结构耐久性破坏现象在混凝土劣化中的原因探究

《结构耐久性破坏现象在混凝土劣化中的原因探究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、结构耐久性破坏现象在混凝土劣化中的原因探究-->结构耐久性破坏现象在混凝土劣化中的原因探究摘　要:结构耐久性破坏现象普遍而严峻,耐久性研究具有必要性和紧迫性,其中,钢筋锈蚀和冻融循环是造成结构耐久性损伤的2大主要因素。文章针对这2种因素,总结了当前混凝土劣化对结构性能影响的一些研究成果,初步探讨了多因素对结构性能的影响,指出结构耐久性研究应结合材料学科和结构学科2方面进行,从单因素确定性的分析向多因素耦合且不确定性分析转化,在研究结构安全耐久性的同时,应加强结构适用耐久性以及适用耐久性与安全耐久性的耦合问题的研究,侧重研究材料性能的退化对结构构件承载力、刚度和延性的影响。关键词:

2、结构耐久性混凝土劣化钢筋锈蚀冻融循环混凝土作为最普遍的建筑材料之一,在工程应用中已有100多年的历史。长期以来,人们认为混凝土结构持久耐用。然而事实并非如此,混凝土结构建成后,在周围环境因素的侵蚀下,随其使用时间的延长,结构内部将发生一系列物理、化学变化,其各种物理性能逐渐降低,对整个结构适用性和安全性造成影响。随着工程建设的蓬勃发展,耐久性问题已变得日益严重,2001年“土建结构工程的安全性与耐久性”工程科技论坛的一些研究调查报告和一些资料[1-2]都表明耐久性下降不仅造成重大经济损失,而且严重威胁工程的安全性。目前,我国许多工程人员十分轻视结构的耐久性,许多建设工程仍沿着老路

3、重蹈覆撤。有专家估计,我国“大干”基础设施工程建设的高潮还可延续20年,如果忽视耐久性,迎接我们的还将会有“大修”20年的高潮,其费用数倍于当初这些工程建设时的投资。耐久性研究可分为材料学科和结构工程学科的研究[2]。目前混凝土耐久性研究成果的绝大多数是材料学科取得的。从材料学科的角度,耐久性表现为材料性能随时间的退化,主要包括钢筋锈蚀、冻融循环、碱-骨料反应、化学作用等的机理及物理、化学和生化过程及环境侵蚀分析。从结构工程的角度,结构耐久性表现为材料性能的退化对抗力、刚度等方面的影响以及结构可靠性、安全性和适用性等随时间的变化,而这方面研究还需加强和深入。笔者立足于混凝土材料耐

4、久性退化机理,从结构工程学科的角度总结了混凝土劣化对结构性能影响的研究成果以及存在的薄弱环节,为混凝土耐久性研究提出一些侧重点与方法。1　单因素对结构性能的影响影响混凝土结构耐久性降低的因素很多,各因素之间相互影响,共同作用。针对这种情况,耐久性研究一般先从单因素对结构性能的影响着手,再综合多种因素,探讨结构性能的变化。目前大部分成果只研究了单因素作用机理。下面首先介绍针对单因素研究的一些成果,再探讨多因素的情况。1991年召开的第二届混凝土耐久性国际会议上Metha教授在题为《混凝土耐久性—五十年进展》的报告中指出:“当今世界,混凝土破坏的原因,按重要性递降顺序排列是:钢筋锈蚀

5、、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境的物理化学作用”。在2001年“土建结构工程的安全性与耐久性”工程科技论坛上黄士元教授也精辟指出混凝土破坏的主要因素是“南锈北冻”。由此可见钢筋锈蚀和冻融循环是造成结构耐久性损伤的2大主要因素,下面以这2个因素为主进行讨论。1.1　钢筋锈蚀导致钢筋锈蚀的原因主要有:混凝土保护层碳化和氯离子侵入并在钢筋表面达到一定浓度。一些研究表明,混凝土保护层碳化使混凝土抗压强度有所提高,延性降低[3],但一方面由于混凝土的早期强度有增长趋势,另一方面,与粘结强度和钢筋性能相比,混凝土延性的变化对构件性能的影响较小,因此,一般重点放在锈蚀后构件性能的研究上,研究对象主

6、要为梁,对钢筋锈蚀混凝土构件的抗剪、抗扭性能还有待研究。1)正截面抗弯承载力的研究。钢筋腐蚀程度通常采用腐蚀率表示,即锈蚀钢筋截面损失率或钢筋直径损失率。通常,当钢筋截面损失率大于0.5%时,会产生纵向裂缝;当锈蚀率达到5%~10%时,由于腐蚀不均匀,钢筋力学性能均有一定降低;当其截面损失大于10%时,会导致混凝土保护层剥落,钢筋应力-应变关系变化很大,没有明显屈服点,屈服强度与极限抗拉强度非常接近,且都有降低,延伸率明显下降。钢筋锈蚀造成钢筋截面积减小,极限延伸率降低,构件有效高度降低,锈蚀产物膨胀使混凝土保护层产生纵筋裂缝,结构粘结性能和承载力下降[4-5]。研究表明,构件正

7、截面抗弯承载力与钢筋腐蚀率基本呈线性关系,且承载力下降的速度大于腐蚀率增加的速度[6-7]。可见,腐蚀状态下受弯构件承载力除受腐蚀率影响外,还受钢筋表面坑蚀造成的应力集中,钢筋延伸率、屈服强度和抗拉强度的降低、屈服台阶变短以及由于混凝土保护层开裂导致构件截面有效高度的减少等因素的影响。2)锈蚀钢筋粘结强度的研究。文献[8-9]的研究表明:当锈蚀量增大,锈胀裂缝发展,极限粘结强度、残余粘结强度呈指数关系降低,并得出考虑锚固位置影响的锈后钢筋粘结滑移本构关系:其中:Ψm后,粘结力基本