(建筑结构检测鉴定与加固)

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1、教学提示：本章讲述了混凝土结构、砌体结构、钢结构、以及地基基础的损伤机理、影响因素以及防治措施等内容。重点分析了混凝土结构中由于混凝土的碳化、腐蚀、碱骨料反应、冻融、开裂以及钢筋腐蚀引起混凝土结构的承载性能和耐久性显著降低；阐明了裂缝、变形是砌体结构损伤破坏主要表现；并强调提高钢构件的稳定性、抗疲劳、防锈、和防火能力，对保证钢结构的安全使用十分必要。学习要求：通过本章学习，学生应掌握混凝土结构、砌体结构、钢结构、地基基础强度检测的损伤机理及其危害，了解各种影响结构安全及耐久性的主要因素，学会提高结构服役性能

2、的手段方法。第2章建筑结构损伤机理与危害2.1建筑结构损伤原因概述建筑物是现代文明社会赖以生存和发展的条件，建筑物的安全则是人民生命财产安全的重要保证。但实际工程中的一些服役建筑，甚至某些新建筑都难免存在质量缺陷和内外损伤，这会影响建筑结构的耐久性，危及结构的安全。引起建筑结构损伤的原因很多，可以归纳人为因素和自然因素两方面。人为因素所致结构损伤常见的有：工程设计的欠缺与错误，施工质量差、偷工减料、使用低劣材料，建筑用地规划错误，勘察工作失误、未能发现重要隐患，相邻场地施工引起建筑破坏，维修、保护不当，地下

3、水抽取过渡引起建筑物倾斜或下沉，以及火灾导致建筑物破坏等。自然因素导致结构损伤主要表现为：地震、水灾、龙卷风、泥石流及山体滑坡等地质灾害、腐蚀性气体等导致结构的损坏。2.2混凝土结构损伤机理与危害混凝土结构是钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构和素混凝土结构的总称，由于混凝土结构具有承载能力高、耐久性能较好等显著优点，在工程中得到广泛应用。由于设计、施工、环境、使用维护等诸多原因，引起混凝土结构各种损伤破坏，降低其使用寿命。为了确保混凝土结构的安全工作并延长使用寿命，有必要了解其损伤机理及各相关影响因素。2.2

4、.1混凝土的碳化混凝土周围环境和介质中的CO2、SO2、Cl2、HCl等深入混凝土表面，与水泥石中弱碱性物质发生反应从而使pH值降低，引起水泥石化学组成及组织结构发生变化，从而对混凝土的化学性能和物理性能产生明显的影响，这一过程称为混凝土的碳化。碳化会导致混凝土碱度降低，减弱其对钢筋的保护作用，可能导致钢筋锈蚀，同时还会加剧混凝土的收缩，可能导致收缩裂缝的产生和加大。因此，混凝土碳化对钢筋混凝土结构的耐久性有很大的影响。1.混凝土碳化的机理机理：混凝土是一个多孔体，在其内部存在大小不同的毛细管、孔隙、气泡，

5、甚至缺陷。空气中的CO2首先渗透到混凝土内部充满空气的孔隙和毛细管中，与水泥水化过程中产生的氢氧化钙(Ca(OH)2)和硅酸三钙(3CaO·2SiO2·3H2O)、硅酸二钙(2CaO·SiO2·4H2O)等水化产物相互作用，形成碳酸钙(CaCO3)。一般空气中的CO2的浓度很低(其体积分数约为0.03％，工业车间稍高)，因而混凝土的碳化过程非常缓慢。混凝土的碳化速度主要取决于如下三个过程的速度：1)化学反应过程速度2)CO2等的渗入速度3)Ca(OH)2等的扩散速度通常，上述三个过程中，CO2在混凝土中的扩

6、散速度最慢，它决定了混凝土碳化过程的速度，此外，混凝土的碳化速度还与混凝土的含水量、温度等因素有关。2.影响混凝土碳化的因素影响混凝土碳化的因素可分为周围环境因素、材料组成因素和施工因素三大类。(1)周围环境因素周围环境因素主要是指周围介质的相对湿度、温度及二氧化碳的浓度等。环境介质的相对湿度直接影响混凝土的润湿状态和抗碳化能力。(2)材料组成因素包括：1)水泥用量2)水灰比3)粉煤灰取代量4)水泥品种此外混凝土的骨料品种、养护方法、施工质量对混凝土的碳化也有影响，提高混凝土的质量对提高其抗碳化性能十分重要

7、。3.混凝土碳化深度预测混凝土碳化是一个由表向内扩展的过程，在非侵蚀介质正常的大气条件下，混凝土碳化深度随时间变化规律可用下式计算：(2-2)式中D—混凝土碳化深度(mm)；t—混凝土碳化龄期(d)；Kc—碳化速度系数，对轻集料混凝土Kc=4.18，对普通混凝土Kc=2.32。碳化深度(D)和碳化速度系数(Kc)是用来表征混凝土碳化特征的主要指标，称之为碳化特征值。D和Kc越大，说明混凝土抗碳化性能越差，越易碳化。2.2.2混凝土中的钢筋腐蚀钢筋的锈蚀对钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的耐久性及破坏影响极大

8、，研究并解决钢筋防锈问题是实际工程急切需要的。1.钢筋腐蚀的机理以普通硅酸盐水泥配制的密实混凝土未经碳化的pH值一般可达13，这是因为混凝土在水化作用时，水泥中的氧化钙生成氢氧化钙，使混凝土孔隙中含有大量的OH-离子而呈现出高碱性环境。若无CL-存在，则钢筋表面会形成一层由Fe2O3·nH2O或Fe3O4·nH2O组成的钝化膜，其厚度为200～1000nm。钝化膜能使阳极反应受到抑制，从而阻止了钢筋的锈蚀。在钢筋