董圓夢

摘 要：預應力混凝土強度以及各種性能都要比普通混凝土高，耐久性也相應得好很多，出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)耐久性事故相對于普通混凝土少，但只要問題一出現(xiàn)，預應力混凝土產(chǎn)生的危害比普通鋼筋混凝土嚴重的多。因此，從預應力筋銹蝕原因入手，闡述了鋼筋銹蝕對結(jié)構(gòu)耐久性的危害，總結(jié)了防止鋼筋銹蝕的防護措施。

關鍵詞：預應力混凝土；耐久性；鋼筋銹蝕；防護措施

中圖分類號：TU375 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）15-0145-02

1 概 述

自混凝土問世以來的很長一段時間，人們都認為混凝土性能比較好，能夠保護內(nèi)部鋼筋不受侵蝕且自身也具有足夠的強度，能保證混凝土結(jié)構(gòu)具有足夠的安全性、承載力和使用壽命，從而忽視了其自身的耐久性問題，由此，無論是經(jīng)濟還是生命財產(chǎn)方面都付出了很大的代價。美國等一些發(fā)達國家，提出了“全壽命經(jīng)濟分析”（LCCA-Life Cycle Cost Analysis）的概念，即在概念設計之初，就將結(jié)構(gòu)耐久性考慮其中，采取適當?shù)拇胧┍ＷC結(jié)構(gòu)在其設計使用年限內(nèi)的安全性、適用性、耐久性、可靠性、經(jīng)濟性、與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。

預應力混凝土結(jié)構(gòu)相對于普通混凝土而言，結(jié)構(gòu)性能好、節(jié)材，且適用于大型、重要結(jié)構(gòu)、惡劣環(huán)境等，應用前景越來越好，林同炎教授曾說：“目前是預應力混凝土世界”。但實際中預應力筋容易發(fā)生電化學腐蝕、化學腐蝕以及應力腐蝕，自開始銹蝕至失效歷時時間很短，一旦發(fā)生損壞，常表現(xiàn)為無任何先兆的脆性斷裂破壞，造成嚴重的損失。所以應嚴格注意預應力結(jié)構(gòu)的耐久性問題，將其與概念設計結(jié)合在一起。做到未雨綢繆，注重前期措施，著眼長遠效益。

2 預應力鋼筋的銹蝕

當預應力混凝土結(jié)構(gòu)保護措施不當或者當結(jié)構(gòu)處于惡劣環(huán)境中時，就會出現(xiàn)一系列的耐久性問題，例如，凍融環(huán)境使得混凝土出現(xiàn)裂縫，有害物質(zhì)進入混凝土內(nèi)部，使得混凝土更容易發(fā)生碳化，內(nèi)部鋼筋也更容易銹蝕，從而鋼筋有效受力面積減小，與混凝土間的“握裹力”下降，進而使得混凝土結(jié)構(gòu)力學性能改變、構(gòu)件承載能力下降。國外學者總結(jié)出了關于耐久性的“五倍定律” ，從中我們能夠清楚的了解到耐久性問題帶來的嚴重后果，產(chǎn)生的巨大經(jīng)濟問題。由此，我們從預應力鋼筋腐蝕損害的原因著手，提出相應的預應力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護措施。

國外學者通過對1951～1979年間發(fā)生的242起預應力筋腐蝕損壞事故進行總結(jié)，按預應力筋腐蝕損壞的原因進行分類：防腐保護不當、采用對腐蝕敏感的預應力筋、張拉或錨固不當、受環(huán)境或侵蝕材料侵蝕、處于潮濕環(huán)境及結(jié)構(gòu)構(gòu)造不當分別占23%、15%、4%、23%、24%和9%。

從以上的總結(jié)可以看出，在眾多影響鋼筋銹蝕的因素中，防腐保護不當、受環(huán)境或侵蝕材料腐蝕、結(jié)構(gòu)處在潮濕環(huán)境中是最常見的影響預應力鋼筋銹蝕破壞的因素。

3 防護措施

3.1 裂縫寬度

開裂是混凝土結(jié)構(gòu)最普遍的現(xiàn)象之一，當預應力混凝土結(jié)構(gòu)處于惡劣環(huán)境中時，裂縫的產(chǎn)生使得有害介質(zhì)更容易進入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，造成鋼筋銹蝕、混凝土腐蝕。因此，防止、減少裂縫的產(chǎn)生及發(fā)展對預應力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性有很大的作用。大量研究表明，裂縫寬度對鋼筋銹蝕速度影響并不大，但是卻誘發(fā)鋼筋銹蝕。而裂縫又可分為荷載作用引起的裂縫以及溫度等非荷載作用引起的裂縫。

3.1.1 荷載作用裂縫

規(guī)范考慮結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境條件及環(huán)境作用等級等因素，通過規(guī)定荷載作用下裂縫寬度的限值，來保證結(jié)構(gòu)的耐久性和承載能力。但由于各地結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境條件以及考慮的結(jié)構(gòu)形式等不一樣，各規(guī)范規(guī)定的裂縫寬度限值相應的并不一樣。

①GB/T 50476-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計規(guī)范》考慮結(jié)構(gòu)所處環(huán)境作用等級，限制了其表面裂縫計算寬度的最大值，見表1。

BS EN 1992—1—1：2004《Eurcode 2：Design of concrete structures》中對裂縫寬度限值的規(guī)定不超過的最大值，見表2。

以上兩規(guī)范對于裂縫寬度限值基本上都考慮了環(huán)境作用等級、結(jié)構(gòu)受力特點，我們現(xiàn)在進行結(jié)構(gòu)設計以及裂縫寬度計算時都考慮了荷載組合作用的影響，因此，《Eurcode 2：Design of concrete structures》中考慮的荷載作用對裂縫寬度影響的這一方面是國內(nèi)應該學習的一部分。

3.1.2 非荷載作用裂縫

非荷載作用產(chǎn)生的裂縫也是耐久性設計不可忽視的一部分?？梢詮脑牧?、配合比、施工和養(yǎng)護、設計、人員等角度來進行控制。見表3。

3.2 預應力筋防護

GB/T 50476-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計規(guī)范》中對后張法預應力筋的耐久性問題提出了一些構(gòu)造要求及防護措施，見表4。

隨后根據(jù)不同的環(huán)境類別、環(huán)境作用等級以及預應力體系的特點（體內(nèi)預應力和體外預應力）采用不同的防護措施。體內(nèi)預應力的基本防護措施包括PS2和PS4，體外預應力的基本防護措施包括PS2和PS3。[1]

我們可以從以上的這些方面來控制非荷載作用的影響，盡量控制預應力混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

3.3 環(huán)境因素

環(huán)境因素對預應力結(jié)構(gòu)耐久性影響很大，各地由于地理位置不同，環(huán)境因素劃分隨之也有差異。但在總體上，能夠劃分為5大類別：

大氣環(huán)境、凍融環(huán)境、海洋環(huán)境、除冰鹽等其他氯化物環(huán)境、化學腐蝕環(huán)境[1][2]。

此時，耐久性防護措施有如下幾種方式：

①保證混凝土的滲透性；

②結(jié)構(gòu)合理選型和細部設計合理；

③預應力鋼筋的表面防護；

④使用高性能混凝土，摻外加劑；

⑤采用可更換的預應力體系；

⑥其他合理的構(gòu)造措施；

⑦在設計之前，調(diào)查當?shù)氐沫h(huán)境條件，在設計時，充分考慮當?shù)氐沫h(huán)境作用。

4 結(jié) 語

①混凝土裂縫雖然對預應力筋后期的銹蝕速度影響不大，但是卻會對預應力筋前期開始銹蝕產(chǎn)生很大的影響，因此，可以通過對裂縫限值的控制以及一些構(gòu)造措施來實現(xiàn)對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制，提高結(jié)構(gòu)在服役期間的結(jié)構(gòu)承載能力以及結(jié)構(gòu)本身的美觀。

②對于預應力筋的防護，基本上都是從混凝土結(jié)構(gòu)設計、施工、養(yǎng)護、人員、材料等五個方面方面著手，然而，結(jié)構(gòu)構(gòu)件所采用的混凝土強度等級，許多情況下是由環(huán)境作用決定的，并非由荷載作用控制。而且結(jié)構(gòu)處在惡劣環(huán)境作用中對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響特別大，因此不能忽視環(huán)境作用對預應力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響。

③不僅要注意預防常見的耐久性損壞因素，對于那些不常出現(xiàn)的預應力鋼筋損壞因素，仍然不能忽視，預應力結(jié)構(gòu)比普通混凝土結(jié)構(gòu)耐久性要好，但是一旦出現(xiàn)損壞，其損壞程度比普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要嚴重的多。因此要注重前期措施，著眼長遠效益，做到未雨綢繆。

④國外耐久性研究比國內(nèi)的要早很多，例如，歐盟和美國ACI學會很早就開始了對于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究，而我國最早在2002年才將混凝土結(jié)構(gòu)耐久性寫入規(guī)范，到2008年才有專門的一本耐久性規(guī)范，而且還不是很成熟，之后一直到現(xiàn)在都還沒有更加完整耐久性國家規(guī)范，但是，一些高等學院正在積極進行耐久性研究，并且獲得了很多的研究成果，例如大連理工大學。

因此，我們應該學習國外的一些耐久性先進經(jīng)驗，但同時，由于每個國家所處的地理位置、環(huán)境條件不一樣，我們也要進行符合自身條件的研究并提出本國條件的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性相應措施。實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的六個最基本的要求（安全性、適用性、耐久性、可靠性、經(jīng)濟性、與環(huán)境的適應性）。在合理的施工、養(yǎng)護、維修等條件下，盡可能的延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。

參考文獻：

[1] GB/T 50476-2008混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計規(guī)范[S].

[2] The European Standard EN 1992-1-1：2004 Eurocode2：Design of c

oncrete structure-Part 1 ： General rules and rules for buildings[S].

European Committee for Standardization， 2004.

[3] Walter Podolny Jr. Corrosion of Prestressing Steels and its Mitigatio

n. PCI Journal， 1992，（5）.

[4] FIP State-of-the-Art Report. Corrosion Protection of Pre-stressing S

teels. Draft Report， FIP， London.

[5] 張曙光，王曉鵬，李惠蘭.鋼筋腐蝕對預應力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響 [J].長春工程學院學報：自然科學版，2002，（1）.

[6] 蔡躍等，影響預應力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素和對策[J].建筑技術，

2003，（5）.

[8] 李青松，蔣德穩(wěn).預應力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性初探[J].混凝土，2008，（8）.

[9] 張德峰，呂志濤.現(xiàn)代預應力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究現(xiàn)狀及其特點 [J].工業(yè)建筑，2000，（11）.

[10] 劉榮桂，曹大富.現(xiàn)代預應力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性[M].北京：科學出版

社，2013.

[11] 劉冰梅.淺議混凝土中鋼筋的銹蝕[J].山西建筑，2004，（21）.

[12] Akgül F， Dan M F. Lifetime Performance Analysis of Existing Re

inforced Concrete Bridges. II： Application[J]. Journal of Infratructure

Systems，2014，（11）.

[13] Tu Yongming， Lu Zhitao. Durability Design of Prestressed Concrete

Structures[J].東南大學學報（英文版），2005，（7）.

[14] 張治宇.考慮耐久性影響的預應力混凝土結(jié)構(gòu)設計研究[D].杭州：浙 江大學，2008.

[15] 趙卓，曾力，賀強.一般大氣環(huán)境下既有預應力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性 研究[J].混凝土，2009，（8）.

[16] 陸春華.現(xiàn)代預應力結(jié)構(gòu)耐久性分析及數(shù)值試驗研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇 大學，2006.