境模擬技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)和技術(shù)水平，根據(jù)土木工程結(jié)構(gòu)環(huán)境試驗(yàn)的具體要求，研究土木工程結(jié)構(gòu)環(huán)境模擬試驗(yàn)室關(guān)鍵技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)、高水平土木工程結(jié)構(gòu)的環(huán)境模擬試驗(yàn)室，為各大院校校土木工程科學(xué)的快速發(fā)展就顯得尤為必要。因此，利用環(huán)境模擬技術(shù)，建設(shè)大型多功能自動(dòng)控制混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境模擬室，可以人工模擬各種大氣環(huán)境、工業(yè)環(huán)境的單一因素或綜合因素作用，開展混凝土環(huán)境試驗(yàn)及相關(guān)理論研究。在實(shí)驗(yàn)室對混凝土材料、結(jié)構(gòu)的基本熱學(xué)、力學(xué)、收縮、徐變、損傷等特性及其與各種氣候環(huán)境、海洋環(huán)境、腐蝕環(huán)境的定量關(guān)系進(jìn)行全面系統(tǒng)的仿真研究，加強(qiáng)材料與結(jié)構(gòu)的學(xué)科交叉。針對小型構(gòu)件或大型結(jié)構(gòu)仿真模型，真實(shí)再現(xiàn)工程實(shí)際環(huán)境，進(jìn)行結(jié)構(gòu)裂縫的開裂機(jī)制、開裂應(yīng)力發(fā)展變化、裂縫形成、結(jié)構(gòu)破壞的全過程跟蹤試驗(yàn)研究，達(dá)到從表觀至本質(zhì)、微觀至宏觀的規(guī)律解析，裂控研究將會(huì)有較大的突破。因此研究混凝土環(huán)境模擬試驗(yàn)室技術(shù)是非常必要的，對保證結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性有重要意義。

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