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第35卷第35期西建筑 Vol.35No.35 山2009年12月Dec. 2009SHANXI ARCHITECTURE
文章编号:1009-6825(2009)35-0032-02
浅谈混凝土结构的耐久性
曾宇光
摘 要:叙述了混凝土结构耐久性的定义及进行耐久性设计的必要性,分析了影响混凝土耐久性能的主要因素,重点归
纳了混凝土结构耐久性设计的有关规定,进而明确了5规范6对耐久性设计的出发点。关键词:混凝土结构,耐久性,设计,影响因素中图分类号:TU375
文献标识码:A
土表面设有覆盖层,可提高抗碳化的能力。
外部因素主要是环境条件。温度交替变化有利于CO2的扩散,可加速混凝土的碳化。试验表明,混凝土周围相对湿度为50%~70%时,碳化速度较快;空气中CO2含量的浓度越高,碳化速度越快。环境中的侵蚀性介质对混凝土结构的耐久性能影响很大。如酸、碱溶液直接接触混凝土时将产生严重的腐蚀;海港及海堤混凝土结构中钢筋锈蚀严重;大气中的酸雨则大面积地影响工程结构的耐久性。对此,应根据实际情况采取相应的技术措施,防止或减少对混凝土结构的侵蚀。例如,从生产流程上防止有害物质散溢;采用耐酸或耐碱混凝土等。
1 混凝土结构的耐久性定义及进行耐久性设计的必要性
混凝土结构的耐久性是指在设计使用年限内,在正常维护下,必须保持适合于使用,而不需进行维修加固。
GB50068建筑结构可靠度设计统一标准(以下简称/标准0)1.0.5的规定确定混凝土结构的设计使用年限根据结构的重要程度设计使用年限分别为5年、25年、50年、100年。但如果对耐久性考虑不严,建筑物老化严重,结构就可能在未达到其设计使用年限时就已老化,无法保证其正常使用。而为了其继续正常使用而进行相当规模的维修、加固或改造,将付出高昂的代价。由此保证混凝土结构在自然和人为环境的化学和物理作用下,满足耐久性的要求,是一个十分迫切和重要的问题。在设计混凝土结构时,除进行承载力计算、变形和裂缝验算外,还必须进行耐久性设计。
3 耐久性设计
3.1 混凝土结构的设计使用年限
按照5标准61.0.5的规定确定混凝土结构的设计使用年限分为四类:一类是临时建筑,设计使用年限为5年。二类是易于替换的结构构件,设计使用年限为25年。三类是普通房屋和构筑物,设计使用年限为50年。四类是纪念性建筑和特别重要的建筑结构,设计使用年限为100年。从5标准6的规定可以看出:建筑物的设计使用年限一般为50年和100年。
5规范6就设计使用年限为50年、100年和一些特殊情况的建筑分别对其耐久性进行了规定。
2 影响耐久性能的主要因素
影响耐久性能的主要因素有内部因素和外部因素两方面。内部因素主要有:混凝土的材质、密实性、强度及水泥用量、水灰比、氯离子及碱含量、外加剂用量、保护层厚度等;外部因素主要有环境条件,包括温度、湿度、CO2含量、侵蚀性介质等。出现耐久性能下降的问题,往往是内、外部因素综合作用的结果。混凝土是碎石、砂、水泥和水拌和后凝硬而成。这些材料的优劣直接影响到硬化后混凝土的质量(包括密实度和强度等),好质量的材料将为工程使用期混凝土的耐久性打下良好的基础。
混凝土的内部缺陷(不密实),使混凝土在使用过程中易受各种不利因素的侵袭,主要有如下几种形式:1)渗透;2)碳化;3)冻融破坏。
混凝土中水泥用量大,可碳化物含量多,混凝土强度提高,可以提高混凝土抗碳化性能,故应控制最低混凝土强度等级。相反混凝土中水泥用量过少,氢氧化钙含量少,易遭酸性介质的侵蚀,易发生碳化,故应控制最小水泥用量。
水灰比越小,混凝土内部的孔隙率也越小,密实性好,渗透性小,因而碳化速度慢,水灰比小时混凝土孔隙中游离水减小,也会减慢碳化反应。故应控制最大水灰比。
氯离子的存在将导致钢筋表面氧化膜的破坏,并与Fe生成金属氯化物,对钢筋锈蚀影响很大。因此氯离子含量应予严格。从混凝土碳化过程中可以看出,如果混凝土中的碱性水化物多(即含碱量大),CO2与碱性水化物(主要是Ca(OH)2)发生反应使pH值下降。当碳化至钢筋表面时,将会破坏氧化膜,钢筋有锈蚀的危险。因此碱离子含量应予严格。
混凝土外加剂在混凝土拌合物中掺入不超过水泥重量的5%。
混凝土保护层厚度越大,碳化至钢筋表面的时间越长;混凝
收稿日期:2009-08-24
3.2 设计使用年限为50年的建筑耐久性规定
通过上述对影响混凝土耐久性主要因素的讨论可以看出,混
凝土耐久性可以通过对最大水灰比、最小水泥用量、最低混凝土强度等级、最大氯离子含量、最大碱含量来控制。5规范63.4.2正是据此对设计使用年限为50年的混凝土结构的耐久性作了基本要求。
5规范63.4.2一类、二类、三类环境中,设计使用年限为50年的结构混凝土应符合表1的规定。
表1 结构混凝土耐久性的基本要求
环境类别一二三
ab
水灰比[0.65[0.60[0.55[0.50
水泥用量kg/m3\\225\\250\\275\\300
混凝土强度\\C20\\C25\\C30\\C30
氯离子含量
%
1.00.30.20.1
最大碱含量kg/m3不[3.0[3.0[3.0
表1的注释主要是:1)规定了氯离子含量的定义;2)规定了预应力构件中混凝土的最大氯离子含量,最小水泥用量,最低混凝土强度等级;3)规定了素混凝土构件中的水泥用量;4)规定了当混凝土中加入活性掺合料或能提高耐久性的外加剂时,可适当降低最小水泥用量;5)规定了当有可靠工程经验时,处于一类和二类环境中的最低混凝土强度等级可降低一个等级;6)规定了当
作者简介:曾宇光(1977-),女,工程师,山西省水利水电勘测设计研究院,山西太原 030024
第35卷第35期西建筑 Vol.35No.35 山2009年12月Dec. 2009SHANXI ARCHITECTURE
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文章编号:1009-6825(2009)35-0033-03
碳纤维材料在加固混凝土结构中的应用
许凤美
摘 要:阐述了碳纤维加固钢筋混凝土结构的主要技术优点及缺陷,将碳纤维进行了分类,并叙述了CFRP的材料力学特征和加固混凝土结构的发展概况,同时介绍了碳纤维布施工工艺,以达到指导实践的目的。关键词:碳纤维,混凝土结构,加固,性能中图分类号:TU746.3
碳纤维(CFRP)是含碳量高于90%的无机高分子纤维[1,3]。有碳纤维加入的复合材料是制造飞机、火箭和化工厂耐腐蚀设备等的优良材料。而具有土木工程结构加固作用的碳纤维布是用于结构构件的抗拉、抗剪和抗震加固,其技术是新近发展起来的一种新技术,以其抗拉强度高、自重轻、耐久性好、耐腐蚀、施工便捷、抗疲劳性好、无磁性、优异的力学性能、简便的施工工艺与优秀的加固修补效果得到了普遍赞同,正日益受到国内外广大科研人员和工程技术人员的关注与青睐。
文献标识码:A
1.1 CFRP加固钢筋混凝土结构的主要技术优点
1)自重轻、厚度小、任意长度、免搭接、材料不用预加工,极高的强度,突出的抗疲劳能力;2)施工便捷,工效高,不需要大型施工机具,施工占用场地少;3)具有优异的抗化学腐蚀能力,具有极佳的耐久性能;4)强度高,能灵活的用于抗弯、封闭箍和抗剪加固,具有柔韧性,能包裹复杂外形的构件,适用于各种构件表面及各种形状的结构物上进行修补,基材可以是混凝土、砌体结构、木结构等许多结构建材;5)永久荷载作用下抗蠕变、抗腐蚀和抗震性能好,具有触变性和易溶性,符合环保要求。虑混凝土的耐久性要求。
1 碳纤维加固混凝土结构技术
使用非碱活性骨料时,对混凝土中的碱含量可不作。
3.3 设计使用年限为100年的建筑耐久性规定
1)钢筋混凝土结构的最低混凝土强度等级为C30;预应力混凝土结构的最低混凝土强度等级为C40;
2)混凝土中的最大氯离子含量为0.06%;
3)宜使用非碱活性骨料。当使用碱活性骨料时,混凝土中的最大碱含量为3.0kg/m3;
4)混凝土保护层厚度应按本规范表9.2.1的规定增加40%。当采取有效的表面防护措施时,混凝土保护层厚度可适当减小;
5)在使用过程中,应定期维护。
5规范6第3.4.4条:二类和三类环境中,设计使用年限为100年的混凝土结构,应采取专门有效措施。
4 混凝土保护层最小厚度
5规范69.2.1:纵向受力的普通钢筋及预应力钢筋,其混凝土保护层厚度(钢筋外边缘至混凝土表面的距离)不应小于钢筋的公称直径,且应符合表9.2.1的规定。
5规范69.2.2:对处于一、二类环境中的预制构件,其混凝土保护层厚度分别做了规定。
5规范69.2.3:对于板、墙、壳中分布钢筋的保护层厚度,梁、柱中箍筋和构造钢筋的保护层厚度都做了规定。
值得注意的是在确定保护层厚度时,不能一味增大厚度,因为增大厚度一方面不经济,另一方面使裂缝宽度较大,效果不好。5规范69.2.4:当梁、柱中纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度大于40mm时,应对保护层采取有效的防裂构造措施。
5规范69.2.5:对有防火要求的建筑物,其混凝土保护层厚度尚应符合国家现行有关标准的要求。处于四、五类环境中的建筑物,其混凝土保护层厚度尚应符合国家现行有关标准的要求。
3.4 一些特殊情况的建筑耐久性规定
5规范6第3.4.5条:严寒及寒冷地区的潮湿环境中,结构混凝土应满足抗冻要求,混凝土抗冻等级应符合有关标准的要求。
5规范6第3.4.6条:有抗渗要求的混凝土结构,混凝土的抗渗等级应符合有关标准的要求。
5规范6第3.4.7条:三类环境中的结构构件,其受力钢筋宜采用环氧树脂涂层带肋钢筋;对预应力钢筋,锚具及连接器,应采取专门防护措施。
5规范6第3.4.:四类和五类环境中的混凝土结构,其耐久性要求应符合有关标准的规定。对临时性混凝土结构,可不考
5 结语
大家可以看出混凝土结构的耐久性对结构至关重要。我们通过对影响耐久性能主要因素的分析,可以明确5规范6对耐久性设计的出发点,可以更好的学习规范。混凝土保护层最小厚度对结构的耐久性意义重大,5规范6对其有专门规定。
Ondurabilityofconcretestructure
ZENGYu-guang
Abstract:Thepaperindicatesthedefinitionofthedurabilityofconcretestructure,andthenecessityofthedurabledesign,analyzesthemainfactorswhichinfluencetheconcretedurability,andsumsuptherelativeregulationforthedurabilityoftheconcretestructure,soastoidentifythestartingpointforthedurabledesignfortheRegulation.Keywords:concretestructure,durability,design,influentialfactors
收稿日期:2009-08-06
作者简介:许凤美(1982-),女,长江大学城建学院硕士研究生,湖北荆州 434100
