工程结构鉴定与加固2-结构损伤机理.ppt

2.1.1 混凝土中的钢筋腐蚀 混凝土中钢筋锈蚀已成为世界关注的大问题，被认为是当今影响混凝土结构耐久性的首要原因。钢筋锈蚀已经或正在给国民经济带来巨大经济损失。 基于此，美国总结正反两个方面的经验教训，提出了“立足前期措施,着眼长远效益”，并强行实施基建工程管理中的“全寿命经济分析法”(ＬＣＣＡ)。;2.1.1 混凝土中的钢筋腐蚀 世界一些国家的腐蚀损失,平均可占国民经济总产值的2%～4%;其中,被认为与钢筋腐蚀有关者可占40%（至今我国尚无确切统计数据)。 美国1984年报道，仅就桥梁而言,57.5万座钢筋混凝土桥,一半以上出现钢筋腐蚀破坏,40%承载力不足和必须修复与加固处理,当年的修复费为54亿美元; 1998年报道钢筋混凝土腐蚀破坏的修复费,一年要2500亿美元,其中桥梁修复费为1550亿美元(是这些桥初建费用的4倍);还有报道说,到本世纪末,美国要花4000亿美元用于修??和重建钢筋腐蚀破坏的工程。;-20世纪50年代，我国北方为使冷天施工的混凝土早强，曾普遍掺加氯盐，致使大量工业厂房因钢筋严重锈蚀而过早破坏； -北京、天津的许多钢筋混凝土立交桥使用时间不长，却因在冬天撒盐融化冰雪而使得钢筋锈蚀和混凝土顺筋胀裂的破坏迹象日益加剧。 锈蚀使钢筋受力截面减小，锈蚀层膨胀使混凝土保护层沿钢筋方向“顺筋”开裂，而后脱落，以致不得不花费大量的经费对结构进行修补和加固。; ; ;2.1.1 混凝土中的钢筋腐蚀 钢筋腐蚀机理 钢筋锈蚀的条件： 在钢筋表面存在电位差，不同电位的区段之间形成阳极－阴极； 阳极区段的钢筋处于活化状态阳极反应：2Fe－4e－ ?2Fe2+ 存在水分和溶解氧，在阴极发生以下阴极反应：2H2O+O2+4e－ ?4OH－;钢筋腐蚀机理 说明： 上述三条件必须同时满足，腐蚀才会产生； 由于砼碱度差异、钢筋中元素偏析、加工应力均会形成局部电池，条件一始终满足； 腐蚀过程：2Fe2+ +4OH－?2Fe(OH)2?Fe(OH)3 ?nFe2O3·mH2O ? nFe3O4·mH2O (氧化不完全); 铁锈体积膨胀，对周围混凝土产生压力，使混凝土沿钢筋方向（顺筋）开裂，进而使得保护层成片脱落，而裂缝及保护层的脱落又进一步加剧钢筋的腐蚀。; ;影响钢筋腐蚀的主要因素 pH值 Cl－含量 氧 混凝土密实性 砼保护层厚度 其他因素;影响钢筋腐蚀的主要因素 Cl－含量 广泛性：海洋；除冰盐；盐碱地；工业环境 作用： 破坏钝化膜； 形成“腐蚀电池”； Cl－的阳极去极化作用； 导电作用； ;2.1 混凝土结构损伤机理及其危害;2.1 混凝土结构损伤机理及其危害;钢筋锈蚀破坏的主要破坏特征： 混凝土顺钢筋开裂钢筋表面混凝土缺乏足够的厚度时,钢筋锈蚀产物体积发生膨胀,足以使钢筋表面发生混凝土顺钢筋开裂。 “握裹力”下降与丧失随着裂缝的不断加宽,混凝土与钢筋之间的粘结力(握裹力)也随之下降(下降速度取决于钢筋锈蚀速度),滑移增大,构件变形。 钢筋断面损失混凝土中钢筋锈蚀,一般分为局部腐蚀(如坑蚀)和全面腐蚀(均匀腐蚀),常常是局部腐蚀为主而造成钢筋断面损失,其损失率达到极限时,构件便会发生破坏。由于坑蚀产生的槽口效应会引起应力集中，严重降低钢筋的延性和疲劳强度，它比均匀腐蚀更危险。 钢筋应力腐蚀断裂处在应力状态下的钢筋(包括预应力),在腐蚀介质和拉应力共同作用下钢筋产生晶间或穿晶断裂现象。;钢筋防腐蚀的措施(1) 常规方法：从材料、设计、施工、维护入手：①优选配合比，严格控制水灰比，选择合适的水泥用量和外加剂；②设计采用一定厚度保护层，防止有害物质渗入；③保证砼施工质量，提高密实性、抗冻性和抗渗性，加强养护，防止裂缝产生；④防止碱集料反应；⑤严格限制氯离子含量⑥定期检查，发现裂缝或表面疏松掉皮时及时处理;钢筋防腐蚀的措施(2) 特殊方法：①阴极保护②环氧树脂涂层钢筋 在使用中避免损伤，设计时注意锚固。③用纤维增强塑料（FRP） 包括：GFRP、CFRP、AFRP等④镀锌钢筋⑤添加防锈剂 外加剂的一种，能保持钝化膜的存在。;第2章 工程结构损伤机理及危害;第2章 工程结构损伤机理及危害;第2章 工程结构损伤机理及危害; 选择防腐蚀方法应首先采用常规防腐蚀方法（比较经济），如因条件所限或者需进一步提高防腐性能时，则采用特殊防腐蚀方法。;2.1.2 混凝土的中性化 1、混凝土碳化机理 混凝土是多孔体，空气中的二氧化碳先渗透到内部孔隙和毛细管中，溶解于毛细管中的液相，与水泥水化过程中产生的氢氧化钙和硅酸二钙、硅酸三钙等水化物相互作用，形成碳酸钙。;第2章 工程结构损伤机理及危害;第2章 工程结构损伤机理及危害;第2章