2023混凝土結(jié)構(gòu)耐久性技術(shù)指南

混凝土結(jié)構(gòu)耐久性技術(shù)指南目次1總則 ..12術(shù)語、符號與參考標(biāo)準(zhǔn) ..22.1術(shù)語 ..22.2符號 ..52.3參考標(biāo)準(zhǔn) ….……63基本規(guī)定 .……113.1一般規(guī)定 .……113.2環(huán)境類別與作用等級 .……113.3設(shè)計(jì)使用年限 .……183.4設(shè)計(jì)基本要求 .……193.5維護(hù)設(shè)計(jì) .……204結(jié)構(gòu)材料 .……224.1混凝土 .……224.2鋼筋 .……285構(gòu)造措施與裂縫控制 .……315.1一般規(guī)定 .……315.2保護(hù)層厚度 .……325.3裂縫控制規(guī)則 .……345.4裂縫控制措施 .……366施工要求 .……396.1混凝土原材料選擇 .……396.2混凝土配合比設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制 .……436.3混凝土施工 .……446.4混凝土耐久性質(zhì)量檢驗(yàn) …507耐久性附加措施 ….…527.1總則 …….527.2鋼筋阻銹劑 ….…547.3混凝土表面涂層和硅烷浸漬 …557.4電化學(xué)保護(hù) …568后張法預(yù)應(yīng)力體系 …588.1一般規(guī)定 …588.2材料要求 …588.3構(gòu)造要求 …598.4施工要求 .….…608.5后張法預(yù)應(yīng)力多重防護(hù) …619維護(hù)管理 …649.1總則 …649.2耐久性檢測與評估 …649.3維護(hù)技術(shù) …66附錄A混凝土抗裂性測試方法 …67A1抗裂性實(shí)驗(yàn)——圓環(huán)試驗(yàn) …67A2抗裂性試驗(yàn)——平板試驗(yàn)（刀口法） …70附錄B耐久性指標(biāo)測試方法 …75B1混凝土透氣性測試方法 …75B2混凝土吸水速率測試方法 …79B3混凝土孔隙率測試方法 …83B4混凝土試件烘箱干燥方法 .….…85附錄C耐久性定量化設(shè)計(jì)與模型 …..86C1耐久性定量化設(shè)計(jì)原則 …86C2碳化模型 …88C3氯離子侵入模型 …90C4凍融損傷模型 …93附錄D預(yù)應(yīng)力灌漿漿體泌水率測試方法 …94D1長筒泌水率測試方法 …94D2二次灌漿泌水率測試方法 …..…96本規(guī)程用詞說明 .…99條文說明 .…100Contents1Generalprovisions 12Terms,symbolsandreferencestandards 22.1Terms 22.2Symbols 52.3ReferenceStandards 63Generalrules 113.1General 113.2Environmentalconditions 113.3Designservicelife 183.4Basicdesignrequirements 193.5Maintenancedesign 204Structurematerials 224.1Concrete 224.2Steel 285Structuraldetailsandcrackcontrol 315.1General 315.2Concretecoverdepth 325.3Requirementsforcrackcontrol 345.4Detailingforcrackcontrol 366Constructiontechniques 396.1Concretematerials 396.2Concretemixdesignandqualitycontrol 436.3Concreteconstruction 446.4Durabilityinpsectionforconcrete 507Additionaldurabilitymeasures 527.1General 527.2Corrosioninhibitor 547.3Concretecoatingandsilaneimpregnation 557.4Electrochemicalprotection 568Post-tensionedConcrete 588.1General 588.2Materialrequirments 588.3Structuraldetails 598.4Constructionrequirements 608.5Multi-barrierprotection 619Maintenancemanagement 649.1General 649.2Durabilityinspectionandassessment 649.3Maintenancetechniques 66AppendixAConcretecrackresistancetests 67A1Ringtest 67A2Slabtest 70AppendixBDurabilityindicatortestsandtreatmentmethod 75B1Concreteairpermeability 75B2Concretesorptivity 79B3Concreteporosity 83B4Oven-dryingproceduresofconcrete 85AppendixCModel-baseddesignfordurability 86C1Generalrequirementsforquantitativedesign 86C2Concretecarbonation 88C3Chlorideingress 90C4Freeze-thawdeterioration 93AppendixDBleedingtestsforthegroutingoftendonsinprestressedconcrete 94D1Longtubemethod 94D2Secondarygroutingmethod 96Explanationforwordinginthespecification………………..…………99Explanationofprovisions ………..………………...…100總則1.0.1混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性由環(huán)境作用引起材料性能劣化引起，與結(jié)構(gòu)的適用性和安全性同樣重要?，F(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工規(guī)范均不同程度考慮了環(huán)境作用，但針對結(jié)構(gòu)耐久性能要求高、使用年限長（超過50年）的技術(shù)要求尚缺乏系統(tǒng)性。結(jié)構(gòu)耐久性不足，不僅會增加使用過程中的維修費(fèi)用并影響工程的正常使用，而且會造成結(jié)構(gòu)使用年限過短、嚴(yán)重浪費(fèi)資源。為使混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工能夠適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的需求，在工程建設(shè)中真正做到安全、適用、經(jīng)濟(jì)、合理，特編寫本《指南》供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工人員使用。同時，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性在很大程度上也取決于施工質(zhì)量的控制以及結(jié)構(gòu)使用過程中的合理維護(hù)。因此，本《指南》同時也為工程的業(yè)主、施工監(jiān)理和工程交付使用后的運(yùn)營管理部門提供耐久性的相關(guān)要求。我國現(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同程度地考慮了環(huán)境作用及其引起的耐久性問題，但限于體例這些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)均“重要求、輕措施”。本《指南》針對混凝土結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)保證耐久性的需要，對耐久性提出技術(shù)要求的同時給出了更多的技術(shù)措施和解決方案，是對我國現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的重要補(bǔ)充。1.0.2結(jié)構(gòu)的耐久性是指結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在可能引起結(jié)構(gòu)材料性能劣化的各種作用下，能夠長期維持其性能的能力。一般荷載作用與環(huán)境因素的長期作用都有可能導(dǎo)致材料性能的劣化。荷載長期作用下的材料性能劣化主要是由于工作應(yīng)力過高或反復(fù)的荷載作用、導(dǎo)致了材料的開裂或損傷，可在結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計(jì)中限制最大工作應(yīng)力或取用疲勞強(qiáng)度等方法予以考慮。我國現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范在承載力設(shè)計(jì)上的安全設(shè)置水準(zhǔn)不高，當(dāng)永久荷載在全部荷載中占比較高時，有可能因持久應(yīng)力過大而導(dǎo)致過大的長期變形（徐變）與開裂、影響混凝土的耐久性，這種情況應(yīng)在結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計(jì)中予以考慮。本《指南》的耐久性規(guī)定主要針對環(huán)境作用下的材料與結(jié)構(gòu)性能的劣化。環(huán)境對混凝土結(jié)構(gòu)材料的作用因素，主要包括溫度和濕度及其變化（干濕交替、凍融循環(huán)），以及環(huán)境中的水、氣、鹽、酸等物質(zhì)。環(huán)境作用所造成的材料劣化主要表現(xiàn)為混凝土中鋼筋的銹蝕和混凝土材料的腐蝕與損傷。正常情況下，混凝土中的鋼筋不會銹蝕。這是由于混凝土內(nèi)部的孔溶液呈高堿性（pH值大于13），可在普通鋼筋表面形成致密的鈍化膜、阻止鋼筋發(fā)生銹蝕。兩種情況可導(dǎo)致鈍化膜失效：混凝土的中性化和氯鹽的侵入。前者會破壞混凝土內(nèi)部維持鋼筋鈍化膜的高堿環(huán)境，后者會直接破壞鋼筋表面的鈍化膜；兩者引起的鋼筋銹蝕均屬于電化學(xué)反應(yīng)，都必須有水分和氧氣的參與?；炷寥绱嬖谕饧踊蚴芡獠扛袘?yīng)產(chǎn)生的直流電（如地鐵結(jié)構(gòu)中的雜散電流），會加速內(nèi)部鋼筋銹蝕的電化學(xué)反應(yīng)。鋼筋的銹蝕產(chǎn)物（鐵銹，F(xiàn)e2O3·nH2O）在生成過程中體積膨脹，會導(dǎo)致混凝土保護(hù)層的順筋開裂和剝落，降低鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力、削弱鋼筋截面積并使鋼筋變脆，從而影響結(jié)構(gòu)的適用性與安全性。導(dǎo)致混凝土材料劣化的環(huán)境作用主要有凍融循環(huán)、干濕交替以及水、土中的鹽、酸等化學(xué)物質(zhì)的作用?；炷羶?nèi)飽和的毛細(xì)孔隙水受凍膨脹結(jié)晶產(chǎn)生壓力，反復(fù)凍融可使混凝土表層開裂、漿體剝落、骨料裸露甚至崩落；硫酸鹽能與混凝土中的水泥水化產(chǎn)物，Ca(OH)2和水化鋁酸鈣，發(fā)生反應(yīng)生成石膏或者鈣釩石，均能導(dǎo)致混凝土開裂與剝落；在干濕交替作用下，潮濕時侵入混凝土毛細(xì)孔隙中的鹽溶液在干燥作用下不斷濃縮，溶液過飽和后析出結(jié)晶，會產(chǎn)生很高的結(jié)晶壓力使混凝土破壞；酸能溶解混凝土固相物質(zhì)中的Ca(OH)2等水化產(chǎn)物，破壞混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和密實(shí)性；空氣中的二氧化硫及氮氧化物等污染物與水結(jié)合會形成酸雨，對混凝土也有很大的侵蝕作用。除冰鹽（氯化鈉或氯化鈣）不但能對鋼筋造成嚴(yán)重銹蝕，而且對表層混凝土有很大破壞作用。此外，密實(shí)性差的混凝土，在流動水或壓力水作用下會直接引起其固相水化產(chǎn)物Ca(OH)2的溶出、導(dǎo)致材料性能的劣化。環(huán)境作用對混凝土材料的腐蝕與損傷主要發(fā)生在混凝土表層，會削弱混凝土截面、降低材料的強(qiáng)度，最終影響結(jié)構(gòu)的適用性和安全性。在配筋混凝土結(jié)構(gòu)中，表層混凝土劣化還會削弱保護(hù)層對鋼筋的保護(hù)能力、加速鋼筋的銹蝕進(jìn)程。1.0.3本條提及的特種混凝土，是指所用的組成材料（如膠凝材料或骨料）有別于使用硅酸鹽類水泥和普通砂石骨料的混凝土，如防輻射混凝土、輕骨料混凝土以及纖維混凝土等。高性能混凝土的內(nèi)涵是對混凝土質(zhì)量與需求契合度的要求，不是一個具體的混凝土材料品種，因此不屬于特種混凝土。處于特殊腐蝕環(huán)境以及生產(chǎn)、使用、排放或貯存各種化學(xué)腐蝕物質(zhì)的結(jié)構(gòu)物，其環(huán)境作用超出了本《指南》的規(guī)定范圍，因此其耐久性要求需要參照專門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但耐久性設(shè)計(jì)的原則仍可參照本《指南》執(zhí)行。1.0.4本《指南》提供常見環(huán)境作用下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)要求與施工要求，第3～5章分別從設(shè)計(jì)原則與方法、結(jié)構(gòu)材料和結(jié)構(gòu)構(gòu)造角度進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)的規(guī)定，可供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員參考，其中第4章結(jié)構(gòu)材料的規(guī)定也與施工有關(guān)；第6章規(guī)定施工內(nèi)容，從耐久性角度提出對施工人員和混凝土供應(yīng)方的要求，包括混凝土材料的供應(yīng)與質(zhì)量驗(yàn)收，其中重要環(huán)節(jié)必須有設(shè)計(jì)人員參與；第7章規(guī)定了極端嚴(yán)重或非常嚴(yán)重的環(huán)境作用可采取的防腐蝕附加措施；第8章給出了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性原則與方法；第9章給出了混凝土結(jié)構(gòu)使用期中耐久性管理與維護(hù)的原則與方法。這些規(guī)定不再重復(fù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，著重闡述結(jié)構(gòu)耐久性角度需要進(jìn)行的特殊與特別規(guī)定。1.0.5混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素復(fù)雜，有很大的不確定性與不確知性，因此混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性尚未形成一門精確的科學(xué)。本《指南》為環(huán)境作用下滿足不同設(shè)計(jì)使用年限的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)定了耐久性標(biāo)準(zhǔn)，并提供了不同技術(shù)措施的選擇。因此，提出的耐久性要求和技術(shù)措施是針對混凝土結(jié)構(gòu)適用性、安全性和可修復(fù)性的一般考慮，難以覆蓋工程中各種具體情況，這時就需要設(shè)計(jì)人根據(jù)工程具體情況，在本《指南》的基礎(chǔ)上提高耐久性要求。

3基本規(guī)定3.1一般規(guī)定3.1.1本條總體說明保障混凝土結(jié)構(gòu)的長期耐久性的主要技術(shù)環(huán)節(jié)，包括耐久性設(shè)計(jì)、混凝土施工以及使用期的合理維護(hù)。通常這三個技術(shù)環(huán)節(jié)的完成主體不同，分別是設(shè)計(jì)、施工以及管理單位。本指南以混凝土結(jié)構(gòu)長期耐久性為統(tǒng)一的技術(shù)目標(biāo)，逐步給出三個主要技術(shù)環(huán)節(jié)的要求。3.1.2本條說明耐久性設(shè)計(jì)的內(nèi)涵，本指南的耐久性設(shè)計(jì)是廣義設(shè)計(jì)的概念：包含了混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的材料選擇、結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的構(gòu)造以及與施工和使用期長期維護(hù)相銜接的技術(shù)要求。3.1.3本條明確了以保證混凝土結(jié)構(gòu)長期耐久性為目標(biāo)的混凝土施工工藝的重點(diǎn)，即保證表層混凝土的密實(shí)成型、防止混凝土施工裂縫。表層混凝土是混凝土構(gòu)件經(jīng)受環(huán)境作用的首要屏障，其成型是否密實(shí)、達(dá)到預(yù)定性能，對混凝土構(gòu)件的長期耐久性和使用壽命有決定性影響，因此是考慮耐久性施工的首要目標(biāo)?；炷翗?gòu)件的裂縫按照成因可分為力學(xué)裂縫和施工裂縫，前者主要由混凝土受拉引起，通過結(jié)構(gòu)構(gòu)造有效控制鋼筋拉應(yīng)力來實(shí)現(xiàn)；后者與混凝土硬化成型過程中發(fā)生的各種收縮與變形有關(guān)。3.1.4本條明確了在混凝土結(jié)構(gòu)使用期中維護(hù)的作用?；炷两Y(jié)構(gòu)在經(jīng)歷了耐久性設(shè)計(jì)和施工過程后，其真實(shí)的性能水平和設(shè)計(jì)目標(biāo)通常還存在一定差異。在使用期通過合理的維護(hù)技術(shù)保持混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的耐久性能，是不可缺少的技術(shù)環(huán)節(jié)，對于維持混凝土結(jié)構(gòu)合理的全壽命成本至關(guān)重要。我國已頒布了城市橋梁（CJJ99）和公路橋梁（JTGH11）的養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，均指明需要掌握竣工后結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上開展維護(hù)技術(shù)活動；設(shè)計(jì)階段的維護(hù)設(shè)計(jì)起到了從設(shè)計(jì)到運(yùn)營維護(hù)的交接。3.2環(huán)境類別與作用等級3.2.1表3.2.1根據(jù)環(huán)境作用下混凝土的劣化和腐蝕機(jī)理來劃分類別。根據(jù)目前對混凝土耐久性的研究，不同環(huán)境類別下（鋼筋）混凝土材料的腐蝕機(jī)理有所不同：一般環(huán)境（Ⅰ類）中的耐久性機(jī)理是混凝土表層碳化（中性化）引起的鋼筋銹蝕過程；凍融環(huán)境（II類）主要是混凝土在高飽水條件下經(jīng)受凍融循環(huán)而發(fā)生的材料破壞；海洋氯化物（III類）和除冰鹽氯化物（IV類）環(huán)境主要是環(huán)境中的氯化物侵入混凝土內(nèi)部而引起的鋼筋銹蝕過程；化學(xué)腐蝕環(huán)境（V）是自然環(huán)境中的侵蝕性化學(xué)物質(zhì)對混凝土材料的損傷與破壞。氯化物環(huán)境（Ⅲ和Ⅳ）對混凝土材料也有一定腐蝕作用，但其主要作用是引起鋼筋的嚴(yán)重銹蝕。反復(fù)凍融（Ⅱ）和化學(xué)腐蝕物質(zhì)（V）對混凝土腐蝕，也會促進(jìn)鋼筋銹蝕，但其主要作用是對混凝土的損傷和破壞。不同環(huán)境作用之間的相互作用和影響還需要在研究層面加深，后續(xù)章節(jié)提供了定性處理的方法。3.2.2本《指南》對結(jié)構(gòu)所處環(huán)境的分類，主要考慮到方便設(shè)計(jì)使用，按照環(huán)境引起材料性能劣化的不同機(jī)理，將環(huán)境分成I-Ⅴ5大類環(huán)境作用。對于每類環(huán)境，又按不同的環(huán)境條件將其作用的嚴(yán)重程度分別納入6個不同的環(huán)境作用等級。這種統(tǒng)一分級的方法，綜合參考了以往的國內(nèi)外規(guī)范和目前歐洲混凝土規(guī)范，已經(jīng)為目前我國主要的耐久性標(biāo)準(zhǔn)所采用。3.2.3本條給出了一般環(huán)境的作用等級。一般環(huán)境（Ⅰ類）主要指碳化引起的鋼筋銹蝕環(huán)境，不存在凍融和鹽、酸等化學(xué)物質(zhì)的作用，需要考慮的環(huán)境因素主要是濕度（水）、溫度和CO2與O2的供給程度。如果相對濕度較高，混凝土始終處于濕潤的飽水狀態(tài)，則空氣中的CO2難以擴(kuò)散到混凝土內(nèi)部，碳化非常緩慢。如果相對濕度低、混凝土比較干燥，雖然CO2向混凝土內(nèi)部遷移較快，但碳化反應(yīng)會由于溶解在混凝土孔隙水中的氫氧化鈣過少而難以進(jìn)行；同時，當(dāng)混凝土內(nèi)部的相對濕度低于70％時，碳化引起的鋼筋銹蝕就會因混凝土導(dǎo)電率太低而很難進(jìn)行。銹蝕電化學(xué)過程需有水和O2的參與：當(dāng)混凝土處于水下或濕度接近飽和，O2難以擴(kuò)散到鋼筋表面，銹蝕會因?yàn)槿毖醵y以發(fā)生。因此，最易造成鋼筋碳化銹蝕的環(huán)境是干濕交替，往往會導(dǎo)致鋼筋嚴(yán)重銹蝕和保護(hù)層剝落。炎熱的潮濕環(huán)境加速鋼筋銹蝕更易造成破壞。房屋建筑的室內(nèi)廚房、衛(wèi)生間和地下室等頻受潮濕和易結(jié)露的構(gòu)件部位以及室外頻受雨淋的陽臺、外廊、女兒墻、雨罩、欄桿、地面等混凝土構(gòu)件應(yīng)按干濕交替的環(huán)境條件設(shè)計(jì)。橋梁構(gòu)件的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮由于路面層、防水層和橋面伸縮縫等各種連接部位的滲漏所造成的局部環(huán)境作用，對于橋面板的頂面以及可能遭受來自伸縮縫處滲漏水作用的下部梁、柱（墩）表面，應(yīng)按干濕交替的環(huán)境條件設(shè)計(jì)；橋梁中頻受雨淋或與變動水位接觸的構(gòu)件也應(yīng)按干濕交替的環(huán)境條件設(shè)計(jì)。橋面板的底面如有可靠的構(gòu)造措施能夠防止雨水或伸縮縫處滲漏水從構(gòu)件的側(cè)邊淌入底面，則底部鋼筋可按非干濕交替的露天環(huán)境條件設(shè)計(jì)。3.2.4本條給出了凍融環(huán)境的作用等級。凍融環(huán)境（Ⅱ類）主要指混凝土可能遭到凍蝕的環(huán)境。受濕的混凝土在反復(fù)凍融作用下會造成內(nèi)部損傷，產(chǎn)生開裂甚至剝落。與凍融破壞有關(guān)的環(huán)境因素主要有水、最低溫度、降溫速率和反復(fù)凍融次數(shù)?；炷恋膬鋈趽p傷只發(fā)生在混凝土內(nèi)部的含水量比較充足的情況，通常認(rèn)為，這與混凝土毛細(xì)孔隙水結(jié)冰時的結(jié)晶壓積聚有關(guān)。如果混凝土毛細(xì)孔隙中有足夠的空氣或混凝土中有引氣劑導(dǎo)入的氣孔，就能釋放冰凍產(chǎn)生的壓力而防止凍害。按照瑞典學(xué)者Fagerlund的理論，凍害的危險性主要取決于混凝土的飽水度Scap（混凝土孔隙中液相的體積分?jǐn)?shù)）和混凝土的臨界飽水度Scr，后者是混凝土固有的材料性質(zhì)。如果Scap<Scr，混凝土不會發(fā)生凍壞。如果Scap達(dá)到并超過Scr，混凝土只需少許凍融循環(huán)就會破壞?；炷恋娘査扰c所處環(huán)境濕度有關(guān)，當(dāng)表面接觸水時可通過滲透和吸附使內(nèi)部孔隙水量增加。我國有的地區(qū)盡管并不很寒冷，但冬季的凍融次數(shù)仍然較多，混凝土凍蝕并不少見。嚴(yán)寒地區(qū)混凝土凍蝕嚴(yán)重的多為朝南構(gòu)件，而一般寒冷地區(qū)則為朝北構(gòu)件，也與反復(fù)凍融次數(shù)有關(guān)。冰凍地區(qū)的建筑物室外混凝土構(gòu)件在受凍前可能接觸雨水或其他水體的部位應(yīng)按凍融環(huán)境設(shè)計(jì)，經(jīng)受橋梁上部結(jié)構(gòu)滲漏作用的下部梁、柱（墩）表面，其受濕部位在凍融地區(qū)也需要考慮凍融環(huán)境的作用。我國現(xiàn)行規(guī)范中對混凝土抗凍等級的要求多按當(dāng)?shù)刈罾涞脑缕骄鶜鉁剡M(jìn)行區(qū)分，這在使用上有其方便之處，但最冷月平均氣溫并不很低的地區(qū)，混凝土也有經(jīng)歷凍融循環(huán)的可能。本《指南》對凍融環(huán)境作用等級的劃分，主要考慮飽水程度與年凍融次數(shù)這兩種因素。由于缺乏各地區(qū)年凍融次數(shù)的統(tǒng)計(jì)資料，現(xiàn)仍暫時按當(dāng)?shù)刈罾湓碌钠骄鶜鉁乇硎?。對于飽水程度，區(qū)分為重度飽水和中度飽水兩種情況，前者指受凍前長期或頻繁接觸水體或濕潤土體，混凝土體內(nèi)高度飽水，后者指受凍前偶受雨淋或潮濕，混凝土體內(nèi)的飽水程度不高。有氯鹽的凍融環(huán)境，主要指冬季噴灑除冰鹽的環(huán)境。含鹽分的水溶液不僅造成混凝土內(nèi)部損傷，而且能使混凝土表面起皮剝蝕，鹽中的氯離子還會引起混凝土內(nèi)部鋼筋的銹蝕（除冰鹽引起的鋼筋銹蝕歸入Ⅳ類環(huán)境）。除冰鹽的剝蝕作用程度與混凝土濕度有關(guān)；銹蝕作用與積累在混凝土表面的氯離子濃度有關(guān)。后者取決于冬季灑鹽的頻度和用量、除冰鹽的類別以及受雨水沖淋等許多因素；不同構(gòu)件及部位由于方向、位置不同，受除冰鹽直接、間接污染或?yàn)R射的程度也會有很大差別。寒冷地區(qū)海洋和近海環(huán)境中的混凝土表層當(dāng)接觸水分時也會發(fā)生鹽凍，但海水的含鹽濃度要比除冰鹽融雪后的鹽水低得多。海水的冰點(diǎn)較低，所以在有的寒冷地區(qū)并不出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象，在這種情況下可以不考慮凍融環(huán)境作用，但如能提出引氣要求，也有利于防止鹽結(jié)晶破壞。3.2.5本條給出了海洋氯化物環(huán)境的作用等級。近海和海洋環(huán)境（Ⅲ類）主要指來自海水的氯鹽引起鋼筋銹蝕的環(huán)境，可進(jìn)一步分為水下區(qū)、潮汐區(qū)、浪濺區(qū)、大氣區(qū)和土中區(qū)。長年浸沒于海水中的混凝土，由于引起鋼筋脫鈍所需的氯離子臨界濃度在飽水條件下得以提高，又因水中缺氧使銹蝕發(fā)展速度變得極其緩慢甚至停止，所以相對來說不會有太大問題。潮汐區(qū)特別是浪濺區(qū)的情況則正好相反，二者均處于干濕交替狀態(tài)，混凝土表面的氯離子可通過吸收、擴(kuò)散、滲透等多種途徑侵入混凝土內(nèi)部，而且干濕交替的環(huán)境條件使得鋼筋脫鈍所需的氯離子臨界濃度也降到最低，同時供氧供水充足，具備銹蝕發(fā)展的充分條件。浪濺區(qū)的供氧最為充分，銹蝕最嚴(yán)重；由頻繁干濕交替造成的鹽結(jié)晶腐蝕在這一區(qū)域也最為嚴(yán)重。我國《海港混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》在大量調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，分別對浪濺區(qū)和潮汐區(qū)提出不同的要求。但本《指南》考慮到設(shè)計(jì)施工方便以及潮汐區(qū)內(nèi)進(jìn)行修復(fù)的難度，將潮汐區(qū)與浪濺區(qū)統(tǒng)一按同一作用等級考慮。南方炎熱地區(qū)溫度高，氯離子擴(kuò)散系數(shù)增大，銹蝕發(fā)展速度也會加劇，所以在南方炎熱地區(qū)的浪濺區(qū)混凝土構(gòu)件中，鋼筋遭受腐蝕的程度最甚。海洋和近海地區(qū)的大氣中都會含有氯離子。海洋大氣區(qū)處于浪濺區(qū)的上方，海浪拍擊可產(chǎn)生大小為0.1～20微米的細(xì)小霧滴，較大的霧滴積聚于附近，而較小的霧滴可隨風(fēng)飄移到近海的陸上地區(qū)。海上橋梁的上部構(gòu)件離浪濺區(qū)很近時，受到濃重的鹽霧作用在構(gòu)件混凝土表層內(nèi)積累的氯離子濃度可以很高，而且同時又處于干濕交替的不利狀態(tài)，在浪濺區(qū)與其上方的大氣區(qū)之間，構(gòu)件表層混凝土的氯離子濃度沒有明確的界限，設(shè)計(jì)時應(yīng)該根據(jù)具體情況偏于安全選用。Fluge曾調(diào)查挪威的一座海上大橋，上部結(jié)構(gòu)為多跨混凝土箱梁。調(diào)查發(fā)現(xiàn)這些箱梁受到大氣鹽霧作用累積在構(gòu)件混凝土表層的氯離子濃度，與其離開海平面的高度有關(guān)，隨著高度的增加而降低。同一構(gòu)件上不同部位的混凝土表面氯離子濃度也有很大差異，并與其朝向和截面尺寸有關(guān)，箱梁的底面及背風(fēng)面的混凝土表面氯離子濃度最高；離海面平均水位約12m高處測得的混凝土表層氯離子最大濃度，已與浪濺區(qū)差別不大（這一高度在高潮位又遇大的風(fēng)浪時也可能受到浪濺的影響），但20m高處的混凝土表層氯離子最大濃度則降到約浪濺區(qū)的一半。Sorensen與Maahn調(diào)查丹麥的幾座已建成15～20年的橋梁，發(fā)現(xiàn)離海面平均水位高度10～15m以下的混凝土構(gòu)件，其表面氯離子濃度大體相近；在15m以上的高度，構(gòu)件表面的混凝土氯離子濃度明顯下降。根據(jù)這些研究，本《指南》暫定離海面平均水位15m高度以下按浪濺區(qū)對待。雖然大氣鹽霧區(qū)的混凝土表面氯離子濃度可以積累到與浪濺區(qū)相近（甚至還有大于浪濺區(qū)的報道），但浪濺區(qū)的混凝土表面氯離子濃度可認(rèn)為從一開始就達(dá)到其最大值，而大氣鹽霧區(qū)則需許多年才能逐漸積累到最大值；此外，浪濺區(qū)的干濕交替程度也明顯高于大氣區(qū)，所以浪濺區(qū)的環(huán)境還是最為嚴(yán)酷。在平均水位上方的15m內(nèi)，應(yīng)該是越靠下的部位，所受的環(huán)境作用越接近浪濺區(qū)?？拷０兜年懮洗髿庖埠}分，其濃度與具體的地形、地物、風(fēng)向、風(fēng)速等多種因素有關(guān)。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN206-1和德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN1045-2對海岸邊的混凝土構(gòu)件規(guī)定最低強(qiáng)度等級相當(dāng)于C40和水灰比（或等效水膠比）不大于0.5，但沒有明確界定離岸的距離范圍。日本公路協(xié)會的手冊規(guī)定離海岸100m內(nèi)為防腐蝕一級設(shè)防區(qū)，100m外為二級設(shè)防區(qū)。日本建筑學(xué)會頒布的高耐久性混凝土設(shè)計(jì)與施工建議規(guī)定：緊接海洋（0m）為重鹽害區(qū)，50m內(nèi)為鹽害區(qū)，200m內(nèi)為準(zhǔn)鹽害區(qū)，超過200m為不考慮鹽害區(qū)，認(rèn)為超過200m外的混凝土表面不會有氯離子的明顯積累，這種認(rèn)識可能與考慮的工程對象是建筑群有關(guān)。更多的調(diào)查研究資料得出，近海的鹽霧可以飄向離海很遠(yuǎn)的陸地。英國Hobbs在為英國混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)劃分環(huán)境作用類別時，將離海岸100m以內(nèi)的室外環(huán)境與浪濺區(qū)和潮汐區(qū)同樣對待，需要考慮大氣鹽霧氯離子侵蝕作用的室外環(huán)境遠(yuǎn)至離海岸3000m。2002年出版的日本土木學(xué)會混凝土標(biāo)準(zhǔn)中，提出近海大氣區(qū)的混凝土表面氯離子濃度cs（用混凝土質(zhì)量的比值表示）為：浪濺區(qū)0.65%，岸線附近0.45%，離海岸距離0.1km處0.225%，0.25km處0.15%，0.5km處0.1%，1.0km處0.075%。美國ACI365委員會開發(fā)的一個用于使用壽命設(shè)計(jì)的計(jì)算程序Life-365中，則取海上和近海鹽霧區(qū)的混凝土表面氯離子濃度Cs（用混凝土質(zhì)量的比值表示）的計(jì)算值為：潮汐浪濺區(qū)為瞬時到定值0.8%，海上鹽霧區(qū)以每年0.10％的累積速度到最終定值1.0％，離海岸800m內(nèi)以每年0.04％的累積速度到最終定值0.6％，離海岸1.5km內(nèi)以每年0.02％的累積速度到最終定值0.6％。根據(jù)我國浙東等沿海地區(qū)的調(diào)查，構(gòu)件的腐蝕程度與離岸遠(yuǎn)近及朝向有很大關(guān)系，靠近海岸且暴露于室外的構(gòu)件應(yīng)考慮鹽霧的作用。煙臺地區(qū)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，離海岸100m內(nèi)的室外混凝土構(gòu)件受到嚴(yán)重銹蝕?！吨改稀氛谋?.2.5中對靠海構(gòu)件環(huán)境作用等級的劃分，尚有待積累更多調(diào)查數(shù)據(jù)后作進(jìn)一步修正。設(shè)計(jì)人員宜在調(diào)查工程所在地區(qū)具體環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，采取適當(dāng)?shù)姆栏g要求。近海和海洋環(huán)境對混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕作用應(yīng)該與當(dāng)?shù)睾Ｋ械暮}量有關(guān)。這里主要按照一般海水的氯離子含量（約18～20kg/m3）考慮。不同地區(qū)海水的含鹽量可有很大差別，沿海地區(qū)的海水含鹽量還受到江河淡水排放的影響，這些都值得在設(shè)計(jì)中加以研究?？拷映隹诘暮程?，海水的含鹽量有可能較低并隨季節(jié)變化，例如杭州灣大橋的海水氯離子濃度年平均約為14kg/m3。使用過程中可能接觸到海水的建筑物構(gòu)件，如濱海建筑物的外墻構(gòu)件、海洋館中接觸海水的結(jié)構(gòu)構(gòu)件等，應(yīng)按近海環(huán)境和除冰鹽等其他氯化物環(huán)境設(shè)計(jì)。海底隧道結(jié)構(gòu)的構(gòu)件維修困難，宜取用較高的環(huán)境作用等級。一面接觸海水另一面接觸空氣的混凝土構(gòu)件，其內(nèi)部鋼筋的銹蝕危險性與是否能夠同時接觸到海水與空氣相關(guān)。如果在使用周期內(nèi)僅能接觸到空氣或者海水則環(huán)境作用等級較低，否則應(yīng)提高環(huán)境作用等級。隧道混凝土構(gòu)件接觸土體的外側(cè)如無空氣進(jìn)入的可能，可按Ⅲ-D級的環(huán)境作用確定構(gòu)件的混凝土保護(hù)層厚度；如在外側(cè)設(shè)置排水通道有可能引入空氣時，應(yīng)按Ⅲ-E級考慮。隧道構(gòu)件接觸空氣的內(nèi)側(cè)可能接觸滲漏的海水，底板和側(cè)墻底部應(yīng)按Ⅲ-E級考慮，其它部位可根據(jù)具體情況確定，但不低于Ⅲ-D。隧道混凝土一般有防水等級的要求，但并不表明海水在使用年限中不會滲入混凝土內(nèi)部，只是滲入的程度不同而已，具體滲透深度與混凝土材料的水滲透系數(shù)以及外部海水壓力有關(guān)。伴隨著海水的滲入，內(nèi)部鋼筋的銹蝕危險性與內(nèi)部氯離子濃度、材料孔隙中氧氣分布以及鋼筋位置有關(guān)。本條的作用等級劃分是對這一復(fù)雜過程的簡化描述。3.2.6本條給出了除冰鹽和其他氯化物環(huán)境的作用等級。除冰鹽等其他氯化物環(huán)境（Ⅳ類）主要指來自海水以外的其他氯化物如除冰鹽、消毒劑等引起鋼筋銹蝕的環(huán)境。除冰鹽可以有多種途徑作用于混凝土構(gòu)件，含鹽的融雪水直接作用于路面，并通過伸縮縫等連接滲漏到橋面板下方的構(gòu)件表面，或者通過路面層和防水層的縫隙滲漏到混凝土橋面板的頂面。排出的鹽水如滲入地下土體，還會侵蝕混凝土基礎(chǔ)。此外，行駛的車輛會將路面上含鹽的水濺射到車道兩側(cè)的混凝土構(gòu)件表面；高速轉(zhuǎn)動的車輪更能將路面的水轉(zhuǎn)變成微細(xì)的霧滴，帶著鹽分隨氣流飄向更遠(yuǎn)的距離。在路側(cè)的柱、墩構(gòu)件上，受到氣流的影響，往往出現(xiàn)背側(cè)混凝土表層內(nèi)的氯離子濃度反而大于朝向路面一側(cè)的情況。積累于混凝土表層的氯離子量，也隨季節(jié)變化，冬季灑鹽時最高，以后隨雨水沖洗等影響而有所降低。據(jù)報道，在美國的降雪地帶，每個冬季灑在橋面上的除冰鹽約有1.2kg/m2,某些橋梁甚至達(dá)到4.9kg/m2。北歐國家每個冬季要灑30～70次氯化鈉除冰鹽，每次10～25g/m2，總用量較低些。在歐美，一般都將除冰鹽環(huán)境的侵蝕作用與海洋浪濺區(qū)同等對待。大規(guī)模使用氯化鈉類除冰鹽來融化道路積雪，在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)有30余年的歷史。由于此前在橋梁設(shè)計(jì)中沒有考慮除冰鹽的作用，給這些國家的橋梁結(jié)構(gòu)帶來極其嚴(yán)重的危害并造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。如果在設(shè)計(jì)中沒有采取針對性的防護(hù)措施，一些橋梁在除冰鹽侵蝕下甚至不到10年就需大修。氯鹽類除冰鹽價格低廉，能充足供應(yīng)，在預(yù)期的將來尚難被代替。我國近年來交通高速發(fā)展，大量采用除冰鹽化雪是今后必然要出現(xiàn)的趨勢。所以在橋梁的設(shè)計(jì)中必須提前采取防護(hù)措施。北方地區(qū)的停車庫也必須考慮除冰鹽作用，汽車的底盤和輪胎會積有含鹽的冰塊，入庫后融化會造成車庫混凝土樓板內(nèi)鋼筋的嚴(yán)重銹蝕。北方地區(qū)車庫的混凝土地面和樓板設(shè)計(jì)，要考慮汽車底盤和車輪帶入的除冰鹽作用，作用等級至少需按Ⅳ-D考慮。冬季使用除冰鹽地區(qū)的混凝土橋梁、道路和道路兩旁的露天構(gòu)件，必須考慮含除冰鹽的融化雪水（雨水）和由車輛高速行駛引起鹽霧的侵蝕作用，包括含鹽的滲漏水自橋面流向下部梁、柱表面以及含鹽雨水滲入土中對橋梁下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的侵蝕作用。接觸含氯消毒劑的混凝土結(jié)構(gòu)物如游泳池的池壁、周圍地面等，也必須考慮氯化物對混凝土內(nèi)鋼筋的腐蝕作用。3.2.7本條給出了三類化學(xué)腐蝕環(huán)境的作用等級。土、水中的化學(xué)腐蝕環(huán)境（V1）主要考慮土體和水體中化學(xué)物質(zhì)的腐蝕作用。這些化學(xué)物質(zhì)溶解在土體的孔隙溶液或者地下水中、超過一定濃度就會對混凝土發(fā)生腐蝕作用。硫酸鹽對混凝土的腐蝕作用與硫酸鹽的種類及其濃度，混凝土表面的干濕交替程度和溫度有關(guān)，還與土的滲透性和地下水的流動性有很大關(guān)系。侵蝕混凝土的硫酸鹽主要來自周圍的水、土，也可能來自原本受過硫酸鹽侵蝕的混凝土骨料以及混凝土外加劑，如噴射混凝土中常使用較大劑量的鈉鹽速凝劑。在常見的硫酸鹽中，對混凝土腐蝕的嚴(yán)重程度依次為硫酸鎂、硫酸鈉和硫酸鈣。硫酸鈣不易溶于水，難以造成明顯的腐蝕。當(dāng)用酸溶法測定土中硫酸鹽的硫酸根離子濃度時，就會引入硫酸鈣的成分，所以表3.2.7-1的土中硫酸根離子濃度，為水溶浸出測定的數(shù)值。硫酸鹽對混凝土的化學(xué)腐蝕是兩種化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，一是與混凝土中的水化鋁酸鈣起反應(yīng)形成硫鋁酸鈣即鈣礬石，二是與混凝土中氫氧化鈣結(jié)合形成硫酸鈣（石膏），兩種反應(yīng)均會造成體積膨脹，使混凝土開裂。硫酸鹽對混凝土的化學(xué)腐蝕過程很慢，通常要進(jìn)行好多年，開始時混凝土表面泛白，隨后開裂、剝落破壞。當(dāng)土中構(gòu)件暴露于流動的地下水中時，硫酸鹽得以不斷補(bǔ)充，腐蝕的產(chǎn)物也被帶走，破壞速率就非常嚴(yán)重。相反，在滲透性很低的粘土中，當(dāng)表面淺層的混凝土遭硫酸鹽腐蝕后，較難引起進(jìn)一步的腐蝕。腐蝕性很強(qiáng)的硫酸鹽還有硫酸銨，此事需單獨(dú)考慮銨離子的作用，但自然界中的硫酸銨不多見，在長期施加化肥的土地中需要注意。土中可溶硫酸鹽的硫酸根離子濃度如大于0.1%（水中SO42-大于200mg/l）就有可能損害混凝土，如大于0.4％（水中SO42-2000mg/l）將可能有較大損害。沿海地區(qū)和鹽堿地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)，必須考慮當(dāng)?shù)卮髿狻⒌叵滤屯林锌赡艽嬖诟g性化學(xué)物質(zhì)的作用。一般來說，硅酸鹽水泥混凝土的抗酸能力較差，如果水的pH值小于6，對于抗?jié)B性較差的混凝土就會造成損害。水中若溶有CO2、SO42-或Cl-等酸性離子，混凝土堿度就會大幅下降，并影響水泥水化產(chǎn)物的穩(wěn)定性。酸的來源多種多樣，許多燃料產(chǎn)生含硫氣體，與水結(jié)合形成硫酸；地下水中有時溶有二氧化碳帶酸性；工業(yè)廢水和污水也往往含酸。酸對混凝土的腐蝕作用主要是與硅酸鹽水泥水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣起反應(yīng)，如果混凝土骨料是石灰石或白云石，也會與這些骨料起化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)物是水溶性的鈣化學(xué)物，可以被水溶液浸出（草酸和磷酸形成的鈣鹽除外）。對于硫酸來說，還會進(jìn)一步形成硫酸鹽造成硫酸鹽侵蝕。如果酸、鹽溶液能到達(dá)鋼筋表面，則引起鋼筋銹蝕，反過來造成混凝土順筋開裂和剝落。低水膠比的密實(shí)混凝土能夠抵抗弱酸的侵蝕，但是硅酸鹽水泥混凝土不能承受高濃度酸的長期作用，這時必須在混凝土表面采取涂層復(fù)蓋等措施，尤其在流動的地下水中。表3.2.7-1的分級，主要參考了歐州、美國和英國等有關(guān)規(guī)范和我國《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021）中的規(guī)定。當(dāng)結(jié)構(gòu)所處環(huán)境中有多種化學(xué)腐蝕物質(zhì)時，一般會加重腐蝕的程度。如Mg2+和SO42-同時存在時能引起雙重腐蝕。但兩種以上的化學(xué)物質(zhì)有時也可能產(chǎn)生相互的抑制作用，如海水環(huán)境中的氯鹽可能會減弱硫酸鹽的危害。有資料報道，如無Cl-存在，濃度約為250mg∕l的SO42-就能引起純硅酸鹽水泥混凝土的腐蝕，如Cl-濃度超過5000mg∕l，則造成損害的SO42-濃度需提高到約1000mg∕l以上。海水中的硫酸鹽含量很高，但有大量氯化物存在，所以不再單獨(dú)考慮硫酸鹽的作用。鹽結(jié)晶環(huán)境（V2）主要考慮濱海鹽土和內(nèi)陸鹽土地區(qū)地下水、土中得鹽類對混凝土的鹽結(jié)晶破壞作用。這些地區(qū)的地下水、土中含有豐富的硫酸鹽、氯鹽和碳酸鹽等鹽類，會通過混凝土表面毛細(xì)孔隙的吸附和孔隙水中的擴(kuò)散作用進(jìn)入混凝土內(nèi)部并向上遷移，到達(dá)地表以上由于大氣相對干燥，毛細(xì)孔隙中的水溶液蒸發(fā)使鹽分濃度不斷增加并生成結(jié)晶。這些地區(qū)的電桿、墩柱、墻體等混凝土構(gòu)件在地面以上約1m左右高的范圍內(nèi)常出現(xiàn)這類結(jié)晶破壞。不同的鹽類與濃度以及環(huán)境濕度與溫度的頻繁變化是這種侵蝕環(huán)境的主要作用因素。我國西部還有鹽湖地區(qū)，水、土中鹽類濃度可超出海水中的10倍以上，這些情況則需專門研究對待。鹽土地區(qū)的大氣中也會含有鹽分，在干濕交替條件下同樣能在混凝土表層內(nèi)積累引起結(jié)晶破壞，但程度相對較輕。近海和海洋環(huán)境的混凝土當(dāng)接觸海水和大氣中的鹽分并頻繁處于干濕交替的條件下也會出現(xiàn)這種破壞。表3.2.7-2給出了干旱、高寒地區(qū)硫酸鹽結(jié)晶的環(huán)境作用濃度劃分。大氣污染環(huán)境（V3）主要考慮大氣中SO2產(chǎn)生的酸雨，汽車和機(jī)車排放的NO2廢氣，以及鹽堿地區(qū)空氣中的鹽分對混凝土的腐蝕作用。這種環(huán)境對混凝土結(jié)構(gòu)的作用程度可有很大差別，宜根據(jù)當(dāng)?shù)氐恼{(diào)查情況確定其等級。3.2.8所有鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件都會處于Ⅰ類環(huán)境（碳化引起的鋼筋銹蝕環(huán)境），但同一構(gòu)件很可能還會受到多類環(huán)境的作用。比如建筑物的室內(nèi)構(gòu)件，通常只受到Ⅰ類環(huán)境作用；北方建筑物的外墻，除了一般環(huán)境作用外，還要考慮Ⅱ環(huán)境的凍融作用。當(dāng)構(gòu)件可能受到多類環(huán)境作用時，每種環(huán)境類別下的作用都需滿足，如北方嚴(yán)寒地區(qū)的海灣橋梁浪濺區(qū)構(gòu)件，可能需要考慮Ⅰ-C（鋼筋在干濕交替下的碳化銹蝕）、Ⅱ-D（混凝土的鹽凍腐蝕）和Ⅲ-E（海水氯鹽引起的鋼筋銹蝕）的作用，但各類環(huán)境的作用等級不同，其中最高的是E級。通常情況下，如能滿足其中最高作用等級的環(huán)境類別，其他較低作用等級類別下的要求也就自然滿足。但有時也會有例外，主要發(fā)生在有凍融的情況，因?yàn)檫@時的混凝土往往有引氣要求。當(dāng)結(jié)構(gòu)所處環(huán)境中含有多種化學(xué)腐蝕物質(zhì)時，一般會加重腐蝕的程度。如Mg2+和SO42-同時存在時能引起雙重腐蝕。但兩種以上的化學(xué)物質(zhì)有時也可能產(chǎn)生相互抑制的作用。例如，海水環(huán)境中的氯鹽就可能會減弱硫酸鹽的危害。有資料報道，如無Cl-存在，濃度約為250mg/L的SO42-就能引起純硅酸鹽水泥混凝土的腐蝕，如Cl-濃度超過5000mg/L，則造成損害的SO42-濃度要提高到約1000mg/L以上，其原因是石膏（硫酸鈣）和硅酸三鈣在有NaCl存在時在水中的溶解度加大、并被海水帶走，從而緩解了鈣礬石的生成。海水中的硫酸鹽含量很高，但有大量氯化物存在，所以不再單獨(dú)考慮硫酸鹽的作用。但是，上述SO42-與Cl-之間的抑制作用在土中就可能很微弱。荷載產(chǎn)生的應(yīng)力狀態(tài)有可能加劇環(huán)境作用的材料性能劣化過程。但根據(jù)試驗(yàn)室內(nèi)小型試件的研究結(jié)果表明：在壓應(yīng)力狀態(tài)下，如果混凝土的壓應(yīng)力較低，不超過一般結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)下的應(yīng)力水平（低于抗壓強(qiáng)度的0.4倍），在氯鹽或凍融環(huán)境下，并不會加重環(huán)境對混凝土的劣化作用；而且當(dāng)壓應(yīng)力較小時反而有利，這與使用狀態(tài)下的混凝土應(yīng)力尚不至于引起混凝土內(nèi)固有微裂縫擴(kuò)展的認(rèn)識一致；對于拉應(yīng)力狀態(tài)，清華大學(xué)曾作過素混凝土和配筋混凝土受彎構(gòu)件浸泡于氯鹽溶液中的彎曲持久加載試驗(yàn)，當(dāng)混凝土中的鋼筋應(yīng)力較低并不超過一般結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)下的鋼筋應(yīng)力水平時，相應(yīng)的拉區(qū)混凝土抗氯離子擴(kuò)散的電量指標(biāo)也沒有明顯變化?；炷恋奶蓟俣仍谑芾瓲顟B(tài)下有所增加，但其影響與溫度變化等其他環(huán)境因素相比顯得并不突出。因此，本《指南》沒有專門考慮荷載作用下的應(yīng)力狀態(tài)對環(huán)境作用的影響。但在高應(yīng)力狀態(tài)或反復(fù)荷載作用下，環(huán)境對混凝土的劣化作用會明顯加劇。在新的歐洲規(guī)范中，對于環(huán)境嚴(yán)重作用下的混凝土，要求進(jìn)一步復(fù)核混凝土的最大壓應(yīng)力并加以限制。設(shè)計(jì)人應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體受力特點(diǎn)，必要時在耐久性設(shè)計(jì)中采取更為嚴(yán)格的要求。3.2.9引氣混凝土能夠提高結(jié)構(gòu)的耐久性，但必須滿足規(guī)定的抗凍耐久性指數(shù)DF值或規(guī)定的氣泡間隔系數(shù)的要求（見表4.1.7-2和4.1.7-3）。如無抗凍要求而僅為提高混凝土的耐久性能，一般可按寒冷地區(qū)混凝土中度飽水的抗凍要求規(guī)定引氣混凝土的DF值或氣泡間隔系數(shù)。新拌混凝土的含氣量是引氣混凝土的重要質(zhì)量指標(biāo)之一，但有時并不總能準(zhǔn)確反映引氣混凝土的耐久性質(zhì)量，參見4.0.8條的說明。3.2.11混凝土中的堿（Na+和K+）與砂、石骨料中某些含有活性硅的成份起反應(yīng)，稱為堿硅反應(yīng)；某些碳酸鹽類巖石（如白云石）骨料也能與堿起反應(yīng)，稱為堿碳酸鹽反應(yīng)。這些堿骨料反應(yīng)能引起混凝土體積膨脹、開裂，被視為混凝土的“癌癥”，在國內(nèi)外都發(fā)生過不少工程損壞事例。環(huán)境作用下的混凝土化學(xué)腐蝕大多由外部的腐蝕性物質(zhì)引起并從混凝土表面開始，但堿-骨料反應(yīng)卻是從內(nèi)部發(fā)生的。堿骨料反應(yīng)對結(jié)構(gòu)的破壞是一個長期的漸進(jìn)過程，其潛伏期可達(dá)十幾年或幾十年，而且一旦發(fā)現(xiàn)表面開裂，結(jié)構(gòu)損傷往往已嚴(yán)重到無法修復(fù)的程度。發(fā)生堿-骨料反應(yīng)的充分條件是：混凝土有較高的堿含量，骨料有較高的活性和水分的參與。如果混凝土在使用過程中不會接觸到水，即使含堿量較高和含有活性骨料的混凝土也不會發(fā)生堿骨料反應(yīng)。如果使用環(huán)境可能遭受潮濕，而骨料活性可能較低，這就必須采用低堿水泥或同時使用大摻量礦物摻和料，并通過嚴(yán)格的測試，才可有條件地應(yīng)用低活性的骨料。在混凝土中加入足夠摻量的粉煤灰、礦渣或沸石等摻合料，能夠抑制堿骨料反應(yīng)。采用密實(shí)的低水膠比混凝土能有效阻止水分進(jìn)入混凝土內(nèi)部，也有利于防止反應(yīng)的發(fā)生。骨料活性的檢測通常首先進(jìn)行骨料的巖相分析，如果巖相分析識別出堿硅反應(yīng)或者堿碳酸鹽反應(yīng)的活性成分，便需要繼續(xù)使用試驗(yàn)室來定量評價骨料的堿活性。我國現(xiàn)行規(guī)范采用的方法接近美國ASTMC1260試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。一般來講，經(jīng)過上述的試驗(yàn)，14天的膨脹率在0.20%以上的骨料被認(rèn)為具有顯著的堿活性。但是相關(guān)的研究表明，單憑快速砂漿棒膨脹試驗(yàn)認(rèn)定的骨料活性并不總能在實(shí)際的混凝土材料中引發(fā)堿骨料反應(yīng)。于是，一些國家的規(guī)范進(jìn)一步規(guī)定了根據(jù)實(shí)際混凝土配比制作的混凝土棱柱試件的膨脹試驗(yàn)，試驗(yàn)的時間也較長，常為半年或者一年。工程界目前對堿骨料反應(yīng)的防范原則，是從混凝土骨料的堿活性、環(huán)境干濕條件和結(jié)構(gòu)的重要性或結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限來決定堿骨料反應(yīng)的設(shè)防策略。抑制堿骨料反應(yīng)的措施主要包括：對水泥和混凝土其它組分的堿含量控制和摻加礦物摻合料。在加拿大標(biāo)準(zhǔn)CSAC23.2-27A對抑制堿硅反應(yīng)的具體措施中，先根據(jù)砂漿棒快速膨脹試驗(yàn)和混凝土棱柱試件膨脹試驗(yàn)結(jié)果確定骨料的堿活性程度（無活性、中度活性和高活性），根據(jù)骨料的堿活性程度和環(huán)境的干濕程度及是否為塊體結(jié)構(gòu)確定堿硅反應(yīng)的危險等級（無、中度和顯著），根據(jù)不同的危險等級和結(jié)構(gòu)的不同使用壽命確定設(shè)防水準(zhǔn)（共4個等級），其中最高的等級是：高活性骨料，潮濕環(huán)境或置于水、土中，使用壽命75年以上；對于這種最不利的情況，如果不得不采用高活性骨料，必須同時滿足兩個要求：1）采用的硅酸鹽水泥含堿量（等效Na2O當(dāng)量）小于1.8kg/m3(每方混凝土)；2）摻加足夠數(shù)量的礦物摻和料，如單摻粉煤灰且粉煤灰的含堿量（等效Na2O當(dāng)量）小于3kg/m3，粉煤灰置代的水泥量按重量比應(yīng)大于25％（粉煤灰的CaO量小于8％時）或30％（CaO量8％～20％時）；如粉煤灰的含堿量（等效Na2O當(dāng)量）為3～4.5kg/m3，粉煤灰置代的水泥量按重量比應(yīng)大于30％（粉煤灰的CaO量小于8％時）或35％（CaO量8％～20％時），不采用CaO量高于20％或含堿量大于4.5kg/m3的粉煤灰；如單摻磨細(xì)礦渣，礦渣的含堿量應(yīng)小于1kg/m3，置代量大于50％；如為雙摻，每種礦料的置代量可以降低，但與上述單摻時最小摻量的比值，加在一起不能小于1。以上環(huán)境條件和大于75年的使用壽命，如骨料為中度活性，或者骨料為高度活性而使用壽命為5～75年，則可采取上述兩個條件之一。高活性的骨料用于75年以上使用壽命的干燥環(huán)境中的非塊體結(jié)構(gòu)，要求硅酸鹽水泥的含堿量小于2.4kg/m3，或者摻加足夠數(shù)量的礦料如上面所述。與堿骨料反應(yīng)相似，源自混凝土內(nèi)部的化學(xué)腐蝕還有混凝土中的鈣礬石延遲生成（DelayedEttringiteFormation,簡寫作DEF）。鈣礬石是水泥中的石膏等硫酸鹽和鋁酸三鈣等鋁酸鹽與水接觸起反應(yīng)的水化產(chǎn)物，正常情況下應(yīng)在混凝土拌和后的水泥水化初期形成。如在硬化后的混凝土中剩有較多的早期未起反應(yīng)的硫酸鹽和鋁酸三鈣（C3A），則在混凝土以后的使用過程中如接觸到水就會再起反應(yīng)，延遲生成鈣礬石。后者在生成過程中體積膨脹，導(dǎo)致已經(jīng)硬化的混凝土開裂。這一反應(yīng)也稱內(nèi)部硫酸鹽腐蝕?；炷猎缙谡麴B(yǎng)過度能阻止鈣礬石生成或使其重新分解。防止鈣礬石延遲生成的主要途徑是降低養(yǎng)護(hù)溫度，限制水泥熟料中的硫酸鹽和C3A含量，混凝土在使用階段避免與水接觸。溶蝕是混凝土在環(huán)境流水作用下，可溶性物質(zhì)不斷溶解、材料固相不斷劣化的過程。軟水能使水泥漿體內(nèi)的堿金屬氧化物和含鈣的水化產(chǎn)物發(fā)生水解或使之溶解，長期作用會導(dǎo)致混凝土滲透性增大、強(qiáng)度降低。酸性水也有類似作用。一切有利于增加混凝土密實(shí)性的措施均有助于減輕浸出作用。3.3設(shè)計(jì)使用年限3.3.1環(huán)境作用下的結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)，其基本目標(biāo)是在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，考慮到環(huán)境因素可能引起的材料性能劣化以后，仍能保證結(jié)構(gòu)應(yīng)有的適用性與安全性。由于材料性能劣化是一個漸進(jìn)和長期的過程，遠(yuǎn)在混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕到喪失安全性并進(jìn)入承載力極限狀態(tài)以前，通常會首先出現(xiàn)混凝土表面剝蝕、銹跡、裂縫并進(jìn)而發(fā)展到順筋開裂、混凝土保護(hù)層剝落等有礙適用性的跡象。所以一般來說，結(jié)構(gòu)的使用年限首先與適用性失效的正常使用極限狀態(tài)相聯(lián)系。另外，從結(jié)構(gòu)承載力的安全性角度看，結(jié)構(gòu)必須滿足規(guī)范規(guī)定的安全度或安全可靠指標(biāo)，所以完全按照規(guī)范最低要求設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，在其使用過程中的材料劣化是不能影響到其初始承載力的，否則必須在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時留出額外的安全儲備。以普通鋼筋的銹蝕為例，鋼筋銹蝕到發(fā)生順筋開裂時的截面半徑損失約為0.1mm，對于承載力尚無明顯影響，這已經(jīng)是正常使用的極限狀態(tài)。所以與使用年限終結(jié)相對應(yīng)的耐久性極限狀態(tài)，只能屬于正常使用極限狀態(tài)的范疇。但在實(shí)際工程中有一些特殊構(gòu)件，比如高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼筋（鋼絞線）和高強(qiáng)拉索，一旦發(fā)生應(yīng)力腐蝕，腐蝕進(jìn)程不易從構(gòu)件的外表察覺，其破壞又呈高度脆性，這種因耐久性不足直接導(dǎo)致承載力失效的嚴(yán)重后果需要特別注意。結(jié)構(gòu)的使用年限可以通過修理延長，從可修復(fù)的角度看，也不能等到材料的劣化程度發(fā)展到很嚴(yán)重時再進(jìn)行修理，這樣將付出更大的代價，所以結(jié)構(gòu)的使用年限又與結(jié)構(gòu)的可修復(fù)性相關(guān)。只有明確使用年限終結(jié)時的極限狀態(tài)及其后果的嚴(yán)重程度，才能對耐久性設(shè)計(jì)提出恰當(dāng)?shù)囊?。這種極限狀態(tài)通常應(yīng)與鋼筋銹蝕或混凝土腐蝕到某一不可接受的適用性極限狀態(tài)相聯(lián)系，如以混凝土表面出現(xiàn)某種不能接受的損傷，或鋼筋銹蝕導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)順筋開裂或裂寬達(dá)到某一限值作為極限狀態(tài)。采取何種劣化程度作為極限狀態(tài)，取決于結(jié)構(gòu)的功能要求與重要性，還要考慮到可修復(fù)性的要求。在本《指南》中，對于普通鋼筋的碳化銹蝕，以鋼筋出現(xiàn)銹蝕并持續(xù)發(fā)展到混凝土順筋開裂作為使用年限終結(jié)時的極限狀態(tài)，這時的構(gòu)件承載力尚不至于受到削弱，仍能符合設(shè)計(jì)對承載力確定的最低可靠指標(biāo)或安全儲備的要求；對于氯鹽引起的普通鋼筋銹蝕，由于銹蝕后的發(fā)展速度很快，則以鋼筋開始銹蝕作為使用年限終結(jié)時的極限狀態(tài)。對于高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼筋或拉索的銹蝕，也以鋼材一開始銹蝕就作為可接受的極限狀態(tài)，并考慮到其脆斷后果的嚴(yán)重性，需要采取更嚴(yán)格的措施如多重防護(hù)手段。對于鋼筋混凝土的凍融損傷和化學(xué)腐蝕，則以混凝土表面不出現(xiàn)明顯的損傷或不致明顯削弱對鋼筋的保護(hù)作用作為可接受的極限狀態(tài)，否則就應(yīng)在設(shè)計(jì)中額外加大混凝土截面的厚度或鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度。與一般荷載作用下的結(jié)構(gòu)承載力（強(qiáng)度）設(shè)計(jì)一樣，結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)也必須要有相應(yīng)的保證率或安全裕度。所以，結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件的設(shè)計(jì)使用年限，并不是群體概念上的均值使用年限。綜合國外已有的一些研究資料，如果以適用性失效作為使用年限的終結(jié)界限，這時的壽命安全系數(shù)一般應(yīng)在1.8～2左右，即如果設(shè)計(jì)使用年限定為50年，則達(dá)到適用性失效時的群體平均壽命應(yīng)為90～100年左右；如果用可靠度的概念，到達(dá)設(shè)計(jì)使用年限時的適用性失效概率約為5～10％，或可靠指標(biāo)為1.5左右。如果使用年限結(jié)束時處于承載能力失效的極限狀態(tài)，則壽命安全系數(shù)應(yīng)大于3。壽命安全系數(shù)在數(shù)值上要比構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計(jì)的安全系數(shù)大得多，這是由于與耐久性有關(guān)的各種參數(shù)具有大得多的變異性。3.3.2我國現(xiàn)行規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限的要求主要包括：《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50153規(guī)定了房屋建筑、公路橋涵、鐵路橋涵以及港口工程等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限；城市橋梁、隧道、城市給排水設(shè)施可分別按照現(xiàn)行國家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JTGB01、《城市軌道交通技術(shù)規(guī)范》GB50490、《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》GB50788的規(guī)定確定結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限。特殊重要的紀(jì)念性或標(biāo)志性結(jié)構(gòu)物，其設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)大于100年；大城市中的高層建筑或大型建筑物，其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限宜不小于70年；工礦建筑與構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限宜與生產(chǎn)的設(shè)計(jì)服務(wù)年限相應(yīng)，某些工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限因現(xiàn)代生產(chǎn)工藝的快速變更或根據(jù)實(shí)際需要可定為30年。當(dāng)結(jié)構(gòu)的使用年限預(yù)期會因服務(wù)功能的快速變化(如橋梁通行能力的快速增長)而提前終結(jié)，或當(dāng)環(huán)境特別嚴(yán)酷，采取較長的使用年限受到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上的制約時，則在主管部門和業(yè)主的同意下，可按較低的設(shè)計(jì)使用年限進(jìn)行設(shè)計(jì)，但一般不宜低于30年。本《指南》僅提出100年、50年和30年三種設(shè)計(jì)使用年限下的具體設(shè)計(jì)要求，對于介于其中的不同設(shè)計(jì)使用年限下的要求，可以大體按照內(nèi)插的方法處理。英國建筑物的設(shè)計(jì)使用年限分為臨時（10年以下），短壽命（不小于20年），中壽命（不小于30年），正常壽命（不小于60年）和長壽命（不小于120年）等5類，并可按用戶要求確定專門的期限如40年或其它。國際上對一般房屋建筑的設(shè)計(jì)壽命多在50~75年之間，重要建筑物和一般橋、隧等基礎(chǔ)設(shè)施工程的設(shè)計(jì)使用年限多為100年。英國對一些典型土建工程設(shè)計(jì)使用年限的要求為橋梁120年，機(jī)場地面15~20年，工業(yè)建筑30年，海洋工程40年，一般房屋60年，法院監(jiān)獄100年，公路隧道為150年，國家機(jī)構(gòu)與紀(jì)念性建筑200年。美國對橋梁的設(shè)計(jì)使用年限為不小于75～100年。1997年修訂后的日本建筑學(xué)會規(guī)范明確提出了建筑物的設(shè)計(jì)使用年限分為三個等級：1）長期等級，規(guī)定不需大修的年限約100年；2）標(biāo)準(zhǔn)等級，指多數(shù)建筑物如公寓辦公樓等，規(guī)定不需大修的年限約65年，使用年限100年；3）一般等級的低層私人住宅，規(guī)定不需大修的年限約30年，使用年限65年。出于節(jié)約資源和可持續(xù)發(fā)展的需要，考慮到橋、隧等生命線工程進(jìn)行修理、拆除所帶來的巨大經(jīng)濟(jì)損失和干擾，國際上對基礎(chǔ)設(shè)施工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限有進(jìn)一步延長的趨向。目前，我國的混凝土原材料資源已出現(xiàn)短缺，城市建筑物與人口密集程度高，更需避免大規(guī)模的頻繁修理、拆除與重建。因此，盡可能提高結(jié)構(gòu)物的安全性與耐久性質(zhì)量，延長結(jié)構(gòu)物的使用年限，應(yīng)該作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要指導(dǎo)原則之一。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限，通常指的是結(jié)構(gòu)在技術(shù)性能上能夠滿足使用要求的期限，即技術(shù)使用年限。但工程的使用年限還往往取決于其它因素，如橋梁結(jié)構(gòu)可因交通流量發(fā)展或車載增大而不能滿足新的功能要求，或因大修所需費(fèi)用過大不如拆除重建，這些由于功能和經(jīng)濟(jì)原因?qū)е率褂媚晗薜慕K結(jié)，稱為功能使用年限和經(jīng)濟(jì)使用年限，這種情況在我國當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時期內(nèi)尤為突出。所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮到今后長遠(yuǎn)發(fā)展的需要，在功能要求上也需有必要的貯備。3.3.3結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限，通常應(yīng)是結(jié)構(gòu)使用過程中僅需常規(guī)維護(hù)（包括構(gòu)件表面涂刷等）而不需進(jìn)行大修的期限。僅當(dāng)現(xiàn)有的技術(shù)條件不能保證結(jié)構(gòu)的所有構(gòu)件（或部件）均能達(dá)到與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限相同的耐久性時，或從經(jīng)濟(jì)等角度考慮認(rèn)為有必要時，則在業(yè)主認(rèn)可的前提下，可在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中規(guī)定結(jié)構(gòu)的個別構(gòu)件（或部件）需在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)進(jìn)行規(guī)定次數(shù)（1～2次或更多）的大修或更換。處于良好環(huán)境條件下的一般民用建筑物，在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)按僅需常規(guī)維護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。處于嚴(yán)重環(huán)境作用下的結(jié)構(gòu)物，在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，可對個別結(jié)構(gòu)構(gòu)件或部件（如橋梁拉索及支座件等）進(jìn)行定期大修或更換。結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件的使用年限可以通過維修延長，結(jié)構(gòu)中的個別部件也不一定能夠達(dá)到與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限相同的使用壽命。例如橋梁的壽命為100年，而橋梁中的拉索壽命一般定為30年，且在實(shí)際工程中往往不到30年就需要更換；有的預(yù)應(yīng)力體系組件的保證使用年限僅有40年。所以對橋梁等露天結(jié)構(gòu)來說，在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)需要對個別部件進(jìn)行大修或更換并非異常。設(shè)計(jì)人應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)進(jìn)行大修、減少修理次數(shù)，并應(yīng)在設(shè)計(jì)文件中和對工程的業(yè)主與管理方有明確的說明。3.4設(shè)計(jì)基本要求3.4.1本條給出了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)方法?！吨改稀吠瑫r給出了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)方法和定量方法。經(jīng)驗(yàn)方法首先按照材料的劣化機(jī)理確定不同的環(huán)境類別，在每一類別下再按溫、濕度及其變化等不同環(huán)境條件區(qū)分其環(huán)境作用等級，在工程經(jīng)驗(yàn)類比的基礎(chǔ)上，針對不同的設(shè)計(jì)使用年限給出混凝土材料的耐久性質(zhì)量要求（通常用水膠比、膠凝材料用量等材料組成指標(biāo)或強(qiáng)度、擴(kuò)散系數(shù)等性能指標(biāo)表示）和鋼筋保護(hù)層厚度等構(gòu)造要求。定量方法中需要首先定量化環(huán)境作用，然后選用適當(dāng)?shù)牧踊Ｐ颓蟪霏h(huán)境作用效應(yīng)，得出耐久性極限狀態(tài)下的環(huán)境作用效應(yīng)與耐久性抗力的關(guān)系，可針對使用年限來計(jì)算材料與構(gòu)造參數(shù)，也可針對確定的材料與構(gòu)造參數(shù)來驗(yàn)算使用年限。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限在定量設(shè)計(jì)中應(yīng)有規(guī)定的安全度，因此在環(huán)境作用效應(yīng)與耐久性抗力關(guān)系式中應(yīng)引入相應(yīng)的安全系數(shù)；當(dāng)用非確定性方法設(shè)計(jì)時應(yīng)滿足所需的保證率。附錄C給出了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性極限狀態(tài)與設(shè)計(jì)使用年限安全度的具體規(guī)定。應(yīng)該說明，耐久性設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)方法和定量方法并不對立，兩者在同一設(shè)計(jì)過程中互為補(bǔ)充：經(jīng)驗(yàn)方法確定總體布置、構(gòu)造、耐久性控制過程以及材料類型，定量方法在此基礎(chǔ)上對確定的耐久性極限狀態(tài)、進(jìn)行材料性質(zhì)和構(gòu)造參數(shù)的定量設(shè)計(jì)。目前，環(huán)境作用下耐久性設(shè)計(jì)的定量計(jì)算方法尚未成熟到能在工程中普遍應(yīng)用的程度。在各種劣化模型中，可供工程使用的也僅有定量估算鋼筋開始發(fā)生銹蝕的年限。在國內(nèi)外現(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，耐久性要求仍然主要通過經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行規(guī)定。同一結(jié)構(gòu)中不同構(gòu)件的不同部位，應(yīng)按其所處的局部環(huán)境條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種情況在室外工程中比較多見，如頻繁使用除冰鹽的橋梁中，橋面板的上部鋼筋要考慮從路面層和防水層向下滲漏的鹽水侵蝕，保護(hù)層厚度一般需要60mm以上，而橋面板的底面鋼筋如無水或鹽霧的侵蝕，底部鋼筋的保護(hù)層厚度就可小到30mm。3.4.2本條提出混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，耐久性設(shè)計(jì)不限于確定材料的耐久性指標(biāo)與鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度。廣義的耐久性設(shè)計(jì)貫穿結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)、構(gòu)造設(shè)計(jì)、防腐設(shè)計(jì)、施工階段，一直延伸到結(jié)構(gòu)使用期的長期維護(hù)與耐久性的再設(shè)計(jì)。一些環(huán)節(jié)主要通過經(jīng)驗(yàn)判斷來解決，比如結(jié)構(gòu)的選型與布置，其他環(huán)節(jié)可利用耐久性劣化（數(shù)學(xué)）模型進(jìn)行量化計(jì)算，比如混凝土耐久性參數(shù)和保護(hù)層厚度。因此，結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)是一個系統(tǒng)工程，不同階段需要采用不同的方法。本《指南》基本上沿用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，即主要通過對混凝土材料的技術(shù)要求和保護(hù)層厚度等構(gòu)造措施，來滿足不同環(huán)境條件和不同設(shè)計(jì)使用年限的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，要求設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中能同時從耐久性的角度對混凝土材料和施工提出專門要求。我國現(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)范，未能充分考慮到耐久性的需要。例如，用于構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算和標(biāo)注于施工圖上的保護(hù)層厚度，其最低要求在我國現(xiàn)行規(guī)范中為保護(hù)層最小厚度（minimumcover），其中就沒有考慮保護(hù)層的施工允差對耐久性的影響。國外規(guī)范中用于結(jié)構(gòu)計(jì)算和標(biāo)注于施工圖上的保護(hù)層厚度為保護(hù)層名義厚度（nominalcover），等于保護(hù)層最小厚度與保護(hù)層施工允差之和；也有稱為保護(hù)層規(guī)定厚度（specifiedcover）或最小厚度的，但在取值上都已包含了施工允差的影響。保護(hù)層的施工允差，一般都取正負(fù)偏差相等（±Δ），歐洲規(guī)范規(guī)定的保護(hù)層允差對梁板為±5～±15mm，一般取10mm；美國和加拿大規(guī)范規(guī)定的保護(hù)層允差對梁柱一般為±12mm。我國施工規(guī)范規(guī)定混凝土保護(hù)層厚度的允許偏差為梁、柱±5mm，板、墻、殼±3mm，實(shí)際上根本難以做到，所以在我國的施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范中又將保護(hù)層的偏差放寬到梁柱+10、-7mm，板墻+8、-5mm。這些偏差對構(gòu)件的強(qiáng)度或承載力來說影響輕微，但對耐久性卻會造成致命損傷。碳化或氯鹽引起鋼筋銹蝕的時間近似與保護(hù)層厚度的平方成正比，如果保護(hù)層厚度分別為40、30和20mm，則-5mm的偏差可使這一期限分別縮短23%、31%和44%，對耐久性來說顯然不能接受。施工養(yǎng)護(hù)不良通常不至于影響構(gòu)件內(nèi)部的混凝土強(qiáng)度，對整個構(gòu)件承載力的損害不會太大，但養(yǎng)護(hù)不良會成倍降低表層混凝土的密實(shí)性或抗侵入性，從而成倍縮短其使用壽命。同樣強(qiáng)度等級但原材料組分不同的混凝土，一般不會影響荷載作用下的構(gòu)件承載力，但在特定的環(huán)境條件下，其耐久性可以迥異，比如在氯鹽環(huán)境下，大摻量礦物摻和料混凝土抵抗氯離子侵入的能力要比同樣低水膠比但不加礦物摻和料的硅酸鹽水泥混凝土高得多。所以在結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)中必須提出混凝土原材料選擇、混凝土水膠比、保護(hù)層厚度允差和混凝土養(yǎng)護(hù)等專門要求，并與施工和材料工程師緊密合作予以實(shí)現(xiàn)。耐久混凝土的技術(shù)要求參見第4章。根據(jù)結(jié)構(gòu)所處的不同環(huán)境類別、環(huán)境作用等級與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限，確定混凝土材料耐久性的主要技術(shù)要求，包括：混凝土原材料的選用要求（水泥、礦物摻和料、骨料以及化學(xué)外加劑的品種與質(zhì)量等），混凝土的最低強(qiáng)度等級，最大水膠比和膠凝材料的最小用量，以及結(jié)構(gòu)所處環(huán)境下所需的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)、抗凍耐久性指數(shù)（或抗凍等級）等混凝土耐久性參數(shù)的具體指標(biāo)以及引氣等要求。對于一般環(huán)境和無鹽的凍融環(huán)境下的混凝土技術(shù)要求，在設(shè)計(jì)階段可僅規(guī)定混凝土的最低強(qiáng)度等級與最大水膠比以及混凝土是否引氣等要求，并標(biāo)明在設(shè)計(jì)施工圖和相應(yīng)說明中。至于混凝土原材料的選用和混凝土具體配比等其他技術(shù)要求，可指定施工或混凝土供貨單位依據(jù)設(shè)計(jì)方提出的環(huán)境作用等級與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限，按照本《指南》規(guī)定的相關(guān)條文確定。設(shè)計(jì)采用的混凝土強(qiáng)度等級應(yīng)滿足構(gòu)件耐久性的最低要求與構(gòu)件強(qiáng)度的需要；當(dāng)環(huán)境作用等級為C或C級以上時，構(gòu)件所需的混凝土強(qiáng)度等級常取決于耐久性的要求（尤其是受彎構(gòu)件），應(yīng)首先進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)而后作荷載作用下的構(gòu)件承載力與變形驗(yàn)算。對于重要基礎(chǔ)設(shè)施工程和氯鹽及其他化學(xué)腐蝕環(huán)境下的工程，應(yīng)在設(shè)計(jì)階段與混凝土材料工程師合作提出耐久混凝土的詳細(xì)技術(shù)要求。耐久性有關(guān)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施參見第5章。根據(jù)結(jié)構(gòu)的環(huán)境作用等級與設(shè)計(jì)使用年限，確定鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度，提出防水排水構(gòu)造與裂縫控制等措施。耐久性有關(guān)的施工質(zhì)量要求參見第6章。重點(diǎn)為混凝土養(yǎng)護(hù)（溫度、濕度控制與濕養(yǎng)護(hù)期限與方法）與保護(hù)層厚度的質(zhì)量控制要求，并標(biāo)明在結(jié)構(gòu)施工圖和相應(yīng)說明中。防腐蝕附加措施參見第7章。環(huán)境作用等級為E或F的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，僅靠提高混凝土材料本身的耐久性質(zhì)量和保護(hù)層厚度，有時仍可能滿足不了所需使用年限的要求，需要采用防腐附加措施。各種防腐蝕附加措施能夠延長結(jié)構(gòu)使用壽命的年限，可根據(jù)具體情況參照產(chǎn)品說明進(jìn)行判斷和估計(jì)。這一延長的年限也應(yīng)該是具有足夠保證率條件下的期限。有的措施如混凝土防腐涂層可以每隔一定年限重復(fù)使用。對于環(huán)氧涂層鋼筋，有的在應(yīng)用時僅作為增加防銹能力的額外安全儲備，有的則在結(jié)構(gòu)使用壽命的預(yù)測計(jì)算中，認(rèn)為環(huán)氧涂層不影響鋼筋開始銹蝕的初始期限，但可延長鋼筋銹蝕后的大修年限14年。環(huán)氧涂層鋼筋的應(yīng)用始于70年代中期，后在北美得到廣泛應(yīng)用，對其效果至今仍有爭議，但從總體上看，環(huán)氧涂層鋼筋用在橋面板等上部結(jié)構(gòu)中的效果比較明顯，所以美國聯(lián)邦公路局推薦在橋面板中采用環(huán)氧涂層鋼筋，但在潮濕或遇水環(huán)境下，環(huán)氧涂層與鋼筋之間的粘結(jié)力有可能在很短的年限內(nèi)喪失；此外，環(huán)氧涂層在鋼筋運(yùn)輸和加工過程中易遭損傷，所以用于橋墩等下部結(jié)構(gòu)的效果有時并不理想。阻銹劑作為一種重要的防腐蝕附加措施，能提高混凝土中氯離子引起鋼筋銹蝕時的臨界濃度；有資料介紹：不加阻銹劑時，混凝土中鋼筋開始銹蝕的臨界氯離子濃度約為0.05％（用每方混凝土質(zhì)量的相對比值表示），如在每方混凝土中加入30%亞硝酸鈣溶液10、20或30升（l/m3），就可將混凝土中的臨界氯離子濃度分別提高到0.15％、0.32％或0.40％?；炷翝仓尚椭胁捎锰厥饪椢镆r里的透水模板，可以有效提高表層混凝土的密實(shí)性。提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的根本途徑是增加混凝土本身的密實(shí)性和鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度。類似環(huán)氧涂層、混凝土表面浸涂、阻銹劑等手段只能作為附加措施，因其本身的壽命都不及混凝土。所有這些防腐蝕附加措施，也只有用在耐久性良好的密實(shí)混凝土中才能起到應(yīng)有的作用。在極端嚴(yán)酷的環(huán)境作用下，陰極保護(hù)可作為重要工程阻止鋼筋銹蝕的最終手段。需要考慮采取防腐蝕附加措施的情況包括：重大工程中環(huán)境作用等級為E或F的構(gòu)件部位；因條件所限不能滿足規(guī)定保護(hù)層厚度或規(guī)定養(yǎng)護(hù)時間的結(jié)構(gòu)部位；受氯鹽和硫酸鹽極端嚴(yán)重作用的結(jié)構(gòu)部位。常用的防腐蝕附加措施有：在混凝土表面涂刷或復(fù)蓋防護(hù)材料，在混凝土組成中加入阻銹劑或水溶性聚合物乳液，局部選用環(huán)氧涂層鋼筋，在混凝土澆筑成型中采用帶透水襯里的模板，直至采用陰極保護(hù)等措施。防腐新材料和新工藝的使用，需通過專門的論證。結(jié)構(gòu)使用階段的檢測與維修規(guī)定參見第9章。對于嚴(yán)重環(huán)境作用（D或D級以上）下的結(jié)構(gòu)，應(yīng)確定使用期內(nèi)的定期維修（包括部件更換）與檢測要求，并在設(shè)計(jì)中為從事這些維修與檢測的活動設(shè)置必要的通道和施工、操作空間，預(yù)置埋設(shè)件和測試元件。表3.4.2中標(biāo)明了需要或可能需要采用防腐蝕附加措施的場合，所對應(yīng)的混凝土最大水膠比和鋼筋的混凝土保護(hù)層最小厚度等防護(hù)要求為本《指南》中（見第4和第5章）提出的最低要求。3.4.3本條著重提出混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)中對設(shè)計(jì)文件的要求。重大工程和環(huán)境作用等級為D或高于D級的工程，必須進(jìn)行詳細(xì)的環(huán)境調(diào)查和勘察，包括工程附近既有建筑物在環(huán)境作用下的劣化現(xiàn)狀，環(huán)境的溫、濕度變化，凍融頻度，以及地下水、土中腐蝕性物質(zhì)的濃度等，并將環(huán)境調(diào)查與說明作為設(shè)計(jì)文件中的一個重要內(nèi)容。由于結(jié)構(gòu)耐久性與使用過程中的維護(hù)和修理密切相關(guān)，又在很大程度上取決于工程的施工質(zhì)量，所以要在設(shè)計(jì)文件中專門列出對施工單位和對工程業(yè)主或運(yùn)營管理單位的要求與說明。對于橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施工程，在設(shè)計(jì)文件中還應(yīng)有工程全壽命成本的估計(jì)。美國聯(lián)邦公路局要求路橋設(shè)計(jì)中必須包括全壽命期的成本分析。雖然我國至今尚未制定類似法規(guī)，但全壽命成本分析作為耐久性設(shè)計(jì)的一個重要組成部分顯然有其必要，尤其是工程的業(yè)主從本身利益出發(fā)，更應(yīng)在合同文件中對設(shè)計(jì)單位提出全壽命成本分析的要求。3.5維護(hù)設(shè)計(jì)3.5.1本條提出了設(shè)計(jì)階段應(yīng)對混凝土結(jié)構(gòu)使用階段進(jìn)行維護(hù)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和原則。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不包括維護(hù)制度設(shè)計(jì)，但近年來全壽命和全過程的觀念在土木工程領(lǐng)域逐漸為人們所接受：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)全面考慮設(shè)計(jì)、施工以及使用期的維護(hù)管理，使結(jié)構(gòu)不同階段的性能在設(shè)計(jì)階段就能夠得到最大程度的考慮，最終使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠滿足各個階段的性能要求，并優(yōu)化結(jié)構(gòu)的全壽命成本?；炷两Y(jié)構(gòu)的使用期占其全壽命周期（設(shè)計(jì)、施工、使用、拆除等階段）的大部分，合理地規(guī)劃使用期中結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的維護(hù)制度，對于抵消環(huán)境作用引起的性能劣化、維持結(jié)構(gòu)的性能水平很重要?；炷两Y(jié)構(gòu)的維護(hù)設(shè)計(jì)，要求在設(shè)計(jì)階段就根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案以及具體采取的耐久性設(shè)計(jì)措施，合理規(guī)劃使用期的維護(hù)技術(shù)和維護(hù)的頻次。對于環(huán)境作用輕微、使用年限較短的結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)階段將混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成使用期中免維護(hù)可能比較有利；對于環(huán)境作用嚴(yán)酷、或使用年限較長的結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)階段將初次耐久性設(shè)計(jì)與使用期的維護(hù)技術(shù)與頻次相結(jié)合會使結(jié)構(gòu)全壽命成本更加合理。同時，一些工業(yè)建筑的維護(hù)，一般需要結(jié)合工藝設(shè)備的檢修、更新等要求綜合考慮，因此這些結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的維護(hù)制度除需考慮環(huán)境作用引起的性能劣化外、還需考慮具體的使用要求。耐久性設(shè)計(jì)與維護(hù)設(shè)計(jì)并不矛盾，兩者在不同的結(jié)構(gòu)周期中保證結(jié)構(gòu)使用年限。維護(hù)設(shè)計(jì)的必要性來自兩個基本方面：（1）耐久性設(shè)計(jì)過程中的不確定性因素導(dǎo)致結(jié)構(gòu)實(shí)際耐久性具有不確定性，需要在使用期輔之以必要的維護(hù)手段，提高結(jié)構(gòu)對這些不確定性因素的抵抗能力；（2）在嚴(yán)酷環(huán)境作用或使用年限較長的情況下，初次耐久性設(shè)計(jì)可能無法滿足設(shè)計(jì)使用年限，需要采取維護(hù)技術(shù)延長壽命來達(dá)到預(yù)期使用年限，這時維護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)際上是耐久性設(shè)計(jì)向使用期的延伸。3.5.2本條規(guī)定了在設(shè)計(jì)階段為保障使用階段的檢測與維護(hù)技術(shù)活動而預(yù)留的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)造和措施。3.5.3除目測外，檢測的重點(diǎn)在于確定表層混凝土的劣化現(xiàn)狀，如混凝土的碳化深度，混凝土表層內(nèi)不同深度處的氯離子濃度分布，鋼筋的銹蝕或銹蝕傾向等。首次耐久性檢測后，根據(jù)耐久性評估確定混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的劣化速度，進(jìn)一步確定后續(xù)檢測的定期間隔。

4結(jié)構(gòu)材料4.1混凝土4.1.1長期以來，混凝土質(zhì)量常以28天抗壓強(qiáng)度作為主要衡量指標(biāo)，并在工程中逐漸形成了單純追求強(qiáng)度的傾向，為提高強(qiáng)度常采取加大水泥用量、排斥使用粉煤灰等礦物摻和料和引氣劑等做法。這些均對混凝土耐久性帶來負(fù)面影響。對于現(xiàn)代混凝土來說，提高強(qiáng)度比較容易，而保證耐久性則需要一系列措施。為此，設(shè)計(jì)人員需要了解耐久混凝土的技術(shù)特點(diǎn)及其配制一般原則。以下對混凝土原材料的選用作簡單介紹。1、水泥按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，我國現(xiàn)行通用硅酸鹽類水泥品種有：1）硅酸鹽水泥，有兩個型號PI和PII，PI不摻任何礦物混合材料，PII允許有不超過5%的礦物混合材料；2）普通硅酸鹽水泥，允許以5%～20%的礦物混合材料等量取代硅酸鹽熟料；3）礦渣硅酸鹽水泥，在生產(chǎn)水泥時允許以20%～70%的?；郀t礦渣作為礦物混合材料等量取代硅酸鹽熟料，由于礦渣硬度比熟料大，共同磨細(xì)時，水泥中的礦渣顆粒較粗，礦渣的潛在活性不能充分發(fā)揮；4）火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，允許有20%～40%的火山灰質(zhì)材料作為礦物混合材料等量取代熟料；5）粉煤灰硅酸鹽水泥，允許有20%～40%的粉煤灰作為礦物混合材料料等量取代熟料，粉煤灰也屬于火山灰質(zhì)材料，但因其需水量小、抗裂性好，不同于其他火山灰質(zhì)材料，故單列一個品種；6）復(fù)合硅酸鹽水泥，允許有20%～50%的各類摻和料。當(dāng)用戶直接使用摻有摻和料（水泥行業(yè)術(shù)語為混合材）的水泥時，往往不清楚混合材的具體品種、數(shù)量、質(zhì)量與粉磨工藝，因此為了有效控制混凝土的質(zhì)量并發(fā)揮礦料的作用，在配制耐久混凝土?xí)r宜采用硅酸鹽水泥、并將摻和料以單獨(dú)組分的形式摻入混凝土拌合物。當(dāng)工程水泥用量很大時，最好由水泥生產(chǎn)廠家根據(jù)用戶要求，直接供應(yīng)所需礦物料品種和摻量并滿足規(guī)定性能指標(biāo)的水泥，以降低混凝土配制過程中的質(zhì)量波動。硅酸鹽水泥由水泥原材料燒制的熟料與適量石膏（硫酸鈣）磨細(xì)而成，熟料中的主要成分有硅酸三鈣（C3S），硅酸二鈣（C2S），鋁酸三鈣（C3A）和鐵鋁酸四鈣（C4AF）等。C3S是水泥早期強(qiáng)度的主要來源，水化速度較快，水化發(fā)熱量和干縮率均較大。C2S是水泥后期強(qiáng)度的主要來源，水化速度很慢，水化發(fā)熱量最小。C3A的水化最快，水化放熱量最大，水化物強(qiáng)度最低、干縮率最大。同一品種和強(qiáng)度等級（28天強(qiáng)度）的水泥，由于熟料中C3A和C3S含量、水泥細(xì)度、SO3含量、堿含量的不同，其與水發(fā)生作用后的流變性能與釋放的水化熱，以及硬化后的早期強(qiáng)度、后期強(qiáng)度增長率、抗裂性以及抗化學(xué)腐蝕等性能都會有較大差別。不同廠家生產(chǎn)的水泥產(chǎn)品，甚至同一廠家的不同批產(chǎn)品，性能上可有很大差異。相同品種和強(qiáng)度等級的水泥，在同樣的配合比和試驗(yàn)條件下，進(jìn)行抗裂性試驗(yàn)得出的開裂時間和開裂寬度能相差一倍的并不少見。選擇水泥時不能以強(qiáng)度作為唯一指標(biāo)，不能認(rèn)為強(qiáng)度高的水泥就一定好。發(fā)達(dá)國家的水泥標(biāo)準(zhǔn)中，對于某一等級的水泥不僅規(guī)定了強(qiáng)度最低值的要求，而且對最高值也有限制，強(qiáng)度超過規(guī)定值的同樣不合格。我國水泥標(biāo)準(zhǔn)中對于各個等級的水泥都沒有強(qiáng)度最高值的限制，不利于全面控制水泥的質(zhì)量特別是耐久性質(zhì)量。國內(nèi)一些企業(yè)在目前的生產(chǎn)工藝條件下，提高水泥強(qiáng)度的主要手段只是增加水泥中的C3A與C3S含量以及提高水泥磨細(xì)程度，導(dǎo)致水泥的水化速率過快、水化熱大、早期強(qiáng)度發(fā)展過快過高、混凝土的微結(jié)構(gòu)不良、收縮大、抗裂性下降、抗腐蝕性差。實(shí)踐表明，早期強(qiáng)度很高的混凝土，有些在14天以后的強(qiáng)度幾乎不再增長，長期強(qiáng)度甚至還有可能倒縮。水泥中C3A的3天水化熱量分別約為C3S的3.7倍和C2S的17.7倍，7天水化熱量則分別約為C3S的7倍和C2S的37倍；C3A的收縮率大約是C3S和C2S的3倍；而環(huán)境中的化學(xué)腐蝕物質(zhì)對混凝土的侵蝕對象主要就是水化C3A和硅酸鹽水化產(chǎn)物中的