mao混凝土耐久性分析與設(shè)計(jì)1電子教案

混凝土耐久性分析與設(shè)計(jì)建筑工程學(xué)院毛繼澤研究生課程DurabilityAnalysisandDesignofConcrete1日常聯(lián)系：Office:

土木工程教研室11#3018E-mail:maojize@

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maojize@Tel:82519201//

137960896182課程目的針對(duì)混凝土耐久性問題普遍認(rèn)識(shí)不足的現(xiàn)狀，通過本課程的學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)混凝土耐久性問題的重要性，使學(xué)生能初步了解混凝土耐久性的基本概念及研究現(xiàn)狀，掌握混凝土耐久性的基礎(chǔ)理論與研究成果。混凝土耐久性分析與設(shè)計(jì)3教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容2混凝土耐久性研究概述4混凝土的碳化（機(jī)理、影響因素、檢測(cè)方法、預(yù)測(cè)模型、危害等）4混凝土的凍融破壞（機(jī)理、影響因素、試驗(yàn)方法、抗凍指標(biāo)、抗凍措施、預(yù)測(cè)模型、鹽凍等）4氯離子對(duì)混凝土的侵蝕（氯離子的存在及危害、侵入模型、影響因素、防護(hù)措施等）4混凝土中鋼筋的銹蝕（機(jī)理、影響因素、檢測(cè)方法、預(yù)測(cè)模型、危害等）2混凝土堿-骨料反應(yīng)（機(jī)理、發(fā)生條件、破壞特征、影響因素、防護(hù)措施等）4混凝土中的水與耐久性6混凝土耐久性設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)原則、內(nèi)容、方法、耐久性檢測(cè)評(píng)估、提高耐久性措施等）2課程總結(jié)、專題報(bào)告4[1]《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性》金偉良等科學(xué)出版社2002[2]《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概論》張譽(yù)等上?？茖W(xué)技術(shù)出版社2003[3]《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性分析與設(shè)計(jì)》李田等科學(xué)出版社1999[4]《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性分析與壽命預(yù)測(cè)》牛荻濤科學(xué)出版社2003[5]《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》中國工程院土木水利與建筑學(xué)部中國建筑工業(yè)出版社2004[6]《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與評(píng)估方法》金偉良等機(jī)械工業(yè)出版社2006[7]ETC…參考書目混凝土耐久性分析與設(shè)計(jì)6混凝土耐久性分析與設(shè)計(jì)研究生課程DurabilityAnalysisandDesignofConcrete7混凝土耐久性研究概述一、重要意義二、國內(nèi)外研究概況三、影響因素四、研究內(nèi)容五、混凝土耐久性損傷實(shí)例

混凝土耐久性分析與設(shè)計(jì)8一、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要意義1.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的定義正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用；結(jié)構(gòu)可靠性合格的建筑結(jié)構(gòu)？？？Q1:《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50068-2001)總則中，明確指出結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)滿足下列功能要求：安全性(1)(4)適用性(2)耐久性(3)(1)(2)(3)(4)正常使用時(shí)具有良好的工作性能；設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必要的整體穩(wěn)定性。正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能；++9承載能力極限狀態(tài)+正常使用極限狀態(tài)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法？？？極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法Q2:整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的某一功能要求耐久性能“混凝土耐久性是在實(shí)際使用條件下抵抗各種環(huán)境因素作用，能長期保持外觀的完整性和長久的使用性的能力”。101.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性定義：

結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用年限內(nèi)，在各種環(huán)境條件作用下，不需要額外的費(fèi)用加固處理而保持其安全性、正常使用性和可接受的外觀的能力。

一、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要意義OR混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是指混凝土結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在可預(yù)見的工作環(huán)境及材料內(nèi)部因素的作用下，在預(yù)期的使用年限內(nèi)抵抗大氣影響、化學(xué)侵蝕和其他劣化過程，而不需要花費(fèi)大量資金維修，也能保持其安全性和適用性的功能。--（《建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)》2007）112.研究混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要意義MONEY對(duì)象：混凝土結(jié)構(gòu)混凝土是工程中用量最多的建筑材料，也是最主要的結(jié)構(gòu)材料，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已成為世界上應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式。一、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要意義12年份全國產(chǎn)量增長量增長率年份全國產(chǎn)量增長量增長率萬噸萬噸%萬噸萬噸%19786524

95917.2199230822556122.01979739086613.3199336788596619.4198079865968.1199442118533014.5198182903043.8199547561544312.919829520123014.819964911815573.3198310825130513.719975117420564.2198412302147713.619985360024264.7198514595229318.619995730037006.9198616606201113.8

200059700

24004.2198718625201912.2

200166104640410.7198821014238912.8

20027250063969.7198921029150.1

2003

862001370018.9199020971-58-0.32004

970001080012.5199125261429020.52005

10600090009.31978年以來我國歷年水泥產(chǎn)量從1985年起我國水泥產(chǎn)量已連續(xù)21年居世界第一位，目前占世界總產(chǎn)量的48%左右。1349年85年05年我國水泥年產(chǎn)量增長圖需求預(yù)測(cè)

綜合考慮國情及水泥生產(chǎn)和消費(fèi)現(xiàn)狀，借鑒國際工業(yè)化國家水泥消費(fèi)變化經(jīng)驗(yàn)，在今后較長一段時(shí)間內(nèi)，水泥消費(fèi)都將保持在較高的水平。

黨的十六大提出到2020年實(shí)現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)總量翻兩番的目標(biāo)，綜合考慮水泥與國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域的關(guān)聯(lián)因素，預(yù)測(cè)2010年需求量為12億噸。隨著科學(xué)發(fā)展觀的深入貫徹和落實(shí)，考慮到技術(shù)進(jìn)步和厲行節(jié)約等因素，水泥實(shí)物消耗量將逐步減少，預(yù)測(cè)到2020年，水泥需求量也將基本維持在13億噸左右。

142.研究混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要意義MONEY對(duì)象：混凝土結(jié)構(gòu)混凝土是工程中用量最多的建筑材料，也是最主要的結(jié)構(gòu)材料，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已成為世界上應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式。一、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要意義COST觸目驚心的數(shù)據(jù)（實(shí)例）：Ifnot…15全年各種腐蝕損失約為2500億美元，其中混凝土橋梁修復(fù)費(fèi)用為1550億美元（美國標(biāo)準(zhǔn)局1998年調(diào)查）。America57.5萬座鋼筋混凝土橋中有一半以上出現(xiàn)腐蝕破壞，40％承載力不足需要修復(fù)加固處理；Swiss瑞士公路系統(tǒng)約有3000座橋梁，每年用于橋面檢測(cè)及維護(hù)的費(fèi)用達(dá)8000萬瑞土法郎，至于修理或更換的費(fèi)用更高（瑞士聯(lián)邦公路局）。英格蘭島中部環(huán)形線快車道上11座混凝土高架橋建造費(fèi)2800萬英鎊(1972)，維修費(fèi)4500萬英鎊(1974-1989)；England每年用于修復(fù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的費(fèi)用達(dá)200億英鎊。161999年底一年內(nèi)由腐蝕造成的損失約在1800-3600億元，其中鋼筋腐蝕占40％，約為720-1440億元；Japan每年用于房屋結(jié)構(gòu)維修的費(fèi)用即達(dá)400億日元，大約21.4%的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損壞是因鋼筋銹蝕引起。China《中國腐蝕調(diào)查報(bào)告》指出，建筑部門的腐蝕年損失

約為1000億人民幣。五倍定律：1--5--25--125了解一下：17二、國內(nèi)外研究概況ACI：美國混凝土學(xué)會(huì)，1957RILEM：國際材料與結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究聯(lián)合會(huì)，1960

fib：國際結(jié)構(gòu)混凝土學(xué)會(huì)，1998=歐洲混凝土學(xué)會(huì)(CEB)+國際預(yù)應(yīng)力混凝上學(xué)會(huì)(FIP)ASTM：美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)JSCE：日本土木學(xué)會(huì)，20世紀(jì)70年代AIJ：日本建筑學(xué)會(huì)1.國外概況2.國內(nèi)概況始于20世紀(jì)60年代，至目前，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題日益引起重視，在如火如荼地開展。。。18三、影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素191)設(shè)計(jì)構(gòu)造上的原因(1)使用水泥品種不當(dāng)，水泥含堿量過大；(2)使用含有較多C3S、細(xì)度過小的水泥，加水拌合后

水化加速，放熱加劇干燥收縮增大，混凝土開裂；(3)使用含有堿活性礦物的骨料；(4)骨料顆粒級(jí)配不當(dāng)，會(huì)造成混凝土用水量增大，

硬化后混凝土的孔隙增加；(5)外加劑使用不當(dāng)。

1.影響因素(1)鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度太??；(2)沉降縫、伸縮縫構(gòu)造不正確；(3)構(gòu)件開孔洞的洞口邊緣未配筋或配筋不當(dāng)；(4)基礎(chǔ)建在濱海鹽漬地區(qū)；(5)隔熱層、分隔層、防滑層處理不妥當(dāng)?shù)取?)材料質(zhì)量不合格20硅酸鹽水泥熟料礦物組成的反應(yīng)特性礦物組成硅酸三鈣3CaO

SiO2硅酸二鈣2CaO

SiO2鋁酸三鈣3CaO

Al2O3鐵鋁酸四鈣4CaO

Al2O3Fe2O3

C3SC2SC3AC4AF含量/%37-60最多15-37次之

7-15少

10-18少

水化速度較快慢快中水化熱高低高中強(qiáng)度

高早期低后期高低中(抗折強(qiáng)度)耐化學(xué)侵蝕中良差優(yōu)干縮性中小大小21(1)水灰比過大，導(dǎo)致增大孔隙率，滲透性加大；(2)單方水泥用量過大，引起收縮和水化熱過大而開裂；(3)過早拆模，混凝土養(yǎng)護(hù)期的強(qiáng)度不足以承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)自重和施工荷載而引起早期開裂：(4)澆搗、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)；(5)施工組織不當(dāng)，造成不應(yīng)出現(xiàn)的施工縫(冷縫)：(6)使用含有氯離子的早強(qiáng)劑；(7)使用海水?dāng)嚢杌炷恋取?/p>

(1)氣候條件異常，如氣候突變，干濕環(huán)境交替頻繁；(2)自然環(huán)境惡化，如酸雨，CO2、SO2、H2SO3侵蝕；(3)建筑場(chǎng)地有害物質(zhì)的侵入。

3)施工質(zhì)量低劣4)外界環(huán)境條件惡化222.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性劣化的內(nèi)在條件與機(jī)理23擴(kuò)散性是描述混凝土內(nèi)部離子遷移狀況的物理量

或是描述水蒸氣在孔隙中達(dá)到飽和之前的擴(kuò)散狀況的物理量?；炷恋哪途眯院艽蟪潭壬先Q于其滲透能力和擴(kuò)散能力。2.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性劣化的內(nèi)在條件與機(jī)理滲透性表征液體流入混凝土的速度大小。滲透系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)、吸水率24四、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的內(nèi)容材料劣化原因及耐久性機(jī)理的研究

在役結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估的研究

擬建結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的研究

提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性技術(shù)措施的研究

25四、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的內(nèi)容26五、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性損傷實(shí)例----第二屆混凝土耐久性國際學(xué)術(shù)會(huì)議《混凝土耐久性50年進(jìn)展》當(dāng)今世界混凝土破壞原因按重要性排列的順序是：鋼筋腐蝕、寒冷氣候下的凍害、

侵蝕環(huán)境的物理化學(xué)作用。27青島市某16層混凝土結(jié)構(gòu)大樓耐久性損傷破壞

青島市某16層混凝土結(jié)構(gòu)大樓位于海邊，距離海岸不足100m，建筑面積10700m2，結(jié)構(gòu)形式為現(xiàn)澆剪力墻-密肋樓蓋，肋間填充輕質(zhì)加氣混凝土塊，采用升板法施工。1989年11月竣工，1990年4月交付使用。3年后樓蓋鋼筋嚴(yán)重腐蝕，致使結(jié)構(gòu)失效，16層樓蓋全部拆除。自然情況：2829上海四川路橋耐久性損傷

30四川路橋位于上海市蘇州河上，是連接虹口區(qū)和黃浦區(qū)的重要交通要道，地處市區(qū)繁華地段，每日交通流量極大。該橋建于20世紀(jì)20年代，迄今已有80多年歷史，建筑風(fēng)格與周圍歐式建筑遙相呼應(yīng)，是一座具有歷史文化價(jià)值的建筑。橋中跨36.74m，兩邊跨各為18.03m，橋總寬18.28m，其中車行道寬度為12.80m，兩側(cè)人行道寬各為2.74m。橋型結(jié)構(gòu)為單懸臂梁加掛梁，其中兩個(gè)邊孔單懸臂