混凝土耐久性概述

缺乏正常检测与维修
结构耐久性需要有正确使用和正常检测与维 修相配合 重新建、轻维修，是土建建设管理工作中的 重大缺陷 对于基础设施工程，应在设计中进行结构全 寿命经济分析与评价 只有适当加大初始投资费用，强化结构耐久 性，才是最经济有效的途径
五 改善混凝土耐久性的主要技术途径
针对混凝土过早劣化，发达国家不断提高混凝 土的强度要求与密实性，研究混凝土与钢筋的 防腐蚀技术，并对路桥等工程要求按全寿命费 用分析进行设计 80年代中期起掀起了高性能混凝土的研究开发 高潮 90年代起，大力开展混凝土结构耐久性设计方 法的研究
我国土木工程耐久性现状
民用房屋 工业厂房 海港码头 桥梁 隧道 干湿交替的室外构件过早锈蚀 30－40年 20－30年 大修 10－20年 大修 浪溅区最严重 除冰盐侵蚀 10－20年大修 渗漏严重
钢筋保护层过薄！ 混凝土等级过低！ 钢筋过细！ 断面过薄！
美术馆梁钢筋锈蚀情况
ห้องสมุดไป่ตู้术馆地下室顶板钢筋锈蚀情况
2 .提高设计与施工水平 3. 改善构造处理水平 4. 适当提高结构可靠水准 5. 对结构采取适当防护措施 6. 经常性维护和维修。
六
混凝土结构损伤的检测评估
一、混凝土结构检测评估的重要意义 1、我国已开始步入基本建设转向旧 建筑物的维护改造阶段。正确诊断评价 建筑结构的破损状态,预测可以继续使用 的年限以期间的可靠度,有着重大的社会 效益和经济效益。 2、大跨、高层及复杂工程结构的建 设,使结构失效带来的损失风险增大。为 了确保这些重要工程的正常运营和安全 可靠,必须建立完善的监控和维护机制。
三 研究和解决混凝土结构耐久性的 重要意义
混凝土是世上用量最大的人造材料，基础 设施工程主要用混凝土结构建造，混凝土 结构材料在社会财富中占有较大比重； 发达国家早在二、三十年以前曾经遇到过 的砼工程耐久性不足给经济发展带来巨大 包袱的惨痛教训；
社会经济资源环境可持续发展的必然 要求。
可持续发展的迫切需求
1998年美国土木工程学会报告：
美国现有29%以上的桥梁和1/3以上的道路老 化，有2100个水坝不安全，估计需有1.3万亿美元 改善其安全状态 到20世纪末美国共有桥梁约100万座，超过1/4有缺陷
由于改进了桥梁耐久性设计方法 并采用了许多新的防腐技术，美国新 建桥梁的耐久性比二、三十年前有很 大改善，预期已能满足75年以上设计 寿命 但是过去建成的桥梁已无法改 变，仍将继续为其付出昂贵的维修费 用直至最后拆除重建
规范的耐久性设置水准基本上停 留在解放初或50年代国际水平 由于水泥强度提高和施工进度加 快,实际 耐久性质量大幅度下降
早强水泥配制的混凝土，内部微结构和后期强度发 展不良，易开裂，耐久性差
规范还阻碍粉煤灰等掺合料和引 气剂的使用,为改善混凝土结构耐久性 带来不良后果
工程施工进度的不适当追求
养护不良使表层混凝土的抗渗性成倍降低， 使钢筋开始锈蚀的年限成倍缩少
结构耐久性评估的范围可以是整体结构， 也可以是结构的各类结构构件甚至单个构件， 具体范围根据季节够的使用环境、耐久性损伤 分布情况以及业主使用要求确定。
美国每年用于基础设施修复的费用约为这些 基础设施总资产的10% 研究认为，对于桥梁等生命线工程，因修复、 更换造成交通延误等间接损失更大，间接经济 损失是直接用于桥梁修复费用的10倍 在加拿大，为修复其劣化损坏的全部基础设 施工程估计需耗费5000亿美元 在英国，1/3的桥梁需要修复.发达国家土建 设施腐蚀造成的年损失约占GDP的1.5-2%，其 中主要是混凝土结构腐蚀
引自北京市政设计研究院的资料
引自北京市政设计研究院的资料
山东潍坊白浪河大桥
敦煌－电线杆
!
引自巴恒静的资料
沈阳－山海关高速公路冬季撤盐
引自巴恒静的资料
宜宾南门大桥桥面垮塌
2.2 混凝土结构耐久性不足的危害
影响工程正常使用和结构安全； 缩短工程使用寿命，降低投资效益； 重建或修补造成巨大的经济损失 资源和能源的大量浪费，背离可持续 发展的道路 环境污染, 废弃混凝土难以处置
南水北调工程
青藏铁路
苏通大桥
地 铁 工 程
工程结构的可靠性包括安全性、适用性和 耐久性三个方面; 耐久性是结构可靠性的重要组成部分。长 期以来对结构安全性和适用性给予了重视, 而 忽视了耐久性问题。 随着使用年限增加,因耐久性不足引起的 事故增多，维修费用也与日俱增, 使混凝土结 构的耐久性问题成为土木工程界十分关注的问 题，也成为一个时期以来研究的重点。
按照国际经验，水泥的消费量随现代 化建设过程，由快速上升到稳定并转而 下降 高峰期的人均水泥消费量约600～ 700kg左右 据此推算，我国今后水泥最高年产 量有可能达到9亿吨（按14亿人口计算）， 届时每年将排放9亿吨二氧化碳，配制成 混凝土，年消耗砂石达30多亿方
四 结构耐久性不足的主要原因
第二部份
混凝土耐久性
杨鼎宜
第一节 混凝土耐久性概述 第二节 混凝土材料劣化机理 第三节 混凝土结构耐久性设计
第一节
混凝土耐久性概述
我国重大混凝土基础工程建设迅猛发展
铁路建设 城市轨道 高速公路 桥梁建设
港口建设
基础工程 大规模兴建
治山治水 治沙治海
西气东输 南水北调 水电工程
国防防护
三峡工程
1天养护与7天养护，可使碳化引起锈蚀年限缩减为 原来的1/4
抢工省略必要检验工序，使钢筋位置出现偏差
钢筋的保护层厚度如在施工中缩减一半，出现锈蚀 年限将缩减为原来的1/4 保护层厚度的5～10mm施工允差，甚至能使钢筋锈蚀 的年限发生成倍差别
结构各种施工、连接缝和防水层是影响耐久性 的薄弱环节，其质量在快速施工中最不易保证。
二、混凝土结构耐久性现状 2.1 混凝土结构的耐久性问题已成为 世界性问题
70年代起，混凝土耐久性问题开始 在发达国家大量出现
美国的公路桥梁
主要是60年代后的盐腐蚀
美国联邦公路局资料：
登记在册（政府管理）桥梁： 1992年 57.2万座，有缺陷21％ 1999年 58.6万座，有缺陷15％ 拆除老桥费用持续增加
混凝土结构在环境侵蚀下的材料劣化 过程,是一个不可逆的过程。它不是直接由 力学因素引起的,而是混凝土材料的物理化 学作用的结果。 混凝土结构耐久性：结构在规定的使 用年限内,在各种环境条件作用下,不需要 额外的费用加固处理而保持其安全性、正 常使用性和可接受的外观的能力。 混凝土结构耐久性是基于材料耐久性 的研究和深化,是材料耐久性的实际应用。
3、地震、台风、火灾等自然或人为 灾害也对工程结构造成重大损害,对灾后 结构残余承载力进行评估为结构加固也 是非常重要的。 因此,对结构进行损伤诊断与健康监 控,及时发现结构的损伤,对可能出现的 灾害进行预测,和对受损结构进行评估已 成为土木工程学科发展的一个重要领域。
二、混凝土结构检测评估的内容和基本程序
一、混凝土结构耐久性基本概念
我国《建筑结构可靠度设计统一标准》指出结构 在规定设计使用年限内应满足下列可靠性要求: (1) 正常施工和使用时能承受可能出现的作用; (2) 正常使用时具有良好的工作性能; (3) 正常维护下具有足够的耐久性能; (4) 设计规定的偶然事件发生时及发生后,仍能保 持必要的整体稳定性。 其中,第(1)、(2) 、(4) 三项是结构安全性和使 用性要求,第(3)项是结构耐久性的要求。
（当时美国0.88亿吨，日本0.95亿吨，苏联1.4亿吨）
1997年突破5亿吨 2000年接近6亿吨 2001年6.4亿吨 2002年7亿吨 2003年8亿吨，世界产量的40％ 年人均水泥消费量超过600kg
我国目前水泥年产量如配置混凝 土，年人均近4吨 混凝土用量过大，过度开采矿石和 砂、石已在许多地方造成资源破坏，严 重影响环境和景观。 混凝土过早劣化，处置废旧工程的 混凝土垃圾将给环境带来威胁
工程设计的耐久性标准过低 工程施工进度的不适当追求 缺乏正常检测与维修 构件强度设计的安全设置水准过低
露天环境下的桥梁等基础设施
交通量与日俱增，车辆载重不断提升， 缺乏例行维修，桥梁多处于带病超负工 作状态，过早老化 设计荷载过低，安全储备或保证率不足 对大跨桥梁，永久荷载的荷载系数过低， 长期处于重负之下，导致变形、开裂，
最低强度 等级
碳化锈蚀 露天雨淋环 境下保护层 厚度
C15 板2cm 梁3cm 仅水工规范 要求引气
C25 3.8cm （d<16） 5.1cm （d>16） 要求引气
C30（C25） C35, 3.5cm
干湿交替下
C40，4cm 要求引气
严重冻融
日本规范规定的更高（最低相当于C35，100年寿命为C45 ）
工程设计的耐久性标准过低
结构设计规范主要考虑荷载作用下的结构 构安全性，环境作用下的耐久性设计被 置于次要和从属地位 规范中没有结构设计寿命和耐久性设计 的 明确要求 耐久性设计要求，未能随着几十年来由于 水泥性能、施工条件、环境条件的巨大转变 而与时俱进
我国现行规范（80年代颁布）与国外比较
配筋混凝土 我国 美国 英国
铁路隧道衬砌结构绝大部分用素混凝土， 混凝土强度等级过低，隧道衬砌裂损 腐蚀和渗漏现象普遍 据1997年调查，铁路隧道发生裂损的数 量约占当年隧道拥有量的10% 抽样调查，漏水隧道数量占50.4%，有的 区段高达94%，导致铁路钢轨锈蚀、道 床翻浆、电力牵引设备漏电 据1998年统计，铁路隧道受腐蚀裂损的 占隧道总数的13.2%
水泥基混凝土是当今世界上用量最大的人造材 料 世界水泥年产量1900年约0.1亿吨，30年代1亿 吨，50年代初1.5亿吨，以后高速增长，1998年达 到16亿吨 全球混凝土 人均年消耗量 60年代初1吨， 80年代初1.5吨， 现在接近2吨
我国水泥产量
1980年0.8亿吨 1985年1.43亿吨开始位居世界之首