混凝土耐久性研究現(xiàn)狀及存在問題簡析

張桂鑫，仲繼清，婁大云，梁正通，王頂堂

(大連大學(xué) 建筑工程學(xué)院，遼寧 大連 116622)

0 前 言

混凝土自問世以來一直是工程建設(shè)中使用最廣泛的材料，隨著科技不斷進(jìn)步發(fā)展，人們活動(dòng)的范圍和涉及的領(lǐng)域越來越廣，人類的足跡出現(xiàn)在高緯度、高海拔、深海等環(huán)境中，致使混凝土的服役環(huán)境復(fù)雜化，同時(shí)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和耐久性能會(huì)隨著時(shí)間的推移逐漸退化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的服役年限達(dá)不到預(yù)期。綜上所述，土木工程領(lǐng)域?qū)τ诓牧匣蚪Y(jié)構(gòu)構(gòu)件在非正常條件下的工作要求越來越高。

我國國土面積巨大，自然環(huán)境各地區(qū)存在顯著差異，環(huán)境對混凝土耐久性影響較大，我國從20世紀(jì)80年代開始關(guān)注和分析混凝土的耐久性問題，直至今天，混凝土的耐久性仍然是混凝土材料科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的重要研究問題之一。

1 混凝土耐久性研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外對于混凝土耐久性問題的研究主要集中在物理、化學(xué)以及力學(xué)等因素單獨(dú)作用或共同作用下。

1.1 單因素作用

1.1.1 氯鹽環(huán)境

在海洋環(huán)境中，氯離子的侵蝕會(huì)引起鋼筋銹蝕，研究氯離子侵蝕混凝土的耐久性能對評估海洋環(huán)境中混凝土的壽命意義重大。

鮑玖文等[1]從實(shí)驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值模擬三個(gè)角度對氯離子侵蝕混凝土的耐久性研究進(jìn)行綜述，總結(jié)了海洋混凝土抗氯離子侵蝕的相關(guān)研究成果，為混凝土耐久性理論和實(shí)際應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1.1.2 硫酸鹽環(huán)境

混凝土結(jié)構(gòu)在遭受硫酸鹽侵蝕后會(huì)出現(xiàn)大量物理結(jié)晶型損傷，目前關(guān)于硫酸鹽侵蝕混凝土方面的研究主要集中在抗壓強(qiáng)度、彈性模量、抗拉強(qiáng)度等基本力學(xué)性能方面[2-3]。對硫酸鹽侵蝕混凝土的抗剪性能研究較少，張中亞等[4]對硫酸鹽侵蝕下的混凝土進(jìn)行了微觀掃描和剪切試驗(yàn)，研究了抗剪強(qiáng)度退化規(guī)律。

1.2 多因素耦合作用

荷載和環(huán)境耦合作用在實(shí)際工程中伴隨混凝土的全壽命周期。

1.2.1 荷載和腐蝕耦合

張進(jìn)等[5]的研究結(jié)果表明氯離子的滲透率隨著拉伸應(yīng)變的增大而增大。Banthia等[6]研究了壓力對混凝土氯離子傳輸性的影響。結(jié)果表明當(dāng)壓應(yīng)力較低時(shí)，混凝土的氯離子滲透性有所減小，但當(dāng)壓應(yīng)力超過 30%的極限壓應(yīng)力，普通混凝土的氯離子傳輸性迅速增大。周勝兵等[7]、何世欽等[8]的研究結(jié)果表明：彎曲荷載和氯離子滲透率并非線性相關(guān)，彎曲荷載較小時(shí)，氯離子擴(kuò)散系數(shù)在受拉區(qū)增加幅度較??；當(dāng)荷載進(jìn)一步提高，隨著受拉區(qū)混凝土內(nèi)的微裂縫逐漸增多，擴(kuò)散系數(shù)增速加大。

1.2.2 荷載和凍融耦合

代征征[9]對荷載和凍融循環(huán)作用下混凝土的宏觀損傷進(jìn)行了研究，研究表明：當(dāng)壓應(yīng)力不超過臨界應(yīng)力時(shí)混凝土的抗凍融能力略有提高，當(dāng)超過臨界應(yīng)力時(shí)耦合作用將加速混凝土的劣化。郭寅川等[10]研究了疲勞荷載和凍融循環(huán)耦合作用下混凝土內(nèi)部初始微裂紋的演化，得到耦合作用下裂紋的演化規(guī)律。

1.2.3 腐蝕和凍融耦合

馮琦等[11]對不同粉煤灰取代率的再生混凝土在硫酸鹽和凍融耦合作用下試件的相對動(dòng)彈性模量和質(zhì)量損失率的變化規(guī)律進(jìn)行研究，并建立再生混凝土的壽命預(yù)測模型。

2 現(xiàn)有研究存在問題

實(shí)際工程中混凝土結(jié)構(gòu)并不是在單一環(huán)境或者某兩種環(huán)境條件下工作，是在多環(huán)境場和荷載耦合作用的狀態(tài)下，由于多種因素和荷載同時(shí)作用，混凝土的性能劣化機(jī)理更加復(fù)雜，所以目前針對多因素同時(shí)作用下混凝土的性能退化和微觀結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理研究較少，是今后耐久性研究的重點(diǎn)方向之一。

3 結(jié)論與展望

混凝土在荷載和環(huán)境場耦合作用下的耐久性能更符合混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)，因此，研究混凝土在荷載和多環(huán)境場耦合作用下的耐久性能和微觀結(jié)構(gòu)劣化機(jī)理對于實(shí)際工程建設(shè)具有重要意義，同時(shí)在理論層面進(jìn)一步補(bǔ)充混凝土耐久性研究理論，為混凝土基本理論研究提供參考依據(jù)。

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