馮云芬 馮澤玉

（1.聊城大學(xué)建筑工程學(xué)院，山東 聊城 252059；2.莘縣黃河河務(wù)局，山東 莘縣 252400）

0 引言

混凝土結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、鐵路、公路、橋梁、水利、核電等工程。一般來講，工程所處環(huán)境存在多樣性與復(fù)雜性，會嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。因此，建立可靠的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)方法，提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,一直是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所面臨的挑戰(zhàn)。

隨著“一帶一路”的推進(jìn)，我國企業(yè)在沿線國家新簽承包工程項(xiàng)目越來越多。同時(shí)，國外設(shè)計(jì)與施工單位也逐漸進(jìn)入國內(nèi)市場。然而，各國耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定不盡相同，影響了混凝土耐久性設(shè)計(jì)的合理性。

目前,國際上比較受認(rèn)可的混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范包括:美國規(guī)范（ACI 318-19）[2]；歐洲規(guī)范（EN 1992-1-1：2004）[3]；我國的《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50476-2019）[4]。

本文針對中、美、歐海洋環(huán)境混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)定的環(huán)境類別和環(huán)境作用等級進(jìn)行對比分析，旨在分析國內(nèi)外混凝土耐久性設(shè)計(jì)方法的異同，為我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的修訂提供參考，為設(shè)計(jì)施工人員開展涉外工程提供幫助。

1 環(huán)境類別

目前，各國混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)思路，均是先確定結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別與環(huán)境等級，再對其耐久性措施提出要求[5]。環(huán)境類別僅代表結(jié)構(gòu)所處環(huán)境形式的異同，并不反映環(huán)境的影響程度，而環(huán)境等級則反映了某種環(huán)境類別對混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕程度。

1.1 我國規(guī)范

如表1 所示，我國《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50476-2019）定義了I—V 5 種環(huán)境類別，并按照環(huán)境對混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕程度分了6 個(gè)等級：輕微（A）、輕度（B）、中度（C）、嚴(yán)重（D）、非常嚴(yán)重（E）和極端嚴(yán)重（F）。

表1 我國規(guī)范規(guī)定的環(huán)境作用等級

1.2 歐洲規(guī)范

歐洲規(guī)范EN 1992-1-1，根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN 206-1：2000）對環(huán)境情況進(jìn)行分類，劃分了6 種環(huán)境類別，分別用X、XC、XD、XS、XF、XA 表示，見表2。根據(jù)環(huán)境對耐久性的影響程度，又分別設(shè)置了3～4 種環(huán)境作用等級。每種環(huán)境類別分別用1、2、3、4 表示環(huán)境作用等級，數(shù)字越大，作用等級越高[4]。

表2 （EN 206-1:2000）規(guī)定的與環(huán)境條件有關(guān)的暴露等級

1.3 美國規(guī)范

與中歐規(guī)范不同，美國混凝土結(jié)構(gòu)建筑規(guī)范（ACI 318-19）并未明確劃分混凝土結(jié)構(gòu)所處環(huán)境的類別，但也對所處環(huán)境和條件進(jìn)行了區(qū)分，并說明了不同環(huán)境條件下應(yīng)采取的措施。這些環(huán)境包括凍融循環(huán)（F）、硫酸鹽（S）、與水接觸（W）和鋼筋防腐（C）環(huán)境[2]，見表3。

表3 （ACI 318-19）規(guī)定的暴露類別與等級

1.4 對比分析

環(huán)境類別與作用等級的細(xì)化,有益于將設(shè)計(jì)條款與腐蝕程度對照起來。雖然中歐規(guī)范考慮的因素不盡相同，但環(huán)境類別分類區(qū)別不大。由表1、表2 可看出，中歐規(guī)范規(guī)定的環(huán)境類別與環(huán)境作用等級都很詳細(xì)，大體均分為5 大類，其中我國將環(huán)境分為5 類16 個(gè)作用等級，歐洲規(guī)范分為6 類18 個(gè)作用等級。兩者環(huán)境類別的劃分大體類似，其對應(yīng)關(guān)系見表4。美國規(guī)范與中歐規(guī)范相差較大，未具體規(guī)定結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境類別與等級，僅區(qū)分了使用環(huán)境與使用條件，并介紹了引起混凝土耐久性問題的主要因素,以及不同環(huán)境應(yīng)采取的耐久措施。

表4 中歐環(huán)境類別對應(yīng)表

2 海洋氯化物環(huán)境作用等級

海洋氯化物環(huán)境是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要環(huán)境因素。由于海洋環(huán)境混凝土結(jié)構(gòu)各個(gè)部位的氯離子濃度與侵入機(jī)理不同，同一結(jié)構(gòu)不同部位的耐久性劣化程度也大不相同。各國規(guī)范均按海洋氯化物對混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的程度，對環(huán)境條件進(jìn)行了劃分，以便對不同結(jié)構(gòu)部位采用不同的耐久性防腐措施。中美歐海洋氯化物環(huán)境對混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的作用等級劃分見表5[2-4]。

表5 中美歐海洋環(huán)境作用等級

2.1 我國規(guī)范

由表5 可看出，我國規(guī)范將海洋混凝土結(jié)構(gòu)所處環(huán)境，在垂直方向從上到下劃分為：大氣區(qū)、浪濺區(qū)、潮汐區(qū)、水下區(qū)和土中區(qū)5 個(gè)區(qū)域。大量調(diào)查發(fā)現(xiàn)，長期處于海水中或埋于土中，由于缺氧，鋼筋銹蝕非常緩慢甚至停止，鋼筋銹蝕危險(xiǎn)不大，因此我國將水下區(qū)與土中區(qū)設(shè)置為C 級。近海地區(qū)大氣中的氯離子濃度與地形、地貌、風(fēng)向、風(fēng)速等因素均有關(guān)系，處于大氣區(qū)的構(gòu)件腐蝕程度與構(gòu)件離岸距離不無關(guān)系，基于此因素，將大氣區(qū)分為輕度鹽霧區(qū)和重度鹽霧區(qū)，分別設(shè)置為D 和E級。由于干濕交替，潮汐區(qū)與浪濺區(qū)的鋼筋銹蝕最為嚴(yán)重，特別是浪濺區(qū)，考慮到潮汐區(qū)不便修復(fù)，將其與浪濺區(qū)設(shè)置為同一作用等級；考慮到溫度的影響，又將潮汐區(qū)與浪濺區(qū)分為非炎熱地區(qū)（E 級）和炎熱地區(qū)（F 級）。

2.2 歐洲規(guī)范

歐洲規(guī)范按照混凝土結(jié)構(gòu)與海水的接觸情況，將海洋氯化物腐蝕等級分為XS1、XS2 和XS3 三個(gè)等級。從表5 中可看出，XS1 大體相當(dāng)于我國的大氣區(qū)；XS2相當(dāng)于我國規(guī)范中的水下區(qū)或土中區(qū)；XS3 相當(dāng)于我國規(guī)范的潮汐區(qū)與浪濺區(qū)。

2.3 美國規(guī)范

由于美國規(guī)范未具體規(guī)定結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境類別與等級，僅區(qū)分了使用環(huán)境與使用條件，因此（ACI 318-19）的環(huán)境類別中沒有單獨(dú)列出海洋氯鹽環(huán)境，僅在其暴露類別“C 類——鋼筋防腐環(huán)境”中提及：“處于潮濕環(huán)境且受海水中的氯化物或噴濺物作用的混凝土”，并將其定義為最嚴(yán)重的作用等級C2。

2.4 對比分析

由表5 可看出，我國對海洋環(huán)境混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境等級劃分類似，但更為詳細(xì)，不僅從垂直方向進(jìn)行了環(huán)境劃分，還按建筑物距離海岸線與海平面距離的不同，將大氣環(huán)境分為輕度鹽霧區(qū)（Ⅲ-D）和重度鹽霧區(qū)（Ⅲ-E），輕、重鹽霧區(qū)的界限應(yīng)根據(jù)具體環(huán)境和既有工程調(diào)查確定。歐洲規(guī)范僅按照與海水的接觸情況從垂直方向劃分了XS1、XS2、XS3 三個(gè)等級。對于水中區(qū)和土中區(qū)這種永久處于海水的混凝土部位，兩部規(guī)范所劃分的環(huán)境作用等級不太一致。我國規(guī)范考慮到此部位的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件處于缺氧環(huán)境，不易發(fā)生鋼筋銹蝕，將其定義為海洋環(huán)境的最低作用等級Ⅲ-C；歐洲規(guī)范考慮到永久浸沒于海水中不便處理，則將其定義為更高等級XS2。

相關(guān)研究指出，潮汐區(qū)和浪濺區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性劣化最為嚴(yán)重[6]，從表5 也可看出，歐洲規(guī)范與我國規(guī)范均將潮汐區(qū)和浪濺區(qū)定義為最嚴(yán)重的環(huán)境等級。我國規(guī)范考慮到溫度對氯離子的擴(kuò)散影響很大，隨著溫度的上升，氯離子的擴(kuò)散作用加強(qiáng)，將潮汐區(qū)、浪濺區(qū)分為非炎熱地區(qū)和炎熱地區(qū)，且將其定義為最為嚴(yán)重的Ⅲ-E 和Ⅲ-F。由此可看出，我國考慮因素更全面，對潮汐區(qū)、浪濺區(qū)的劃分更為嚴(yán)謹(jǐn)。

3 結(jié)束語

（1）我國規(guī)范（GB/T 50476-2019）與歐洲規(guī)范（EN 1992-1-1：2004），對環(huán)境類別與環(huán)境作用等級規(guī)定都很詳細(xì)，大體均分為5 大類，其中我國將環(huán)境分為5 類16 個(gè)作用等級，歐洲規(guī)范分為6 類18 個(gè)作用等級。從環(huán)境作用等級來看，我國規(guī)范更為詳細(xì)。美國規(guī)范與中歐規(guī)范相差較大，未具體規(guī)定結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境類別。

（2）海洋環(huán)境是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要影響因素。對于海洋氯鹽環(huán)境等級，我國不僅從垂直方向還從水平方向進(jìn)行了劃分，此外劣化最為嚴(yán)重的潮汐區(qū)和浪濺區(qū)還考慮了溫度的影響。相比歐美規(guī)范，我國規(guī)范考慮的更為詳細(xì)全面。