混凝土結(jié)構(gòu)耐久性課件

1、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì) 長(zhǎng)期以來(lái)，人們受混凝土是一種耐久性能良好的建筑材料這一認(rèn)識(shí)的影響，忽視了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性問題，造成了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的相對(duì)滯后，并為此付出了巨大的代價(jià)。 我國(guó)1989年頒布的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ10-89）和1985年頒布的公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ023-85）涉及結(jié)構(gòu)耐久性的內(nèi)容很少，除了一些保證結(jié)構(gòu)耐久性的構(gòu)造措施的一般規(guī)定之外，只對(duì)影響混凝土耐久性的裂縫寬度加以控制。實(shí)踐證明，裂縫控制對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)并不起決定性作用。 新頒布的公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D62-2004）（以下簡(jiǎn)稱橋規(guī) JTG D62 ，

2、增加了耐久性設(shè)計(jì)內(nèi)容，提出了公路橋涵結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)所處的環(huán)境條件進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)的概念，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念上的重大突破，是工程結(jié)構(gòu)科學(xué)的重大技術(shù)進(jìn)步，對(duì)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量具有指導(dǎo)意義。 2004年5月出版的中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南（CCES01）提出了混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)不同設(shè)計(jì)年限及相應(yīng)的極限狀態(tài)和不同的環(huán)境類別及其作用等級(jí)進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)的概念，明確提出了環(huán)境作用下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)與施工的基本原則與要求。對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。2006年出版的公路工程混凝土結(jié)防腐蝕技術(shù)規(guī)范JTGT B07-01-2006(以下簡(jiǎn)稱(防腐蝕規(guī)范 JTGT B07)做為行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn),對(duì)公路混凝土橋涵

3、結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)有重要參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。 防腐蝕規(guī)范 JTGT B07的主要內(nèi)容與耐久性設(shè)計(jì)與施工指南（CCES01）基本相同.第一章 混凝土結(jié)構(gòu)損傷與耐久性環(huán)境作用引起的混凝土結(jié)構(gòu)損傷包括: 混凝土的碳化 氯離子的侵蝕 堿骨料反應(yīng) 凍融循環(huán)破壞 鋼筋腐蝕 從短期效果而言，這些問題影響結(jié)構(gòu)的外觀和使用功能；從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，則會(huì)降低結(jié)構(gòu)安全度，成為發(fā)生事故的隱患，影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。1-1 混凝土的碳化 混凝土的碳化是指混凝土中氫氧化鈣與滲透進(jìn)混凝土中的二氧化碳和其它酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程。一般情況下混凝土呈堿性，在鋼筋表面形成堿性薄膜，保護(hù)鋼筋免遭酸性介質(zhì)的侵蝕，起到了“鈍化”保護(hù)作用。碳化的

4、實(shí)質(zhì)是混凝土的中性化，使混凝土的堿性降低，鈍化膜破壞，在水分和其它有害介質(zhì)侵入的情況下，鋼筋就會(huì)發(fā)生銹蝕。 1-2 氯離子的侵蝕 氯離子對(duì)混凝土的侵蝕是氯離子從外界環(huán)境侵入已硬化的混凝土造成的。海水是氯離子的主要來(lái)源，北方寒冷地區(qū)向道路、橋面灑鹽化雪除冰都有可能使氯離子滲入混凝土中。氯離子對(duì)混凝土的侵蝕屬于化學(xué)侵蝕，氯離子是一種極強(qiáng)的去鈍化劑，氯離子進(jìn)入混凝土，到達(dá)鋼筋表面，并吸附于局部鈍化膜處時(shí)，可使該處的PH值迅速降低，破壞鋼筋表面的鈍化膜，引起鋼筋腐蝕。 氯離子侵蝕引起的鋼筋腐蝕是威脅混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的最主要和最普遍的病害。1-3 堿骨料反應(yīng) 堿骨料反應(yīng)一般指水泥中的堿和骨料中的活性硅發(fā)

5、生反應(yīng)，生成堿硅酸鹽凝膠，并吸水產(chǎn)生膨脹壓力，造成混凝土開裂。堿骨料反應(yīng)引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞程度，比其他耐久性破壞發(fā)展更快，后果更為嚴(yán)重。堿骨料反應(yīng)一旦發(fā)生，很難加以控制，一般不到兩年就會(huì)使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯開裂，所以有時(shí)也稱堿骨料反應(yīng)是混凝土結(jié)構(gòu)的“癌癥”。 對(duì)付堿骨料反應(yīng)重在預(yù)防，因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)一旦發(fā)生堿骨料反應(yīng)破壞，目前還沒有更可靠的修補(bǔ)措施。防止混凝土堿骨料反應(yīng)的主要措施是：選用含堿量低的水泥；不使用堿活性大的骨料；選用不含堿或含堿低的化學(xué)外加劑；通過各種措施，控制混凝土的總含堿量不大于3kg/m3。1-4 凍融循環(huán)破壞 滲入混凝土中的水在低溫下結(jié)冰膨脹，從內(nèi)部破壞混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，經(jīng)多次凍

6、融循環(huán)后，損傷積累將使混凝土剝落酥裂，強(qiáng)度降低。 鹽溶液與凍融的協(xié)同作用比單純的凍融嚴(yán)酷得多，一般將鹽凍破壞看作是凍融破壞的一種特殊形式，即最嚴(yán)酷的凍融破壞。 凍融破壞的特征是混凝土剝落，嚴(yán)重威脅混凝土的耐久性?；炷羶鋈谄茐陌l(fā)展速度快，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)混凝土凍融剝落，必須密切注意剝蝕的發(fā)展情況，及時(shí)采取修補(bǔ)和補(bǔ)強(qiáng)措施。 提高混凝土抗凍耐久性的主要措施是采用摻入引氣劑的混凝土。國(guó)內(nèi)外的大量研究和工程實(shí)踐表明，引氣混凝土抗凍耐久性明顯提高，這是因?yàn)橐龤鈩┬纬傻幕ゲ贿B通的微細(xì)氣孔在混凝土受凍初期能使毛細(xì)孔中的靜水壓力減少，在混凝土受凍結(jié)構(gòu)過程中，這些孔隙可以阻止或抑制水泥漿中微小冰體的形成。 1-5 鋼筋

7、腐蝕 鋼筋腐蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命的重要因素。處于干燥環(huán)境下，混凝土碳化速度緩慢，具有良好保護(hù)層的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一般不會(huì)發(fā)生鋼筋腐蝕。 鋼筋腐蝕伴有體積膨脹，使混凝土出現(xiàn)沿鋼筋的縱向裂縫，造成鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力破壞，鋼筋截面面積減少，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力降低，變形和裂縫增大等一系列不良后果，并隨著時(shí)間的推移，腐蝕會(huì)逐漸惡化，最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的完全破壞。 鋼筋腐蝕與混凝土碳化有關(guān)，在一般情況下，混凝土保護(hù)層碳化是鋼筋腐蝕的前提，水分、氧氣的存在是引起鋼筋腐蝕的必要條件。因此，提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的根本途徑是增強(qiáng)混凝土密實(shí)度，防止或控制混凝土開裂，阻止水分的侵入；加大混凝土保護(hù)

8、層的厚度，防止由于混凝土保護(hù)層碳化引起鋼筋鈍化膜的破壞。 第二章 提高混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的技術(shù)措施 混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性取決于混凝土材料的自身特性和結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境，與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)管理密切相關(guān)。一般是從以下三個(gè)方面解決混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性問題： （1）采用高耐久性混凝土，增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度，提高混凝土自身抗破損能力； （2）加強(qiáng)橋面排水和防水層設(shè)計(jì)，改善橋梁的環(huán)境作用條件； （3）改進(jìn)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中包括加大混凝土保護(hù)層厚度；加強(qiáng)構(gòu)造鋼筋，防止和控制裂縫發(fā)展；采用具有防腐保護(hù)的鋼筋（例如：體外預(yù)應(yīng)力筋，無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，環(huán)氧涂層鋼筋等）。2-1結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的基本要求提高混凝土自

9、身的耐久性是解決混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的前提和基礎(chǔ)?；炷恋哪途眯灾饕Q于混凝土的材料組成，其中水灰比，水泥用量，強(qiáng)度等級(jí)等均對(duì)耐久性有較大影響。 橋規(guī)JTG D62規(guī)定，公路橋涵應(yīng)根據(jù)所處環(huán)境進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的基本要求應(yīng)符表2.1-1的規(guī)定：對(duì)水位變動(dòng)區(qū)有抗凍要求的混凝土結(jié)構(gòu)，橋規(guī)JTG D62規(guī)定，其抗凍等級(jí)不應(yīng)低于表2.1-2的規(guī)定。表2.1-1 結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的基本要求0環(huán)境條件最大水灰比最小水泥用量(kg/m3)最低混凝土強(qiáng)度等級(jí)最大氯離子含量（%）最大堿含量（kg/m3）溫暖或寒冷地區(qū)的大氣環(huán)境；與無(wú)侵蝕性的水或土接觸的環(huán)境0.55275C250.303.0嚴(yán)寒地區(qū)的

10、大氣環(huán)境；使用除冰鹽環(huán)境；濱海環(huán)境0.50300C300.153.0海水環(huán)境0.45300C350.103.0受侵蝕性物質(zhì)影響的環(huán)境0.40325C350.103.0 對(duì)水位變動(dòng)區(qū)有抗凍要求的混凝土結(jié)構(gòu)，橋規(guī)JTG D62規(guī)定，其抗凍等級(jí)不應(yīng)低于表2.1-2的規(guī)定。表2.1-2橋梁所在地區(qū)海水環(huán)境淡水環(huán)境嚴(yán)重受凍地區(qū)（最冷月月平均氣溫低于8）F350F250受凍地區(qū)（最冷月月平均氣溫在48之間）F300F200微凍地區(qū)（最冷月月平均氣溫在04之間）F250F150注意:抗凍指標(biāo) F與DF的定義不同 耐久性設(shè)計(jì)與施工指南（CCES01）按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限級(jí)別及環(huán)境作用等級(jí)，對(duì)配筋混凝土的最低強(qiáng)度

11、等級(jí)，最大水膠比和單方混凝土膠凝材料的最低用量作出了限值規(guī)定(見表2.1-3)。表2.1-3設(shè)計(jì)使用年限級(jí)別環(huán)境等級(jí)作用侵蝕程度一級(jí)100年二級(jí)50年三級(jí)30年A可忽略C30,0.55,280C25,0.60,260C25,0.65,240B輕度C35,0.50,300C30,0.55,280C30,0.60,260C中度C40,0.45,320C35,0.50,300C35,0.50,300D嚴(yán)重C40,0.40,340C40,0.45,320C40,0.45,320E非常嚴(yán)重C45,0.36,360C40,0.40,340C40,0.40,340F極端嚴(yán)重C45,0.32,380C40,0

12、.36,360C40,0.36,360注意:水膠比與水灰比的定義不同 提高混凝土抗凍耐久性的措施防腐蝕規(guī)范 JTGT B074.2.3規(guī)定:凍融環(huán)境下環(huán)境作用等級(jí)為D或D級(jí)以上的混凝土必須摻用引氣劑.4.2.5給出了引氣混凝土的適宜含氣量參考值.2-2 加大鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度 是提高混凝土耐久性的重要措施混凝土保護(hù)層碳化是鋼筋銹蝕的前提。就一般情況而言，只有保護(hù)層混凝土碳化，鋼筋表層鈍化膜破壞，鋼筋才有可能銹蝕。因此，加大鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度，是保護(hù)鋼筋免于銹蝕，提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的最重要的措施之一。橋規(guī)JTG D62做為強(qiáng)制性條文給出的鋼筋最小混凝土保護(hù)層厚度列于表2.2-1。表2.

13、2-1 普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力直線鋼筋最小混凝土保護(hù)層厚度（mm）序號(hào)構(gòu) 件 類 型環(huán)境條件、1基礎(chǔ)、樁基承臺(tái)（1）基坑底面有墊層或側(cè)面有模板 （受力鋼筋） （2）基坑底面無(wú)墊層或側(cè)面無(wú)模板4060507560852墩臺(tái)身、擋土結(jié)構(gòu)、涵洞、梁、板、拱圈、拱上建筑（受力主筋）3040453人行道構(gòu)件、欄桿（受力主筋）2025304箍筋2025305緣石、中央分隔帶、護(hù)攔等行車道構(gòu)件3040456收縮、溫度、分布、防裂等表層鋼筋152025 耐久性設(shè)計(jì)與施工指南 關(guān)于鋼筋混凝土保護(hù)層厚度的規(guī)定 鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度，一般不應(yīng)小于鋼筋保護(hù)層最小厚度Cmin與保護(hù)層厚度施工負(fù)允差之和。 保護(hù)層最小厚度Cm

14、in按表2.2-2采用, 保護(hù)層厚度施工負(fù)允差 ,對(duì)現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件可取510mm,對(duì)預(yù)制構(gòu)件可0 5mm。表2.2-2 混凝土保護(hù)層最小厚度（mm）環(huán)境作用等級(jí)ABCDEF板、墻等面形構(gòu)件使用年限30年151525354550使用年限50年152030405055使用年限100年203040455560梁、柱等條件構(gòu)件使用年限30年202530405055使用年限50年253035455560使用年限100年3035455060652-3 橋面鋪裝層是抵御橋梁構(gòu)鋼筋腐蝕，提高結(jié)構(gòu)耐久性的第一道防線.一. 橋面鋪裝層的主要病害及其對(duì)結(jié)構(gòu)耐久 性的影響二. 改進(jìn)橋面鋪裝設(shè)計(jì)的建議一. 橋面鋪裝層的

15、主要病害 及其對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的影響1. 瀝青混凝土類橋面出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫、車轍、壅包、坑槽和局部破損。這些病害除了直接影響橋梁的使用功能外，更為嚴(yán)重的后果是路面滲水，局部破損造成水分的堆積，將使結(jié)構(gòu)的耐久性降低。2. 混凝土橋面鋪裝出現(xiàn)裂縫，特別是鉸結(jié)空心板（或T形梁）順鉸縫出現(xiàn)縱向裂縫是較為普通的。水份沿鉸縫下流，造成周邊鋼筋腐蝕，鋼筋腐蝕銹脹，又會(huì)引起混凝土局部破損，鋼筋外露，腐蝕將會(huì)進(jìn)一步加劇。3. 在北方地區(qū)由撒鹽除冰、在凍融循環(huán)作用下造成橋面鋪裝混凝土鹽凍破壞，使混凝土表層剝落、強(qiáng)度降低、嚴(yán)重者會(huì)造成鋪裝層的全部破壞，失去對(duì)橋面板的保護(hù)作用，影響結(jié)構(gòu)的耐久性。 二. 改進(jìn)橋面鋪裝設(shè)計(jì)的建議

16、1.采用高密實(shí)度具有良好防水性能橋面鋪裝混凝土是提高結(jié)構(gòu)耐久性的重要措施。2.預(yù)防橋面鋪裝層混凝土縱向開裂的措施3.防水層是橋面鋪裝的重要組成部分，積極推廣化學(xué)防水為橋梁防水層設(shè)計(jì)提供了新思路。 1.采用高密實(shí)度具有良好防水性能橋面鋪裝混凝土是提高結(jié)構(gòu)耐久性的重要措施 橋面鋪裝混凝土應(yīng)采用C30以上等級(jí)的高密度混凝土，為了提高混凝土的密實(shí)度，水灰比一般應(yīng)控制在0.4以下。 纖維混凝土（鋼纖維混凝土或復(fù)合纖維混凝土）在橋面鋪裝層中的應(yīng)用有著廣闊的發(fā)展前景 為了防止和控制混凝土的收縮裂縫，橋面鋪裝混凝土中應(yīng)設(shè)置由的帶肋鋼筋組成的平面鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距通常為100mm100mm 2.預(yù)防橋面鋪裝層混凝

17、土縱向開裂的措施 在以往的橋梁設(shè)計(jì)中是將橋面鋪裝混凝土做為構(gòu)成橋面橫坡的找平層和橋面板的保護(hù)層。在計(jì)算中一般是不考慮橋面鋪裝層參與主梁（或橋面板）共同工作的。但是，由橋面鋪裝層混凝土與橋面板的粘結(jié)作用，橋面鋪裝層作為主梁（或橋面板）截面的組成部分共同承受內(nèi)力客觀存在的事實(shí)。 圖2.3-1 橋面鋪裝混凝土橫向受彎引起的縱向裂縫 考慮橋面鋪裝層參與工作的鉸結(jié)空心板梁橋的空間分析表明，空心板梁在主要承受縱向變矩的同時(shí)，還要承受一定的橫向彎矩。由鉸縫本身的橫向連接薄弱，這一橫向彎矩主要由鉸縫頂面的混凝土鋪裝層來(lái)承擔(dān)。混凝土鋪裝層厚度有限，配筋很少（有些鋼筋也位于鋪裝層的中部，對(duì)抗彎不起作用），在橫向彎

18、矩作用下，橋面鋪裝層出現(xiàn)縱向裂縫是必不可免的。圖2.3-2 對(duì)于鉸結(jié)的T形梁橋鉸縫處混凝土鋪裝層處于更不利的工作狀態(tài)，在局部車輛荷載作用下鉸縫處混凝土鋪裝層承受較大的正彎矩，下緣出現(xiàn)縱向裂縫，將造成整個(gè)截面的斷裂 （圖2.3-2） 解決橋面鋪裝層混凝土縱向開裂的根本途徑是變鉸接為剛接，增強(qiáng)橋梁的橫向抗彎能力。 改進(jìn)后的標(biāo)準(zhǔn)圖在鉸槽底部設(shè)置連接鋼筋，對(duì)增強(qiáng)橫向連接的作用是有效的。解決鉸結(jié)橋梁橋面鋪裝層縱向開裂的根本途徑是提高橋面鋪裝層自身的抗橫向彎矩的能力.首先應(yīng)適當(dāng)加大橋面鋪裝層厚度,增加截面高度,鉸縫處橋面鋪裝層的厚度宜不小干100mm;并應(yīng)設(shè)置底層受拉鋼筋,其數(shù)量應(yīng)由鉸縫要求確定. 3 積

19、極推廣化學(xué)防水為橋梁防水層設(shè)計(jì) 提供了新思路。 目前我國(guó)橋梁工程中采用的防水層種類很多，從作用原理上講大多數(shù)屬于物理防水，是靠由防水涂料、膠體或卷材形成的防水層的物理作用隔斷水分。防水層的局部破損和老化，都會(huì)影響防水效果。 近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外推廣采用水泥基滲透結(jié)晶型防水材料，為橋梁防水層設(shè)計(jì)提供了新思路。水泥基滲透結(jié)晶型防水材料從作用原理上講屬于化學(xué)防水，是靠防水材料的結(jié)晶滲透作用，堵塞混凝土毛細(xì)管，形成自密性混凝土層。 防腐蝕規(guī)范 JTGT B076.3規(guī)定: 水泥基滲透結(jié)晶型防水劑適用于混凝土的表層防水處理,特別是滲水裂縫寬度不大于1mm的混凝土. 並對(duì)水泥基滲透結(jié)晶型防水劑的作用機(jī)理作了說

20、明:這種化學(xué)活性物質(zhì),以水為載體,向所涂覆或滲入的混凝土內(nèi)部逐漸滲透可深達(dá)300mm,形成不溶于水的蔓枝狀非溶性結(jié)晶體,堵塞毛細(xì)孔道,使混凝土致密,整體防水.對(duì)于結(jié)構(gòu)使用過程中新產(chǎn)生的寬度為0.41mm的細(xì)裂縫,會(huì)遇水產(chǎn)生新的晶體,對(duì)裂縫具有自我愈合密封的功能. 對(duì)比分析現(xiàn)有提高混凝土密實(shí)度和抗裂能力的各種技術(shù)措施可以看出， 水泥基滲透結(jié)晶型防水材料以其卓越的“滲透結(jié)晶”防水功能和獨(dú)特的“自我修復(fù)”能力，特別適用于橋面鋪裝防水。 2-4 伸縮縫漏水是引起墩柱鋼筋 腐蝕銹裂破壞的罪魁禍?zhǔn)?高速公路和城市立交工程中大量采用的多跨連續(xù)箱梁橋過渡墩柱因伸縮縫漏水引起的鋼筋銹脹裂縫破壞帶有普遍性 預(yù)防過

21、渡墩墩柱和蓋梁鋼筋銹脹破壞的技術(shù)施 改進(jìn)伸縮縫設(shè)計(jì),提高伸縮縫的止水性,必要時(shí)在伸縮縫下面設(shè)置引水板,將漏水引到蓋梁和墩柱的外面. 過渡墩蓋梁頂面設(shè)置防水層，并設(shè)置雙向排水橫坡，防止水份在蓋梁頂面堆積。 在蓋梁臺(tái)帽的底面設(shè)置“滴水”，防止漏水沿墩柱表面流敞。 加大混凝土保護(hù)層厚度，一般為（40-50）mm。 對(duì)可能遭受水份侵蝕的混凝土表面，涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水材料，靠防水材料滲透結(jié)晶作用，形成自密的混凝土保護(hù)層，提高混凝土自身的抗破損能力。2-5 采用綜合治理措施 控制裂縫開展 是結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容一. 混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分類二.裂縫對(duì)混凝土耐久性的影響三. 采用綜合治理措施控制裂縫開

22、展 對(duì)于橋梁工程中大量采用受彎構(gòu)件而言，結(jié)構(gòu)性裂縫主要表現(xiàn)彎曲裂縫和剪切裂縫兩種形式（圖2.5-1） 圖2.5-1 鋼筋混凝土梁的結(jié)構(gòu)性裂縫1 結(jié)構(gòu)性裂縫一. 混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分類2 非結(jié)構(gòu)性裂縫(1).混凝土收縮裂縫 塑性收縮裂縫 干燥收縮裂縫 (2).溫度裂縫 截面均勻溫差裂縫 截面內(nèi)外溫差裂縫 截面內(nèi)外溫差裂縫二 裂縫對(duì)混凝土耐久性的影響(1) 裂縫與鋼筋腐蝕的相互作用，最終導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)耐久性進(jìn)一步退化的惡性循環(huán)(2)裂縫的存在將降低乃至最后破壞表層混凝土對(duì)結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用。三 .采用綜合治理措施控制裂縫開展1. 嚴(yán)格按 的要求，進(jìn)行抗裂性和裂縫寬度計(jì)算，滿足規(guī)范規(guī)定的限值要求是預(yù)防結(jié)構(gòu)

23、性裂縫的基礎(chǔ)。 2. 混凝土的非結(jié)構(gòu)性裂縫是不可避免的，但是其危害程度是可以控制的?？刂屏芽p的基本方法是“放”“抗”結(jié)合，以“放”為主。 所謂“放”的方法是指采用構(gòu)造和施工措施（例如設(shè)變形縫，分段澆筑等）減少約束應(yīng)力或變形，釋放約束能量。 所謂“抗”的方法是指提高結(jié)構(gòu)本身的抗裂能力。例如，采用雙摻技術(shù)提高混凝土的韌性和密而細(xì)的配筋等都可提高結(jié)構(gòu)的抗裂能力。2.1 板面板和橋面鋪裝層等體積表面積比較小的板式結(jié)構(gòu)，澆注混凝土?xí)r混凝土拌和物表面失水過快，極易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。在施工中加強(qiáng)覆蓋，及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)可有效減少塑性裂縫的產(chǎn)生。采取二次搓毛壓平措施，對(duì)已形成的塑性收縮裂縫有良好的愈合作用。2.2

24、混凝土干燥收縮裂縫的產(chǎn)生與混凝土配合比，初期養(yǎng)護(hù)情況、使用環(huán)境、結(jié)構(gòu)約束及構(gòu)造鋼筋配置等多種因素有關(guān)?？刂聘稍锸湛s裂縫應(yīng)采用綜合治理措施，其要點(diǎn)是：a. 優(yōu)化混凝土的配比設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制水泥用量和絕對(duì)用水量是減少混凝土收縮變形，控制干燥收縮裂縫的基礎(chǔ)。b.認(rèn)真做好混凝土澆注后的早期養(yǎng)護(hù)是控制混凝土收縮裂縫的重要措施。c.對(duì)長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)，采用分段間隔澆筑措施，減緩施工中的混凝土收縮對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響。 。 d. 在箱梁橋（或T形梁橋）腹板的兩則設(shè)置足夠數(shù)量的防收縮鋼筋是控制收縮裂縫的重要措施 由于箱梁頂板和底板的嵌固約束作用，腹板混凝土的收縮將受到限制，若腹內(nèi)設(shè)置的水平防收縮鋼筋間距過大，極易造成腹板出

25、現(xiàn)收縮裂縫。 橋規(guī)JTC D62規(guī)定，T形、I形截面梁或箱形截面梁的腹板兩側(cè)，應(yīng)設(shè)置直徑6-8mm的縱向鋼筋（一般稱水平防收縮鋼筋），每腹板內(nèi)鋼筋截面面積宜為（0.001-0.002）bh，其中b為腹板寬度，h為梁的高度，其間距在受拉區(qū)不應(yīng)大于腹板寬度，且不應(yīng)大于200mm，在受壓區(qū)不應(yīng)大于300mm。在支點(diǎn)附近剪力較大區(qū)段和預(yù)應(yīng)力混凝土梁錨固區(qū)段，腹板兩側(cè)縱向鋼筋截面面積應(yīng)予增加，縱向鋼筋間距宜為100-150mm。水平防收縮鋼筋應(yīng)放在箍筋的外側(cè)，并與箍筋焊接成鋼筋網(wǎng)。3.預(yù)防溫度裂縫的措施預(yù)防溫度裂縫的主要措施是合理設(shè)置溫度伸縮縫、在混凝土組成材料中摻入適量的磨細(xì)粉煤灰減少水化熱、加強(qiáng)混凝

26、土養(yǎng)護(hù)、嚴(yán)格控制升溫和降溫速度。3.1合理設(shè)置伸縮縫控制截面均勻溫差裂縫。應(yīng)根據(jù)梁體的伸縮量選擇伸縮裝置的型號(hào)。伸縮量的計(jì)算應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)刈罡吆妥畹陀行鉁刂?、混凝土收縮和徐變的影響。施工中應(yīng)特別注意防止散落的混凝土碎塊等雜物嵌入伸縮縫，以保證伸縮縫能適應(yīng)溫度變化自由伸縮。 3.2 截面上、下溫差裂縫原則上應(yīng)按考慮溫差作用效應(yīng)的短期荷載效應(yīng)作用下的抗裂性計(jì)算來(lái)控制。 計(jì)算結(jié)果表明，按公路橋涵通用規(guī)范（JTG D62-2004）4.3.10給出的豎向梯度溫度（上、下溫差）曲線計(jì)算出的溫度應(yīng)力，對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力的抗裂性計(jì)算結(jié)果有顯著影響。在實(shí)際工程中為了減少箱形梁溫度應(yīng)力的不利影響，在不影響結(jié)構(gòu)承載

27、力的前提下，可在兩側(cè)腹板上設(shè)置通風(fēng)孔（孔的直徑可取100-200mm，間距為5-10m），使箱內(nèi)空氣流通，以減少箱梁的內(nèi)、外溫差。3.3 預(yù)防大體積混凝土截面內(nèi)外溫差裂縫 的基本思路是減少水化熱和降低內(nèi)外溫差。 理論研究和工程實(shí)踐表明，在混凝土拌合料中摻入適量的磨細(xì)粉煤灰，可以降低水化熱。粉煤灰摻量一般不超過水泥重量的30%。橋梁施工中普通采用在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管，在外部復(fù)蓋保溫的綜合措施，對(duì)降低截面內(nèi)外溫差，防止裂縫是有效的。 大體積混凝土的施工經(jīng)驗(yàn)是采用綜合溫控措施，減少內(nèi)外溫差，預(yù)防裂縫出現(xiàn)。綜合溫控措施的內(nèi)容是： 混凝土拌和料的入模溫度T032（一般規(guī)定為30）。 混凝土截面里表溫差T

28、30（一般規(guī)定為25）；里表溫差是指中部最高溫度與距表面5cm處的表層溫度之差。 每天降溫速率T/T3/天（一般規(guī)定為1.5-2.0/天）。 表面淋水養(yǎng)護(hù)及拆摸引起的混凝土表面瞬時(shí)降溫不宜超過15。松模時(shí)間3天，拆摸時(shí)間7天為宜。 4 .預(yù)防縱向（順筋）裂縫的措施 混凝土結(jié)構(gòu)的縱向（順筋）裂縫，控其產(chǎn)生的原因可分為“先銹后裂”和“先裂后銹”兩大類。 “先銹后裂”系指鋼筋腐蝕后，由于腐蝕體積物體積膨脹作用，產(chǎn)生順筋銹脹裂縫。順筋脹裂縫的出現(xiàn)是鋼筋腐蝕的標(biāo)志，如不及時(shí)處理，將會(huì)加速鋼筋腐蝕，影響結(jié)構(gòu)的耐久性，危及結(jié)構(gòu)安全。從設(shè)計(jì)角度，應(yīng)從造成鋼筋腐蝕的源頭上采取措施，預(yù)防此類問題的發(fā)生。 “先裂后

29、銹”系指由于某種原因結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部縱向裂縫，由于水分和有害介質(zhì)的侵入，造成鋼筋腐蝕，腐蝕物銹脹，又會(huì)使裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展?；炷两Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)“先裂后銹”縱向（順筋）裂縫的原因是極其復(fù)雜的，多數(shù)是由于設(shè)計(jì)和施工處理不當(dāng)造成的意外傷害。 解決縱向（順筋）裂縫問題的基本思路是從總結(jié)分析產(chǎn)生縱向（順筋）裂縫的原因入手，對(duì)癥下藥，“防裂于未然”。4.1 改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適當(dāng)降低 混凝土的壓應(yīng)力水平 眾所周知，考慮材料泊松比的影響，混凝土承受縱向壓應(yīng)力 時(shí)，必將產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力 ty ，兩者的關(guān)系為 ，此處 即為材料的泊松比，規(guī)定取 。 混凝土的橫向拉應(yīng)力達(dá)到其抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（ ）為即將出現(xiàn)縱向裂縫的臨界狀態(tài)，此時(shí)混凝土

30、實(shí)際承受的縱向壓應(yīng)力 與其抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 的比值為： 對(duì)C40混凝土 對(duì)C50混凝土 對(duì)C60混凝土 計(jì)算結(jié)果表明，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁常用的C40、C50和C60混凝土而言，若實(shí)際承受的混凝土縱向壓應(yīng)力大于其抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.4477、4089和0.3701倍時(shí)，從理論上講就會(huì)出現(xiàn)縱向裂縫。 適當(dāng)降低荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合作用下混凝土壓應(yīng)力限值，對(duì)防止縱向裂縫具有重要意義。 對(duì)荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合作用下的混凝土壓應(yīng)力限值 沒有明確規(guī)定。 筆者建議:為了防止縱向裂縫，構(gòu)件自重及恒載效應(yīng)和有效預(yù)加力的作用下，混凝土的壓應(yīng)力宜取 。 規(guī)定:暫短狀態(tài)應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)預(yù)施應(yīng)力作用階段混凝土壓應(yīng)力限值為 ，此處 為與制

31、造、運(yùn)輸、安裝各施工階段混凝土立方體抗壓強(qiáng)度相應(yīng)的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。 筆者建議:從預(yù)防施工期間出現(xiàn)縱向裂縫 考慮，應(yīng)適當(dāng)施工期間壓力限值， 以 （0.5-0.6） 為宜。4.2 精心組織孔道灌漿施工，防止灌漿材料脹裂。 某城市立交的后張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋由于孔道灌漿工藝操作不當(dāng)，灌漿孔出口閥門關(guān)閉過早，孔道內(nèi)存有多余的游離水，受凍后孔道幾乎全部脹裂，出現(xiàn)嚴(yán)重的縱向順筋裂縫。 某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，由于布置在腹板上的豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道設(shè)有及時(shí)灌漿封閉，下雨后孔道進(jìn)水，冬季孔道積水凍脹，使箱梁腹板出現(xiàn)嚴(yán)重的豎向裂縫。4.3 嚴(yán)格控制孔道的局部尺寸偏差，防止張拉時(shí)混凝土崩裂。 若施工時(shí)預(yù)應(yīng)力筋

32、孔道定位不準(zhǔn)、局部向上彎曲（彎折）或下凹曲線形（或平面彎曲）預(yù)應(yīng)力筋的徑向錨固鋼筋設(shè)置較少，都會(huì)因張拉時(shí)形成的徑向力作用，引起混凝土拉裂（崩裂），局部出現(xiàn)縱向順筋裂縫。 若預(yù)應(yīng)力混凝土橋施工時(shí)，孔道支承墊塊放置間距過大，澆筑混凝土?xí)r孔道局部下彎，在支承墊塊處孔道上折，澆筑混凝土后實(shí)際形成的孔道形狀為多點(diǎn)單向波型，預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)勢(shì)必在設(shè)置墊塊處產(chǎn)生向下的拉應(yīng)力，折模后發(fā)現(xiàn)底板下表面出現(xiàn)多條沿預(yù)應(yīng)力筋方向的縱向裂縫。 另外，在鋼筋混凝土T梁橋施工中為了設(shè)置預(yù)拱度的需要，若鋼筋骨架上拱過大，結(jié)構(gòu)受力后鋼筋骨架下?lián)蠈a(chǎn)生向下的拉應(yīng)力，使混凝土保護(hù)層拉裂（崩裂），出現(xiàn)縱向順筋裂縫。 帶有承托支承的變截面

33、橋面板錯(cuò)誤地采用具有內(nèi)折角的鋼筋，也會(huì)造成鋼筋折角處混凝土保護(hù)層的“崩裂”破壞，進(jìn)一步擴(kuò)展將導(dǎo)致出現(xiàn)縱向裂縫。 預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)是20世紀(jì)最具有革命性的結(jié)構(gòu)思想，預(yù)應(yīng)力混凝土仍是當(dāng)前和今后橋梁建筑的主要結(jié)構(gòu)材料。 2-6 從提高結(jié)構(gòu)耐久性的戰(zhàn)略高出發(fā)， 改進(jìn)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)設(shè)計(jì)的思考一. 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)存在的主要問題是后張法預(yù)應(yīng)力孔道灌漿質(zhì)量是影響結(jié)構(gòu)耐久性的灌弱環(huán)節(jié)。 國(guó)內(nèi)外的工程實(shí)踐表明，后張法預(yù)應(yīng)力孔道灌漿不飽滿，灌漿材料強(qiáng)度過低，質(zhì)量得不到保證是較為普遍的現(xiàn)象。尤其是在孔道彎起處鋼絲束張拉后緊貼孔道的凸出處，即使灌漿再飽滿也不可能將緊貼孔壁的鋼絲束與混凝土粘結(jié)為一體。水份的侵入造成

34、預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕是不可避免。 1985年英國(guó)威爾士一座預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的破壞，導(dǎo)致英國(guó)運(yùn)輸部在1992年曾頒布命令“在新的標(biāo)準(zhǔn)頒布之前，不得再采用孔道灌漿的后張法預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁”。英國(guó)運(yùn)輸部指令在英國(guó)掀起了不小的沖擊波，引導(dǎo)人們更多的去考慮預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題。 從我國(guó)預(yù)應(yīng)力混凝土的現(xiàn)狀出發(fā)，解決預(yù)應(yīng)力混凝土橋耐久性問題，首先是要采用多重防護(hù)措施，防止預(yù)應(yīng)力筋腐蝕。 采用具有良好密封性能的高密度塑料波紋鋼代替金屬波紋管； 積極推廣真空吸漿技術(shù)，提高灌漿材料的密實(shí)度； 在灌漿材料中摻入適量的阻銹劑，提高預(yù)應(yīng)力筋的抗腐蝕能力； 對(duì)于可能遭受氯鹽侵蝕的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋、錨具及連接器

35、等鋼材組件宜采用環(huán)氧涂層或涂鋅防銹處理； 預(yù)應(yīng)力筋的錨頭應(yīng)采用無(wú)收縮高性能混凝土封端等。改進(jìn)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本思想 目前我國(guó)公路預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁絕大部分為采用孔道灌漿的后張法預(yù)應(yīng)力混凝土。面對(duì)孔道灌漿后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在耐久性方面的先天不足，很多學(xué)者和工程界的同行都在積極思考，從提高結(jié)構(gòu)耐久性的戰(zhàn)略高度出發(fā)，改進(jìn)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新思路。 1. 中小跨徑橋梁應(yīng)優(yōu)先采用先張法預(yù)應(yīng)力混凝土 先張法構(gòu)件由于省去構(gòu)造復(fù)雜的錨頭和繁瑣的制孔及孔道灌漿工藝，施工方便，成本低；先張法構(gòu)件靠混凝土的粘著力錨固鋼筋，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。 先張法構(gòu)件適用于建設(shè)項(xiàng)目相對(duì)集中，運(yùn)輸條件方便的城市橋梁和高速

36、公路橋梁。對(duì)于項(xiàng)目分散的公路橋梁，應(yīng)研制開發(fā)適應(yīng)于現(xiàn)場(chǎng)施工的拼裝式加力臺(tái)座。 2. 擺脫傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的約束，積極推廣混合配筋的部分預(yù)應(yīng)力混凝土是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向 眾所周知，按照預(yù)應(yīng)力度的大小，可將預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)劃分為：不允許出拉應(yīng)力的全預(yù)應(yīng)力混凝土、允許出現(xiàn)有限拉應(yīng)力的部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件和允許開裂的部分預(yù)應(yīng)力混凝土B類構(gòu)件。 預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)思想是在任何作用組合下都不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力的全預(yù)應(yīng)力混凝土。但是，工程實(shí)踐表明，全預(yù)應(yīng)力混凝土由預(yù)加力過大，存在易造成梁反拱過大和出現(xiàn)順筋裂縫等問題。 適當(dāng)?shù)亟档皖A(yù)應(yīng)力度，采用預(yù)應(yīng)力筋和普通鋼筋混合配筋的部分預(yù)應(yīng)力混凝土，已成為當(dāng)今預(yù)

37、應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的趨勢(shì)。 3. 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)將成為21世紀(jì)大跨徑 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的主要結(jié)構(gòu)形式之一 體外預(yù)應(yīng)力做為一門古老的新生技術(shù)其突出的優(yōu)點(diǎn)是： 采用具有防腐保護(hù)的體外預(yù)應(yīng)力筋，解決了預(yù)應(yīng)力筋腐蝕問題，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。 由于取消了孔道設(shè)置，避免了截面削弱，使腹板厚度減少，結(jié)構(gòu)自重減輕，提高了承受活載的能力。 由于取消了繁雜的灌漿工序，為大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁實(shí)現(xiàn)不受季節(jié)性限制的快速拼裝施工提供了可能。 體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁以其耐久性好，結(jié)構(gòu)自重小，施工速度快的綜合優(yōu)勢(shì)，具很強(qiáng)的方案競(jìng)爭(zhēng)力。 著名橋梁專家列翁哈特教授在1990年預(yù)言“可以毫不懷疑地說，外部預(yù)應(yīng)力技術(shù)將伴隨高強(qiáng)度混凝土的發(fā)展而成為技術(shù)上的必需品。更進(jìn)一步說，在下個(gè)世紀(jì)初，將開始把復(fù)合材料與外部預(yù)應(yīng)力結(jié)合起來(lái)，從而使土木工程從鋼筋銹蝕的困惑中解救出來(lái)” 。第三章 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性 設(shè)計(jì)的內(nèi)容 鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除應(yīng)按橋規(guī)JTG D62的要求，進(jìn)行結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)計(jì)算，滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用功能要求外，還應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)。 橋梁設(shè)計(jì)文件應(yīng)增加結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)專篇。一、 結(jié)構(gòu)使用環(huán)境類別和 設(shè)計(jì)使用年限的確定橋規(guī)JTG D62根據(jù)公路橋梁的使用情況，將橋梁結(jié)構(gòu)使用環(huán)境條件劃