混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性

混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第1页。第10章钢筋混凝土变形、裂缝与耐久性10.1受弯构件变形计算

10.2受拉裂缝计算

10.3混凝土结构耐久性设计混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第2页。10.1受弯构件变形计算一、结构刚度设计目的及方法1.控制变形目的（1）影响观瞻，导致使用者心理不安；（2）影响设备的正常使用；（3）导致结构内力变化，影响结构安全性（受压构件出现效应，受弯构件出现薄膜拉应力）；（4）导致非结构构件的破坏；（5）导致结构裂缝过大，影响结构正常功能。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第3页。一、结构刚度设计目的及方法2.变形控制方法（1）提高结构刚度、减小变形提高截面刚度（截面尺寸及材料）；提高结构整体刚度（结构型式）（2）单向荷载下，对结构设置反拱结构起拱；预应力反拱混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第4页。一、结构刚度设计目的及方法3.受弯构件挠度限制值钢筋混凝土受弯构件挠度限值混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第5页。二、受弯构件挠度计算一般方法1.挠度计算的一般方法

（1）弯曲变形的计算弯曲挠度：弯曲曲率：混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第6页。二、受弯构件挠度计算一般方法（2）剪切变形的计算剪切转角：剪切挠度：混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第7页。二、受弯构件挠度计算一般方法（3）轴向变形的计算

轴向变形：轴向挠度：混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第8页。二、受弯构件挠度计算一般方法2.挠度计算的简化公式（1）忽略杆件的剪切变形和轴向变形；（1）对等截面受弯构件，混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第9页。二、受弯构件挠度计算一般方法

一般型式受弯构件挠度值混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第10页。二、受弯构件挠度计算一般方法

一般型式受弯构件挠度值（续）混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第11页。三、钢筋混凝土结构抗弯刚度的一般概念1．定义2．特点（1）一般情况下，截面的抗弯刚度为。但对于配筋混凝土截面，由于混凝土的开裂，其截面惯性矩不再等于连续截面的惯性矩；无论是开裂截面还是未开裂截面，还应该考虑钢筋对截面刚度的贡献；同时，随着截面弯矩和截面混凝土应力的变化，混凝土的变形模量也不再为常数。因此，钢筋混凝土截面的抗弯刚度不能简单地用表达。

混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第12页。三、钢筋混凝土结构抗弯刚度的一般概念（2）对于等截面杆（截面形状、尺寸、配筋完全相同），即使所受弯矩相同，由于裂缝发生的随机性和延伸性，不同截面的刚度并不相同，一般取裂缝间隔内的宏观平均值计算。（3）截面的刚度应按照其定义，通过计算弯矩作用下的截面实际曲率建立。（4）随着截面配筋的不同和截面弯矩的变化，截面的弯曲曲率随之变化，截面的刚度也不同。配筋越少、弯矩越大，截面曲率越大，截面刚度越小。（5）计算构件挠度时，理论上应根据每个截面曲率，通过积分计算而得。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第13页。三、钢筋混凝土结构抗弯刚度的一般概念（6）实际计算时，近似取构件各截面中的最小刚度计算构件弯曲挠度。截面曲率：截面抗弯刚度：混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第14页。四、受弯构件刚度计算1.基本假定（1）几何关系：截面应变符合平截面假定裂缝区间平均曲率：混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第15页。四、受弯构件刚度计算裂缝开展示意图中和轴、钢筋应变及混凝土应变分布示意图混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第16页。四、受弯构件刚度计算

裂缝区间平均应变混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第17页。四、受弯构件刚度计算（2）物理关系：钢筋及混凝土的应力-应变关系开裂截面：

（为割线模量系数）混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第18页。四、受弯构件刚度计算（3）平衡关系：截面压区总压力与受拉钢筋拉力组成力偶（弯矩）

混凝土：混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第19页。四、受弯构件刚度计算按照平衡关系得到：等效压力：等效应力：等效应变：等效应变系数：混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第20页。四、受弯构件刚度计算钢筋：按照平衡关系：钢筋拉力：钢筋应力：钢筋应变：混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第21页。四、受弯构件刚度计算

开裂截面应力分析混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第22页。四、受弯构件刚度计算2.刚度计算裂缝间距内截面平均曲率计算裂缝间距内截面平均刚度计算混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第23页。四、受弯构件刚度计算

刚度计算参数混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第24页。四、受弯构件刚度计算3.规范刚度公式：混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第25页。四、受弯构件刚度计算4.应用讨论影响截面刚度的因素：截面高度：高度越大，刚度越大；截面配筋：配筋越多，钢筋应力越小，裂缝宽度越小，刚度越大；钢筋类型：钢筋弹性模量越大，刚度越大；混凝土强度：混凝土强度越大，裂缝宽度越小，刚度越大；受压区翼缘：受压区翼缘越大，混凝土应力越小，刚度越大。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第26页。五、受弯构件挠度计算的简化方法1.短期挠度计算（1）基本假定对等截面构件，假定构件在各同号弯矩段内沿跨度各截面刚度相等，截面刚度取最大弯矩截面之刚度（较实际刚度偏小）对变符号弯矩构件，当支座截面刚度不大于跨中截面刚度的2倍或不小于跨中截面刚度的二分之一时，全跨各截面刚度取跨中截面刚度简化计算。（2）计算公式：为按照短期荷载（荷载标准值）计算得到的截面刚度。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第27页。五、受弯构件挠度计算的简化方法2.长期挠度计算⑴问题的提出荷载下的长期挠度与短期（瞬间）荷载下的短期挠度不相等：短期荷载为荷载标准值，长期荷载为荷载准永久值，较短期荷载（标准值）小；长期荷载下，结构的变形由于混凝土及钢筋的徐变而加大。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第28页。五、受弯构件挠度计算的简化方法⑵长期挠度挠度增大系数：①，②③当受拉区存在翼缘时，在计算值的基础上增大20%混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第29页。五、受弯构件挠度计算的简化方法⑶规范计算方法短期荷载的长期挠度：荷载组合按标准作用组合；荷载效应按长期作用考虑。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第30页。五、受弯构件挠度计算的简化方法结构长期变形计算原理混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第31页。五、受弯构件挠度计算的简化方法⑷简化计算方法定义长期刚度及长期挠度计算公式：根据长期挠度公式：混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第32页。五、受弯构件挠度计算的简化方法得到构件的长期刚度为：短期荷载下的长期挠度为：混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第33页。五、受弯构件挠度计算的简化方法（3）计算步骤计算构件内力标准值及其准永久值分布确定最大正弯矩值及其所在截面计算该截面弯矩标准值下的钢筋应力标准值计算该截面短期刚度计算该截面长期刚度计算构件长期变形挠度验算变形混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第34页。受拉裂缝计算一.混凝土的裂缝及特征混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第35页。一.混凝土的裂缝及特征开裂原因裂缝特征抗裂措施荷载因素受拉裂缝拉单一，与主拉应力垂直验算控制宽度弯剪扭受压裂缝弯平行、多条，与主压应力平行不允许压非荷载因素干缩裂缝均匀、不规则养护温度裂缝与构件约束有关保温、构造钢筋约束变形裂缝大多同剪切裂缝减少沉降，加大刚度材料膨胀裂缝均匀、不规则控制材料质量火烧、冻胀裂缝均匀、不规则结合裂缝在主筋表面、与主筋平行养护、计算混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第36页。二、结构抗裂设计目的与要求1.裂缝控制目的影响观瞻降低密封性降低刚度加快钢筋锈蚀混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第37页。二、结构抗裂设计目的与要求2.裂缝控制要求

混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第38页。三、受拉裂缝成因与机理1.当截面内力达到开裂内力，混凝土应力达到抗拉强度，第一条裂缝在最薄弱截面产生。薄弱截面为：应力最大截面；有缺陷截面；随机。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第39页。三、受拉裂缝成因与机理开裂内力：（1）受拉构件（2）受弯构件混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第40页。三、受拉裂缝成因与机理2.截面开裂后，裂缝截面钢筋应力最大，混凝土应力为0。沿构件纵向，等内力截面钢筋和混凝土的应力不均匀分布。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第41页。三、受拉裂缝成因与机理3.由于粘结的作用，远离裂缝截面，随着粘结应力的传递，钢筋拉应力逐渐减少，混凝土拉应力逐渐加大。经过粘结长度（应力传递长度）l

m，混凝土拉应力达到最大（ft

），钢筋拉应力达到最小（，可由变形协调计算）。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第42页。三、受拉裂缝成因与机理最小粘结长度：(1)受拉构件开裂截面裂缝中间截面开裂截面混凝土应力：可能开裂截面混凝土应力：混凝土应力产生机理：

混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第43页。三、受拉裂缝成因与机理粘结长度：

最小粘结长度（取平均粘结应力达到平均粘结强度）：混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第44页。三、受拉裂缝成因与机理（2）受弯构件开裂截面钢筋应力：可能开裂截面钢筋应力：钢筋应力减小机理：混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第45页。三、受拉裂缝成因与机理粘结长度：最小粘结长度（取平均粘结应力达到平均粘结强度）：混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第46页。三、受拉裂缝成因与机理4.在粘结长度范围内，混凝土不会开裂（可反证，因为一旦开裂，此间混凝土最大应力为t

），lmin为理论最小裂缝间距。同理分析可以得到：在2倍粘结长度范围内，混凝土的最大应力为ft

，2lmin为理论最大裂缝间距。平均裂缝间距：混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第47页。三、受拉裂缝成因与机理5.分析裂缝间距公式，可以得到结论：平均裂缝间距与混凝土（抗拉）强度及粘结强度（与混凝土抗拉强度成正比）无关，即：与钢筋外形有关（变形钢筋裂缝间距较光圆钢筋小），与钢筋直径成正比，与配筋率成反比。6.裂缝平均宽度可由裂缝间钢筋与混凝土的平均受拉变形差求得（粘结滑移理论），即平均裂缝宽度与平均裂缝间距成正比。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第48页。三、受拉裂缝成因与机理7.受钢筋粘结约束的影响，在裂缝截面处，钢筋表面的混凝土与钢筋无滑移，裂缝宽度为0；远离钢筋，混凝土由于应力释放而回缩，裂缝宽度较大。裂缝宽度与计算点距钢筋表面距离成正比（无滑移理论）。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第49页。三、受拉裂缝成因与机理8.计算最大裂缝宽度时应考虑混凝土开裂的随机特性，取95%保证概率的分位值、并应考虑徐变的影响。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第50页。四、拉弯构件裂缝间距1.理论公式(1)受拉构件：其中：K为仅与钢筋外形特征有关、与混凝土无关的常数；为按有效受拉混凝土截面面积计算的受拉钢筋配筋率。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第51页。四、拉弯构件裂缝间距（2）受弯构件：混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第52页。四、拉弯构件裂缝间距其中：

K为仅与钢筋外形特征有关、与混凝土无关的常数；为按有效受拉混凝土截面面积计算的受拉钢筋配筋率。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第53页。四、拉弯构件裂缝间距2．统一经验公式混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第54页。四、拉弯构件裂缝间距3．规范统一公式裂缝宽度计算参数(GB50010-2002)混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第55页。四、拉弯构件裂缝间距4．规范简化公式（1）受弯构件（2）轴拉构件混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第56页。五、拉、弯构件裂缝宽度1．平均裂缝宽度（1）基本原理混凝土与钢筋之间永远不会出现粘结滑移，裂缝间距内，钢筋应变与混凝土应变相同，裂缝截面上钢筋应变大于混凝土应变。裂缝宽度为裂缝间距内钢筋伸长量与混凝土伸长量的差值。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第57页。五、拉、弯构件裂缝宽度（2）简化分析公式混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第58页。五、拉、弯构件裂缝宽度2．最大裂缝宽度（1）计算原理最大裂缝宽度较平均裂缝宽度大，考虑两个因素：5%超越概率取值：徐变的影响：（2）最大裂缝计算公式混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第59页。五、拉、弯构件裂缝宽度裂缝宽度计算规范参数（GB50010－2002）混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第60页。一、基本概念10.3混凝土结构耐久性设计混凝土结构的功能（Performance）混凝土结构的可靠性（Reliability）承载能力极限状态(UltimateState)（LimitStateofLoadCarryingCapacity）正常使用极限状态（LimitStateofServiceability）安全性（Safety）适用性（Serviceability）耐久性（Durability）极限状态设计法（LimitStateDesign）1.混凝土结构设计方法混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第61页。10.3混凝土结构耐久性设计2.耐久性的概念

结构在规定的工作环境中，在预定的使用年限内，在正常维护条件下不需进行大修就能完成预定功能的能力。

混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第62页。3.混凝土结构的耐久性问题混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第63页。混凝土结构的耐久性问题混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第64页。二、碱骨料反应及其预防1.碱骨料反应及其危害（1）碱骨料反应碱－骨料反应，是骨料中的活性矿物与混凝土中的碱性细孔溶液之间的化学反应。（2）碱骨料反应的危害反应物体积膨胀，导致混凝土内部受拉，出现内部裂纹、表面裂缝或整体毁坏。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第65页。二、碱骨料反应及其预防2.骨料活性物质及其碱骨料反应类型（1）碱骨料反应的机理骨料在孔溶液表面作用下形成硅醇基羟基使硅醇基断开，生成的Si-O-因带有负电荷而从周围的溶液中吸附碱性离子（K+、Na+或Ca2+）来平衡静电；OH-使更多的桥氧断开，活性硅质骨料逐渐溶解，在周围出现碱性离子不同、结构各异的钙－碱－硅产物。

Si－O－Si＋H2O→2Si－OHSi－OH+OH→Si－O-＋H2OHSiO22O→NaSiO+0.38H2O混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第66页。二、碱骨料反应及其预防(2)碱骨料反应类型混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第67页。二、碱骨料反应及其预防（3）碱骨料反应的条件碱性离子（K2O，Na2O）混凝土原材料：配制混凝土时由水泥、骨料（海砂）、外加剂和拌合水中带进混凝土中的一定数量的碱，工作环境：混凝土处于碱渗入的环境有一定数量的碱活性骨料潮湿环境，能够提供反应物吸水膨胀所需要的水分混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第68页。碱骨料反应的条件（4）影响碱骨料反应的因素水泥的含碱量一般用氧化纳当量值表示：Na22O，当水泥的含碱量Na2Oe%<0.6%时为低碱水泥，混凝土中的碱含量在3kg/m3。混凝土的水灰比反应性骨料的特性混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第69页。碱骨料反应的条件混凝土的孔隙率密实度高的混凝土，可以阻止环境和水分的进入，降低碱骨料反应的速度；适当的气孔，可以减小由于反应物体积膨胀引起的内部拉应力。环境温湿度的影响当环境湿度小于60％（如室内正常环境），发生碱骨料反应的概率很小。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第70页。二、碱骨料反应及其预防3.防止碱骨料反应的对策采用低碱水泥，降低混凝土细孔溶液的碱度掺用粉煤灰、硅粉和矿渣等掺合料降低混凝土的碱性添加引气剂，生成微气孔尽量不用可能引起碱骨料反应的骨料保证施工质量，提高混凝土的密实度，控制环境水分的进入控制工作环境湿度混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第71页。三、钢筋腐蚀及其预防1.钢筋锈蚀的危害钢筋腐蚀混凝土保护层顺筋开裂、剥落界面粘结性能退化钢筋截面面积减小延伸率降低使用性能下降承载能力下降外观破坏刚度降低挠度增大横向裂缝宽度增大粘结强度降低钢筋滑移增大锚固失效疲劳强度降低预应力筋应力腐蚀混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第72页。1.钢筋锈蚀的危害（1）钢筋腐蚀的直接影响①钢筋截面面积减小；②钢筋延伸率下降；③钢筋锈蚀产物体积膨胀，导致混凝土保护层开裂，甚至剥落；④改变钢筋与混凝土之间的界面性质，使粘结性能退化。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第73页。1.钢筋锈蚀的危害（2）钢筋腐蚀的危害①导致承载能力的降低锈蚀导致钢筋面积减小，直接降低截面承载力；锈蚀导致钢筋应力集中，降低了钢筋的疲劳性能、抗拉强度、延伸率；锈蚀导致钢筋应力集中，增大了钢筋的应力腐蚀；过度锈蚀导致钢筋和混凝土的粘结性能下降，增加了锚固失效的可能混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第74页。1.钢筋锈蚀的危害②导致使用性能的降低锈蚀导致保护层的破坏，增加了钢筋的粘结滑移，导致结构变形增大；锈蚀导致保护层的破坏，增加了钢筋的粘结滑移，导致横向裂缝宽度增大；锈蚀直接导致纵向裂缝的开展和扩展

混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第75页。2.钢筋锈蚀机理（1）钢筋的钝化机理：钢筋中的铁与空气中的氧气、水发生化学反应，在钢筋表面生成厚度极薄（）的在一定条件下（，混凝土的溶液中主要为Ca(OH)2，）不溶解、稳定的Fe(OH)2钝化膜，阻止内部铁的锈蚀。化学反应式：2Fe+O2+2H2O→2Fe+++4(OH)-→2Fe(OH)2钝化膜：Fe2O3·nH2O或Fe3O4·nH2O混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第76页。2.钢筋锈蚀机理（2）钢筋脱钝①混凝土内部pH值发生变化时，钢筋钝化膜不再稳定，容易与空气及水发生进一步反应，而锈蚀。混凝土内部pH值变化的原因混凝土的碳化使得混凝土；氯离子与钝化膜Fe(OH)2的反应物使得钢筋表面pH=4钢筋钝化膜脱钝的pH值时不稳定，时失效②当环境存在一定浓度的氯离子（Cl-）时，氯离子与钝化膜物质发生电化学反应，破坏钝化膜，导致钢筋锈蚀。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第77页。2.钢筋锈蚀机理（3）钢筋锈蚀机理：钢筋的钝化膜去钝后，在钢筋表面发生电化学反应，最终形成铁锈。在空气中的锈蚀化学反应：阳极：Fe-2e→Fe++

阴极：O2+2H2O+4e→4OH-

阴极二次化学反应：2Fe+O2+2H2O→2Fe+++4(OH)-→2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3(铁锈)铁锈进一步变化：失水形成FeOOH（氧基氢氧化铁）在氯离子环境下的锈蚀Fe(OH)2+2NaCl=FeCl2(氯锈)+2Na(OH)混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第78页。3.混凝土碳化锈蚀(1)混凝土碳化机理机理混凝土中的水化物与空气中的CO2、H2O发生化学反应化学反应方程Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O3CaO·2SiO2·3H2O+3CO2→3CaCO3+2SiO2+3H2O3CaO·SiO2+3CO2+nH2O→SiO2·nH2O+3CaCO32CaO·SiO2+2CO2+nH2O→SiO2·nH2O+2CaCO3混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第79页。3.混凝土碳化锈蚀(2)混凝土碳化的影响①碳化物碳酸钙CaCO3强度很高且不溶于水，碳化后的混凝土空隙减小，强度提高；②碳酸钙（）的碱性较氢氧化钙（）低，碳化后的水泥石呈中性。混凝土的碳化又称中性化，钝化后的钢筋在中性混凝土中不再保持化学稳定性。③碳化加剧混凝土的收缩，导致混凝土开裂。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第80页。3.混凝土碳化锈蚀(3)影响碳化的因素空气中CO2浓度混凝土的孔隙率和孔结构混凝土的渗透性——水灰比、水泥及掺合料用量、振捣与养护材料设计施工水泥用量水灰比保护层配筋构造振捣养护表层混凝土渗透性混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第81页。3.混凝土碳化锈蚀环境温度环境湿度保护层厚度混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第82页。3.混凝土碳化锈蚀(4)混凝土碳化速度（深度）混凝土的碳化速度（深度）取决于CO2在混凝土中的扩散（服从Fick第二定律）和CO2与混凝土中的Ca(OH)2的反应速度。理论模型CO2浓度模型：

混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第83页。3.混凝土碳化锈蚀实验模型碳化深度模型：混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第84页。3.混凝土碳化锈蚀

（混凝土结构耐久性评定标准课题组）混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第85页。3.混凝土碳化锈蚀（5）钢筋脱钝（开始锈蚀）时间碳化残量：当混凝土碳化至距离钢筋表面一定距离（未碳化过渡区，碳化残量）时，钢筋表面混凝土的pH值已经降至导致钝化膜不稳定的状态，钢筋脱钝并开始锈蚀。环境条件室外淋雨室外不淋雨RH=57%RH=77%RH=97%一般室内（mm）11.38.19.910.113.18.9碳化残量统计值混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第86页。3.混凝土碳化锈蚀碳化残量统计公式：说明：长度单位mm；混凝土保护层适用条件c<=45mm；局部环境系数依据环境潮湿情况取混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第87页。3.混凝土碳化锈蚀开始锈蚀时间：混凝土碳化深度距离钢筋表面为碳化残量、钢筋开始锈蚀的时时间。开始锈蚀碳化深度：开始锈蚀时间：混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第88页。4.氯离子锈蚀(1)氯离子的来源与环境分类混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第89页。混凝土中的氯离子含量来源分类Cl-含量混入性含氯盐外加剂含氯盐砂含氯盐水渗入性海洋环境海水2.9%，Cl-含量为19g/L飞溅区混凝土表面Cl-含量可达17kg/m3海洋大气区海风影响区海雾影响区（日本建筑所）重腐蚀区0~300m腐蚀区300~1000m轻腐蚀区<10km无腐蚀区>10km化冰盐桥梁混凝土表面Cl-含量可达15kg/m3停车场混凝土表面Cl-含量可达17.8kg/m3盐渍土、盐湖我国分布广阔工业盐环境火80~90℃开始分解、300℃完全分解生成HCl混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第90页。4.氯离子锈蚀(2)氯离子锈蚀机理化学反应方程：

Fe(OH)2+2NaCl=FeCl2(氯锈)+2Na(OH)①破坏钝化膜。FeCl2(氯锈)的生成使钢筋表面的pH值由降到4以下，钝化膜被破坏。②形成腐蚀电池。局部不均匀的氯锈的产生，使钢筋沿长度形成裸露铁基（阳极）和钝化膜（阴极）电池效应，在钢筋表面形成坑蚀。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第91页。(2)氯离子锈蚀机理③Cl-的去极化作用化学反应方程：(Cl-+Fe2+)+2H2O+2e=Fe(OH)2+2H++2Cl-机理：氯离子参与了化学反应，但没有被消耗，这种“搬运”作用使得化学反应不停进行，加速了阳极过程。④导电作用氯离子的存在，强化了离子通路，降低了阴、阳极的电阻，加速了电腐蚀速度。⑤Cl-与水泥的作用及对钢筋锈蚀的影响

Cl-与水泥中的铝酸三钙（C3A），在一定条件下可与氯盐中作用生成稳定的、不溶性的“复盐”，降低混凝土中游离Cl-的含量，保护钢筋不被锈蚀；但当混凝土的碱性下降时，“复盐”不再保持稳定，重新分解释放Cl-或转化为水化硫铝酸岩（钙钒石）。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第92页。4.氯离子锈蚀(3)氯离子渗透速度混凝土中氯离子渗透机理状态渗透机理影响因素程度水下部分或潮差区的饱水部分饱水混凝土里外氯离子浓差引起离子扩散孔隙水含量及其含盐量、有水头压力作用下氯化物溶液的渗透因缺氧钢筋难以锈蚀表层能风干到某种程度的混凝土直接接触海水的混凝土毛细管吸收作用混凝土孔结构、孔隙中游离水的含量特别严重干透了的混凝土毛细管吸收作用吸收海水，直到饱和混凝土孔结构特征、混凝土湿度严重混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第93页。4.氯离子锈蚀氯离子渗透计算模型：氯离子在混凝土中的扩散是一维扩散行为，浓度梯度仅沿着暴露表面到钢筋表面方向变化，氯离子浓度随时间和深度的变化服从Fick第二定律：

混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第94页。4.氯离子锈蚀式中，

为氯离子的浓度（％），一般以氯离子占水泥或混凝土重量百分比表示，

t为时间（年），x为位置（cm），

为扩散系数。式中，

为混凝土表面的氯离子浓度；

为误差函数混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第95页。4.氯离子锈蚀(4)钢筋脱钝与氯离子临界浓度脱钝机理

Cl-在混凝土内扩散到钢筋表面而达到一定浓度时钢筋才会锈蚀，此浓度称作“临界值”。相关规范中的“限定值”混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第96页。4.氯离子锈蚀类型ACI201ACI318ACI222预应力混凝土0.060.060.08普通混凝土湿环境、有氯盐0.100.150.20一般环境、无氯盐0.150.300.20干燥环境或有外防护层无规定1.00.20混凝土中允许Cl-含量的限定值（水泥重量百分比）（美国混凝土学会）混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第97页。4.氯离子锈蚀类型Cl-耐久性要求较高的钢筋混凝土0.3一般钢筋混凝土0.6类型Cl-预应力混凝土0.06％普通混凝土0.10％混凝土中允许Cl-含量的限定值（水泥重量百分比）（中国规范）每1m3混凝土中Cl-含量的限定值（kg/m3）（日本土木学会）混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第98页。4.氯离子锈蚀(5)影响氯离子渗透速度的因素混凝土的密实度混凝土的密实度好，可以有效降低氯离子的渗透速度；可以通过减小水灰比，参加硅粉等掺合料、加强养护等措施提高混凝土的密实度。混凝土的保护层厚度裂缝数量与宽度混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第99页。4.氯离子锈蚀(6)防止钢筋氯盐锈蚀的对策①综合对策从就整体而言，除设计本身外，要综合考虑到施工、使用、管理、维护等；从防腐蚀设计而言，应遵照“以防为主”的战略方针，重点在“预防设防”；就具体的设计思路而言，应考虑基本措施（强化混凝土自身对钢筋的保护能力）加上附加措施（一项或几项）的综合方略。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第100页。(6)防止钢筋氯盐锈蚀的对策②基本措施最大限度提高混凝土的密实性增加混凝土保护层厚度最大限度地防止混凝土裂缝的产生混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第101页。(6)防止钢筋氯盐锈蚀的对策③附加措施防护种类措施内容钢筋材质与钢筋涂层环氧涂层钢筋；镀锌钢筋；耐蚀合金钢钢筋；不锈钢钢筋混凝土外加剂、掺和料钢筋阻锈剂；硅灰、其他外加剂、密实剂、纤维填加料等混凝土表面封闭、涂层硅酮类；涂料；聚合物灰浆；其他隔离、砌筑层；聚合物浸渍电化学方法阴极保护、电化学除盐设计选材、结构设计、水灰比、混凝土保护层厚度、排水系统、防护方案选择施工固化与养护、温度与裂缝控制、严格规范施工维护裂缝修补、清洗排水、控制除冰盐用量综合措施以上两项或多项措施联合使用在氯盐环境中钢筋防腐蚀常用技术措施混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第102页。4.氯离子锈蚀(7)主要措施说明环氧树脂涂层钢筋方法：利用静电喷涂办法在钢筋表面喷涂物理（防渗透性好）、化学稳定性好（耐酸、碱、盐腐蚀）的环氧树脂，保护钢筋不与腐蚀性物质（氧气、水、氯离子等）接触，有效防止钢筋的锈蚀。技术关键：保证涂层的密闭、完好混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第103页。4.氯离子锈蚀钢筋阻绣剂在混凝土中添加能阻止氯离子渗透或提高导致钢筋钝化膜脱钝的氯离子临界浓度，防止钢筋锈蚀。技术关键：阻绣剂的添加量及其对混凝土的不利影响混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第104页。4.氯离子锈蚀阴极保护法在钢筋基体上采用物理方法（施加负电）或电化学方法（添加更为活跃的金属，如镁），抑止钢筋释放电子、生成铁阳离子，保护钢筋不被锈蚀。技术关键：内部钢筋的连通混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第105页。4.氯离子锈蚀混凝土表面涂层在混凝土构件表面，涂上密闭性好、能阻止环境中的水汽、氯离子进入构件内部，保护钢筋不被锈蚀。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第106页。三、钢筋腐蚀及其预防5.防止钢筋锈蚀的对策（1）通过降低水灰比、保证施工质量提高混凝土的密实性，减少环境物质进入混凝土内部的速度；（2）增加混凝土保护层厚度，延迟环境物质到达钢筋表面的时间；（3）添加混凝土掺合料，提高混凝土的密实性；（4）对钢筋和混凝土进行涂层保护。混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第107页。四、混凝土结构耐久性设计（1）设计使用年限类别设计使用年限（年）示

例15临时性结构225易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物4100纪念性建筑和特别重要的建筑结构设计使用年限分类混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第108页。四、混凝土结构耐久性设计（2）工作环境混凝土结构工作环境分类环境类别条件一室内正常环境二a室内潮湿环境；非严寒或非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性水或土壤直接接触的环境b严寒或非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性水或土壤直接接触的环境三使用除冰盐的环境；严寒或寒冷地区冬季水位变动的环境；滨海室外环境四海水环境五受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境混凝土结构第10章钢筋混凝土变形裂缝和耐久性全文共119页，当前为第109页。四、混凝土结构耐久性设计3.材料(1)优先选用耐腐蚀水泥(