混凝土结构耐久性研究现状

混凝土结构耐久性研究现状

由于钢筋混凝土结构结合了钢筋抗拉与混凝土抗压的优点，表现出良好的受力性能，成为应用最普遍最广泛的结构形式，近年对水工结构、港工结构、桥梁结构、建筑结构的大量工程调查显示，钢筋混凝土结构表现出了严重的耐久性问题，许多既有钢筋混凝土结构工程往往达不到设计使用年限就需要进行加固修复，其中耐久性的降低是一大影响因素。钢筋混凝土结构耐久性问题的日益突出，引起了世界各国对加强钢筋混凝土结构耐久性研究的重视。

耐久性是指在确定的环境和维修、使用条件下，构件在设计使用年限内保持适用性、安全性的能力。钢筋混凝土结构在其使用过程中经常会受到各种各样的腐蚀和损伤，降低了构件的耐久性和结构的可靠度，导致工程的实际使用寿命往往短于设计使用年限。

影响耐久性的因素，混凝土的碳化，钢筋锈蚀，混凝土的冻融，碱－骨料反应等。

我国在钢筋混凝土耐久性问题上尚缺少全国性的系统资料,但从一些调查资料和发表的有关文献来看,钢筋混凝土耐久性问题也是极其严重的。中国建筑科学研究院的调查表明,我国现役工业建筑物损坏严重,其结构的使用寿命一般不能保证50年,多数在25-30年左右就必须进行大修或加固。1994年铁路部门的统计表明,我国铁路存在有病害的钢筋混凝土桥2675座,其中的722座发生裂损；仅使用20年的北京西直门立交桥,由于长期在冬季使用化冰盐,部分梁柱锈蚀严重,现己拆除重建。从发达国家所取得的经验来看,钢筋混凝土耐久性问题造成的损失己是惊人的。美国标准局(NBS)1975年的调查表明,美国每年因腐蚀造成的各种损失为700多亿美元,蚀破坏的修复费,1998年度就需要2500亿美元。英国为解决海洋环境下钢筋混凝土结构的腐蚀与防护问题和修复已损伤的钢筋混凝土结构,每年耗资将近200亿英镑,而日本引以为自豪的新干线,在运行10年后也出现大面积的混凝土开裂、剥蚀现象,日本运输省曾检查了其103座混凝土港口码头,发现使用20年以上的都有大量的顺筋裂缝,目前日本每年用于房屋结构维修的费用就达400亿日元。

混凝土结构耐久性降低首先起源于材料性能劣化，继而引起混凝土构件强度、刚度衰减，最后影响整个结构安全。由于客观条件，很多研究基于一般假设，如先钢筋锈蚀后加载试验，忽略荷载对混凝土力学性能劣化影响。在实际工程中绝大多数混凝土结构经受荷载和环境因素同时作用，混凝土在承受荷载时，混凝土本身力学性能退化；同时对钢筋保护作用降低，加速钢筋锈蚀，有效钢筋截面面积减小致使构件承载力降低，钢筋与混凝土黏结性能退化使得钢筋塑性不能充分发挥，降低结构延性。混凝土结构经受荷载和环境因素共同作用，荷载与环境等各因素产生的交互作用使得实际服役混凝土结构破坏过程复杂。研究荷载与环境综合作用下混凝土结构耐久性问题对实际工程更具有意义。

混凝土结构在荷载与一般大气环境综合作用下，荷载对混凝土碳化影响不容忽视，混凝土碳化与荷载大小(应力水平)和荷载形式(拉、压应力)等有关。当荷载应力抑制混凝土内部微裂缝发展时，混凝土碳化减缓; 而当荷载应力扩展混凝土内部微裂缝时，混凝土碳化加速。

荷载与特定大气环境( 如人工气候环境、盐雾大气环境、海洋大气环境等) 综合作用下构件耐久性研究成果甚少。张俊芝等试验研究了人工气候环境下承受荷载作用混凝土梁受压

区钢筋初始锈蚀时间，结果表明随着混凝土受压区压应力增长，受压钢筋初始锈蚀时间延长。虞爱平等试验研究了大气盐雾环境下承受持续荷载作用钢筋混凝土梁裂缝、挠度和承载力变化情况，结果表明:在持续荷载与盐雾大气环境(含Cl－、CO2等) 耦合作用下梁劣化随着荷载增加，劣化速度加快；在给定加载水平时，随着梁锈蚀率增加，其刚度降低。

由于荷载作用大小、形式多样，大气环境、海洋环境复杂多变，荷载与环境综合作用下混凝土结构耐久性研究尽管已经取得很多研究成果，但总体来讲，这方面研究从内容深度和广度、以及试验方法等方面还需要进一步完善。笔者认为应从以下几方面进行重点研究:

(1) 混凝土的碳化模型、氯离子扩散模型研究立足于实际结构工作状态，通过试验研究，建立、验证和完善模型的适用性，以便能较好地评定混凝土的耐久性和使用寿命。

(2) 结构混凝土研究基于实际工作状态，除继续研究正常使用状态荷载水平与环境耦合研究外，尚须进行极限承载力荷载水平与环境耦合的耐久性研究。

(3)荷载与环境耦合作用引起的应力水平和荷载裂缝对结构耐久性影响有待进一步的试验研究和验证。

通过对南疆地区盐渍土环境下混凝土结构的耐久性现状调研及其影响因素研究，可得以下主要结论：

(1)南疆地区在役混凝土结构耐久性现状不容乐观，混凝土腐蚀、保护层剥落、钢筋锈蚀、构件开裂和鼓胀隆起是主要的病害，使混凝土结构的耐久性及服役期间的安全性受到严重威胁。

(2)南疆地区混凝土结构耐久性损伤劣化主要是由恶劣的气候条件、盐渍土腐蚀和盐水侵蚀、冻融破坏、干湿循环、钢筋锈蚀和盐渍土地基的盐胀、冻胀作用等引起。

(3)通过采取增厚混凝土表面沥青胶泥防腐涂层厚度或使用环氧树脂防腐涂料、提高混凝土密实度、使用钢筋阻绣剂、采用强夯法、设置止水带或敷设防渗膜等工程措施，可最大限度地减小或者消除盐渍土腐蚀和盐水侵蚀以及盐渍土地基的盐胀和冻胀作用，切实提高本地区混凝土结构的耐久性能。

(4)南疆地区部分在役混凝土结构耐久性损伤已影响到结构安全性，开展混凝土结构耐久性损伤机理与防治技术研究刻不容缓。

当今我国重大基础工程建设的迅猛发展和城市化高速推进已引起混凝土科学与工程界的倍加关注，大量水泥和混凝土材料的耗用不仅给我国的环境保护和资源紧张带来了挑战，同时也是混凝土结构耐久性研究的巨大推动力。如不提高混凝土结构的耐久性，延长工程的服役寿命，必将给国家造成巨大的经济损失，影响到社会可持续发展，并将为工程的安全服役带来威胁。

在此基础上就该混凝土耐久性设计、评估和寿命预测的研究领域的发展方向提出当前亟待解决的问题：

（1）材料本身的劣化是使结构耐久性变差的内在因素，需从材料退化的机理出发研究结构的性能退化。

（2）中国幅员辽阔，气候差异悬殊，混凝土耐久性的要求也不相同，故需协调、联合相关单位或研究机构建立混凝土耐久性数据库。