混凝土結構耐久性設計的新進展

　最近20 年，工程界對混凝土結構耐久性的處置方法,發(fā)生了很大的變化。即從使用優(yōu)質材料實現(xiàn)耐久性,轉變?yōu)樵谠O計階段以合理的方法驗算結構的耐久性。這一變化的沿革,表現(xiàn)在日本土木學會1986 年以來(約5 年修訂一次) 編制的“混凝土結構標準規(guī)范”各種版本中。

　　1986 年版“混凝土結構標準規(guī)范”,納入了極限狀態(tài)設計方法,因而對“設計篇”進行了全面的修訂;而對于混凝結構耐久性的相關規(guī)定卻很不系統(tǒng),只有混凝土氯化物的含量、裂縫寬度的核對、最小保護層厚度、大體積混凝土的施工等規(guī)定,散見于“設計篇”與“施工篇”。

　　作為“混凝土結構標準規(guī)范”的補充,1989 年出版的“混凝土結構物耐久性設計指針”中,提出以耐久性指數(shù)TP 、環(huán)境指數(shù)S P ,并以TP ≥S P 的方式檢驗混凝土結構的耐久性。這是首次提出的以定量的方法評價結構耐久性的設計方法。

　　1999 年版“混凝土結構標準規(guī)范”,把“施工篇”改為“耐久性核對型施工篇”。將結構的耐久性與結構的安全性置于同等重要位置,即像驗算結構抗彎承載力、抗剪承載力一樣,核對結構對混凝土的碳化、鹽害的抵抗能力。同時引入混凝土碳化速度系數(shù)、氯離子擴散系數(shù)、絕熱溫升特性、堿骨料反應特性等概念,以保證耐久性核對的進行。

　　2002 年版“混凝土結構標準規(guī)范”,將“設計篇”改為“結構性能核對篇”,而恢復了“施工篇”。

　　這本規(guī)范把以往對混凝土裂縫寬度的驗算與對混凝土鹽害的抵抗能力的核對,進行了整合。即以鋼筋位置氯化物離子的濃度Cd ,小于等于鋼筋發(fā)生腐蝕的極限濃度Clim的方法,核對鋼筋的耐久性。亦即:

　　式中γi 為結構物系數(shù); Cd 按氯化物擴散移動模型預測,即公式(2) 。

　　式中C0 為由環(huán)境條件確定的混凝土表面氯離子濃度;γCl 為考慮預測值的不確定性的安全系數(shù); c 為保護層厚度; Dd 為混凝土中氯離子擴散系數(shù); t 為設計使用年限。

　　公式(2) 中的Dd 是氯離子在已發(fā)生彎曲裂縫的混凝土中的擴散系數(shù),由式(3) 求得。

Dd = γcDk + η(W／l) D。

η = (WPWa ) 2

　　式中γc 為混凝土的材料系數(shù); Dk 為無裂縫混凝土中的擴散系數(shù);W 為裂縫寬度; l 為裂縫間距; Wa 為容許裂縫寬度; D0 為考慮裂縫影響的常數(shù)。

　　關于裂縫寬度的計算公式,較以往亦有所發(fā)展,如式(4) 。

　　式中k1 為鋼筋形狀影響系數(shù); k2 為混凝土品質的影響系數(shù); k3為預應力鋼筋等級的影響系數(shù); Cs 為鋼筋中心的間距; < 為鋼筋直徑;σse為鋼筋應力; Es 為鋼筋彈模;ε′csd 為混凝土收縮、徐變的影響值。