中外建筑設(shè)計(jì)耐久性差異

1、 環(huán)境作用下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)方法2004年2月 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的外加作用與極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的外加作用與極限狀態(tài) 作用作用 作用因素作用因素極限狀態(tài)極限狀態(tài) 耐久耐久性性考慮考慮載承能力載承能力安全性安全性正常使用正常使用適用性適用性可修復(fù)可修復(fù)可修復(fù)性可修復(fù)性一般荷一般荷載作用載作用重力、風(fēng)重力、風(fēng)強(qiáng)制位移強(qiáng)制位移 疲勞荷載疲勞荷載偶然災(zāi)偶然災(zāi)害作用害作用地震、爆地震、爆炸炸 環(huán)境作環(huán)境作用用濕度、溫濕度、溫度及其變度及其變化，侵蝕化，侵蝕物質(zhì)物質(zhì) 耐久性設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)耐久性設(shè)計(jì)的極限狀態(tài) 鋼筋銹蝕鋼筋銹蝕 預(yù)應(yīng)力鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼筋 開始銹蝕開始銹蝕 普通鋼筋混凝土表面銹痕，普通鋼筋混凝土表面銹痕

2、， 順筋開裂（順筋開裂（0.1mm, -,1mm） 保護(hù)層剝落保護(hù)層剝落 混凝土腐蝕混凝土腐蝕 輕微，不影響混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)輕微，不影響混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù) 耐久性設(shè)計(jì)方法 傳統(tǒng)方法傳統(tǒng)方法 指數(shù)指數(shù)(評(píng)分評(píng)分)法法 因子法因子法 基于材料劣化模型的計(jì)算方法基于材料劣化模型的計(jì)算方法 傳統(tǒng)方法傳統(tǒng)方法 Deem-to-satisfy Method針對(duì)不同環(huán)境類別和環(huán)境作用等級(jí)，針對(duì)不同環(huán)境類別和環(huán)境作用等級(jí)， 對(duì)混凝土材料和結(jié)構(gòu)構(gòu)造規(guī)定不同要求。對(duì)混凝土材料和結(jié)構(gòu)構(gòu)造規(guī)定不同要求。 （ 回避使用壽命要求）回避使用壽命要求）混凝土原材料（水泥、摻合料、外加劑、）混凝土原材料（水泥、摻合料、外加劑

3、、）混凝土配合比（最大水膠比、最低膠凝材料用量）混凝土配合比（最大水膠比、最低膠凝材料用量） 混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)，抗凍等級(jí)，混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)，抗凍等級(jí)， 結(jié)構(gòu)構(gòu)造（保護(hù)層最小厚度，）結(jié)構(gòu)構(gòu)造（保護(hù)層最小厚度，） 改進(jìn)趨向改進(jìn)趨向 細(xì)化環(huán)境類別及其作用等級(jí)細(xì)化環(huán)境類別及其作用等級(jí) 提出不同使用年限的不同要求提出不同使用年限的不同要求指數(shù)（評(píng)分）法指數(shù)（評(píng)分）法 Index Method日本土木工程學(xué)會(huì)1990年提出 環(huán)境指數(shù)環(huán)境指數(shù)S 耐久性指數(shù)耐久性指數(shù)R SS0 Si S0 正常環(huán)境指數(shù)（正常環(huán)境指數(shù)（ 50年設(shè)計(jì)壽命年設(shè)計(jì)壽命 取取100） Si惡劣環(huán)境增量指數(shù)（凍融惡劣環(huán)境增量指數(shù)（凍

4、融1040， 鹽蝕鹽蝕1070） R R0 + Ri R0 常數(shù)，取常數(shù)，取50 Ri i = 18 , 共共8類，包括類，包括32個(gè)因素，分個(gè)因素，分 別評(píng)分后相加別評(píng)分后相加 (按按95保證率考慮保證率考慮) 因子法因子法 Factor MethodISO15686-1 建筑物與設(shè)備使用年限規(guī)劃建筑物與設(shè)備使用年限規(guī)劃 用于構(gòu)件耐久性使用年限評(píng)估用于構(gòu)件耐久性使用年限評(píng)估te= tgABCDEFG A構(gòu)件質(zhì)量（水膠比、強(qiáng)度等級(jí)、含氣量）構(gòu)件質(zhì)量（水膠比、強(qiáng)度等級(jí)、含氣量） B設(shè)計(jì)水平（結(jié)構(gòu)構(gòu)造）設(shè)計(jì)水平（結(jié)構(gòu)構(gòu)造） C施工質(zhì)量施工質(zhì)量 D室內(nèi)環(huán)境室內(nèi)環(huán)境 E室外環(huán)境室外環(huán)境 F使用狀態(tài)使用

5、狀態(tài) G維修保養(yǎng)水平維修保養(yǎng)水平 基于材料劣化模型的計(jì)算方法基于材料劣化模型的計(jì)算方法 RILEM-130 委員會(huì)報(bào)告委員會(huì)報(bào)告 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)1996 DuraCrete 混凝土耐久性設(shè)計(jì)指南混凝土耐久性設(shè)計(jì)指南2000 ACI Life-365 Computer Program 2000 日本土木學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)示方書日本土木學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)示方書 2002 我我 我國混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)現(xiàn)狀我國混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)現(xiàn)狀 規(guī)范的耐久性設(shè)置水準(zhǔn)基本上停留在解放初規(guī)范的耐久性設(shè)置水準(zhǔn)基本上停留在解放初 或或50年代國際水平年代國際水平由于水泥的早強(qiáng)成分和細(xì)度增加，施工進(jìn)度由于水泥的早

6、強(qiáng)成分和細(xì)度增加，施工進(jìn)度 加快，混凝土耐久性的實(shí)際質(zhì)量下降加快，混凝土耐久性的實(shí)際質(zhì)量下降環(huán)境條件惡化環(huán)境條件惡化規(guī)范還阻礙粉煤灰等摻合料和引氣劑的使用規(guī)范還阻礙粉煤灰等摻合料和引氣劑的使用, 為改善混凝土結(jié)構(gòu)耐久性帶來負(fù)面作用為改善混凝土結(jié)構(gòu)耐久性帶來負(fù)面作用 國外對(duì)耐久性要求的不斷改進(jìn)國外對(duì)耐久性要求的不斷改進(jìn)鹽凍環(huán)境鹽凍環(huán)境 加拿大安大略省公路橋面板耐久性要求加拿大安大略省公路橋面板耐久性要求 規(guī)范對(duì)耐久性的低標(biāo)準(zhǔn)要求規(guī)范對(duì)耐久性的低標(biāo)準(zhǔn)要求 我國現(xiàn)行規(guī)范（我國現(xiàn)行規(guī)范（80年代頒布）與國外比較年代頒布）與國外比較 配筋混凝土 中國 美國 英國最低強(qiáng)度 等級(jí) C15 C25 C30（C

7、25） 露天環(huán)境下 保護(hù)層厚度 抗碳化銹蝕板2cm 梁3cm（對(duì)主筋）3.8cm （d16）（對(duì)外側(cè)鋼筋）C35, 3.5cmC40,4cm(干濕交替)（對(duì)外側(cè)鋼筋） 抗凍融僅水工規(guī)范 要求引氣要求引氣 要求引氣 大型工程大型工程 城市地鐵主體結(jié)構(gòu)混凝土城市地鐵主體結(jié)構(gòu)混凝土C20C20 跨海大橋浪濺區(qū)混凝土跨海大橋浪濺區(qū)混凝土C30C30，保護(hù)層，保護(hù)層 3 34cm4cm 高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索、高強(qiáng)錨桿無雙重保護(hù)高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索、高強(qiáng)錨桿無雙重保護(hù) 特大橋梁的公路橋面板底部保護(hù)層特大橋梁的公路橋面板底部保護(hù)層2cm2cm 耐久性極限狀態(tài)耐久性極限狀態(tài)一般由適用性（正常使用極限狀態(tài)）一般由適用性

8、（正常使用極限狀態(tài)） 或可修復(fù)性控制或可修復(fù)性控制少數(shù)可發(fā)生承載能力失效的極限狀態(tài)少數(shù)可發(fā)生承載能力失效的極限狀態(tài) 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼筋（索）的應(yīng)力腐蝕預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼筋（索）的應(yīng)力腐蝕 隱蔽部位鋼筋的銹斷隱蔽部位鋼筋的銹斷 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì) 與施工指南與施工指南中國土木工程學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)中國土木工程學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) CCES 012004混凝土結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件的耐久性，應(yīng)根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件的耐久性，應(yīng)根據(jù)不同不同設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)使用年限及其及其相應(yīng)的極限狀態(tài)相應(yīng)的極限狀態(tài)和不同和不同環(huán)境類別環(huán)境類別及其及其環(huán)境作用等級(jí)環(huán)境作用等級(jí)進(jìn)行進(jìn)行設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)使用年限 有一定的保證率或安

9、全儲(chǔ)備有一定的保證率或安全儲(chǔ)備 極限狀態(tài)極限狀態(tài)與環(huán)境類別及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)與環(huán)境類別及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān) 環(huán)境類別環(huán)境類別分分7類類 環(huán)境作用等級(jí)環(huán)境作用等級(jí)分分6級(jí)，級(jí)，AF結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)人員用以作為結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)人員用以作為結(jié)構(gòu)耐久性 設(shè)計(jì)依據(jù)的目標(biāo)使用年限設(shè)計(jì)依據(jù)的目標(biāo)使用年限設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)由業(yè)主或用戶與設(shè)計(jì)人共同確定，設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)由業(yè)主或用戶與設(shè)計(jì)人共同確定， 并滿足有關(guān)法規(guī)的最低要求并滿足有關(guān)法規(guī)的最低要求 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為確定可變荷載為確定可變荷載(使用荷載、風(fēng)雪荷載使用荷載、風(fēng)雪荷載) 及與時(shí)間有關(guān)的材料強(qiáng)度而選用的時(shí)間參數(shù)及與時(shí)間有關(guān)的材料強(qiáng)度而選用的時(shí)間

10、參數(shù) 使用年限使用年限結(jié)構(gòu)建造完成后，在預(yù)定的使用與維護(hù)和結(jié)構(gòu)建造完成后，在預(yù)定的使用與維護(hù)和 修理?xiàng)l件下，能夠滿足原定性能要求的年限修理?xiàng)l件下，能夠滿足原定性能要求的年限 設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)使用年限具有足夠安全儲(chǔ)備或保證具有足夠安全儲(chǔ)備或保證率率設(shè)計(jì)使用年限的安全儲(chǔ)備或保證率可以用設(shè)計(jì)使用年限的安全儲(chǔ)備或保證率可以用 壽命安全系數(shù)或失效概率表示壽命安全系數(shù)或失效概率表示 定值法設(shè)計(jì)壽命安全系數(shù)憑工程經(jīng)驗(yàn)和必要分析綜合壽命安全系數(shù)憑工程經(jīng)驗(yàn)和必要分析綜合給定，考慮工程重要性，耐久性失效后果的嚴(yán)重性，修理的給定，考慮工程重要性，耐久性失效后果的嚴(yán)重性，修理的可行性與修理費(fèi)用，環(huán)境作用、耐久性抗力和

11、計(jì)算方法本身可行性與修理費(fèi)用，環(huán)境作用、耐久性抗力和計(jì)算方法本身的不確定性與不確知性的不確定性與不確知性 概率分析方法壽命安全系數(shù)為均值使用年限與設(shè)計(jì)使壽命安全系數(shù)為均值使用年限與設(shè)計(jì)使用年限的比值，與設(shè)定的保證率或失效概率有關(guān)用年限的比值，與設(shè)定的保證率或失效概率有關(guān) 若假定使用年限按對(duì)數(shù)正態(tài)分布，變異系數(shù)為若假定使用年限按對(duì)數(shù)正態(tài)分布，變異系數(shù)為0.5。對(duì)于對(duì)于適用性極限狀態(tài)，如失效概率適用性極限狀態(tài)，如失效概率5 5，K K在在2 2. 4 4左右左右 環(huán)境類別環(huán)境類別1 一般環(huán)境一般環(huán)境 （無凍融，鹽、酸等作用）（無凍融，鹽、酸等作用） 室內(nèi)干燥環(huán)境室內(nèi)干燥環(huán)境 A 非干濕交替的室內(nèi)潮

12、濕環(huán)境或非干濕交替的室內(nèi)潮濕環(huán)境或 露天環(huán)境，長期濕潤環(huán)境露天環(huán)境，長期濕潤環(huán)境 B 干濕交替環(huán)境干濕交替環(huán)境 C2 一般凍融環(huán)境一般凍融環(huán)境 (無鹽、酸等作用無鹽、酸等作用) 微凍地區(qū)，混凝土中度飽水微凍地區(qū)，混凝土中度飽水 B 微凍地區(qū)，混凝土高度飽水微凍地區(qū)，混凝土高度飽水 C 嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)，混凝土中度飽水嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)，混凝土中度飽水 C 嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)，混凝土高度飽水嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)，混凝土高度飽水 D環(huán)境類別環(huán)境類別3 近?；蚝Ｑ蟓h(huán)境近?；蚝Ｑ蟓h(huán)境 水下區(qū)水下區(qū) D 大氣區(qū)大氣區(qū) 輕度鹽霧區(qū)輕度鹽霧區(qū) D 離平均水位離平均水位15m以上的海上大氣區(qū)，以上的海上大氣區(qū)， 離漲潮岸線離

13、漲潮岸線50m外至外至200m內(nèi)的陸上室外環(huán)境內(nèi)的陸上室外環(huán)境 重度鹽霧區(qū)重度鹽霧區(qū) E 離平均水位上方離平均水位上方15m以內(nèi)的海上大氣區(qū)，以內(nèi)的海上大氣區(qū)， 離漲潮岸線離漲潮岸線50m內(nèi)的陸上室外環(huán)境內(nèi)的陸上室外環(huán)境 水位變化區(qū)和浪濺區(qū)，非炎熱地區(qū)水位變化區(qū)和浪濺區(qū)，非炎熱地區(qū) E 水位變化區(qū)和浪濺區(qū)，南方炎熱地區(qū)水位變化區(qū)和浪濺區(qū)，南方炎熱地區(qū) F環(huán)境類別環(huán)境類別4 除冰鹽凍融環(huán)境除冰鹽凍融環(huán)境 混凝土中度飽水混凝土中度飽水 E 混凝土高度飽水混凝土高度飽水 F5 鹽堿結(jié)晶環(huán)境鹽堿結(jié)晶環(huán)境 輕度鹽堿結(jié)晶輕度鹽堿結(jié)晶 E 重度鹽類結(jié)晶重度鹽類結(jié)晶 F6 大氣污染環(huán)境大氣污染環(huán)境 汽車或機(jī)車

14、廢氣汽車或機(jī)車廢氣 C 酸雨酸雨 D （pH小于小于4時(shí)按時(shí)按E級(jí)）級(jí)） 鹽堿地區(qū)含鹽大氣和雨水鹽堿地區(qū)含鹽大氣和雨水 D ，E， C環(huán)境類別環(huán)境類別7 土中及地表、地下水中的化學(xué)腐蝕環(huán)境土中及地表、地下水中的化學(xué)腐蝕環(huán)境 (海水環(huán)境除外海水環(huán)境除外) 作 用 等 級(jí) B C D E 水 中24SO m g /l 2 0 0 2 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 4 0 0 0 4 0 0 0 1 0 0 0 0 土 中24SO總 量m g /k g ， 強(qiáng) 透 水 土 層 弱 透 水 土 層 3 0 0 1 5 0 0 3 0 0 1 5 0 0 1 5 0 0 5 0 0 0 1 5

15、 0 0 6 0 0 0 5 0 0 0 1 5 0 0 0 6 0 0 0 1 5 0 0 0 1 5 0 0 0 5 0 0 0 0 水 中2Mg m g /l 3 0 0 3 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 3 0 0 0 3 0 0 0 4 5 0 0 水 的p H值 水 或 強(qiáng) 透 水 土 層 中 弱 透 水 土 層 中 6 .5 5 .5 5 .5 6 .5 4 .5 5 .5 4 .5 5 .5 4 .0 . 4 .5 4 4 .5 3 .5 4 .0 水 中C O2 m g /l 水 或 強(qiáng) 透 水 土 層 中 弱 透 水 土 層 中 1 5 3 0 3 0 6 0 3

16、 0 6 0 6 0 - 1 0 0 6 0 1 0 0 1 0 0 氯 離 子 濃 度 水 中m g /l , 干 濕 交 替 長 期 浸 水 土 中m g /k g 潮 濕 1 0 0 5 0 0 5 0 0 5 0 0 0 1 5 0 7 5 0 5 0 0 5 0 0 0 5 0 0 0 2 0 0 0 0 7 5 0 7 5 0 0 5 0 0 0 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 4 0 0 0 0 7 5 0 0 1 5 0 0 0 環(huán)境類別環(huán)境類別選定一種最主要的環(huán)境類別進(jìn)行設(shè)計(jì)選定一種最主要的環(huán)境類別進(jìn)行設(shè)計(jì)多種環(huán)境作用影響多種環(huán)境作用影響 荷載對(duì)環(huán)境作用影響荷載對(duì)環(huán)境

17、作用影響 耐久性設(shè)計(jì)內(nèi)容耐久性設(shè)計(jì)內(nèi)容按按 環(huán)境類別，環(huán)境作用等級(jí)，設(shè)計(jì)年限環(huán)境類別，環(huán)境作用等級(jí)，設(shè)計(jì)年限確定：確定： 混凝土材料混凝土材料 結(jié)構(gòu)構(gòu)造和裂縫控制結(jié)構(gòu)構(gòu)造和裂縫控制 施工要求施工要求 使用階段檢測(cè)和維修要求使用階段檢測(cè)和維修要求 防腐蝕附加措施防腐蝕附加措施 耐久性設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)耐久性設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)鋼筋銹蝕鋼筋銹蝕 預(yù)應(yīng)力鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼筋 開始銹蝕開始銹蝕 普通鋼筋普通鋼筋 順筋開裂（順筋開裂（0.1mm）混凝土腐蝕混凝土腐蝕 輕微，不影響混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)輕微，不影響混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù) 海洋環(huán)境下的重要工程，要求委海洋環(huán)境下的重要工程，要求委托二個(gè)或二個(gè)以上的專業(yè)機(jī)構(gòu)，分托二個(gè)

18、或二個(gè)以上的專業(yè)機(jī)構(gòu)，分別進(jìn)行使用壽命計(jì)算別進(jìn)行使用壽命計(jì)算混凝土材料選擇混凝土材料選擇1)1) 選用低水化熱、低選用低水化熱、低C C3 3A A含量、偏低含堿量水泥含量、偏低含堿量水泥2)2) 選用堅(jiān)固耐久的潔凈骨料，重視粗骨料級(jí)配及選用堅(jiān)固耐久的潔凈骨料，重視粗骨料級(jí)配及 粒形粒形3)3) 礦物摻和料作為一般情況下的必需組份礦物摻和料作為一般情況下的必需組份4)4) 將適量引氣作為常規(guī)手段將適量引氣作為常規(guī)手段5)5) 采用偏低的用水量采用偏低的用水量6)6) 限制單方混凝土中膠凝材料最低和最高用量限制單方混凝土中膠凝材料最低和最高用量 7)7) 盡可能降低膠凝材料中的硅酸鹽水泥用量盡可

19、能降低膠凝材料中的硅酸鹽水泥用量 強(qiáng)度與耐久性的矛盾強(qiáng)度與耐久性的矛盾 粉煤灰粉煤灰 引氣劑引氣劑低水膠比與抗裂性的矛盾低水膠比與抗裂性的矛盾 構(gòu)造措施和裂縫寬度限制 1)1) 隔絕或減輕環(huán)境對(duì)混凝土的作用隔絕或減輕環(huán)境對(duì)混凝土的作用 結(jié)構(gòu)形狀，防、排水，結(jié)構(gòu)形狀，防、排水， 2)2)混凝土裂縫控制混凝土裂縫控制 3)3)鋼筋的混凝土保護(hù)層鋼筋的混凝土保護(hù)層 混凝土表面裂縫寬度限制與保護(hù)層厚度混凝土表面裂縫寬度限制與保護(hù)層厚度 的矛盾的矛盾 鋼筋保護(hù)層鋼筋保護(hù)層 普通鋼筋（主筋、箍筋和分布筋）的混凝土保護(hù)層厚普通鋼筋（主筋、箍筋和分布筋）的混凝土保護(hù)層厚度度 c cmin + 預(yù)應(yīng)力筋的混凝土

20、保護(hù)層厚度預(yù)應(yīng)力筋的混凝土保護(hù)層厚度: : 無密封護(hù)套的比普通鋼筋大無密封護(hù)套的比普通鋼筋大 10 mm 10 mm 環(huán)境作用等級(jí)為環(huán)境作用等級(jí)為C C或或C C級(jí)以上（對(duì)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼級(jí)以上（對(duì)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋為筋為B B或或B B級(jí)以上），應(yīng)采用有級(jí)以上），應(yīng)采用有防腐連續(xù)密封護(hù)套的預(yù)防腐連續(xù)密封護(hù)套的預(yù)應(yīng)力鋼筋。應(yīng)力鋼筋。 施工要求與施工質(zhì)量驗(yàn)收施工要求與施工質(zhì)量驗(yàn)收必須將施工質(zhì)量保證作為耐久性設(shè)計(jì)中特殊重要的內(nèi)容必須將施工質(zhì)量保證作為耐久性設(shè)計(jì)中特殊重要的內(nèi)容 表層混凝土質(zhì)量混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量表層混凝土質(zhì)量混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量 保護(hù)層厚度的施工允許誤差保護(hù)層厚度的施工允許誤差 質(zhì)量檢驗(yàn)質(zhì)量檢驗(yàn)

21、保護(hù)層厚度，含氣量，表層混凝土滲透性保護(hù)層厚度，含氣量，表層混凝土滲透性 （現(xiàn)場(chǎng)回彈、抗拔、抗?jié)B）（現(xiàn)場(chǎng)回彈、抗拔、抗?jié)B）鋼筋位置的誤差，鋼筋位置的誤差，5mm的施工誤差，可使的施工誤差，可使20mm保保護(hù)層厚度的墻、板鋼筋開始銹蝕的年限縮短近一護(hù)層厚度的墻、板鋼筋開始銹蝕的年限縮短近一半半 養(yǎng)護(hù)不良影響更大養(yǎng)護(hù)不良影響更大 DuraCrete指南中，指南中，7天的養(yǎng)護(hù)系數(shù)為天的養(yǎng)護(hù)系數(shù)為1天的天的2倍倍（氯離子作用）和（氯離子作用）和4倍（碳化作用）可使工作壽命倍（碳化作用）可使工作壽命 從從50年分別降到約年分別降到約25年和年和12.5年年 施工質(zhì)量對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的頭等重要性施工質(zhì)量對(duì)結(jié)構(gòu)

22、耐久性的頭等重要性 使用期內(nèi)的維修和定期檢測(cè)使用期內(nèi)的維修和定期檢測(cè) 使用年限與使用階段維修緊密聯(lián)系使用年限與使用階段維修緊密聯(lián)系 環(huán)境嚴(yán)重作用下的結(jié)構(gòu)物必須定期檢測(cè)環(huán)境嚴(yán)重作用下的結(jié)構(gòu)物必須定期檢測(cè) 設(shè)計(jì)文件中必須向業(yè)主與運(yùn)營單位提出設(shè)計(jì)文件中必須向業(yè)主與運(yùn)營單位提出使用過程中的定期檢測(cè)和維修要求使用過程中的定期檢測(cè)和維修要求 防腐蝕附加措施防腐蝕附加措施環(huán)氧涂層鋼筋環(huán)氧涂層鋼筋混凝土表面防腐涂層、面層混凝土表面防腐涂層、面層鋼筋阻銹劑鋼筋阻銹劑陰極保護(hù)陰極保護(hù) 不同環(huán)境類別下的耐久性設(shè)計(jì)不同環(huán)境類別下的耐久性設(shè)計(jì) 碳化引起銹蝕碳化引起銹蝕對(duì)付碳化銹蝕不應(yīng)成為一個(gè)問題對(duì)付碳化銹蝕不應(yīng)成為一個(gè)

23、問題 關(guān)鍵在于規(guī)范要提高標(biāo)準(zhǔn)，尤其關(guān)鍵在于規(guī)范要提高標(biāo)準(zhǔn)，尤其干濕交替干濕交替和炎熱環(huán)和炎熱環(huán) 境下的要求境下的要求表面裂縫寬度的限制也不表面裂縫寬度的限制也不應(yīng)成為問題應(yīng)成為問題 橫向裂縫能使裂縫截面處的普通鋼筋提前發(fā)生局部橫向裂縫能使裂縫截面處的普通鋼筋提前發(fā)生局部銹蝕，但通常不會(huì)向周邊和深部發(fā)展，只當(dāng)保護(hù)層被銹蝕，但通常不會(huì)向周邊和深部發(fā)展，只當(dāng)保護(hù)層被碳化后，才能在鋼筋表面發(fā)展全面穩(wěn)定的銹蝕碳化后，才能在鋼筋表面發(fā)展全面穩(wěn)定的銹蝕 混凝土規(guī)范的裂縫寬度限制不適用于較厚的保護(hù)層混凝土規(guī)范的裂縫寬度限制不適用于較厚的保護(hù)層 預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力腐蝕則不同預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力腐蝕則不同 碳化銹蝕碳化銹蝕

24、GB500102002規(guī)范中，要求規(guī)范中，要求100年設(shè)計(jì)壽命的年設(shè)計(jì)壽命的保護(hù)層厚度為保護(hù)層厚度為50年的年的1.4倍（即倍（即 t a ），這個(gè)），這個(gè)規(guī)定值得探討規(guī)定值得探討碳化的深度到一定數(shù)值后有可能停止碳化的深度到一定數(shù)值后有可能停止事實(shí)上，只有不會(huì)發(fā)生銹蝕的干燥環(huán)境，碳化速事實(shí)上，只有不會(huì)發(fā)生銹蝕的干燥環(huán)境，碳化速度才與時(shí)間度才與時(shí)間 t 的的0.5次方成正比。潮濕環(huán)境（次方成正比。潮濕環(huán)境（RH=81%）下與）下與 t的的0.4次方成正比，長期濕潤下（高次方成正比，長期濕潤下（高濕度又經(jīng)常受雨淋）甚至與濕度又經(jīng)常受雨淋）甚至與 t 的的0.1次方成正比。次方成正比。凍融環(huán)境凍融環(huán)

25、境必須引氣必須引氣 (B級(jí)可不引氣，但需提高一級(jí)選擇混凝土級(jí)可不引氣，但需提高一級(jí)選擇混凝土)低水膠比的混凝土，不大于低水膠比的混凝土，不大于0.5，氯鹽環(huán)境下不大于，氯鹽環(huán)境下不大于0.4新混凝土延遲受凍；加大構(gòu)件厚度；避免混凝土受濕新混凝土延遲受凍；加大構(gòu)件厚度；避免混凝土受濕混凝土抗凍性能指標(biāo)用耐久性指數(shù)混凝土抗凍性能指標(biāo)用耐久性指數(shù) DF表示表示100年與年與50年使用年限，在抗凍要求上的差別不年使用年限，在抗凍要求上的差別不 明顯明顯 （ Fagerlund，黃士元，黃士元， Hobbs ）一般凍融環(huán)境下，環(huán)境作用按降低一個(gè)等級(jí)選用保護(hù)層一般凍融環(huán)境下，環(huán)境作用按降低一個(gè)等級(jí)選用保護(hù)

26、層 厚度厚度氯鹽引起銹蝕氯鹽引起銹蝕氯鹽引起的鋼筋銹蝕最為嚴(yán)重氯鹽引起的鋼筋銹蝕最為嚴(yán)重水下區(qū)混凝土缺氧，腐蝕速度極慢水下區(qū)混凝土缺氧，腐蝕速度極慢危險(xiǎn)的是干濕交替區(qū)危險(xiǎn)的是干濕交替區(qū)氯鹽輕度腐蝕下，采用水膠比不高于氯鹽輕度腐蝕下，采用水膠比不高于0.4（或最多不超（或最多不超 過過0.45）的礦物摻和料混凝土與適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)層厚度，）的礦物摻和料混凝土與適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)層厚度， 一般能解決問題一般能解決問題 干濕交替、使用壽命又長的重要工程部位，可能需要防干濕交替、使用壽命又長的重要工程部位，可能需要防 腐蝕附加措施腐蝕附加措施氯鹽環(huán)境下的裂縫寬度限制，不同標(biāo)準(zhǔn)差別較大氯鹽環(huán)境下的裂縫寬度限制，不同標(biāo)

27、準(zhǔn)差別較大氯鹽引起銹蝕氯鹽引起銹蝕 據(jù)據(jù)DuraCrete的研究，氯離子侵入混凝土的研究，氯離子侵入混凝土100年或年或50年后，濃度達(dá)到臨界值處的深度，即所年后，濃度達(dá)到臨界值處的深度，即所需保護(hù)層厚度需保護(hù)層厚度 為：為： 對(duì)于低水膠比的大摻量礦物摻和料混凝土，對(duì)于低水膠比的大摻量礦物摻和料混凝土，x約與約與 t 的的0.150.20 次方成正比，并與大氣區(qū)、次方成正比，并與大氣區(qū)、浪濺區(qū)、水下區(qū)等不同環(huán)境浪濺區(qū)、水下區(qū)等不同環(huán)境 條件有關(guān)。條件有關(guān)。100年年與與50年的差別不到年的差別不到15 對(duì)于不加礦物摻和料混凝土的普通混凝土，對(duì)于不加礦物摻和料混凝土的普通混凝土，100年需比年需

28、比50年增加年增加30 氯離子擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定氯離子擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定推薦推薦 快速氯離子電遷移測(cè)定方法方法快速氯離子電遷移測(cè)定方法方法瑞典唐路平（CTH法），北歐NT標(biāo)準(zhǔn) ，德國 ibac-test 方法，DuraCrete標(biāo)準(zhǔn)，瑞士SIA標(biāo)準(zhǔn) 橡膠筒（內(nèi)徑100,外徑114120，高150170）KOH溶液陽極板陰極板支架20支撐頂頭（高1520)KOH+Cl-溶液試件試驗(yàn)槽環(huán)箍環(huán)箍 橡膠筒（內(nèi)徑100,外徑114120，高150170）KOH溶液陽極板陰極板支架20支撐頂頭（高1520)KOH+Cl-溶液試件試驗(yàn)槽環(huán)箍環(huán)箍 重要結(jié)構(gòu)物，采用多道防腐措施并定期檢重要結(jié)構(gòu)物，采用多道防腐措施并定期

29、檢測(cè)測(cè) 丹麥丹麥Great Belt Link， 100年，隧道預(yù)制混凝土管片保護(hù)層年，隧道預(yù)制混凝土管片保護(hù)層35mm， 水膠比低于水膠比低于0.35，摻粉煤灰和硅灰，多道防腐措施，摻粉煤灰和硅灰，多道防腐措施 在襯砌與土體之間沿環(huán)向灌漿，增加覆蓋保護(hù)層厚度在襯砌與土體之間沿環(huán)向灌漿，增加覆蓋保護(hù)層厚度 環(huán)氧涂膜鋼筋環(huán)氧涂膜鋼筋 陰極保護(hù)作為最終手段陰極保護(hù)作為最終手段 使用年限長、且有條件修理，采取定期修理并定期檢測(cè)使用年限長、且有條件修理，采取定期修理并定期檢測(cè) 荷蘭荷蘭Delta防浪堤，防浪堤， 200年，閘門支承配筋混凝土構(gòu)件浪濺區(qū)年，閘門支承配筋混凝土構(gòu)件浪濺區(qū) 預(yù)期壽命（按鋼筋銹

30、蝕損失預(yù)期壽命（按鋼筋銹蝕損失0.2mm估計(jì)）估計(jì)）8090年年我國我國基于材料性能劣化模型的基于材料性能劣化模型的 使用年限分析使用年限分析 氯離子引起鋼筋銹蝕氯離子引起鋼筋銹蝕 通常用通常用Fick第二定律描述：第二定律描述： c 為氯離子濃度，為氯離子濃度，D為擴(kuò)散系數(shù)為擴(kuò)散系數(shù) 若若D為常數(shù)，且邊界條件：為常數(shù)，且邊界條件： 表面氯離子濃度表面氯離子濃度cs為定值為定值 可得解析解：可得解析解： 22ccDtxDtxerfctxcs21),( 到到90年代初，認(rèn)識(shí)到擴(kuò)散系數(shù)年代初，認(rèn)識(shí)到擴(kuò)散系數(shù)D 隨時(shí)間、離混隨時(shí)間、離混凝土表面距離、氯離子濃度等因素變化，還與溫凝土表面距離、氯離子濃

31、度等因素變化，還與溫度、度、 pH值等多種因素有關(guān)值等多種因素有關(guān) 原先按原先按 D 為常值的預(yù)測(cè)結(jié)果過份保守為常值的預(yù)測(cè)結(jié)果過份保守 Fick第二定律被認(rèn)為誤用了第二定律被認(rèn)為誤用了25年年 擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)隨時(shí)間衰減的規(guī)律尚未完全明了擴(kuò)散系數(shù)隨時(shí)間衰減的規(guī)律尚未完全明了 氯離子在傳輸過程中與水泥水化產(chǎn)物結(jié)合氯離子在傳輸過程中與水泥水化產(chǎn)物結(jié)合 早期混凝土密實(shí)性隨水化程度不斷完善而提高早期混凝土密實(shí)性隨水化程度不斷完善而提高 擴(kuò)散系數(shù)隨時(shí)間變化規(guī)律符合指數(shù)函數(shù)擴(kuò)散系數(shù)隨時(shí)間變化規(guī)律符合指數(shù)函數(shù) ttDtDD00)( D0為為t = t0(開始暴露于氯鹽環(huán)境開始暴露于氯鹽環(huán)境)時(shí)測(cè)得的

32、擴(kuò)散系數(shù)值時(shí)測(cè)得的擴(kuò)散系數(shù)值 Poulsen建議，高性能混凝土與等效水灰比建議，高性能混凝土與等效水灰比W/C有關(guān)有關(guān) Bamforth指出，主要與膠凝材料種類有關(guān)指出，主要與膠凝材料種類有關(guān) DuraCrete指南采用與膠凝材料種類和環(huán)境條件有關(guān)指南采用與膠凝材料種類和環(huán)境條件有關(guān) kc 養(yǎng)護(hù)系數(shù)，考慮養(yǎng)護(hù)時(shí)間長短養(yǎng)護(hù)系數(shù)，考慮養(yǎng)護(hù)時(shí)間長短 ke 環(huán)境系數(shù)，考慮海洋不同環(huán)境（水下區(qū)、大氣區(qū)、浪濺區(qū)等）環(huán)境系數(shù)，考慮海洋不同環(huán)境（水下區(qū)、大氣區(qū)、浪濺區(qū)等） 與不同膠凝材料的影響與不同膠凝材料的影響 ttDtDD00)(eckkttDtD0)(值對(duì)混凝土抗氯離子能力有著十分巨大的影響值對(duì)混凝土抗

33、氯離子能力有著十分巨大的影響 指數(shù)變化規(guī)律只是根據(jù)短期測(cè)試數(shù)據(jù)得出，指數(shù)變化規(guī)律只是根據(jù)短期測(cè)試數(shù)據(jù)得出， 外推預(yù)測(cè)必須小心外推預(yù)測(cè)必須小心 氯離子臨界濃度氯離子臨界濃度 DuraCrete取與水膠比有關(guān)，表中數(shù)據(jù)代表均值取與水膠比有關(guān)，表中數(shù)據(jù)代表均值 氯離子表面濃度氯離子表面濃度 隨環(huán)境條件而變隨環(huán)境條件而變 處于海水中混凝土，表面濃度一般與海水中氯鹽濃度接近處于海水中混凝土，表面濃度一般與海水中氯鹽濃度接近 Bamforth 建議用于設(shè)計(jì)的表面濃度cs（按混凝土重計(jì)算）括號(hào)內(nèi)為每方混凝土膠凝材料為括號(hào)內(nèi)為每方混凝土膠凝材料為400kg時(shí)，按膠凝材料重表示的時(shí)，按膠凝材料重表示的cs值值

34、DuraCrete提出表面氯離子濃度與混凝土水提出表面氯離子濃度與混凝土水 膠比和膠凝材料種類有關(guān)膠比和膠凝材料種類有關(guān) 水膠比水膠比0.4、30%粉煤灰和粉煤灰和70%硅酸鹽水泥配硅酸鹽水泥配 比的混凝土，在水下區(qū)、潮汐區(qū)和大氣區(qū)分比的混凝土，在水下區(qū)、潮汐區(qū)和大氣區(qū)分 別約為膠凝材料重的別約為膠凝材料重的4.2%，3.1%和和1.3% DuraCrete數(shù)據(jù)為平均值，具體設(shè)計(jì)時(shí)，要數(shù)據(jù)為平均值，具體設(shè)計(jì)時(shí)，要 在平均值上乘、除分項(xiàng)系數(shù)在平均值上乘、除分項(xiàng)系數(shù)碳碳 化化DuracreteDuracrete指南提出的模型：指南提出的模型： 各種碳化模型的普遍缺點(diǎn)是不能考慮干濕交替的影響各種碳化模型的普遍缺點(diǎn)是不能考慮干濕交替的影響onocesRttkkcx22 耐久性計(jì)算模型用于預(yù)測(cè)未來，無法進(jìn)行驗(yàn)證耐久性計(jì)算模型用于預(yù)測(cè)未來，無法進(jìn)行驗(yàn)證 氯離子入侵海洋工程混凝土，基本以氯離子入侵海洋工程混凝土，基本以Fick定律為計(jì)算模型定律為計(jì)算模型 19701990 視擴(kuò)散系數(shù)視擴(kuò)散系數(shù)D和表面濃度和