1、第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性第7章鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性Crack ,Deformation and Durability of RC Member概 述外觀感覺裂縫過寬：鋼筋銹蝕導致承載力降低， 影響使用壽命耐久性心理承受：不安全感，振動噪聲對非結構構件的影響：門窗開關，隔墻開裂等振動、變形過大對其它結構構件的影響影響正常使用：如吊車、精密儀器適用性承載能力極限狀態(tài)安全性結構的功能. 對于超過正常使用極限狀態(tài)的情況，由于其對生命財產的危害性比超過承載力極限狀態(tài)要小，因此相應的可靠度水平可比承載力極限狀態(tài)低一些。正常使用極限狀態(tài)的計算表達式為，正常使用極限狀態(tài)的幾種荷載：1、

2、荷載標準值2、荷載組合值 （用于整體影響或影響較大時的驗算）3、荷載頻遇值 時間比值為10%(用于局部影響時的驗算）4、荷載準永久值 時間比值為50（用于長期影響時的驗算） 第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.Sk：作用效應標準值，如撓度變形和裂縫寬度，應根據(jù)荷載標準值和材料強度標準值確定。 由于活荷載達到其標準值Qk的作用時間較短，故Msk稱為短期彎矩，其值約為彎矩設計值的50%70%。由于在荷載的長期作用下，構件的變形和裂縫寬度隨時間增長，因此需要考慮長期荷載的影響，第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.7.1 裂縫寬度驗算荷載引起的裂縫寬度驗算公式：裂縫類別：變形裂縫80，結構裂縫

3、207.1.1 混凝土結構裂縫的分類與成因第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.7.1 裂縫寬度驗算荷載引起的裂縫寬度1. 施工期間產生的裂縫（1）塑性混凝土裂縫（混凝土沉降裂縫、混凝土收縮裂縫）（2）溫度裂縫（3）約束收縮裂縫（4）施工質量問題引起的裂縫（5）早期凍融作用引起的裂縫各類裂縫的成因與特點第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.7.1 裂縫寬度驗算荷載引起的裂縫寬度1. 使用期間產生的裂縫（1）鋼筋銹蝕引起的縱向裂縫（2）溫度變化和收縮作用引起的裂縫（3）地基不均勻沉降引起的裂縫（4）凍融循環(huán)作用、堿骨料反應、鹽-酸類反應引起的裂縫各類裂縫的成因與特點第7章 鋼筋混凝土的裂縫、

4、變形和耐久性. 非結構裂縫原因分析 混凝土結構中存在拉應力是產生裂縫的必要條件。 除荷載作用外，結構的不均勻沉降、收縮、溫度變化，以及在混凝土凝結、硬化階段等都會引起拉應力，從而產生裂縫。 結構中主拉應力達到混凝土（當時）的抗拉強度時，并不立即產生裂縫，而是當拉應變達到極限拉應變etu時才出現(xiàn)裂縫。 硬化后的混凝土極限拉應變約為15010-6，即10m長的構件，產生1.5mm的很小受拉變形即會產生裂縫。由于混凝土材料的不均勻性，裂縫首先在強度最小的位置發(fā)生。裂縫發(fā)生前瞬間的應變分布會產生應變集中。 不同齡期的混凝土，其裂縫斷面狀況有較大差別。齡期很短的混凝土，裂縫斷面較為光滑，兩裂縫不能完全閉

5、合。而充分硬化后的混凝土，裂縫斷面則呈不規(guī)則較為鋒銳狀態(tài)，兩斷面可以閉合。第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.材料原因水泥異常凝結引起的裂縫受風化的水泥，其品質很不安定?；炷翝仓筮_到一定強度前，在凝結硬化階段會產生如圖所示的短小的不規(guī)則裂縫。隨著水泥品質的改善，這種裂縫目前較少見到。1、水泥方面第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.水泥水化熱水泥用量在300kg/m3左右時，溫度上升為3040左右。第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.在實際結構中，內部因水化熱產生蓄熱的同時，構件表面還產生放熱，使得構件溫度經上升后再下降。第7章 鋼筋混凝土

6、的裂縫、變形和耐久性.構件的最小尺寸大于800mm時，通?？烧J為是大體積混凝土。對于大體積混凝土，內部溫度較大，構件外周溫度較低，內外溫差很大，引起內外混凝土膨脹變形差異。內部混凝土膨脹受到外部混凝土的變形約束，而使構件表面產生裂縫。這種裂縫在構件表面通常呈直交狀況。第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.大型構件與小尺寸構件共同組成的結構（如基礎梁與薄墻板、大尺寸梁與薄樓板等），以及梁柱框架結構中均可能因溫差的影響產生裂縫。. 骨料方面.混凝土下沉和泌水混凝土澆筑后，在凝結過程中會產生下沉和泌水，下沉量約為澆筑高度的1%。當下沉受到鋼筋或周圍混凝土的約束也會產生裂縫。.施工原因(a) 材料混

7、合不均勻(b) 長時間攪拌(c) 快速澆筑(d) 先后澆筑時差過長混合材料不均勻：由于攪拌不均勻，材料的膨脹性和收縮的差異，引起局部的一些裂縫。長時間攪拌：混凝土運輸時間過長，長時間攪拌突然停止后很快硬化產生的異常凝結，引起網狀裂縫。.施工原因(a) 材料混合不均勻(b) 長時間攪拌(c) 快速澆筑(d) 先后澆筑時差過長澆筑速度過快：當構件高度較大，如一次快速澆筑混凝土，因下部混凝土尚未充分硬化，產生下沉，引起裂縫。交接縫：澆筑先后時差過長，先澆筑的混凝土已硬化，導致交接縫混凝土不連續(xù)，這是結構產生裂縫的起始位置，將成為結構承載力和耐久性的缺陷。.(e) 模板變形(f) 支撐下沉(g) 支撐

8、下沉第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.三、荷載產生的裂縫第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.收縮裂縫溫度裂縫第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.不均勻沉降產生裂縫第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.(a) 混凝土開裂鋼筋銹蝕產生的裂縫第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.鋼筋銹蝕產生的裂縫(b) 水、CO2侵入第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.鋼筋銹蝕產生的裂縫(c) 開始銹蝕第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.鋼筋銹蝕產生的裂縫使鋼筋產生銹蝕的原因有：骨料中含氯化鹽；外部進入氯化鹽；混凝土碳化；保護層不足；過大的裂縫寬度。

9、鋼筋銹蝕產生體積膨脹可達原體積的數(shù)倍，使鋼筋位置處的混凝土受到內壓力而產生裂縫，并隨之剝落。這種裂縫沿鋼筋方向發(fā)展，且隨著銹蝕的發(fā)展混凝土剝離產生空隙，這可從敲擊產生的空洞聲得到判別。(d) 鋼筋體積膨脹第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.凍結溶解產生的裂縫第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.7.1.2 裂縫控制的目的和要求1. 裂縫控制的目的保證結構的耐久性要求2. 規(guī)范對裂縫控制等級的劃分和要求裂縫控制分為三級一級 嚴格不允許出現(xiàn)裂縫二級 一般要求不出現(xiàn)裂縫三級 允許出現(xiàn)裂縫第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變

10、形和耐久性.裂縫的出現(xiàn)、分布與開展7.1.2 裂縫寬度的計算理論1. 粘結滑移理論第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.在裂縫出現(xiàn)前，混凝土和鋼筋的應變沿構件的長度基本上是均勻分布的。當混凝土的拉應力達到抗拉強度時，首先會在構件最薄弱截面位置出現(xiàn)第一條（批）裂縫。裂縫出現(xiàn)瞬間，裂縫截面位置的混凝土退出受拉工作，應力為零，而鋼筋拉應力應力產生突增Dss= ft /r，配筋率越小，Dss就越大。由于鋼筋與混凝土之間存在粘結，隨著距裂縫截面距離的增加，混凝土中又重新建立起拉應力sc，而鋼筋的拉應力則隨距裂縫截面距離的增加而減小。當距裂縫截面有足夠的長度 l 時，混凝土拉應力sc增大到ft，此時將出

11、現(xiàn)新的裂縫。第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.如果兩條裂縫的間距小于2 l，則由于粘結應力傳遞長度不夠，混凝土拉應力不可能達到ft，因此將不會出現(xiàn)新的裂縫，裂縫的間距最終將穩(wěn)定在（l 2 l）之間，平均間距可取1.5 l。從第一條（批）裂縫出現(xiàn)到裂縫全部出齊為裂縫出現(xiàn)階段，該階段的荷載增量并不大，主要取決于混凝土強度的離散程度。裂縫間距的計算公式即是以該階段的受力分析建立的。裂縫出齊后，隨著荷載的繼續(xù)增加，裂縫寬度不斷開展。裂縫的開展是由于混凝土的回縮，鋼筋不斷伸長，導致鋼筋與混凝土之間產生變形差，這是裂縫寬度計算的依據(jù)。由于混凝土材料的不均勻性，裂縫的出現(xiàn)、分布和開展具有很大的離散性，

12、因此裂縫間距和寬度也是不均勻的。但大量的試驗統(tǒng)計資料分析表明，裂縫間距和寬度的平均值具有一定規(guī)律性，是鋼筋與混凝土之間粘結受力機理的反映。第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.1）裂縫間距第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.1）裂縫間距第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性. 由于開裂時構件斷面并非全截面受拉，為統(tǒng)一計算公式，將配筋率r 采用有效截面計算 上式表明，當配筋率r 相同時，鋼筋直徑越細，裂縫間距越小，裂縫寬度也越小，也即裂縫的分布和開展會密而細，這是控制裂縫寬度的一個重要原則。 但上式中，當d/r 趨于零時，裂縫間距趨于零，這并不符合實際情況。第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和

13、耐久性.對于受彎構件，可將受拉區(qū)近似作為一軸心受拉構件，根據(jù)粘結力的有效影響范圍，取有效受拉面積Ate=0.5bh+(bf-b)hf，因此將式中配筋率r 的用以下受拉區(qū)有效配筋率替換后，即可用于受彎構件采用rte 后，裂縫間距可統(tǒng)一表示為:第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.2）裂縫寬度平均裂縫寬度第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性. 試驗表明，構件開裂時，鋼筋表面處的變形遠小于構件表面的變形；2.無滑移理論當d/r 很大時，裂縫間距趨近于某個常數(shù)。該數(shù)值與保護層c 和鋼筋凈間距有關，根據(jù)試驗分析，對裂縫間距和裂縫寬度計算公式修正如下:第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.在裂縫平均

14、間距的基礎上，考慮混凝土質量的隨機性系數(shù)，作為構件的最大裂縫寬度，并滿足一定的耐久性要求7.1.4 裂縫寬度的驗算1. 建筑工程規(guī)范max的計算方法1）平均裂縫寬度計算第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.根據(jù)試驗資料統(tǒng)計分析，并考慮受力特征的影響，對于常用的帶肋鋼筋，規(guī)范給出的平均裂縫間距l(xiāng)cr的計算公式為:l 系數(shù)，軸心受拉構件取1.1，受彎、偏心受壓構件取1.0，偏心受拉構件取1.05;c最外層縱向受拉鋼筋外邊緣到受拉區(qū)底邊的距離(mm)， 當20mmc65mm時；deq鋼筋直徑（mm），當用不同直徑的鋼筋時，d改用換算直徑4As/u，u為縱向鋼筋的總周長。（1）平均裂縫間距的計算第7

15、章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.（2）裂縫截面鋼筋應力的計算 使用階段（階段）受拉鋼筋應力可按下列公式計算： 軸心受拉構件 受彎構件第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性. 偏心受壓構件 偏心受拉構件第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.（3）鋼筋應力不均勻系數(shù) 由于鋼筋與混凝土間存在粘結應力，隨著距裂縫截面距離的增加，裂縫間混凝土逐漸參與受拉工作，鋼筋應力逐漸減小，因此鋼筋應力沿縱向的分布是不均勻的。裂縫截面處鋼筋應力最大，裂縫中間鋼筋應力最小，其差值反映了混凝土參與受拉工作的大小。鋼筋應力不均勻系數(shù)y 是反映裂縫間混凝土參加受拉工作程度的影響系數(shù)第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性

16、.第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.近似取hc/h =0.67，h/h0=1.1，第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.當y 1.0時，取y =1.0；對直接承受重復荷載作用的構件，取y =1.0。第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.2）最大裂縫寬度實測表明，裂縫寬度具有很大的離散性。取實測裂縫寬度wt與上述計算的平均裂縫寬度wm的比值為t 。大量裂縫量測結果統(tǒng)計表明，t 的概率密度分布基本為正態(tài)。取超越概率為5%的最大裂縫寬度可由下式求得:式中d 為裂縫寬度變異系數(shù)，對受彎構件，試驗統(tǒng)計得d =0.4，故取裂縫擴大系數(shù)t =1.66。對于軸心受拉和偏心受拉構件，由試驗結果統(tǒng)計得最

17、大裂縫寬度的擴大系數(shù)為t =1.9。第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.長期荷載的影響：由于混凝土的滑移徐變和拉應力的松弛，會導致裂縫間混凝土不斷退出受拉工作，鋼筋平均應變增大，使裂縫隨時間推移逐漸增大?；炷恋氖湛s也使裂縫間混凝土的長度縮短，也引起裂縫隨時間推移不斷增大。荷載的變動，環(huán)境溫度的變化，都會使鋼筋與混凝土之間的粘結受到削弱，也將導致裂縫寬度不斷增大。根據(jù)長期觀測結果，長期荷載下裂縫的擴大系數(shù)為t l =1.5。第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.軸心受拉構件 acr =2.7受彎構件和偏心受壓構件 acr =2.1偏心受拉構件 acr =2.4第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變

18、形和耐久性.7.2 變形控制7.2.1 變形控制的目的和要求 撓度變形限值。主要從以下幾個方面考慮：1、保證結構的使用功能要求。結構構件產生過大的變形將影響甚至喪失其使用功能，如支承精密儀器設備的梁板結構撓度過大，將難以使儀器保持水平；屋面結構撓度過大會造成積水而產生滲漏；吊車梁和橋梁的過大變形會妨礙吊車和車輛的正常運行等。2、防止對結構構件產生不良影響。如支承在磚墻上的梁端產生過大轉角，將使支承面積減小、支承反力偏心增大，并會引起墻體開裂。3、防止對非結構構件產生不良影響。結構變形過大會使門窗等不能正常開關，也會導致隔墻、天花板的開裂或損壞。第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.4、保證使

19、用者的感覺在可接受的程度之內。過大振動、變形會引起使用者的不適或不安全感。.7.2.2 受彎構件剛度的計算截面抗彎剛度EI 體現(xiàn)了截面抵抗彎曲變形的能力，同時也反映了截面彎矩與曲率之間的物理關系。對于彈性均質材料截面，EI為常數(shù)，M-f 關系為直線。.=（兩端剛接）水平力-側移：d312hEIV= （集中荷載）荷載-撓度：48af3lEIP=彎矩-曲率：fEIM=應力-應變：esE剛度是反映力與變形之間的關系： = （均布荷載）荷載-撓度：384af 25lEIq8.3 受彎構件撓度驗算. 由于混凝土開裂、彈塑性應力-應變關系和鋼筋屈服等影響，鋼筋混凝土適筋梁的M-f 關系不再是直線，而是隨彎

20、矩增大，截面曲率呈曲線變化。短期彎矩Msk一般處于第階段，剛度計算需要研究構件帶裂縫時的工作情況。該階段裂縫基本等間距分布，鋼筋和混凝土的應變分布具有以下特征：2. 剛度計算公式的建立.（1）沿構件長度方向鋼筋應力不均勻；（2）沿構件長度方向混凝土應變不均勻；（3）鋼筋和混凝土平均應變符合截面平面假定。.2. 剛度計算公式的建立材料力學中曲率與彎矩關系的推導幾何關系物理關系平衡關系.1、幾何關系：2、物理關系：3、平衡關系：根據(jù)裂縫截面的應力分布.3、平衡關系：根據(jù)裂縫截面的應力分布.（1）短期荷載作用下的抗彎剛度 混凝土開裂之后，梁的短期剛度可按下式計算:.（2）長期荷載作用下的抗彎剛度 在

21、長期荷載作用下，由于混凝土的徐變，會使梁的撓度隨時間增長。此外，鋼筋與混凝土間粘結滑移徐變、混凝土收縮等也會導致梁的撓度增大。根據(jù)長期試驗觀測結果，長期撓度與短期撓度的比值q 可按下式計算:長期抗彎剛度.3、剛度的簡化計算 試驗表明：混凝土未開裂之前，梁的短期剛度可近似按下式計算:靜定結構混凝土開裂之后，梁的短期剛度可按下式計算:超靜定結構其中I0為換算截面慣性矩.7.2.3 受彎構件的變形驗算 由于彎矩沿梁長的變化的，抗彎剛度沿梁長也是變化的。但按變剛度梁來計算撓度變形很麻煩。 規(guī)范為簡化起見，取同號彎矩區(qū)段的最大彎矩截面處的最小剛度Bmin，按等剛度梁來計算。 這樣撓度的簡化計算結果比按變

22、剛度梁的理論值略偏大。 但靠近支座處的曲率誤差對梁的最大撓度影響很小，且撓度計算僅考慮彎曲變形的影響，實際上還存在一些剪切變形，因此按最小剛度Bmin計算的結果與實測結果的誤差很小?！白钚偠仍瓌t”.建筑工程受彎構件撓度的計算根據(jù)荷載長期效應影響計算的長期剛度，應用材料力學中撓度計算方法求得的撓度小于規(guī)范允許撓度.7.3 混凝土結構的耐久性混凝土結構應能在自然和人為環(huán)境的化學和物理作用下，滿足在規(guī)定的設計工作壽命內不出現(xiàn)無法接受的承載力減小、使用功能降低和不能接受的外觀破損等的耐久性要求。耐久性是指結構在預定設計工作壽命期內，在正常維護條件下，不需要進行大修和加固滿足，而滿足正常使用和安全功能

23、要求的能力。對于一般建筑結構，設計工作壽命為50年，重要的建筑物可取100年。7.3.1 概述1. 研究結構耐久性的重要意義.世界上經濟發(fā)達國家的工程建設大體上經歷了三個階段：大規(guī)模建設；新建與改建、維修并重；重點轉向既有建筑物的維修改造。目前經濟發(fā)達國家處于第三階段，結構因耐久性不足而失效，或為保證繼續(xù)正常使用而付出巨大維修代價，這使得耐久性問題變得十分重要。近年來，隨著建筑市場化的發(fā)展，業(yè)主也可以對建筑的壽命提出更高要求。對于其它土木工程結構，根據(jù)其功能要求，設計工作壽命也有差別，如橋梁工程一般要求在100年以上。.我國50年代開始大規(guī)模建設的工程項目，由于當時經濟基礎薄弱，材料標準和設計

24、標準都較低，除一些重要的工程項目目前需要繼續(xù)維持其使用外，其它大部分工程已達到其使用壽命。我國真正進入大規(guī)模建設是在改革開放以后，因此國外發(fā)達國家在耐久性上所遇到的問題應引起我國工程技術人員的足夠重視，避免重蹈發(fā)達國家的覆轍，對國家經濟建設造成巨大浪費。.碳化2. 影響混凝土結構耐久性的因素內部因素： 混凝土強度 滲透性 保護層厚度 水泥品種 標號和用量 外加濟等外部因素： 環(huán)境溫度 濕度 CO2含量 侵蝕性介質等.1、混凝土的碳化1）碳化機理 混凝土中堿性物質（Ca(OH)2）使混凝土內的鋼筋表明形成氧化膜，它能有效地保護鋼筋，防止鋼筋銹蝕。 但由于大氣中的二氧化碳（CO2）與混凝土中的堿性

25、物質發(fā)生反應，使混凝土的Ph值降低。其他物質，如SO2、H2S，也能與混凝土中的堿性物質發(fā)生類似的反應，使混凝土的Ph值降低，這就是混凝土的碳化。 當混凝土保護層被碳化到鋼筋表面時，將破壞鋼筋表面的氧化膜，引起鋼筋的銹蝕。此外，碳化還會加劇混凝土的收縮，可導致混凝土的開裂。 混凝土的碳化從構件表面開始向內發(fā)展，到保護層完全碳化，所需要的時間與碳化速度、混凝土保護層厚度、混凝土密實性以及覆蓋層情況等因素有關。7.3.2 材料的劣化. 環(huán)境因素 碳化速度主要取決于空氣中的CO2濃度和向混凝土中的擴散速度?？諝庵械腃O2濃度大，混凝土內外CO2濃度梯度也愈大，因而CO2向混凝土內的滲透速度快，碳化反

26、應也快。 空氣濕度和溫度對碳化反應速度有較大影響。因為碳化反應要產生水份向外擴散，濕度越大，水份擴散越慢。當空氣相對濕度大于80%，碳化反應的附加水份幾乎無法向外擴散，使碳化反應大大降低。 而在極干燥環(huán)境下，空氣中的CO2無法溶于混凝土中的孔隙水中，碳化反應也無法進行。 試驗表明，當混凝土周圍介質的相對濕度為50%75%時，混凝土碳化速度最快。環(huán)境溫度越高，碳化的化學反應速度越快，且CO2向混凝土內的擴散速度也越快。2）影響混凝土碳化的因素. 材料因素 水泥是混凝土中最活躍的成分，其品種和用量決定了單位體積中可碳化物質的含量，因而對混凝土碳化有重要影響。 單位體積中水泥的用量越多，會提高混凝土

27、的強度，又會提高混凝土的抗碳化性能。 水灰比也是影響碳化的主要因素。在水泥用量不變的條件下，水灰比越大，混凝土內部的孔隙率也越大，密實性就越差，CO2的滲入速度越快，因而碳化的速度也越快。 水灰比大會使混凝土孔隙中游離水增多，有利于碳化反應。 混凝土中外加摻合料和骨料品種對碳化也有一定的影響。.施工養(yǎng)護條件混凝土攪拌、振搗和養(yǎng)護條件影響混凝土的密實性，因而對碳化有較大影響。此外，養(yǎng)護方法與齡期對水泥的水化程度有影響，進而影響混凝土的碳化。所以保證混凝土施工質量對提高混凝土的抗碳化性能十分重要。覆蓋層不同飾面材料的碳化深度比. 當混凝土未碳化時，由于水泥的高堿性，鋼筋表面形成一層致密的氧化膜，阻

28、止了鋼筋銹蝕電化學過程。 當混凝土被碳化，鋼筋表面的氧化膜被破壞，在有水份和氧氣的條件下，就會發(fā)生銹蝕的電化學反應。 鋼筋銹蝕產生的鐵銹（氫氧化亞鐵Fe(OH)3），體積比鐵增加26倍，保護層被擠裂，使空氣中的水份更易進入，促使銹蝕加快發(fā)展。 氧氣和水份是鋼筋銹蝕必要條件，混凝土的碳化僅是為鋼筋銹蝕提供了可能。 當構件使用環(huán)境很干燥（濕度40%），或完全處于水中，鋼筋的銹蝕極慢，幾乎不發(fā)生銹蝕。 而裂縫的發(fā)生為氧氣和水份的浸入創(chuàng)造了條件，同時也使混凝土的碳化形成立體發(fā)展?；炷翍顟B(tài)的影響混凝土受拉時碳化加快，混凝土受壓時碳化減緩。.2、鋼筋銹蝕鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土結構耐久性的最關鍵問題

29、。. 但近年來的研究發(fā)現(xiàn)，銹蝕程度與荷載產生的橫向裂縫寬度無明顯關系，在一般大氣環(huán)境下，裂縫寬度即便達到0.3mm，也只是在裂縫處產生銹點。 這是由于鋼筋銹蝕是一個電化學過程，因此銹蝕主要取決于氧氣通過混凝土保護層向鋼筋表面的陰極的擴散速度，而這種擴散速度主要取決于混凝土的密實度。 裂縫的出現(xiàn)僅是使裂縫處鋼筋局部脫鈍，使銹蝕過程得以開始，但它對銹蝕速度不起控制作用。 因此，防止鋼筋銹蝕最重要的措施是在增加混凝土的密實性和混凝土的保護層厚度。.鋼筋銹蝕引起混凝土結構損傷過程如下，首先在裂縫寬度較大處發(fā)生個別點的“坑蝕”，繼而逐漸形成“環(huán)蝕”，同時向裂縫兩邊擴展，形成銹蝕面，使鋼筋有效面積減小。嚴

30、重銹蝕時，會導致沿鋼筋長度出現(xiàn)縱向裂縫，甚至導致混凝土保護層脫落，習稱“暴筋”，從而導致截面承載力下降，直至最終引起結構破壞。.鋼筋銹蝕引起混凝土結構損傷過程如下，首先在裂縫寬度較大處發(fā)生個別點的“坑蝕”，繼而逐漸形成“環(huán)蝕”，同時向裂縫兩邊擴展，形成銹蝕面，使鋼筋有效面積減小。嚴重銹蝕時，會導致沿鋼筋長度出現(xiàn)縱向裂縫，甚至導致混凝土保護層脫落，習稱“暴筋”，從而導致截面承載力下降，直至最終引起結構破壞。.鋼筋銹蝕的后果（1）鋼筋有效截面減?。?）混凝土保護層剝落（3）粘結性能退化（4）鋼筋脆性增加除增加混凝土的密實度和保護層厚度外，采用涂面層、鋼筋阻銹劑、涂層鋼筋等措施來防止鋼筋的銹蝕。.

31、混凝土水化結硬后，內部有很多毛細孔。在澆筑混凝土時，為得到必要的和易性，往往會比水泥水化所需要的水多些。 多余的水份滯留在混凝土毛細孔中。低溫時水份因結冰產生體積膨脹，引起混凝土內部結構破壞。 反復凍融多次，就會使混凝土的損傷累積達到一定程度而引起結構破壞。 防止混凝土凍融破壞的主要措施是降低水灰比，減少混凝土中多余的水份。 冬季施工時，應加強養(yǎng)護，防止早期受凍，并摻入防凍劑等。3、 混凝土的凍融破壞.4、混凝土的堿集料反應 混凝土集料中的某些活性礦物與混凝土微孔中的堿性溶液產生化學反應稱為堿集料反應。 堿集料反應產生的堿-硅酸鹽凝膠，吸水后會產生膨脹，體積可增大34倍，從而混凝土的剝落、開裂

32、、強度降低，甚至導致破壞。 引起堿集料反應有三個條件：混凝土的凝膠中有堿性物質。這種堿性物質主要來自于水泥，若水泥中的含堿量（Na2O，K2O）大于0.6%以上時，則會很快析出到水溶液中，遇到活性骨料則會產生反應；骨料中有活性骨料，如蛋白石、黑硅石、燧石、玻璃質火山石、安山石等含SiO2的骨料；水分。堿骨料反應的充分條件是有水分，在干燥環(huán)境下很難發(fā)生堿骨料反應。.5、侵蝕性介質的腐蝕硫酸鹽腐蝕：硫酸鹽溶液與水泥石中的氫氧化鈣及水化鋁酸鈣發(fā)生化學反應，生成石膏和硫鋁酸鈣，產生體積膨脹，使混凝土破壞。硫酸鹽除在一些化工企業(yè)存在外，海水及一些土壤中也存在。當硫酸鹽的濃度（以SO2的含量表示）達到2時

33、，就會產生嚴重的腐蝕。酸腐蝕：混凝土是堿性材料，遇到酸性物質會產生化學反應，使混凝土產生裂縫、脫落，并導致破壞。酸不僅存在于化工企業(yè)，在地下水，特別是沼澤地區(qū)或泥炭地區(qū)廣泛存在碳酸及溶有CO2的水。此外有些油脂、腐植質也呈酸性，對混凝土有腐蝕作用。海水腐蝕：在海港、近海結構中的混凝土構筑物，經常收到海水的侵蝕。海水中的NaCl、MgCl2、MgSO4、K2SO4等成分，尤其是Cl-和硫酸鎂對混凝土有較強的腐蝕作用。在海岸飛濺區(qū)，受到干濕的物理作用，也有利于Cl-和SO4的滲入，極易造成鋼筋銹蝕。.7.3.3 混凝土結構耐久性設計混凝土結構的耐久性與結構工作的環(huán)境有密切關系。同一結構在強腐蝕環(huán)境

34、中要比一般大氣環(huán)境中的使用壽命短。對于不同環(huán)境，可以采取不同措施來保證結構使用壽命。如在惡劣環(huán)境，一味增加混凝土保護層是不經濟的，效果也不一定好?？稍跇嫾砻娌捎梅雷o涂層。8.4 耐久性設計1、結構工作環(huán)境.2、結構耐久性等級.（1）耐久性極限狀態(tài)設計法 混凝土結構的耐久性極限狀態(tài)，是指經過一定使用年限后，結構或結構某一部分達到或超過某種特定狀態(tài)，以致結構不能滿足預定功能的要求。 但經過簡單修補、維修，費用不大，可恢復使用要求的情況，可以認為沒有達到耐久性極限狀態(tài)。 只有當嚴重超出正常維修費允許范圍時，結構的使用壽命才終止。3、耐久性設計方法.（1） 對于不允許鋼筋銹蝕的構件和環(huán)境，混凝土保護層完全碳化，即鋼筋脫鈍的時間T1。不允許鋼筋銹蝕的構件和環(huán)境有：預應力混凝土構件；低溫環(huán)境；反復荷載作用；塑性鉸區(qū)；采用鋼絲作主要受力鋼筋的構件；重要的、有紀念性的建筑物。（2） 鋼筋銹蝕后截面損失率達到某一值T2 ，如15%，可依耐久性等級而定。 該極限狀態(tài)可為一般混凝土結構采用，因為鋼筋從脫鈍到喪失承載力還有相當長的時間，鋼筋截面損失15%對結構承載力的影響還不是很嚴重。.（3） 結構或構件的可靠指標降低到某一允許值T3。隨著時間