混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性

混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第1頁。第10章鋼筋混凝土變形、裂縫與耐久性10.1受彎構件變形計算

10.2受拉裂縫計算

10.3混凝土結構耐久性設計混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第2頁。10.1受彎構件變形計算一、結構剛度設計目的及方法1.控制變形目的（1）影響觀瞻，導致使用者心理不安；（2）影響設備的正常使用；（3）導致結構內力變化，影響結構安全性（受壓構件出現(xiàn)效應，受彎構件出現(xiàn)薄膜拉應力）；（4）導致非結構構件的破壞；（5）導致結構裂縫過大，影響結構正常功能?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第3頁。一、結構剛度設計目的及方法2.變形控制方法（1）提高結構剛度、減小變形提高截面剛度（截面尺寸及材料）；提高結構整體剛度（結構型式）（2）單向荷載下，對結構設置反拱結構起拱；預應力反拱混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第4頁。一、結構剛度設計目的及方法3.受彎構件撓度限制值鋼筋混凝土受彎構件撓度限值混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第5頁。二、受彎構件撓度計算一般方法1.撓度計算的一般方法

（1）彎曲變形的計算彎曲撓度：彎曲曲率：混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第6頁。二、受彎構件撓度計算一般方法（2）剪切變形的計算剪切轉角：剪切撓度：混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第7頁。二、受彎構件撓度計算一般方法（3）軸向變形的計算

軸向變形：軸向撓度：混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第8頁。二、受彎構件撓度計算一般方法2.撓度計算的簡化公式（1）忽略桿件的剪切變形和軸向變形；（1）對等截面受彎構件，混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第9頁。二、受彎構件撓度計算一般方法

一般型式受彎構件撓度值混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第10頁。二、受彎構件撓度計算一般方法

一般型式受彎構件撓度值（續(xù)）混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第11頁。三、鋼筋混凝土結構抗彎剛度的一般概念1．定義2．特點（1）一般情況下，截面的抗彎剛度為。但對于配筋混凝土截面，由于混凝土的開裂，其截面慣性矩不再等于連續(xù)截面的慣性矩；無論是開裂截面還是未開裂截面，還應該考慮鋼筋對截面剛度的貢獻；同時，隨著截面彎矩和截面混凝土應力的變化，混凝土的變形模量也不再為常數(shù)。因此，鋼筋混凝土截面的抗彎剛度不能簡單地用表達。

混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第12頁。三、鋼筋混凝土結構抗彎剛度的一般概念（2）對于等截面桿（截面形狀、尺寸、配筋完全相同），即使所受彎矩相同，由于裂縫發(fā)生的隨機性和延伸性，不同截面的剛度并不相同，一般取裂縫間隔內的宏觀平均值計算。（3）截面的剛度應按照其定義，通過計算彎矩作用下的截面實際曲率建立。（4）隨著截面配筋的不同和截面彎矩的變化，截面的彎曲曲率隨之變化，截面的剛度也不同。配筋越少、彎矩越大，截面曲率越大，截面剛度越小。（5）計算構件撓度時，理論上應根據(jù)每個截面曲率，通過積分計算而得。混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第13頁。三、鋼筋混凝土結構抗彎剛度的一般概念（6）實際計算時，近似取構件各截面中的最小剛度計算構件彎曲撓度。截面曲率：截面抗彎剛度：混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第14頁。四、受彎構件剛度計算1.基本假定（1）幾何關系：截面應變符合平截面假定裂縫區(qū)間平均曲率：混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第15頁。四、受彎構件剛度計算裂縫開展示意圖中和軸、鋼筋應變及混凝土應變分布示意圖混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第16頁。四、受彎構件剛度計算

裂縫區(qū)間平均應變混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第17頁。四、受彎構件剛度計算（2）物理關系：鋼筋及混凝土的應力-應變關系開裂截面：

（為割線模量系數(shù)）混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第18頁。四、受彎構件剛度計算（3）平衡關系：截面壓區(qū)總壓力與受拉鋼筋拉力組成力偶（彎矩）

混凝土：混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第19頁。四、受彎構件剛度計算按照平衡關系得到：等效壓力：等效應力：等效應變：等效應變系數(shù)：混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第20頁。四、受彎構件剛度計算鋼筋：按照平衡關系：鋼筋拉力：鋼筋應力：鋼筋應變：混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第21頁。四、受彎構件剛度計算

開裂截面應力分析混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第22頁。四、受彎構件剛度計算2.剛度計算裂縫間距內截面平均曲率計算裂縫間距內截面平均剛度計算混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第23頁。四、受彎構件剛度計算

剛度計算參數(shù)混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第24頁。四、受彎構件剛度計算3.規(guī)范剛度公式：混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第25頁。四、受彎構件剛度計算4.應用討論影響截面剛度的因素：截面高度：高度越大，剛度越大；截面配筋：配筋越多，鋼筋應力越小，裂縫寬度越小，剛度越大；鋼筋類型：鋼筋彈性模量越大，剛度越大；混凝土強度：混凝土強度越大，裂縫寬度越小，剛度越大；受壓區(qū)翼緣：受壓區(qū)翼緣越大，混凝土應力越小，剛度越大?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第26頁。五、受彎構件撓度計算的簡化方法1.短期撓度計算（1）基本假定對等截面構件，假定構件在各同號彎矩段內沿跨度各截面剛度相等，截面剛度取最大彎矩截面之剛度（較實際剛度偏?。ψ兎枏澗貥嫾?，當支座截面剛度不大于跨中截面剛度的2倍或不小于跨中截面剛度的二分之一時，全跨各截面剛度取跨中截面剛度簡化計算。（2）計算公式：為按照短期荷載（荷載標準值）計算得到的截面剛度。混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第27頁。五、受彎構件撓度計算的簡化方法2.長期撓度計算⑴問題的提出荷載下的長期撓度與短期（瞬間）荷載下的短期撓度不相等：短期荷載為荷載標準值，長期荷載為荷載準永久值，較短期荷載（標準值）?。婚L期荷載下，結構的變形由于混凝土及鋼筋的徐變而加大。混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第28頁。五、受彎構件撓度計算的簡化方法⑵長期撓度撓度增大系數(shù)：①，②③當受拉區(qū)存在翼緣時，在計算值的基礎上增大20%混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第29頁。五、受彎構件撓度計算的簡化方法⑶規(guī)范計算方法短期荷載的長期撓度：荷載組合按標準作用組合；荷載效應按長期作用考慮?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第30頁。五、受彎構件撓度計算的簡化方法結構長期變形計算原理混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第31頁。五、受彎構件撓度計算的簡化方法⑷簡化計算方法定義長期剛度及長期撓度計算公式：根據(jù)長期撓度公式：混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第32頁。五、受彎構件撓度計算的簡化方法得到構件的長期剛度為：短期荷載下的長期撓度為：混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第33頁。五、受彎構件撓度計算的簡化方法（3）計算步驟計算構件內力標準值及其準永久值分布確定最大正彎矩值及其所在截面計算該截面彎矩標準值下的鋼筋應力標準值計算該截面短期剛度計算該截面長期剛度計算構件長期變形撓度驗算變形混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第34頁。受拉裂縫計算一.混凝土的裂縫及特征混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第35頁。一.混凝土的裂縫及特征開裂原因裂縫特征抗裂措施荷載因素受拉裂縫拉單一，與主拉應力垂直驗算控制寬度彎剪扭受壓裂縫彎平行、多條，與主壓應力平行不允許壓非荷載因素干縮裂縫均勻、不規(guī)則養(yǎng)護溫度裂縫與構件約束有關保溫、構造鋼筋約束變形裂縫大多同剪切裂縫減少沉降，加大剛度材料膨脹裂縫均勻、不規(guī)則控制材料質量火燒、凍脹裂縫均勻、不規(guī)則結合裂縫在主筋表面、與主筋平行養(yǎng)護、計算混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第36頁。二、結構抗裂設計目的與要求1.裂縫控制目的影響觀瞻降低密封性降低剛度加快鋼筋銹蝕混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第37頁。二、結構抗裂設計目的與要求2.裂縫控制要求

混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第38頁。三、受拉裂縫成因與機理1.當截面內力達到開裂內力，混凝土應力達到抗拉強度，第一條裂縫在最薄弱截面產生。薄弱截面為：應力最大截面；有缺陷截面；隨機?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第39頁。三、受拉裂縫成因與機理開裂內力：（1）受拉構件（2）受彎構件混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第40頁。三、受拉裂縫成因與機理2.截面開裂后，裂縫截面鋼筋應力最大，混凝土應力為0。沿構件縱向，等內力截面鋼筋和混凝土的應力不均勻分布?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第41頁。三、受拉裂縫成因與機理3.由于粘結的作用，遠離裂縫截面，隨著粘結應力的傳遞，鋼筋拉應力逐漸減少，混凝土拉應力逐漸加大。經(jīng)過粘結長度（應力傳遞長度）l

m，混凝土拉應力達到最大（ft

），鋼筋拉應力達到最?。?，可由變形協(xié)調計算）?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第42頁。三、受拉裂縫成因與機理最小粘結長度：(1)受拉構件開裂截面裂縫中間截面開裂截面混凝土應力：可能開裂截面混凝土應力：混凝土應力產生機理：

混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第43頁。三、受拉裂縫成因與機理粘結長度：

最小粘結長度（取平均粘結應力達到平均粘結強度）：混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第44頁。三、受拉裂縫成因與機理（2）受彎構件開裂截面鋼筋應力：可能開裂截面鋼筋應力：鋼筋應力減小機理：混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第45頁。三、受拉裂縫成因與機理粘結長度：最小粘結長度（取平均粘結應力達到平均粘結強度）：混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第46頁。三、受拉裂縫成因與機理4.在粘結長度范圍內，混凝土不會開裂（可反證，因為一旦開裂，此間混凝土最大應力為t

），lmin為理論最小裂縫間距。同理分析可以得到：在2倍粘結長度范圍內，混凝土的最大應力為ft

，2lmin為理論最大裂縫間距。平均裂縫間距：混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第47頁。三、受拉裂縫成因與機理5.分析裂縫間距公式，可以得到結論：平均裂縫間距與混凝土（抗拉）強度及粘結強度（與混凝土抗拉強度成正比）無關，即：與鋼筋外形有關（變形鋼筋裂縫間距較光圓鋼筋?。c鋼筋直徑成正比，與配筋率成反比。6.裂縫平均寬度可由裂縫間鋼筋與混凝土的平均受拉變形差求得（粘結滑移理論），即平均裂縫寬度與平均裂縫間距成正比?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第48頁。三、受拉裂縫成因與機理7.受鋼筋粘結約束的影響，在裂縫截面處，鋼筋表面的混凝土與鋼筋無滑移，裂縫寬度為0；遠離鋼筋，混凝土由于應力釋放而回縮，裂縫寬度較大。裂縫寬度與計算點距鋼筋表面距離成正比（無滑移理論）?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第49頁。三、受拉裂縫成因與機理8.計算最大裂縫寬度時應考慮混凝土開裂的隨機特性，取95%保證概率的分位值、并應考慮徐變的影響?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第50頁。四、拉彎構件裂縫間距1.理論公式(1)受拉構件：其中：K為僅與鋼筋外形特征有關、與混凝土無關的常數(shù)；為按有效受拉混凝土截面面積計算的受拉鋼筋配筋率?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第51頁。四、拉彎構件裂縫間距（2）受彎構件：混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第52頁。四、拉彎構件裂縫間距其中：

K為僅與鋼筋外形特征有關、與混凝土無關的常數(shù)；為按有效受拉混凝土截面面積計算的受拉鋼筋配筋率。混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第53頁。四、拉彎構件裂縫間距2．統(tǒng)一經(jīng)驗公式混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第54頁。四、拉彎構件裂縫間距3．規(guī)范統(tǒng)一公式裂縫寬度計算參數(shù)(GB50010-2002)混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第55頁。四、拉彎構件裂縫間距4．規(guī)范簡化公式（1）受彎構件（2）軸拉構件混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第56頁。五、拉、彎構件裂縫寬度1．平均裂縫寬度（1）基本原理混凝土與鋼筋之間永遠不會出現(xiàn)粘結滑移，裂縫間距內，鋼筋應變與混凝土應變相同，裂縫截面上鋼筋應變大于混凝土應變。裂縫寬度為裂縫間距內鋼筋伸長量與混凝土伸長量的差值?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第57頁。五、拉、彎構件裂縫寬度（2）簡化分析公式混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第58頁。五、拉、彎構件裂縫寬度2．最大裂縫寬度（1）計算原理最大裂縫寬度較平均裂縫寬度大，考慮兩個因素：5%超越概率取值：徐變的影響：（2）最大裂縫計算公式混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第59頁。五、拉、彎構件裂縫寬度裂縫寬度計算規(guī)范參數(shù)（GB50010－2002）混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第60頁。一、基本概念10.3混凝土結構耐久性設計混凝土結構的功能（Performance）混凝土結構的可靠性（Reliability）承載能力極限狀態(tài)(UltimateState)（LimitStateofLoadCarryingCapacity）正常使用極限狀態(tài)（LimitStateofServiceability）安全性（Safety）適用性（Serviceability）耐久性（Durability）極限狀態(tài)設計法（LimitStateDesign）1.混凝土結構設計方法混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第61頁。10.3混凝土結構耐久性設計2.耐久性的概念

結構在規(guī)定的工作環(huán)境中，在預定的使用年限內，在正常維護條件下不需進行大修就能完成預定功能的能力。

混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第62頁。3.混凝土結構的耐久性問題混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第63頁?；炷两Y構的耐久性問題混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第64頁。二、堿骨料反應及其預防1.堿骨料反應及其危害（1）堿骨料反應堿－骨料反應，是骨料中的活性礦物與混凝土中的堿性細孔溶液之間的化學反應。（2）堿骨料反應的危害反應物體積膨脹，導致混凝土內部受拉，出現(xiàn)內部裂紋、表面裂縫或整體毀壞?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第65頁。二、堿骨料反應及其預防2.骨料活性物質及其堿骨料反應類型（1）堿骨料反應的機理骨料在孔溶液表面作用下形成硅醇基羥基使硅醇基斷開，生成的Si-O-因帶有負電荷而從周圍的溶液中吸附堿性離子（K+、Na+或Ca2+）來平衡靜電；OH-使更多的橋氧斷開，活性硅質骨料逐漸溶解，在周圍出現(xiàn)堿性離子不同、結構各異的鈣－堿－硅產物。

Si－O－Si＋H2O→2Si－OHSi－OH+OH→Si－O-＋H2OHSiO22O→NaSiO+0.38H2O混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第66頁。二、堿骨料反應及其預防(2)堿骨料反應類型混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第67頁。二、堿骨料反應及其預防（3）堿骨料反應的條件堿性離子（K2O，Na2O）混凝土原材料：配制混凝土時由水泥、骨料（海砂）、外加劑和拌合水中帶進混凝土中的一定數(shù)量的堿，工作環(huán)境：混凝土處于堿滲入的環(huán)境有一定數(shù)量的堿活性骨料潮濕環(huán)境，能夠提供反應物吸水膨脹所需要的水分混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第68頁。堿骨料反應的條件（4）影響堿骨料反應的因素水泥的含堿量一般用氧化納當量值表示：Na22O，當水泥的含堿量Na2Oe%<0.6%時為低堿水泥，混凝土中的堿含量在3kg/m3?；炷恋乃冶确磻怨橇系奶匦曰炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第69頁。堿骨料反應的條件混凝土的孔隙率密實度高的混凝土，可以阻止環(huán)境和水分的進入，降低堿骨料反應的速度；適當?shù)臍饪?，可以減小由于反應物體積膨脹引起的內部拉應力。環(huán)境溫濕度的影響當環(huán)境濕度小于60％（如室內正常環(huán)境），發(fā)生堿骨料反應的概率很小?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第70頁。二、堿骨料反應及其預防3.防止堿骨料反應的對策采用低堿水泥，降低混凝土細孔溶液的堿度摻用粉煤灰、硅粉和礦渣等摻合料降低混凝土的堿性添加引氣劑，生成微氣孔盡量不用可能引起堿骨料反應的骨料保證施工質量，提高混凝土的密實度，控制環(huán)境水分的進入控制工作環(huán)境濕度混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第71頁。三、鋼筋腐蝕及其預防1.鋼筋銹蝕的危害鋼筋腐蝕混凝土保護層順筋開裂、剝落界面粘結性能退化鋼筋截面面積減小延伸率降低使用性能下降承載能力下降外觀破壞剛度降低撓度增大橫向裂縫寬度增大粘結強度降低鋼筋滑移增大錨固失效疲勞強度降低預應力筋應力腐蝕混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第72頁。1.鋼筋銹蝕的危害（1）鋼筋腐蝕的直接影響①鋼筋截面面積減小；②鋼筋延伸率下降；③鋼筋銹蝕產物體積膨脹，導致混凝土保護層開裂，甚至剝落；④改變鋼筋與混凝土之間的界面性質，使粘結性能退化?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第73頁。1.鋼筋銹蝕的危害（2）鋼筋腐蝕的危害①導致承載能力的降低銹蝕導致鋼筋面積減小，直接降低截面承載力；銹蝕導致鋼筋應力集中，降低了鋼筋的疲勞性能、抗拉強度、延伸率；銹蝕導致鋼筋應力集中，增大了鋼筋的應力腐蝕；過度銹蝕導致鋼筋和混凝土的粘結性能下降，增加了錨固失效的可能混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第74頁。1.鋼筋銹蝕的危害②導致使用性能的降低銹蝕導致保護層的破壞，增加了鋼筋的粘結滑移，導致結構變形增大；銹蝕導致保護層的破壞，增加了鋼筋的粘結滑移，導致橫向裂縫寬度增大；銹蝕直接導致縱向裂縫的開展和擴展

混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第75頁。2.鋼筋銹蝕機理（1）鋼筋的鈍化機理：鋼筋中的鐵與空氣中的氧氣、水發(fā)生化學反應，在鋼筋表面生成厚度極?。ǎ┑脑谝欢l件下（，混凝土的溶液中主要為Ca(OH)2，）不溶解、穩(wěn)定的Fe(OH)2鈍化膜，阻止內部鐵的銹蝕?；瘜W反應式：2Fe+O2+2H2O→2Fe+++4(OH)-→2Fe(OH)2鈍化膜：Fe2O3·nH2O或Fe3O4·nH2O混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第76頁。2.鋼筋銹蝕機理（2）鋼筋脫鈍①混凝土內部pH值發(fā)生變化時，鋼筋鈍化膜不再穩(wěn)定，容易與空氣及水發(fā)生進一步反應，而銹蝕?；炷羶炔縫H值變化的原因混凝土的碳化使得混凝土；氯離子與鈍化膜Fe(OH)2的反應物使得鋼筋表面pH=4鋼筋鈍化膜脫鈍的pH值時不穩(wěn)定，時失效②當環(huán)境存在一定濃度的氯離子（Cl-）時，氯離子與鈍化膜物質發(fā)生電化學反應，破壞鈍化膜，導致鋼筋銹蝕?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第77頁。2.鋼筋銹蝕機理（3）鋼筋銹蝕機理：鋼筋的鈍化膜去鈍后，在鋼筋表面發(fā)生電化學反應，最終形成鐵銹。在空氣中的銹蝕化學反應：陽極：Fe-2e→Fe++

陰極：O2+2H2O+4e→4OH-

陰極二次化學反應：2Fe+O2+2H2O→2Fe+++4(OH)-→2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3(鐵銹)鐵銹進一步變化：失水形成FeOOH（氧基氫氧化鐵）在氯離子環(huán)境下的銹蝕Fe(OH)2+2NaCl=FeCl2(氯銹)+2Na(OH)混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第78頁。3.混凝土碳化銹蝕(1)混凝土碳化機理機理混凝土中的水化物與空氣中的CO2、H2O發(fā)生化學反應化學反應方程Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O3CaO·2SiO2·3H2O+3CO2→3CaCO3+2SiO2+3H2O3CaO·SiO2+3CO2+nH2O→SiO2·nH2O+3CaCO32CaO·SiO2+2CO2+nH2O→SiO2·nH2O+2CaCO3混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第79頁。3.混凝土碳化銹蝕(2)混凝土碳化的影響①碳化物碳酸鈣CaCO3強度很高且不溶于水，碳化后的混凝土空隙減小，強度提高；②碳酸鈣（）的堿性較氫氧化鈣（）低，碳化后的水泥石呈中性?；炷恋奶蓟址Q中性化，鈍化后的鋼筋在中性混凝土中不再保持化學穩(wěn)定性。③碳化加劇混凝土的收縮，導致混凝土開裂?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第80頁。3.混凝土碳化銹蝕(3)影響碳化的因素空氣中CO2濃度混凝土的孔隙率和孔結構混凝土的滲透性——水灰比、水泥及摻合料用量、振搗與養(yǎng)護材料設計施工水泥用量水灰比保護層配筋構造振搗養(yǎng)護表層混凝土滲透性混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第81頁。3.混凝土碳化銹蝕環(huán)境溫度環(huán)境濕度保護層厚度混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第82頁。3.混凝土碳化銹蝕(4)混凝土碳化速度（深度）混凝土的碳化速度（深度）取決于CO2在混凝土中的擴散（服從Fick第二定律）和CO2與混凝土中的Ca(OH)2的反應速度。理論模型CO2濃度模型：

混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第83頁。3.混凝土碳化銹蝕實驗模型碳化深度模型：混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第84頁。3.混凝土碳化銹蝕

（混凝土結構耐久性評定標準課題組）混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第85頁。3.混凝土碳化銹蝕（5）鋼筋脫鈍（開始銹蝕）時間碳化殘量：當混凝土碳化至距離鋼筋表面一定距離（未碳化過渡區(qū)，碳化殘量）時，鋼筋表面混凝土的pH值已經(jīng)降至導致鈍化膜不穩(wěn)定的狀態(tài)，鋼筋脫鈍并開始銹蝕。環(huán)境條件室外淋雨室外不淋雨RH=57%RH=77%RH=97%一般室內（mm）11.38.19.910.113.18.9碳化殘量統(tǒng)計值混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第86頁。3.混凝土碳化銹蝕碳化殘量統(tǒng)計公式：說明：長度單位mm；混凝土保護層適用條件c<=45mm；局部環(huán)境系數(shù)依據(jù)環(huán)境潮濕情況取混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第87頁。3.混凝土碳化銹蝕開始銹蝕時間：混凝土碳化深度距離鋼筋表面為碳化殘量、鋼筋開始銹蝕的時時間。開始銹蝕碳化深度：開始銹蝕時間：混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第88頁。4.氯離子銹蝕(1)氯離子的來源與環(huán)境分類混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第89頁?；炷林械穆入x子含量來源分類Cl-含量混入性含氯鹽外加劑含氯鹽砂含氯鹽水滲入性海洋環(huán)境海水2.9%，Cl-含量為19g/L飛濺區(qū)混凝土表面Cl-含量可達17kg/m3海洋大氣區(qū)海風影響區(qū)海霧影響區(qū)（日本建筑所）重腐蝕區(qū)0~300m腐蝕區(qū)300~1000m輕腐蝕區(qū)<10km無腐蝕區(qū)>10km化冰鹽橋梁混凝土表面Cl-含量可達15kg/m3停車場混凝土表面Cl-含量可達17.8kg/m3鹽漬土、鹽湖我國分布廣闊工業(yè)鹽環(huán)境火80~90℃開始分解、300℃完全分解生成HCl混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第90頁。4.氯離子銹蝕(2)氯離子銹蝕機理化學反應方程：

Fe(OH)2+2NaCl=FeCl2(氯銹)+2Na(OH)①破壞鈍化膜。FeCl2(氯銹)的生成使鋼筋表面的pH值由降到4以下，鈍化膜被破壞。②形成腐蝕電池。局部不均勻的氯銹的產生，使鋼筋沿長度形成裸露鐵基（陽極）和鈍化膜（陰極）電池效應，在鋼筋表面形成坑蝕?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第91頁。(2)氯離子銹蝕機理③Cl-的去極化作用化學反應方程：(Cl-+Fe2+)+2H2O+2e=Fe(OH)2+2H++2Cl-機理：氯離子參與了化學反應，但沒有被消耗，這種“搬運”作用使得化學反應不停進行，加速了陽極過程。④導電作用氯離子的存在，強化了離子通路，降低了陰、陽極的電阻，加速了電腐蝕速度。⑤Cl-與水泥的作用及對鋼筋銹蝕的影響

Cl-與水泥中的鋁酸三鈣（C3A），在一定條件下可與氯鹽中作用生成穩(wěn)定的、不溶性的“復鹽”，降低混凝土中游離Cl-的含量，保護鋼筋不被銹蝕；但當混凝土的堿性下降時，“復鹽”不再保持穩(wěn)定，重新分解釋放Cl-或轉化為水化硫鋁酸巖（鈣釩石）?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第92頁。4.氯離子銹蝕(3)氯離子滲透速度混凝土中氯離子滲透機理狀態(tài)滲透機理影響因素程度水下部分或潮差區(qū)的飽水部分飽水混凝土里外氯離子濃差引起離子擴散孔隙水含量及其含鹽量、有水頭壓力作用下氯化物溶液的滲透因缺氧鋼筋難以銹蝕表層能風干到某種程度的混凝土直接接觸海水的混凝土毛細管吸收作用混凝土孔結構、孔隙中游離水的含量特別嚴重干透了的混凝土毛細管吸收作用吸收海水，直到飽和混凝土孔結構特征、混凝土濕度嚴重混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第93頁。4.氯離子銹蝕氯離子滲透計算模型：氯離子在混凝土中的擴散是一維擴散行為，濃度梯度僅沿著暴露表面到鋼筋表面方向變化，氯離子濃度隨時間和深度的變化服從Fick第二定律：

混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第94頁。4.氯離子銹蝕式中，

為氯離子的濃度（％），一般以氯離子占水泥或混凝土重量百分比表示，

t為時間（年），x為位置（cm），

為擴散系數(shù)。式中，

為混凝土表面的氯離子濃度；

為誤差函數(shù)混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第95頁。4.氯離子銹蝕(4)鋼筋脫鈍與氯離子臨界濃度脫鈍機理

Cl-在混凝土內擴散到鋼筋表面而達到一定濃度時鋼筋才會銹蝕，此濃度稱作“臨界值”。相關規(guī)范中的“限定值”混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第96頁。4.氯離子銹蝕類型ACI201ACI318ACI222預應力混凝土0.060.060.08普通混凝土濕環(huán)境、有氯鹽0.100.150.20一般環(huán)境、無氯鹽0.150.300.20干燥環(huán)境或有外防護層無規(guī)定1.00.20混凝土中允許Cl-含量的限定值（水泥重量百分比）（美國混凝土學會）混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第97頁。4.氯離子銹蝕類型Cl-耐久性要求較高的鋼筋混凝土0.3一般鋼筋混凝土0.6類型Cl-預應力混凝土0.06％普通混凝土0.10％混凝土中允許Cl-含量的限定值（水泥重量百分比）（中國規(guī)范）每1m3混凝土中Cl-含量的限定值（kg/m3）（日本土木學會）混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第98頁。4.氯離子銹蝕(5)影響氯離子滲透速度的因素混凝土的密實度混凝土的密實度好，可以有效降低氯離子的滲透速度；可以通過減小水灰比，參加硅粉等摻合料、加強養(yǎng)護等措施提高混凝土的密實度?；炷恋谋Ｗo層厚度裂縫數(shù)量與寬度混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第99頁。4.氯離子銹蝕(6)防止鋼筋氯鹽銹蝕的對策①綜合對策從就整體而言，除設計本身外，要綜合考慮到施工、使用、管理、維護等；從防腐蝕設計而言，應遵照“以防為主”的戰(zhàn)略方針，重點在“預防設防”；就具體的設計思路而言，應考慮基本措施（強化混凝土自身對鋼筋的保護能力）加上附加措施（一項或幾項）的綜合方略?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第100頁。(6)防止鋼筋氯鹽銹蝕的對策②基本措施最大限度提高混凝土的密實性增加混凝土保護層厚度最大限度地防止混凝土裂縫的產生混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第101頁。(6)防止鋼筋氯鹽銹蝕的對策③附加措施防護種類措施內容鋼筋材質與鋼筋涂層環(huán)氧涂層鋼筋；鍍鋅鋼筋；耐蝕合金鋼鋼筋；不銹鋼鋼筋混凝土外加劑、摻和料鋼筋阻銹劑；硅灰、其他外加劑、密實劑、纖維填加料等混凝土表面封閉、涂層硅酮類；涂料；聚合物灰漿；其他隔離、砌筑層；聚合物浸漬電化學方法陰極保護、電化學除鹽設計選材、結構設計、水灰比、混凝土保護層厚度、排水系統(tǒng)、防護方案選擇施工固化與養(yǎng)護、溫度與裂縫控制、嚴格規(guī)范施工維護裂縫修補、清洗排水、控制除冰鹽用量綜合措施以上兩項或多項措施聯(lián)合使用在氯鹽環(huán)境中鋼筋防腐蝕常用技術措施混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第102頁。4.氯離子銹蝕(7)主要措施說明環(huán)氧樹脂涂層鋼筋方法：利用靜電噴涂辦法在鋼筋表面噴涂物理（防滲透性好）、化學穩(wěn)定性好（耐酸、堿、鹽腐蝕）的環(huán)氧樹脂，保護鋼筋不與腐蝕性物質（氧氣、水、氯離子等）接觸，有效防止鋼筋的銹蝕。技術關鍵：保證涂層的密閉、完好混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第103頁。4.氯離子銹蝕鋼筋阻繡劑在混凝土中添加能阻止氯離子滲透或提高導致鋼筋鈍化膜脫鈍的氯離子臨界濃度，防止鋼筋銹蝕。技術關鍵：阻繡劑的添加量及其對混凝土的不利影響混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第104頁。4.氯離子銹蝕陰極保護法在鋼筋基體上采用物理方法（施加負電）或電化學方法（添加更為活躍的金屬，如鎂），抑止鋼筋釋放電子、生成鐵陽離子，保護鋼筋不被銹蝕。技術關鍵：內部鋼筋的連通混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第105頁。4.氯離子銹蝕混凝土表面涂層在混凝土構件表面，涂上密閉性好、能阻止環(huán)境中的水汽、氯離子進入構件內部，保護鋼筋不被銹蝕?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第106頁。三、鋼筋腐蝕及其預防5.防止鋼筋銹蝕的對策（1）通過降低水灰比、保證施工質量提高混凝土的密實性，減少環(huán)境物質進入混凝土內部的速度；（2）增加混凝土保護層厚度，延遲環(huán)境物質到達鋼筋表面的時間；（3）添加混凝土摻合料，提高混凝土的密實性；（4）對鋼筋和混凝土進行涂層保護?；炷两Y構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第107頁。四、混凝土結構耐久性設計（1）設計使用年限類別設計使用年限（年）示

例15臨時性結構225易于替換的結構構件350普通房屋和構筑物4100紀念性建筑和特別重要的建筑結構設計使用年限分類混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第108頁。四、混凝土結構耐久性設計（2）工作環(huán)境混凝土結構工作環(huán)境分類環(huán)境類別條件一室內正常環(huán)境二a室內潮濕環(huán)境；非嚴寒或非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境、與無侵蝕性水或土壤直接接觸的環(huán)境b嚴寒或非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境、與無侵蝕性水或土壤直接接觸的環(huán)境三使用除冰鹽的環(huán)境；嚴寒或寒冷地區(qū)冬季水位變動的環(huán)境；濱海室外環(huán)境四海水環(huán)境五受人為或自然的侵蝕性物質影響的環(huán)境混凝土結構第10章鋼筋混凝土變形裂縫和耐久性全文共119頁，當前為第109頁。四、混凝土結構耐久性設計3.材料(1)優(yōu)先選用耐腐蝕水泥(