高性能混凝土及混凝土耐久性精品PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高性能混凝土 及混凝土耐久性
高性能混凝土
是以耐久性和可持续发展作为基本要求，并 适合工业化生产和施工的混凝土
与传统的混凝土相比，高性能混凝土在配比上的 特点是低用水量，较低的水泥用量，并以矿物掺 合料和化学外加剂作为水泥、砂、石和水之外的 必须组分。
中国土木工程学会高强与高性能委员会 《高性能混凝土 — 定义、现状与发展方向》
➢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
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
2）偶然作用 —— 地震、爆炸、撞击等
3）环境作用（或环境影响） ——
温、湿度及其变化，降水，冰冻等大气作用； 土体、水体、空气中有害化学物质作用
作用
承载力极限状态下 安全性
规定作用 下构件承 载力安全
性
结构 整体
牢固 性
正常使用下 适用性
变形、 裂缝、 振动等 控制
耐久性
设计的 主要内容
一般
◆◆
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%
➢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
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
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
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
最低强度 等级
碳化锈蚀 露天雨淋环 境下保护层
厚度
严重冻融
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
日本规范规定的更高（最低相当于C35，100年寿命为C45 ）
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%
又据资料报道
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
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%
作用
◆
◆
偶然 作用
环境 பைடு நூலகம்用
◆
◆◆
安全性通过正常使用下 的适用性加以保证
（将劣化程度控制在规 定的容许值以内）
疲劳 持久 荷载
◆◆
强度设计
（力学计算）
整体牢固 性设计
耐久性
（防腐蚀）
设计
一、混凝土结构的耐久性现状
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 混凝土结构的耐久性已成为世界性问题
混凝土材料的耐久性
混凝土抵抗大气作用、化学侵蚀、 磨损等劣化过程而维持其原有质量和 使用性能的能力
混凝土结构的耐久性
结构及其构件在各种作用下长 期维持其所需性能的能力
结构设计需考虑的三类作用
1）一般作用 —— 一般荷载与强制变形
永久荷载---- 自重，土压力 可变荷载---- 使用荷载（人群、车辆、设备），风雪
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，据说有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
公路桥梁结构的安全设置水准
最常用车辆（我国为汽超20系列）作用于 30米跨度的简支梁桥
桥梁需承受的活荷载效应（标准值）------美国和英国规范分别比我国规范大12%和29%
活荷载安全系数 ------我国1.40，美国1.75，英国的1.73 桥梁需承受活荷载效应设计值 ------
美国和英国规范分别比我国规范大40%和59% 材料设计强度我国规范规定的较高
对车辆活荷载，我国桥梁的设计承载能力为美、 英的68%和60%；永久荷载的荷载系数又过低
此外，还有计算方法不同对安全设置水准的影响 ---如美国规范对没有冗余度的简支梁桥，需额外提高安全系数, 在预应力混凝土梁抗剪能力上，我国规范公式偏于不安全
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
混凝土结构耐久性不足的严重性
影响工程正常使用，缩短工程使用寿命 巨大的经济损失
背离可持续发展的道路
资源枯竭，国土破坏、环境污染 废弃混凝土难以处置
北美（加拿大安大略省） 公路桥面板耐久性设计要求
!
宜宾南门大桥桥面垮塌
我国目前水泥年产量如配置混凝土，年人 均近3.3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。每生产1t水泥熟料消耗大量燃煤与电 能，并排放约1t二氧化碳
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
结构耐久性不足的主要原因
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
高性能混凝土
是以耐久性和可持续发展作为基本要求，并 适合工业化生产和施工的混凝土
与传统的混凝土相比，高性能混凝土在配比上的 特点是低用水量，较低的水泥用量，并以矿物掺 合料和化学外加剂作为水泥、砂、石和水之外的 必须组分。
中国土木工程学会高强与高性能委员会 《高性能混凝土 — 定义、现状与发展方向》
➢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
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
2）偶然作用 —— 地震、爆炸、撞击等
3）环境作用（或环境影响） ——
温、湿度及其变化，降水，冰冻等大气作用； 土体、水体、空气中有害化学物质作用
作用
承载力极限状态下 安全性
规定作用 下构件承 载力安全
性
结构 整体
牢固 性
正常使用下 适用性
变形、 裂缝、 振动等 控制
耐久性
设计的 主要内容
一般
◆◆
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%
➢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
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
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
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
最低强度 等级
碳化锈蚀 露天雨淋环 境下保护层
厚度
严重冻融
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
日本规范规定的更高（最低相当于C35，100年寿命为C45 ）
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%
又据资料报道
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
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%
作用
◆
◆
偶然 作用
环境 பைடு நூலகம்用
◆
◆◆
安全性通过正常使用下 的适用性加以保证
（将劣化程度控制在规 定的容许值以内）
疲劳 持久 荷载
◆◆
强度设计
（力学计算）
整体牢固 性设计
耐久性
（防腐蚀）
设计
一、混凝土结构的耐久性现状
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 混凝土结构的耐久性已成为世界性问题
混凝土材料的耐久性
混凝土抵抗大气作用、化学侵蚀、 磨损等劣化过程而维持其原有质量和 使用性能的能力
混凝土结构的耐久性
结构及其构件在各种作用下长 期维持其所需性能的能力
结构设计需考虑的三类作用
1）一般作用 —— 一般荷载与强制变形
永久荷载---- 自重，土压力 可变荷载---- 使用荷载（人群、车辆、设备），风雪
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，据说有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
公路桥梁结构的安全设置水准
最常用车辆（我国为汽超20系列）作用于 30米跨度的简支梁桥
桥梁需承受的活荷载效应（标准值）------美国和英国规范分别比我国规范大12%和29%
活荷载安全系数 ------我国1.40，美国1.75，英国的1.73 桥梁需承受活荷载效应设计值 ------
美国和英国规范分别比我国规范大40%和59% 材料设计强度我国规范规定的较高
对车辆活荷载，我国桥梁的设计承载能力为美、 英的68%和60%；永久荷载的荷载系数又过低
此外，还有计算方法不同对安全设置水准的影响 ---如美国规范对没有冗余度的简支梁桥，需额外提高安全系数, 在预应力混凝土梁抗剪能力上，我国规范公式偏于不安全
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
混凝土结构耐久性不足的严重性
影响工程正常使用，缩短工程使用寿命 巨大的经济损失
背离可持续发展的道路
资源枯竭，国土破坏、环境污染 废弃混凝土难以处置
北美（加拿大安大略省） 公路桥面板耐久性设计要求
!
宜宾南门大桥桥面垮塌
我国目前水泥年产量如配置混凝土，年人 均近3.3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。每生产1t水泥熟料消耗大量燃煤与电 能，并排放约1t二氧化碳
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
结构耐久性不足的主要原因
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