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钢筋混凝土耐久性导论课程

这一节来简单了解一下

如何进行耐久性设计

路老师

耐久性设计

其实是一个比较复杂的问题

那么我们遇到这类问题的时候

大概有怎样的一个分析的思路呢

在进行耐久性设计的时候

除了要牢记前面讲过的

耐久性三要素分析方法之外

我们还要重点做好

以下几个方面的工作

即分析环境

合理选材

充分调研

优化分析

成本调控

不忘管养

基于监测

创新设计

路老师

能否通过举一个简单的例子

来给我们讲一下

如何进行混凝土耐久性设计呢

好的

我们就拿一座北方冰冻海域

跨海大桥的下部结构

来简要说明一下

如何进行

钢筋混凝土的耐久性设计

这里列出了设计院给出的

桥梁下部结构

钢筋混凝土的强度等级

和钢筋保护层厚度

以及它们所处的

海洋腐蚀环境分区

同时列出了可能会影响

钢筋混凝土劣化的部分因素

由于钢管钻孔桩长期处于水下

尽管氯离子比较丰富

但考虑浓氧浓度不高

钢管壁厚通常在16mm左右

有足够的耐久性贮备

因此它的耐久性问题

就暂时不去考虑了

位于潮差区的C35的承台

和下部的C40墩身

会遭受海水的干湿循环

和冻融循环两种作用

应该是重点关注的对象

墩身中部位于浪溅区

也受干湿循环和部分的冻融作用

上部墩身位于大气区

可能会遭受延误

以及二氧化碳的双重作用

你看这里就出现了一个构件

受双重劣化威胁

和一个构件不同部位

受不同因素双重作用威胁的情况

这时该如何去进行耐久性设计呢

如果材料设计和性能指标不同

那么相应的施工要求

通常也不会相同

造价当然也就不会一样

那当然了

它的使用寿命也不会相同

这样前面所讲的那些内容

在这些单个的构件的

耐久性设计中就非常具体化了

路老师

那么这个时候我们该怎么办呢

我们如何去进行耐久性设计呢

不同的思路就会有不同的办法

比如对于潮差区的承台

若重点考虑混凝土的

抗冻融循环破坏

通常的办法会要求混凝土引气

使其中的含气量达到4~6%

以提高它的抗冻性能

但是引气通常会提高

混凝土中的氯离子扩散系数

对钢筋腐蚀的保护不利

如果你规定了

较低的氯离子扩散系数

则必然会要求混凝土

掺用适量的矿物掺和料

而考虑到这些都是大体积混凝土

再加上是海上施工

那自然就不能考虑

单掺硅灰的措施

如果掺用大掺量的

II级粉煤灰的话

就会对混凝土引气不利

因此就可以考虑粉煤灰

与磨细高炉矿渣复掺的办法

这样就有可能会实现混凝土抗冻

和抗氯离子侵蚀的双重作用

如此这般层层分析

就会得到大体的混凝土种类

再结合后面讲的模型计算

就可大体确定出

混凝土的耐久性指标大小

对于墩身这种一个构件

处于三个腐蚀分区的情况

如果能考虑到通常实际工程中

不可能采用不同的混凝土配合比

和分次浇筑的情况

那么就可按中下部

最严重的氯盐侵蚀

和冻融双重作用的情况

来统一对待

方法也可以参考刚才讲的

承台的处理方法

这样一来 在混凝土生产和浇筑上

也不会乱

综合成本自然也不会显著地提高

路老师

这么看来对于每一个问题

我们都不能单单

从某一个环节来考虑

那么是不是说考虑材料的时候

我们还要考虑它的施工

以及与它施工相关的安排

等问题呢

除了施工还要考虑一旦破损的话

它的修复难易程度

以及

它在结构安全中的重要性大小

任何一个技术指标的改动

都会影响它从施工

到后期管养的各个环节

成本大小自然都包含在里面了

路老师

对于这种承台以及墩身的下部

受到双重劣化的这种情况

我们有没有什么办法

去估算它的耐久性的指标

或者说它的寿命呢

如果要同时考虑混凝土的盐冻

和氯离子引起的钢筋腐蚀的话

目前还是难以进行合理计算的

对于潮差区的承台

即使单单考虑冻融循环破坏

此时也不能采用大家常用的

考虑极限饱和度的方法

来进行估算

因为这个时候的混凝土表层

几乎都是饱水的

如果单考虑氯离子侵蚀

这种情况下就可以利用

Fick第二定律进行简单地估算

也不必去特别考虑

干湿情况的影响

路老师

我看某一些文献进行过报道

说在使用矿物掺和料的时候

混凝土的氯离子扩散系数

会随时间的变化而缩小

而且矿物掺和料

还会结合一部分氯离子

请问这种时候还可以进行估算吗

对于你刚才说的这些情况

文献中大多采用如下的

Fick第二定律修正公式

来进行估算

不过在这里想告诉大家的是

如果其中一些参数赋值不当的话

估算出的结果有时是非常可笑的

我建议大家

在进行工程估算的时候

不必考虑太复杂的情况

往往是公式越复杂

计算出的结果越离谱

另外也建议数学功底好的同学

先去考察一下

在上述给定的条件下

Fick第二定律还有没有解

上面列出的解是否是正确的

路老师

对于墩身上部是考虑

这个氯离子的侵蚀呢

还是考虑混凝土的碳化

或者说二者都考虑呢

目前还没有合适的模型

来描述它们共同作用的情况

如果重点考虑氯离子的侵蚀

这时候就需要考虑

湿度大小和变化

对氯离子扩散过程的影响

可以结合往年的环境数据

通过选择不同的边界条件

和参数取值

按前面说的Fick第二定律

进行粗略地估算

如果重点考虑混凝土的碳化的话

则可以按照下面的

混凝土碳化公式进行估算

提醒大家一下的是

有些文献或标准中

会给出一些形式非常复杂的

混凝土碳化公式

以及相应的参数取值

特别是国外的一些复杂公式

还是请大家慎用

因为国外的环境和材料

与我国的实际情况是大相径庭的

对于一般的工程估算

采用上式估算就可以了

路老师

我也在文章当中看到一些人

利用上面讲到的公式

或者自己提出一些很复杂的公式

来预测混凝土的寿命

那么这种对混凝土寿命的估算

能否很好地反映

混凝土的实际寿命呢

我相信你在问这个问题的时候

心中早就已有自己的答案了

人们在利用

上述一些公式进行估算的时候

都是假设混凝土是处处均匀的

没有考虑裂缝的影响

另外无论是对氯离子扩散

还是二氧化碳扩散

在进行估算的时候

都是假设它们这些扩散的进程

在混凝土内部是处处相同的

通常也没有去考虑应力场

和温度场的影响

更没有去考虑气候或者是环境

随时间变化的影响

你说有谁能对未来几十年

或者是上百年的气候变化

进行估算吗

也就是说你无论采用

多么复杂的计算模型

或者多么先进的计算方法

估算出的值也绝不能代表

钢筋混凝土的实际使用寿命

大家千万不要被那些复杂的公式

或者漂亮的曲线所迷惑

路老师

如您前面所讲

其实这些估算

可能都不是那么准的

那我们对它进行估算

还有什么样的意义呢

对于初步的耐久性设计

或者是对未来短时间内的预测

还是有一定参考价值的

特别是基于实测数据的估算

在后期管养中还是非常有用的

好 这节课就先讲到这里

举例介绍了

钢筋混凝土耐久性设计中

一些常用的分析思路和方法