昆明理工大学建筑工程学院混凝土结构设计原理课件第9章 变形和裂缝宽度的计算 混凝土结构的耐久性.ppt

* 9.5混凝土结构的耐久性 问题：什么是耐久性要求？ 混凝土结构应能在自然和人为环境的化学和物理作用下，满足在规定的设计工作寿命内不出现无法接受的承载力减小、使用功能降低和不能接受的外观破损等的情况。 由前已知，混凝土结构的可靠性包含安全性、适用性和耐久性三个方面的要求。 安全性要求主要用过承载能力计算和稳定性验算解决； 适用性要求主要通过控制结构的变形和裂缝宽度来满足； 混凝土结构设计原理 9.变形和裂缝宽度的计算 ⑴耐久性定义：结构在预定设计工作寿命期内，在正常维护条件下，不需要进行大修和加固满足，即可满足正常使用和安全功能要求的能力。 ⑵对于一般建筑结构，设计工作寿命为50年，重要的建筑物可取100年。 ⑶近年来，随着建筑市场化的发展，业主也可以对建筑的寿命提出更高要求。对于其它土木工程结构，根据其功能要求，设计工作寿命也有差别，如桥梁工程一般要求在100年以上。 混凝土结构设计原理 9.变形和裂缝宽度的计算 混凝土结构使用寿命 无损伤 劣化开始，可修补 毁坏,废弃 混凝土结构设计原理 9.变形和裂缝宽度的计算 Deterioration of Reinforced Concrete Bridge due to Poor Durability 混凝土结构设计原理 9.变形和裂缝宽度的计算 Highway Bridge in Service New York State, US 混凝土结构设计原理 9.变形和裂缝宽度的计算 世界上经济发达国家的工程建设大体上经历了三个阶段： ⑴大规模建设； ⑵新建与改建、维修并重； ⑶重点转向既有建筑物的维修改造。 目前经济发达国家处于第三阶段，结构因耐久性不足而失效，或为保证继续正常使用而付出巨大维修代价，这使得耐久性问题变得十分重要。 混凝土结构设计原理 9.变形和裂缝宽度的计算 我国50年代开始大规模建设的工程项目，由于当时经济基础薄弱，材料标准和设计标准都较低，除一些重要的工程项目目前需要继续维持其使用外，其它大部分工程已达到其使用寿命。 我国真正进入大规模建设是在改革开放以后，因此国外发达国家在耐久性上所遇到的问题应引起我国工程技术人员的足够重视，避免重蹈发达国家的覆辙，对国家经济建设造成巨大浪费。 混凝土结构设计原理 9.变形和裂缝宽度的计算 内部因素： 混凝土强度 渗透性 保护层厚度 水泥品种 标号和用量 外加剂等 外部因素： 环境温度 湿度 CO2含量 侵蚀性介质等 9.5.1影响混凝土结构耐久性的因素 碳化 挠度过大(刚度降低） 钢筋锈蚀 表面劣化 强度劣化 龟裂 美观 混凝土结构设计原理 9.变形和裂缝宽度的计算 ⑴混凝土水化结硬后，内部有很多毛细孔。在浇筑混凝土时，为得到必要的和易性，往往会比水泥水化所需要的水多些。 1、混凝土的冻融破坏 ⑵多余的水份滞留在混凝土毛细孔中。低温时水份因结冰产生体积膨胀，引起混凝土内部结构破坏。 ⑶反复冻融多次，就会使混凝土的损伤累积达到一定程度而引起结构破坏。 ⑷防止混凝土冻融破坏的主要措施是降低水灰比，减少混凝土中多余的水份。 ⑸冬季施工时，应加强养护，防止早期受冻，并掺入防冻剂等。 混凝土结构设计原理 9.变形和裂缝宽度的计算 ⑴混凝土集料中的某些活性矿物与混凝土微孔中的碱性溶液产生化学反应称为碱集料反应。 ⑵碱集料反应产生的碱-硅酸盐凝胶，吸水后会产生膨胀，体积可增大3~4倍，从而混凝土的剥落、开裂、强度降低，甚至导致破坏。 ⑶引起碱集料反应有三个条件： ①混凝土的凝胶中有碱性物质。这种碱性物质主要来自于水泥，若水泥中的含碱量（Na2O，K2O）大于0.6%以上时，则会很快析出到水溶液中，遇到活性骨料则会产生反应； ②骨料中有活性骨料，如蛋白石、黑硅石、燧石、玻璃质火山石、安山石等含SiO2的骨料； ③水分。碱骨料反应的充分条件是有水分，在干燥环境下很难发生碱骨料反应。 2、混凝土的碱集料反应 混凝土结构设计原理 9.变形和裂缝宽度的计算 ⑴硫酸盐腐蚀：硫酸盐溶液与水泥石中的氢氧化钙及水化铝酸钙发生化学反应，生成石膏和硫铝酸钙，产生体积膨胀，使混凝土破坏。硫酸盐除在一些化工企业存在外，海水及一些土壤中也存在。当硫酸盐的浓度（以SO2的含量表示）达到2‰时，就会产生严重的腐蚀。 ⑵酸腐蚀：混凝土是碱性材料，遇到酸性物质会产生化学反应，使混凝土产生裂缝、脱落，并导致破坏。酸不仅存在于化工企业，在地下水，特别是沼泽地区或泥炭地区广泛存在碳酸及溶有CO2的水。此外有些油脂、腐植质也呈酸性，对混凝土有腐蚀作用。 ⑶海水腐蚀：在海港、近海结构中的混凝土构筑物，经常收到海水的侵蚀。海水中的NaCl、MgCl2、MgS