嚴(yán)酷環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)

前言

　　嚴(yán)酷環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)，可能包括各種環(huán)境條件下不同的混凝土結(jié)構(gòu)形式。實(shí)際上，除了那些暴露于除冰鹽侵蝕環(huán)境下的重要混凝土結(jié)構(gòu)外，大多數(shù)嚴(yán)酷環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)都與海洋環(huán)境有關(guān)。就地球的總表面積而言，大約70％為海水，即海水面積大約為陸地面積的2.5倍。考慮到這些陸地面積中適于人類(lèi)居住的面積只占小部分以及人口密度不斷增長(zhǎng)，我們有理由相信，不久的將來(lái)人類(lèi)的活動(dòng)領(lǐng)域向海水和海洋環(huán)境方向發(fā)展的需求將不斷增加。這種日益增長(zhǎng)的需求可以通過(guò)如下幾個(gè)關(guān)鍵詞反映出來(lái)：原材料、能源、交通和空間等?！　≡缭?0世紀(jì)70年代，美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)就對(duì)未來(lái)混凝土的應(yīng)用進(jìn)行了技術(shù)預(yù)測(cè)，其中提到了大陸架的快速開(kāi)發(fā)。在該預(yù)測(cè)報(bào)告中，不僅探討了與海洋石油和天然氣開(kāi)采等有關(guān)的人類(lèi)活動(dòng)和結(jié)構(gòu)形式，而且涉及了減輕陸地?fù)頂D的有關(guān)情況。為應(yīng)對(duì)這一發(fā)展，1972年FIP（預(yù)應(yīng)力混凝土國(guó)際聯(lián)合會(huì)）在提比利斯（Tibilisi）組織召開(kāi)了一次關(guān)于海洋混凝土結(jié)構(gòu)的國(guó)際會(huì)議，會(huì)上研討了大量的新技術(shù)與措施。毋庸置疑，作為未來(lái)海洋環(huán)境中人類(lèi)活動(dòng)的基礎(chǔ)，大量的混凝土結(jié)構(gòu)將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。這些結(jié)構(gòu)形式種類(lèi)繁多，諸如：　　·無(wú)錨固的自由漂浮結(jié)構(gòu)，如船、游艇、海面漂浮箱等；　　·浮在水平面上的錨固結(jié)構(gòu)，如橋、操作平臺(tái)、泊位、發(fā)電廠、機(jī)場(chǎng)、城市等；　　·落在海床上的錨固結(jié)構(gòu)（主動(dòng)浮力），如隧道、倉(cāng)庫(kù)等；　　·落在海床之上或之下的底部支撐結(jié)構(gòu)（被動(dòng)浮力），如橋梁、港口結(jié)構(gòu)、隧道、房屋、倉(cāng)庫(kù)、沉箱、操作平臺(tái)、發(fā)電廠等?！　∩鲜鲞@些結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展在很大程度上已經(jīng)發(fā)生，并將在未來(lái)許多年中繼續(xù)擴(kuò)展下去?；炷敛牧蠈⑹窍鄬?duì)廉價(jià)、容易制備的大宗建筑材料。眾所周知，混凝土材料的性能可在較大范圍內(nèi)變化，必要時(shí)，根據(jù)材料浮力和結(jié)構(gòu)的要求，混凝土密度可在500～4500kg／m3范圍調(diào)整，同時(shí)抗壓強(qiáng)度可達(dá)100MPa以上。實(shí)踐也表明，如果能合理利用現(xiàn)有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)酷環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)可以服役相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。

內(nèi)容概要

通過(guò)防腐設(shè)計(jì)及適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，混凝土結(jié)構(gòu)的維護(hù)成本會(huì)大大降低。本書(shū)通過(guò)建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)試圖解決嚴(yán)酷環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性使用年限問(wèn)題。其實(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題歸咎于質(zhì)量控制及工程建設(shè)過(guò)程中的疏漏，要想成功解決耐久性問(wèn)題，就必須就結(jié)構(gòu)質(zhì)量及其定量進(jìn)行深入研究。本書(shū)涉及以下內(nèi)容：    ·現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐調(diào)查，加速劣化試驗(yàn)        ·基于混凝土質(zhì)量控制、腐蝕預(yù)防及預(yù)處理的腐蝕機(jī)理的計(jì)算方法        ·生命周期成本及生命周期評(píng)估的計(jì)算    ·推薦的工作流程    就世界范圍的工程實(shí)踐而言，這些基本程序貫穿在混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)施的全過(guò)程中。

書(shū)籍目錄

第1章　歷史回顧第2章　現(xiàn)場(chǎng)性能　2.1　概述　2.2　港口結(jié)構(gòu)　2.3　橋梁結(jié)構(gòu)　2.4　海洋結(jié)構(gòu)　2.5　其他結(jié)構(gòu)第3章　混凝士中的鋼筋銹蝕　3.1　概述　3.2　氯離子滲透　3.3　鋼筋的鈍化　3.4　銹蝕速度  　3.4.1　概述　  3.4.2  電阻率  　3.4.3  氧量  3.5　裂縫  3.6  自由暴露鋼材與內(nèi)埋鋼筋之間的電偶第4章　其他劣化過(guò)程　4.1　概述　4.2　凍融破壞　4.3　堿-骨料反應(yīng)第5章　標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)施細(xì)則  5.1　概述  5.2　海洋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性要求  5.3　陸上混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性要求第6章　鋼筋銹蝕概率  6.1　概述  6.2　氯離子滲透計(jì)算  6.3　概率計(jì)算  6.4　銹蝕概率計(jì)算  6.5　輸人參數(shù)    6.5.1　概述    6.5.2　環(huán)境荷載    6.5.3　混凝土質(zhì)量    6.5.4　混凝土保護(hù)層厚度  6.6　耐久性分析    6.6.1　概況    6.6.2　氯離子擴(kuò)散性的影響    6.6.3　混凝土保護(hù)層的作用  6.7　結(jié)果評(píng)價(jià)與討論第7章　加防護(hù)措施  7.1　概述  7.2　不銹鋼鋼筋　7.3　陰極保護(hù)　7.4　非金屬筋　7.5　阻銹劑　7.6　混凝土表面防護(hù)　7.7　預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件第8章　混凝土質(zhì)量控制  8.1　概述  8.2　氯離子擴(kuò)散系數(shù)　……第9章　施工質(zhì)量第10章　狀態(tài)評(píng)估與防護(hù)第11章　應(yīng)用實(shí)例

章節(jié)摘錄

　　第2章 現(xiàn)場(chǎng)性能　　2.1 概述　　許多國(guó)家都對(duì)大量處于嚴(yán)酷環(huán)境下的重要混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了廣泛的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，大量的報(bào)告、期刊論文和各類(lèi)國(guó)際會(huì)議論文中都刊登了這些調(diào)查結(jié)果。大多數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)所面臨的最大且最嚴(yán)重的問(wèn)題是，使用除冰鹽引起混凝土內(nèi)鋼筋的電化學(xué)腐蝕（United States Accounting Office，1979）。截至1986年，美國(guó)用于修復(fù)被腐蝕橋梁的費(fèi)用已達(dá)240億美元，且以每年5億美元的速度增長(zhǎng)（Transportation Research Board，1986）。后來(lái)，Yunovich et al.，2001年估算美國(guó)每年用于橋梁修復(fù)和更換的費(fèi)用約為83億美元，經(jīng)美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)，在未來(lái)的20年里，這一費(fèi)用將達(dá)到每年94億美元（Darwin，2007）。1998年，西歐國(guó)家混凝土結(jié)構(gòu)的年維修費(fèi)用為50億美元（Knudsen et al.，1998），同時(shí)來(lái)自其他國(guó)家的大量相關(guān)報(bào)告中也報(bào)道了類(lèi)似的耐久性和高額維修費(fèi)用問(wèn)題?！　?duì)于所有處于海洋環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，服役條件十分惡劣。在挪威的沿海一線，有300多座混凝土橋梁和1萬(wàn)多座港口結(jié)構(gòu)，其中大部分都是用混凝土材料建造而成的（圖2.1）。多年來(lái)，內(nèi)部鋼筋的銹蝕使得一半以上的混凝土橋梁和大部分港口結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重影響。此外，在北海地區(qū)，大量的海洋混凝土結(jié)構(gòu)也已表現(xiàn)出一定程度的鋼筋腐蝕現(xiàn)象。　　在國(guó)際上，混凝土設(shè)施的劣化已成為建筑業(yè)所面臨的最嚴(yán)峻而艱巨的挑戰(zhàn)之一（Horrigmoe，2000）。在許多國(guó)家，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能和長(zhǎng)期性能而言，雖然內(nèi)部鋼筋的腐蝕是結(jié)構(gòu)劣化的重要形式，但凍融循環(huán)和堿－骨料反應(yīng)導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)劣化也是一個(gè)主要原因。為了更詳細(xì)地描述嚴(yán)酷環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的性能，以下內(nèi)容針對(duì)挪威海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的實(shí)際結(jié)果進(jìn)行闡述和討論。

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