結(jié)構(gòu)耐久性的試驗(yàn)方法與檢測指標(biāo)概要.ppt

1、結(jié)構(gòu)耐久性的試驗(yàn)方法與檢測指標(biāo) 氯離子侵蝕對結(jié)構(gòu)的耐久性影響 匯報(bào)人：劉漢云 學(xué)號：124801036 小組成員：劉漢云、孫宇雁、康欣,分 目 錄 一,結(jié)構(gòu)耐久性基本概念 氯離子侵蝕概述 氯離子侵蝕損傷過程 氯離子引起鋼筋銹蝕的機(jī)理 混凝土中鋼筋發(fā)生腐蝕的Cl-含量 氯離子侵蝕模型 氯離子含量測試方法及防護(hù)措施,1 結(jié)構(gòu)耐久性基本概念,4 經(jīng)濟(jì)性能,2 工作性能,1 強(qiáng)度等級,3 耐久性能,混凝土必需的四項(xiàng)基本要求,什么是混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能？,混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)確定的環(huán)境作用和維修、使用條件下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件在規(guī)定的期限內(nèi)保持其適用性和安全性的能力；混凝土材料在長期使用過程中，抵抗因服役環(huán)境外部因素

2、和材料內(nèi)部原因造成的侵蝕和破壞，而保持其原有性能不變的能力。 混凝土用于結(jié)構(gòu)才具有耐久性要求；混凝土結(jié)構(gòu)耐久性能通過混凝土耐久性體現(xiàn)。 正像新拌混凝土工作性一樣，混凝土耐久性也是一個(gè)綜合性指標(biāo)。 嚴(yán)格地講，衡量混凝土耐久性的物理量應(yīng)該是時(shí)間。遺憾的是，混凝土的耐久性就像人的生命一樣，不可能用簡單的方法進(jìn)行預(yù)測。因此考慮，以其他指標(biāo)參考性地評價(jià)混凝土耐久性能。,1 結(jié)構(gòu)耐久性基本概念,物理,孔的性質(zhì)和分布,遷移機(jī)理,鋼筋劣化,混凝土劣化,銹蝕,抵抗力,安全,表面條件,外觀,剛度,使用性能,化學(xué)和生物,鋼筋銹蝕對結(jié)構(gòu)物的影響：對配筋混凝土影響巨大，強(qiáng)度降低、脆性增大、延性變差，導(dǎo)致承載力降低,鋼筋

3、銹蝕成因分類 腐蝕誘因混凝土中性化、游離氯離子聚集 電化學(xué)腐蝕陽極反應(yīng)陰極反應(yīng) 應(yīng)力腐蝕腐蝕與拉應(yīng)力作用下鋼筋產(chǎn)生晶粒間或跨晶粒斷裂現(xiàn)象 氫脆腐蝕由于H2S與鐵作用或雜散電流陰極腐蝕產(chǎn)生氫原子或氫氣的腐蝕現(xiàn)象 影響因素： H2O、O2、溫度、氯離子濃度、pH值、裂縫,2 氯離子侵蝕概述,氯離子對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。在混凝土中的鋼筋表面，混凝土的堿性環(huán)境使內(nèi)置鋼筋表面產(chǎn)生一層保護(hù)鋼筋的鈍化膜,但是當(dāng)氯離子的含量達(dá)到某一極限值以后，使鋼筋表面的鈍化膜破壞，產(chǎn)生孔蝕；在空氣和水分的作用下，形成宏觀電流，使金屬鐵變成鐵銹，體積膨脹，混凝土保護(hù)層開裂破壞，使結(jié)構(gòu)承載力

4、降低，并逐步劣化破壞。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。,氯離子存在的廣泛性,混凝土中的原材料(減水劑，海沙等) 海洋環(huán)境（海水、海風(fēng)和海霧中的氯離子） 火災(zāi)產(chǎn)生 內(nèi)陸的鹽湖、鹽堿地環(huán)境 工業(yè)環(huán)境 路化冰鹽（冬季向道路、橋梁及城市立交橋等撒鹽或鹽水）,氯離子對混凝土結(jié)構(gòu)的危害,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在使用壽命期間可能遇到的各種暴露條件中，氯化物是一種最危險(xiǎn)的侵蝕介質(zhì)。 來自海洋環(huán)境和除冰鹽的氯化物污染引起的鋼筋銹蝕，是嚴(yán)重威脅混凝土結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)耐久性最主要和最普遍的病害，造成了巨大的直接和間接的損失。,3 氯離子侵蝕損傷過程,混凝土結(jié)構(gòu)可分為3個(gè)時(shí)間階段： 1）初始

5、時(shí)間to階段(去鈍化階段)： 主要是混凝土由于碳化，使堿性降低；同時(shí)氯離子通過 混凝土保護(hù)層到達(dá)鋼筋表面并集聚到臨界氯離子濃度的過程。氯離子在混凝土中的滲透過程被視為擴(kuò)散過程，擴(kuò)散模型沿用典型的Fick第二擴(kuò)散定律來描述。 2）混凝土的腐蝕開裂時(shí)間tcr階段 3）混凝土開裂后破壞發(fā)展階段,在鋼材的表面有CL-作用，使表層的不動(dòng)態(tài)膜不穩(wěn)定，制造了對鋼材腐蝕的機(jī)會(huì)；接著由于水和氧氣的作用，形成了新的固體生成物（鐵銹）。 鐵銹的形態(tài)，主體是Fe(OH)2 ；Fe(OH)2在整個(gè)表面形 成，有時(shí)在表面部分形成，或者形成孔蝕。 一般情況下，混凝土孔隙中含有水，水中主要成分是 Ca(OH)2，這樣溶液的p

6、H值為12-14。在強(qiáng)堿性溶液中， 鋼材表面形成一層不動(dòng)態(tài)膜（-Fe2O3 nH2O），厚度為 20-60 ，保護(hù)鋼材內(nèi)部。,4 氯離子引起鋼筋銹蝕的機(jī)理,水泥水化的高堿性使混凝土內(nèi)鋼筋表面產(chǎn)生一層致密的鈍化膜。以往的研究認(rèn)為，該鈍化膜是由鐵的氧化物構(gòu)成；最近研究表明，該鈍化膜中含有Si-0鍵，它對鋼筋有很強(qiáng)的保護(hù)能力。然而，該鈍化膜只有在高堿性環(huán)境中才是穩(wěn)定的，當(dāng)PH115時(shí)，就開始不穩(wěn)定，當(dāng)PH988時(shí)，該鈍化膜生成困難，或已經(jīng)生成的鈍化膜逐漸破壞。氯離子是極強(qiáng)的去鈍化劑，當(dāng)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，甚至降低到4以下，從而破壞鋼筋表面的鈍

7、化膜。,1)破壞鈍化膜,4.1 氯離子引發(fā)銹蝕過程,如果在大面積的鋼筋表面上具有高濃度氯化物，則氯化物所引起的腐蝕可能是均勻銹蝕，但是在非均質(zhì)的混凝土中，常見的是局部銹蝕。氯離子對鋼筋表面鈍化膜的破壞發(fā)生在局部，使這些部位露出了鐵基體，與尚完好的鈍化膜區(qū)域形成電位差，鐵基體作為陽極受腐蝕，大面積鈍化膜區(qū)域作為陰極，這種現(xiàn)象稱為腐蝕電池作用。其作用結(jié)果是：在鋼筋表面產(chǎn)生坑蝕，由于大陰極對應(yīng)于小陽極，蝕坑發(fā)展十分迅速。,2)形成腐蝕電池,氯離子不僅促成了鋼筋表面的腐蝕電池，而且加速了腐蝕電池的作用。氯離子與陽極反應(yīng)產(chǎn)物Fe2+結(jié)合生成了FeCl2，將陽極產(chǎn)物及時(shí)搬運(yùn)走，使陽極過程順利進(jìn)行甚至加速進(jìn)

8、行。通常把使陽極過程受阻，也就是說，生成的Fe2+不能及時(shí)搬運(yùn)走而沉積于陽極表面的現(xiàn)象稱作陽極極化作用；而把加速陽極極化作用，也就是說，生成的Fe2+能及時(shí)搬運(yùn)走的現(xiàn)象稱作去極化作用。氯離子正具備陽極去極化作用的功能。在氯離子存在的混凝土中，確切地說，在鋼筋的銹蝕產(chǎn)物中是很難肉眼找到FeCl2的，這是由于FeCl2是可溶的，但是當(dāng)其在混凝土內(nèi)擴(kuò)散時(shí)，如果遇到OH-就會(huì)生成Fe(OH)2沉淀，再進(jìn)一步氧化則生成鐵的氧化物，即我們通常所見的鐵銹。由此可，Cl-起到了搬運(yùn)作用，卻并不被消耗，也就是說，凡是進(jìn)入混凝土中的Cl-會(huì)周而復(fù)始地起到破壞作用，這也就是Cr危害的特點(diǎn)之一。,3)去極化作用,腐蝕

9、電池的要素之一是要有離子通路。 混凝土中Cl-的存在強(qiáng)化了離子通路，降低了陰陽極之間的歐姆電阻，提高了腐蝕電池的效率，從而加速了電化學(xué)腐蝕過程； 氯化物還提高了混凝土的吸濕性，這也可能減小陰陽極之間的歐姆電阻； 氯鹽中的陽離子(Na+，Ca2+等)也降低陰、陽極之間的歐姆電阻，但不參與陰、陽極反應(yīng)； 氯鹽對鋼筋腐蝕的強(qiáng)弱，與鋼筋表面的氯離子濃度有關(guān)； 另外，氯鹽對混凝土也有一定破壞作用，如結(jié)晶膨脹和增加凍融破壞等，但氯鹽所引起的鋼筋銹蝕破壞通常起主導(dǎo)作用。,4)導(dǎo)電作用,4.2氯離子的侵入機(jī)理,氯離子侵入混凝土的途徑 ： “混入”：摻用含氯離子外加劑、使用海砂、施工用水含氯離子、在含鹽環(huán)境中拌

10、制澆注混凝土等。 “滲入”：環(huán)境中的氯離子，通過混凝土的宏觀、微觀缺陷滲入到混凝土中，并達(dá)到鋼筋表面。 氯離子滲入混凝土的輸運(yùn)過程： (1)擴(kuò)散作用：由十混凝土內(nèi)部與表面氯離子濃度存有差異，氯離子會(huì)自濃度高的地方向濃度低的地方遷移； (2)毛細(xì)管作用：混凝土表面含氯離子的鹽水會(huì))句混凝土內(nèi)部干燥部分移動(dòng)； (3)滲透作用：在水壓力作用下，鹽水會(huì)向壓力較低的方向移動(dòng)； (4)電化學(xué)遷移：氯離子易向電位高的方向移動(dòng)。,目前用Fick(或改進(jìn)的)第二定律（純擴(kuò)散過程）來近似,4.3 鋼材孔蝕的機(jī)理,在含有CL-的情況下，鋼筋腐蝕速度上升；但還有可 能發(fā)生孔蝕。,陽極,陰極,最終產(chǎn)物：Fe（OH）2

11、或 Fe（OH）3,由此可見：要防止鋼筋腐蝕，Cl-要盡可能少，且保持混凝土具有很高的堿性。,5 混凝土中鋼筋發(fā)生腐蝕的Cl-含量,從工程實(shí)際的觀點(diǎn)出發(fā)，對臨界Cl-濃度有2種不同的定義： 1）使鋼筋表面不動(dòng)態(tài)皮膜發(fā)生破壞，鋼筋開始腐蝕，這時(shí)的Cl-含量為臨界Cl-濃度。與混凝土表面是否出現(xiàn)劣化現(xiàn)象無關(guān)。鋼筋發(fā)生銹蝕并能分出等級時(shí)的Cl-含量。 2）Cl-擴(kuò)散透過保護(hù)層到達(dá)鋼筋表面，當(dāng)濃度達(dá)到一定值以后，鋼筋發(fā)生銹蝕。如果以此為臨界Cl-含量，第二種定義比第一種定義的Cl-含量高得多。,Breit通過試驗(yàn)及廣泛的調(diào)查認(rèn)為：鋼筋發(fā)生腐蝕的全Cl-含量是水泥量的0.2%-0.5%。 日本學(xué)者通過試

12、驗(yàn)認(rèn)為：鋼筋發(fā)生腐蝕的全Cl-含量是水泥量的0.3%-0.6%。,作為Cl-含量的臨界值，單方混凝土中水泥用量小的時(shí)候，在材料中允許的Cl-含量為0.6kg/m3左右；含有環(huán)境擴(kuò)散滲透進(jìn)入的Cl-時(shí)為1.2kg/m3。,6 氯離子侵蝕模型,基本模型Fick第二定律 ： 目前一般認(rèn)為氯離子在混凝土中的非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散遵循 Fick第二定律，長期現(xiàn)場暴露試驗(yàn)和實(shí)際工程調(diào)查目前 一般均采用該模型來描述氯離子侵蝕入混凝土的過程。,Fick第二定律可以近似表示為：,氯離子擴(kuò)散的基本數(shù)學(xué)模型為：,表面氯離子含量Cs取值 一般根據(jù)實(shí)際工程的現(xiàn)場實(shí)測，可以得到混凝土表 面氯離子含量的實(shí)際值。在缺少實(shí)測數(shù)據(jù)的情況下，

13、可 參照下表取值：,氯離子擴(kuò)散系數(shù)Dcl取值 不同的混凝土工程有著不同的氯離子擴(kuò)散系數(shù)，一般需根據(jù)實(shí)際工程現(xiàn)場實(shí)測得到混凝土氯離子擴(kuò)散的實(shí)際值。氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨時(shí)間增加會(huì)衰減。,7 氯離子擴(kuò)散影響因素,擴(kuò)散系數(shù) 1）水灰比 2）養(yǎng)護(hù)條件 3）初始暴露時(shí)間 4）摻合料（粉煤灰、硅灰） 表面氯離子濃度 混凝土保護(hù)層厚度,7.1 氯離子含量測試方法,RCT法試驗(yàn)室長期試驗(yàn)常用 RCM法現(xiàn)場快速測試常用 電量法根據(jù)通過的電量預(yù)測 電導(dǎo)率法根據(jù)混凝土試件的電導(dǎo)率預(yù)測,混凝土長期性能和耐久性能檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) (GB/T 50082),RCM 試驗(yàn)裝置示意,GB/T 50082規(guī)定齡期： 28d、56d、84

14、d CCES 01-2004混凝 土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施 工指南規(guī)定齡期： 28d CCES 01-2004規(guī)定閾 值：4、5、7、8、1010-12 m2/s,齡期和閾值,國內(nèi)外多以84d作為齡 期 不同結(jié)構(gòu)部位控制的閾 值可以不同 案例杭州灣大橋，84d 研究表明，84d 的 Cl- 遷移系數(shù)1.510-12 m2/s，混凝土具有優(yōu)良 的抗Cl-滲透性能,說 明,抗Cl-滲透(RCM法),電通量試驗(yàn)裝置示意,GB/T 50082規(guī)定： 直徑為95102mm 厚度為513mm的素混凝 土芯樣 ，三個(gè)為一組。 電壓：60V直流電壓 溶液：3.0%氯化鈉 0.3mol/L氫氧化鈉 28d或56d,

15、一般是28d， 大摻量礦 物摻合料， 可以56d,試驗(yàn)齡期,等級劃分參照： ASTM C 1202-05 基于電通量Cl-滲透性,本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,抗Cl-滲透(電通量法),7.2 氯離子腐蝕的防護(hù)措施,混凝土中氯離子含量的限定值（0.06%，0.1%） 混入型氯離子腐蝕的防護(hù)（施工用水，砂子，外加劑） 滲入型氯離子腐蝕的防護(hù)（確定防護(hù)地區(qū)及等級 ，提高混凝土保護(hù)層厚度和質(zhì)量 ，混凝土表面涂層 ） 其它防護(hù)方法 （鋼筋阻銹劑 ）,(1)氯離子的侵蝕是引起混凝土中鋼筋腐蝕的主要原因。氯離子是極強(qiáng)的去鈍化劑，一定條件下其濃度達(dá)到臨界值，鋼筋就會(huì)去鈍化而腐蝕。 (2)氯離子來源廣泛。我國的海岸線長，沿海地

16、區(qū)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受海洋環(huán)境的影響較大，北方冬季公路除冰鹽的應(yīng)用是造成氯化物污染的重要原因。 (3)為防止鋼筋的腐蝕，首先應(yīng)提高混凝土的護(hù)筋性，其次必須采取一些補(bǔ)充措施來抑制氯離子的侵蝕。采用鋼筋阻銹劑和電化學(xué)陰極保護(hù)法來保護(hù)鋼筋是比較經(jīng)濟(jì)和有效的方法。,結(jié)論,結(jié)構(gòu)耐久性的試驗(yàn)方法與檢測指標(biāo) 評估混凝土結(jié)構(gòu)耐久性 小組成員：劉漢云、孫宇雁、康欣,評估混凝土結(jié)構(gòu)耐久性,Why the need? 使用過程中荷載的變化 增加新的使用空間 惡劣環(huán)境下的退化 工程質(zhì)量不合格引起的缺陷 不符合規(guī)范 設(shè)計(jì)錯(cuò)誤,1. 介紹,評估混凝土結(jié)構(gòu)耐久性,結(jié)構(gòu)退化常見原因 外部化學(xué)腐蝕 內(nèi)部化學(xué)腐蝕 混凝土表面磨損 重

17、復(fù)加載 重載 非均勻尺寸變化 偶然荷載,1. 介紹,評估混凝土結(jié)構(gòu)耐久性, 施工缺陷 裂紋 剝落 露筋 不均勻沉降 嚴(yán)重沉降,2. 目測,評估混凝土結(jié)構(gòu)耐久性,重點(diǎn)檢測位置 地下室 停車場樓層 樓梯 升降機(jī)槽 屋頂,2. 目測,評估混凝土結(jié)構(gòu)耐久性,初步判斷產(chǎn)生裂縫的原因 塑性收縮開裂 堿骨料反應(yīng) 延遲鈣礬石生成 塑性沉降裂縫,3. 初步判斷,評估混凝土結(jié)構(gòu)耐久性,4. 現(xiàn)場檢測,現(xiàn)場檢測要求 有經(jīng)驗(yàn)的操作人員 標(biāo)準(zhǔn)刻度的設(shè)備 合理的檢測步驟 合理的檢測位置與測試次數(shù)（試件數(shù)量）,評估混凝土結(jié)構(gòu)耐久性,4. 現(xiàn)場檢測,現(xiàn)場檢測內(nèi)容主要包括 混凝土強(qiáng)度 裂縫和破裂 保護(hù)層厚度 腐蝕 剝離 體積穩(wěn)

18、定性,評估混凝土結(jié)構(gòu)耐久性,4. 現(xiàn)場檢測,混凝土強(qiáng)度 探針刺入 回彈儀,評估混凝土結(jié)構(gòu)耐久性,4. 現(xiàn)場檢測,混凝土強(qiáng)度 取混凝土芯,評估混凝土結(jié)構(gòu)耐久性,4. 現(xiàn)場檢測,超聲波探傷法 表面和次表面退化，裂縫，大空隙的位置,評估混凝土結(jié)構(gòu)耐久性,5. 總結(jié),為滿足結(jié)構(gòu)的功能要求，確保結(jié)構(gòu)安全，需要進(jìn)行常規(guī)的結(jié)構(gòu)耐久性評估。評估有利于： 避免意外損傷使結(jié)構(gòu)發(fā)生失效或發(fā)生人員傷亡； 確定結(jié)構(gòu)能繼續(xù)工作，或預(yù)測結(jié)構(gòu)能否達(dá)到使用壽命； 減少投資成本。,結(jié)構(gòu)耐久性的試驗(yàn)方法與檢測指標(biāo) 匯報(bào)人：康 欣 學(xué)號：134801011 小組成員：劉漢云、孫宇雁、康欣,匯報(bào)提綱 一、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性一般問題

19、 二、腐蝕環(huán)境下預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的力 學(xué)性能研究進(jìn)展 三、規(guī)范中對耐久性問題的規(guī)定 四、展望及結(jié)合本人研究方向所提出的設(shè) 想,一、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性一般問題,一般而言，影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素可歸納為內(nèi)因和外因兩方面。比較常見的如：侵蝕性介質(zhì)含量，荷載導(dǎo)致的應(yīng)力水平，以及使用期間出現(xiàn)的裂縫，環(huán)境濕度、溫度的變化。 近些年來建筑工業(yè)快速發(fā)展，硅酸鹽水泥組份有了不同的變化，雖然能更好的滿足現(xiàn)在建筑工業(yè)的需求，如增大坍落度使其更容易生產(chǎn)和應(yīng)用，強(qiáng)度的提高滿足現(xiàn)代建筑的要求，但從結(jié)構(gòu)耐久性角度來看，對鋼筋的保護(hù)和耐腐蝕性不甚理想。 可以這樣認(rèn)為，今天的混凝土結(jié)構(gòu)較之前的更加不耐久，隨著時(shí)間的流逝

20、，以后會(huì)暴露出更加嚴(yán)重的耐久性問題。,一、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性一般問題,世界各國也不段出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼筋腐蝕導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞事故：比如，斯洛文尼亞媒體就披露，一座服役了22年的鐵路高架橋，發(fā)現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力鋼筋不同程度的銹蝕，部分預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面損失率高達(dá)40%；西班牙一條大直徑預(yù)應(yīng)力供水管道，在僅使用6年后，就發(fā)生了嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕，在管道接頭處，出現(xiàn)了0.5m寬，1.0m長的破口。,圖1-2被腐蝕高架橋縱筋布置示意圖,圖1-3供水壓力管道的應(yīng)力腐蝕缺口,一、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性一般問題,根據(jù)Numberger的研究報(bào)告，力筋腐蝕導(dǎo)致的疲勞破壞占據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)破壞的90%，且這是一種破壞后果最為嚴(yán)

21、重的一種破壞形式。 所以，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題是存在的。這些問題除了混凝土的堿集料反映、凍融循環(huán)、硫酸鹽侵蝕和鋼筋的腐蝕（一般基于混凝土的碳化及氯離子侵蝕）等與普通混凝土結(jié)構(gòu)類似的破壞之外，錨具和埋設(shè)件的腐蝕以及預(yù)應(yīng)力鋼筋中的高應(yīng)力引起腐蝕的加速發(fā)展乃至應(yīng)力腐蝕破斷是其特有的和后果最為嚴(yán)重的破壞形式。 其中基于力筋腐蝕的耐久性退化包括兩種可能的類型，一種是有些結(jié)構(gòu)與其所處的環(huán)境共同構(gòu)成了對應(yīng)力腐蝕敏感的體系而使預(yù)應(yīng)力鋼筋發(fā)生應(yīng)力腐蝕破斷，這種破斷不需要很多的腐蝕量，但需要一種非常特殊的局部腐蝕條件；,一、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性一般問題,另一種是有些結(jié)構(gòu)與其所處的環(huán)境共同構(gòu)成了對應(yīng)力腐蝕

22、不敏感的體系而僅發(fā)生一般腐蝕減損，其腐蝕量往往較大，當(dāng)這種腐蝕減損達(dá)到一定程度時(shí)也會(huì)引起處在高應(yīng)力狀態(tài)的預(yù)應(yīng)力鋼筋的破斷。 考慮到這些事故的嚴(yán)重性，也考慮到高強(qiáng)的預(yù)應(yīng)力鋼筋對截面損傷的低免疫力，目前工程界普遍將預(yù)應(yīng)力鋼筋喪失鈍態(tài)作為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在鋼筋腐蝕環(huán)境下的耐久性極限狀態(tài)，以此制定其耐久性設(shè)計(jì)、施工、檢測以及防護(hù)的方法與措施。然而，如此做法的代價(jià)是高昂的，而力筋腐蝕的問題仍然是不可避免的。 因此，需要考慮萬一腐蝕了怎么辦，探討腐蝕發(fā)生，腐蝕進(jìn)程如何，腐蝕引起的結(jié)構(gòu)性能變化如何。目前極少量的有關(guān)研究還遠(yuǎn)不能回答這樣的問題，因此，研究預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題既有重要的意義，也有十分的必

23、要。,二、腐蝕環(huán)境下預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究進(jìn)展,研究腐蝕環(huán)境下預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，從以下四個(gè)方面考慮（1）探討腐蝕發(fā)生的誘因，（2）腐蝕進(jìn)程的變化，（3）腐蝕引起的材料性能變化，（4）腐蝕引起的結(jié)構(gòu)性能變化如何。在下面的關(guān)于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究現(xiàn)狀介紹時(shí)，將綜合部分普通混凝土結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究內(nèi)容。 2.1 腐蝕環(huán)境下有害介質(zhì)傳遞行為的研究 在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的保護(hù)層中，主要研究、O2、CO2、CL-等物質(zhì)的傳遞途徑和行為。 O2傳遞行為的研究，建立鋼筋腐蝕速率速度模型是，以氧為主要控制因素，根據(jù) Fick 定律，建立保護(hù)層中（假定保護(hù)層均質(zhì)）的氧擴(kuò)散模型。,二、腐蝕環(huán)境下預(yù)

24、應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究進(jìn)展,CO2傳遞行為的研究，造成鋼筋腐蝕的侵蝕途徑主要有碳化和氯離子侵蝕，碳化侵蝕的速率相當(dāng)緩慢，特別是針對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)體系，普遍使用高等級混凝土且具有較一般混凝土結(jié)構(gòu)更厚的保護(hù)層，進(jìn)一步延緩了碳化的速率；對比而言，氯離子侵蝕具有更快的速率，會(huì)造成鋼筋更深程度的腐蝕。涂永明著重研究了預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件碳化速率中應(yīng)力的影響因素，建立了碳化深度模型。 CL-傳遞行為的研究，國內(nèi)外大部分將研究重點(diǎn)放在以擴(kuò)散為介質(zhì)傳遞的主要方式。此過程主要使用 Fick 的第二條擴(kuò)散定律，即的擴(kuò)散濃度、擴(kuò)散系數(shù)與擴(kuò)散時(shí)間相聯(lián)系，并采用自然擴(kuò)散法、 Nernst-Einstein 方程法和

25、通電方法確定擴(kuò)散系數(shù)，主要的模型有：Mangat（1994）、Costa（1996）、Wood（1997）、Hansen（1999）、Asrar（1999）等。涂永明研究了預(yù)應(yīng)力混凝土試件中應(yīng)力對氯離子傳輸過程的影響，建立了相關(guān)的侵蝕模型。,二、腐蝕環(huán)境下預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究進(jìn)展,2.2 腐蝕環(huán)境下有害介質(zhì)傳遞行為的研究 一般情況下，可將影響鋼筋腐蝕速率的因素歸納為如下：1、水灰比，2、 保護(hù)層厚度，3、環(huán)境溫度，4、環(huán)境相對濕度，5、 氯離子濃度。 對于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼絞線一直處于較高的應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼筋作為主要應(yīng)力因素時(shí)，其對腐蝕速率的影響是很有限。所以，在實(shí)際的耐久

26、性試驗(yàn)過程中，不以鋼筋應(yīng)力作為腐蝕速率主要影響是一種合理的方法。若混凝土保護(hù)層完好，處在服役期間的各種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（普通混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)），可以不考慮鋼筋應(yīng)力對于腐蝕速率的影響。 2.3腐蝕環(huán)境下預(yù)應(yīng)力鋼筋力學(xué)性能的研究 鋼筋腐蝕的不斷發(fā)展，將會(huì)使名義強(qiáng)度降低，并造成延性的損失。鋼筋截面面積損失率與名義強(qiáng)度的降低基本成線性關(guān)系，鋼筋延性的損失與鋼筋截面面積損失率基本上,二、腐蝕環(huán)境下預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究進(jìn)展,成指數(shù)關(guān)系。但是大部分試驗(yàn)研究普遍基于普通混凝土結(jié)構(gòu)，得到的這些定性結(jié)論能否用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力鋼筋，多大程度上適合預(yù)應(yīng)力鋼筋，都是

27、不確定的。進(jìn)一步分析相關(guān)試驗(yàn)，各種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒^大多數(shù)都是采用統(tǒng)計(jì)平均值的確定性模型，對于現(xiàn)在采用概率極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法，很難直接應(yīng)用已有的結(jié)論。 2.4腐蝕環(huán)境下鋼筋粘結(jié)性能的研究 普通混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋腐蝕后的粘結(jié)性能受到了國內(nèi)外學(xué)者的深入研究，并已取得如下定性結(jié)論：在出現(xiàn)鋼筋腐蝕的早期階段，鋼筋腐蝕后其產(chǎn)物的體積膨脹，提高了混凝土對鋼筋的約束力，無論均勻或者局部腐蝕，都使鋼筋表面變得粗糙，鋼筋與混凝土之間的摩擦系數(shù)也因此略有增大，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能反而得到了加強(qiáng)。伴隨著鋼筋腐蝕的進(jìn)一步發(fā)展，鋼筋和混凝土之間的機(jī)械咬合力將會(huì)由于變形鋼筋橫肋的銹蝕而降低。,三、規(guī)范中對耐久性問題的規(guī)定,針對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范做出了專門的規(guī)定，其中關(guān)于耐久性的設(shè)計(jì)包括了下列內(nèi)容： 1、確定結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境類別；2、提出對混凝土材料的耐久性基本要求；3、確定構(gòu)件中鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度；4、不同環(huán)境條件下的耐久性技術(shù)措施；5、提出結(jié)構(gòu)使用階段的檢測與維護(hù)要求,四、展望,預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題牽涉到很多問題，雖然鋼筋對其疲勞性能是很重要的影響因素，但是考慮循環(huán)疲勞荷載和腐蝕環(huán)境共同作用下結(jié)構(gòu)的疲勞性能研