混凝土结构耐久性设计

新颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）（以下简称《桥规 JTG D62》 ， 增加了耐久性设计内容，提出了公路桥涵结构应根据所处的环境条件进行耐久性设计的概念，是结构设计理念 上的重大突破，是工程结构科学的重大技术进步，对提高设计质量具有指导意义。
2004年5月出版的中国土木工程学会标准《耐久性设计与施工指南》（CCES01）提出了混凝土结构
§1-2 氯离子的侵蚀
氯离子对混凝土的侵蚀是氯离子从外界环境侵入已硬化的混凝土造成的。海水是氯离子的主要来源，北方寒冷地 区向道路、桥面洒盐化雪除冰都有可能使氯离子渗入混凝土中。氯离子对混凝土的侵蚀属于化学侵蚀，氯离子是一 种极强的去钝化剂，氯离子进入混凝土，到达钢筋表面，并吸附于局部钝化膜处时，可使该处的PH值迅速降低，破 坏钢筋表面的钝化膜，引起钢筋腐蚀。
混凝土桥梁结构的耐久性取决于混凝土材料的自身特性和结构的使用环境，与结构设计、施工及养 护管理密切相关。一般是从以下三个方面解决混凝土桥梁结构的耐久性问题： （1）采用高耐久性混凝土，增强混凝土的密实度，提高混凝土自身抗破损能力； （2）加强桥面排水和防水层设计，改善桥梁的环境作用条件； （3）改进桥梁结构设计，其中包括加大混凝土保护层厚度；加强构造钢筋，防止和控制裂缝发展；采用具有防腐保护 的钢筋（例如：体外预应力筋，无粘结预应力筋，环氧涂层钢筋等）。
钢筋腐蚀与混凝土碳化有关，在一般情况下，混凝土保护层碳化是钢筋腐蚀的前提，水分、氧气的存在是引起钢筋 腐蚀的必要条件。因此，提高混凝土结构耐久性的根本途径是增强混凝土密实度，防止或控制混凝土开裂，阻止水 分的侵入；加大混凝土保护层的厚度，防止由于混凝土保护层碳化引起钢筋钝化膜的破坏。
第二章 提高混凝土桥梁结构耐久性 的技术措施
第一章 混凝土结构损伤与耐久性
环境作用引起的混凝土结构换损伤包括: ①混凝土的碳化 ②．氯离子的侵蚀 ③碱—骨料反应 ④冻融循环破坏 ⑤钢筋腐蚀 从短期效果而言，这些问题影响结构的外观和使用功能；从长远看，则会降低结构安全度，成为发生事故的隐患，影 响结构的使用寿命。
§1-1 混凝土的碳化
混凝土的碳化是指混凝土中氢氧化钙与渗透进混凝土中的二氧化碳和其它酸性气体发生化学反应的过程。 一般情况下混凝土呈碱性，在钢筋表面形成碱性薄膜，保护钢筋免遭酸性介质的侵蚀，起到了“钝化”保护作 用。碳化的实质是混凝土的中性化，使混凝土的碱性降低，钝化膜破坏，在水分和其它有害介质侵入的情况下， 钢筋就会发生锈蚀。
冻融破坏的特征是混凝土剥落，严重威胁混凝土的耐久性。混凝土冻融破坏发展速度快，一经发现混凝土冻融 剥落，必须密切注意剥蚀的发展情况，及时采取修补和补强措施。
提高混凝土抗冻耐久性的主要措施是采用掺入引气剂的混凝土。国内外的大量研究和工程实践表明，引气混凝土 抗冻耐久性明显提高，这是因为引气剂形成的互不连通的微细气孔在混凝土受冻初期能使毛细孔中的静水压力减少， 在混凝土受冻结构过程中，这些孔隙可以阻止或抑制水泥浆中微小冰体的形成。
料反应一旦发生，很难加以控制，一般不到两年就会使结构出现明显开裂，所以有时也称碱骨料反应是混凝土结构
的“癌症”。
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对付碱骨料反应重在预防，因为混凝土结构一旦发生碱骨料反应破坏，目前还没有更可靠的修补措施。防止混
凝土碱骨料反应的主要措施是：选用含碱量低的水泥；不使用碱活性大的骨料；选用不含碱或含碱低的化学外加剂；
应根据不同设计年限及相应的极限状态和不同的环境类别及其作用等级进行耐久性设计的概念，明确
提出了环境作用下混凝土结构的耐久性设计与施工的基本原则与要求。对混凝土结构的设计具有指导
意义。
2006年出版的《公路工程混凝土结防腐蚀技术规范》JTG／T B07-01-2006(以下简称
(防腐蚀规范 JTG／T B07)做为行业推荐性标准,对公路混凝土桥涵结构的耐久性设计有重要参考价值和指导意义。 防腐蚀规范 JTG／T B07的主要內容与《耐久性设计与施工指南》（CCES01）基本相同.
通过各种措施，控制混凝土的总含碱量不大于3kg/m3。
§1-4 冻融循环破坏
渗入混凝土中的水在低温下结冰膨胀，从内部破坏混凝土的微观结构，经多次冻融循环后，损伤积累将使混凝 土剥落酥裂，强度降低。
盐溶液与冻融的协同作用比单纯的冻融严酷得多，一般将盐冻破坏看作是冻融破坏的一种特殊形式，即最严酷的 冻融破坏。
长期以来，人们受混凝土是一种耐久性能良好的建筑材料这一认识的影响，忽视了钢筋混凝土结构性问题，造 成了钢筋混凝土结构耐久性研究的相对滞后，并为此付出了巨大的代价。
我国1989年颁布的《混凝土结构设计规范》（GBJ10-89）和1985年颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵 设计规范》（JTJ023-85）涉及结构耐久性的内容很少，除了一些保证结构耐久性的构造措施的一般规定之外，只对 影响混凝土耐久性的裂缝宽度加以控制。实践证明，裂缝控制对结构耐久性设计并不起决定性作用。
§2-1结构混凝土耐久性的基本要求
提高混凝土自身的耐久性是解决混凝土结构耐久性的前提和基础。混凝土的耐久性主要取决于混凝土的材料组成， 其中水灰比，水泥用量，强度等级等均对耐久性有较大影响。
§1-5 钢筋腐蚀
钢筋腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性和使用寿命的重要因素。处于干燥环境下，混凝土碳化速度缓慢，具 有良好保护层的钢筋混凝土结构一般不会发生钢筋腐蚀。
钢筋腐蚀伴有体积膨胀，使混凝土出现沿钢筋的纵向裂缝，造成钢筋与混凝土之间的粘结力破坏，钢筋截面面积 减少，使结构构件的承载力降低，变形和裂缝增大等一系列不良后果，并随着时间的推移，腐蚀会逐渐恶化，最终 可能导致结构的完全破坏。
氯离子侵蚀引起的钢筋腐蚀是威胁混凝土结构耐久性的最主要和最普遍的病害，造成了巨大的损失，应引起设计、 施工及养护管理部门的重视。
§1-3 碱—骨料反应
碱—骨料反应一般指水泥中的碱和骨料中的活性硅发生反应，生成碱—硅酸盐凝胶，并吸水产生膨胀压力，
造成混凝土开裂。碱—骨料反应引起的混凝土结构破坏程度，比其他耐久性破坏发展更快，后果更为严重。碱—骨