混凝土结构耐久性设计规范讲义

第一部分背景《混凝土结构耐久性设计规范》的颁布实施首先应该归功于我国工程院资深院士陈肇元教授，可以说没有陈院士十年的呼吁和辛勤工作，这个规范不可能今天与大家见面。就让我们以记者采访陈肇元院士的问答进行这一部分的讲解。记者:在北京,我们常常发现一些立交桥用不了几年就要大修,这是什么原因?陈肇元:这牵涉到混凝土结构的耐久性,是一个比安全性更加严重的问题。建筑物在使用过程中长期受到环境温度、湿度变化和降水、冰冻等大气作用,还有所接触的土、水和空气中的有害化学物质作用,这些环境作用会腐蚀混凝土,使混凝土内的钢筋发生锈蚀,影响其使用寿命。钢筋最怕的是氯盐侵入混凝土后引起的锈蚀,海洋和近海环境中的海水中有氯盐,空气中也有盐雾,在这些环境中的桥梁和房屋有的甚至用不了10年就会出现钢筋的严重锈蚀,将钢筋外侧的表层混凝土胀裂并成片剥落。

京津地区的城市立交桥,当初设计时没有考虑冬天要在道路上喷洒除冰盐,同样使钢筋腐蚀导致10来年后就要大修甚至不得不拆除。山东有座大桥建在盐碱地上,只用了8年,现已部分拆除并重建。

记者:这么严重的耐久性问题又是什么原

因造成的呢?

陈肇元:主要与我国建筑物的耐久性设计标准过低有关,比如钢筋外侧的混凝土保护层厚度规定太薄,有的特大公路桥梁,桥面板底部钢筋的混凝土保护层厚度只有15—20毫米,混凝土强度也规定偏低,这样钢筋就容易生锈,施工速度过快也会严重影响到表层混凝土的耐久性。这类例子俯拾皆是,而所有这些又都符合我国标准的要求。记者:您能否就我国建筑物的耐久性问题

和耐久性标准与国外作些比较?

陈肇元:混凝土耐久性是一个世界性问题,像上面说的由氯盐引起的那样严重腐蚀,在发达国家也一样有过。他们的建设开始早,耐久性问题也暴露早。近30年来,发达国家花了非常大的力气,采用了许多新的防腐技术改善混凝土结构耐久性。

比如北美降雪区的混凝土桥面板,为防止冻蚀和除冰盐腐蚀,顶层钢筋的混凝土保护层最小厚度比过去提高了约2.5倍,混凝土最低强度也增加了近一倍。美国现在新建桥梁的耐久性已比二三十年前有了很大改善,预期已能满足75到100年的设计使用寿命。

我国在混凝土结构的耐久性设计标准上,除了港口工程设计标准已与国际通用标准相近外,其它如房屋、桥梁等设计标准与其它主要国家的差距,要比安全性上的差距还要大得多。像C20级的低强度混凝土,在国外的标准中早已不用在配有钢筋的建筑物构件中,而在我国甚至还用在沿海城市的大型地下工程中。按照我国标准设计的钢筋混凝土结构,钢筋在工程建造后到开始出现锈蚀的年限,大概只有国际通用标准设计的1/4—1/2左右。记者:有人认为,我国是发展中国家,因而建筑物设计标准不能向发达国家看齐,您是否赞成这一观点?陈肇元:我不能苟同这种看法。我们正在进行的大规模土建工程建设是要为现代化奠定基础,这些工程要满足今后几十年、上百年内人们生产、生活发展的需要。就建筑物而言,由梁、板、柱、基础等组成的承重结构,在长期使用年限内是无法更换的,所以在结构的安全性和耐久性上,必须从一开始就要达到能够满足将来所需的高标准。用小康的标准不成,更别说贫民窟的标准了。还要澄清一个事实,我们不能认为发展中国家的建筑物安全设计标准就是低。作为发达国家的前殖民地,许多发展中国家一般都采用发达国家的高标准,就如我们在解放前一样。所以我国建筑物安全设计的低标准,在世界上是非常突出的。2000年，陈院士在许多学术会议上，提醒混凝土结构耐久性问题日益突现，呼吁尽快制定新的规范和相关标准。加以应对。并表示今后他将重点关注和参与这方面的工作。鉴于结构安全性与耐久性对我国当前工程建设的重要意义，中国工程院土木水利与建筑工程学部于2000年设立了一个咨询研究课题，由陈院士和赵院士主持，就结构安全性与耐久性现状和待解决的问题进行研讨，为政府部门提供技术政策建议。考虑到混凝土结构的耐久性问题最为突出，而现行的混凝土结构设计与实施规范又不能很好满足这方面的要求，所以课题组联系国内专家，组织编写了《混凝土结构耐久性设计与施工指南》，并作为中国土木工程学会的第一本技术标准(CCESOI-2004)供工程技术人员参考。本标准就是在此基础上发展而来的。第二部分混凝土结构耐久性

现状与分析我国上世纪30年代前后,没有自己的规范，当时殖民地都是按照美国、德国等外国规范设计施工的房屋结构，凡能正常使用的至今质量良好。比如上海上世纪修建的房子大概有80多栋，其中90%到现在还能用，多数的拆除不是因为耐久性，而是非技术原因。大多因为规划的原因。被誉为“外滩第一楼”，建成于1906年上海亚细亚大楼风华依旧和平饭店建于1906年。1911年中国同盟本部也在该饭店召开了孙中山就任临时大总统欢迎大会。上海汇丰银行大楼风雨中走过94年上海总会大楼见证了上海滩百年的荣辱1934年建成的上海国际饭店82.5米，成为当时亚洲第一高楼可是按照我国50年代以来的设计施工规范所修建的房屋结构质量，距离《建筑法》和国际上的通用要求相差甚远。室外钢筋混凝土结构耐久性所能达到不需大修的使用年限大约短到只有发达国家的1/3-1/4。我们国家的建筑法第60条明确规定：“建筑物在合理使用寿命期限里必须要确保主体结构的质量”。

国外的一般建筑物如果也是按照50年来建，那么大体上平均可以达到100年左右的寿命。换句话说，我们的技术规范、标准，不能适应我们建设发展的需要。某小区验收时刚获了质量奖，转眼一两年就裂纹满墙；受海水腐蚀的影响，某沿海城市一海豚馆建成5年就成了“危房”……如今的建筑似乎旧得“飞快”。

美术馆地下室顶板碳化

导致钢筋锈蚀情况宁波北仑港码头混凝土梁

――建成后11年当年曾获得中国建筑大奖──特别鲁班奖的中国体育博物馆，它是在北京举办亚运会时兴建的，但到2005年，在使用了仅仅15年后就成为危房，85%以上的地板和墙体已出现贯通性开裂，承重钢梁断裂，存在重大安全隐患，近乎寿终正寝。专家分析是设计不合理。中国人民大学图书馆因为冬季施工中使用了氯盐做防冻剂，十年后出现大量顺筋开裂，钢筋锈蚀。天津市政院闻宝联博士对天津滨海地区桥梁混凝土劣化的调研调研路线伸缩缝下的盖梁端头盖梁端头段（混凝土表面冻伤）

桥面防水失效防撞墙的破坏模式

混凝土桥梁在穿越盐池时腐蚀更加严重，下图是石黄高速（沧州——黄骅港段）中间的一座跨越盐池大桥，建成通车才1年时间，盐腐蚀及冻伤就已经极其严重。

国内建筑“三十而夭

”

按照我国《民用建筑设计通则》的规定，重要建筑和高层建筑主体结构的耐久年限为100年，一般性建筑为50-100年。然而，现实生活中，我国相当多建筑的实际寿命与设计通则的要求有相当大的距离。与欧洲住宅平均寿命在80年以上、美国住宅平均使用年限也有44年相比，我国住宅的平均寿命却不过三四十年。建筑“短命”原因

因为规划短视、设计缺陷、偷工减料，我国建筑的平均寿命“50年罕见、30年普遍”，不及国标规定最低使用年限的60％。多位专家接受记者采访时呼吁，延长建筑的使用寿命是最大的节约，实现“可持续发展”应重新定义好建筑的标准和规范。耐久性问题的严重性和迫切性在于我们许多正在建设的工程仍未吸取国际和国内的大量惨痛教训,还沿着老路重蹈覆辙。一些北方城市新建成的立交桥和高速公路桥,仍没有在材料性能和结构构造等方面采取必要的防治冻融和盐害的综合措施。

甚至大型工程如2000年投入运行的南方一座跨海大桥,其主体结构在浪溅区仍采用不耐海水干湿交替侵蚀的C30混凝土和3-4cm厚的混凝土保护层。有专家估计,我国“大干”基础设施工程建设的高潮还可延续20年,由于忽视耐久性,迎接我们的还会有“大修”20年的高潮,这个高潮可能不用很久就将到来,其耗费将数倍于当初这些工程施工建设时的投资。

造成混凝土结构的耐久性问题进一步加剧的原因

一、混凝土的质量检验习惯上以单一的强度指标作为衡量标准而导致的问题。

由于混凝土的质量长期以28天强度作为主要衡量指标，并在工程界逐渐形成单纯追求强度的倾向，愿意加大水泥用量而不愿使用粉煤灰等矿物掺和料和引气剂，这些都对混凝土结构的耐久性带来极为不利的影响。对于现代混凝土来说提高强度容易做到，难的是耐久性。

混凝土的强度等级（28天龄期）与耐久性之间并不一定存在相关性，例如掺入粉煤灰后的早期强度往往有所降低（现代的掺粉煤灰技术也可以做到不降低），而抗氯盐侵入的耐久性却能成倍增加；混凝土引气后的强度也会受到影响，但抗冻融等多种耐久性能可有极大改善。

混凝土强度和耐久性具有直接关系的概念，仍然成为配制耐久混凝土的核心思想。许多人认为“混凝土强度愈高，它在严酷环境下就愈耐久”。但这需要一个重要的前提就是混凝土是坚固的，亦即混凝土是体积稳定性好的。

在硬固混凝土的约束条件下，收缩应变将导致弹性拉应力，当拉应力超过它的抗拉强度，材料就将开裂。但是，由于材料的粘弹性行为(徐变)，部分应力被消除，只有剩余应力(在徐变引起的应力松弛以后)才确定是否会发生裂缝。我们必须认识到一个重要问题是

保证水密性和耐久性起重要作用的，不是在使用条件下混凝土的强度，而是混凝土的坚固性(soundness)(不裂)高强混凝土与高早强混凝土

高早强混凝土从施工速度的观点受到建筑工业的青睐，但更易开裂。按照最近夏比罗(Shapiro)的报告，桥墩墩帽的开裂使台北一座11km长的高架车道延迟了开通，裂缝并不对结构的安全造成威胁，但能影响这结构100年的设计寿命。报告说采用高水泥含量的富混凝土是开裂的一个因素。承包者显然想到超过设计强度有助于加快施工。

(Rogana)等发现美国有10万座以上桥面结构甚至在不足一个月龄期时就出现横向裂缝，并作出以下结论:1、温度收缩和干燥收缩的综合，是产生绝大多数裂缝的原因，而不是混凝土硬固后的交通荷载或振动。2、一般地说桥面梁用高强混凝土，这些混凝土具有早期的高弹性模量。因此，对于某一给定的的温度变化或干燥收缩量，它们就会产生较高的应力，而最重要的是混凝土用来缓解这些应力的徐变却很少。

3、高强度混凝土一般水泥含量高，因而它们的收缩也较大，并在早期水化时产生较高的热量。受到今天的施工时间表的驱使，用现代波特兰水泥制造的高早强混凝土的典型水泥含量为400kg/m3或更多。这种拌合物更易开裂，从而在严竣的环境中就缺乏耐久性。很明显，假使目标是延长使用寿命，则必须在过高和过低的水泥含量之间寻求平衡。4、水泥工业对水泥强度的不适当追求,世界范围倾向于生产高早强波特兰水泥，使水泥细度增加,早强的矿物成分比例提高,这些都不利于混凝土的耐久性。注意在30年代以前，一般波特兰水泥中硅酸三钙的含量低于30%，而ASTM标准规范允许有22%的颗粒大于75微米。从50年代开始，普通波特兰水泥(ASTM一I类)的硅酸三钙含量提高到50%，并且基本上没有大于75微米的粒。

我们必须认识到

所以,结构混凝土所需的强度等级一定要兼顾构件承载力和耐久性的双重需要,而且必须了解,现在的混凝土由于水泥的早强和颗粒更细以及施工养护过程越来越短,其耐久性已远远不如过去几十年前同样强度的混凝土。

现在,除了高层建筑低层柱和预应力结构那样需要承受较高压应力的构件外,结构混凝土的强度等级对于绝大多数的配筋构件而言,应该都是耐久性需要决定的而并非取决于承载力的需要。

强度与耐久性的关系比如同一低水胶比的纯硅酸盐水泥混凝土,其强度等级要比大掺量粉煤灰混凝土高得多,但抗氯盐侵蚀的能力却远不如后者。高压蒸养的低水胶比混凝土,如果温控不当,可使混凝土内部的微细孔隙连通,这时的混凝土强度等级仍能达到90MPa甚至更高,抗水渗透能力也非常好,可是抗冻融和抗氯离子的能力有可能降到与低强混凝土相近的程度。

高强度混凝土的技术途径

在担心温度裂缝的地方，从耐久性的观点看最经济有效的方法是尽可能降低波特兰水泥用量，而采用大量优质矿物细粉料。

值得注意的是马荷特拉(Malhotra)发展了一种超级塑化混凝土拌合物，其典成分是ASTM一I型波特兰水泥150kg/m3、粉煤灰200kg/m3，这种混凝土显示出高强度和高耐久性。我们面临的两种选择:一种是采用通常的材料和配合比，不能在早期产生高强度，但能产生一种坚固的混凝土(soundconerete);另一种是采用昂贵的材料和方法，而试图对已透水混凝土中的钢筋提供保护，但可能不产生不透水的混凝土。我们应该习惯于制造缓凝混凝土，在幼龄期具有高徐变和低弹性模量。当然我们没有必要用过去那种粗磨、低硅酸三钙水泥。对一般施工的，我们可以选择大掺量矿物细粉来实现这一目的。二、不合理的施工速度

不适当地加快施工进度,尤其是对工程进度不适当的行政干预。混凝土的耐久性质量尤其需要有足够的施工养护期加以保证,“早产有损生命健康”的概念同样适用于混凝土。国内一些媒体大加宣传的所谓几个月就修成一条大路、建成一座大桥或盖成一幢高楼的工程以及抢工献礼工程,很可能就是今后注定要花掉大量资金进行大修的短命工程。提前完成合同规定施工工期的工程在国外要被罚款,因为意味着工程质量有遭到损害的可能。工程施工速度的不断加快。一再加速的施工进度使得浇筑后的混凝土普遍得不到充足时间的养护。我国工程建设的一个突出问题就是一旦决定建设就突击施工，不惜以牺牲工程质量为代价。这种施工方式的最大受害者是结构的耐久性，因为养护不足直接损伤了表层混凝土的密实性与强度，而防止钢筋发生锈蚀和外界有害物质侵入混凝土内部所依靠的就是表层混凝土的密实性;表层混凝土抵抗外界有害物质侵入的能力(抗侵入性或抗渗性)可因养护不良而成倍降低。

养护条件对不同水灰比混凝土

空气渗透性的影响

国外的研究资料表明，7天养护的表层混凝土抗二氧化碳扩散到混凝土内部的能力，可以是3天养护的2倍和1天养护的4倍，如果7天养护的混凝土可以保护钢筋不发生锈蚀的年限为100年，则3天和1天养护时的相应年限将缩短到50年和25年。

为了在混凝土更广泛地利用大量矿碴和粉煤灰，设计结构应以56d或90d龄期的强度为基础以代替28d的强度。同样清楚的是混凝土拌合物必须不按照远远超过结构要求的早期强度来进行配料。三、环境的挑战

自然不断恶化,如废气、酸雨,我国的酸雨积已超过国土的30%。我国拥有漫长的海岸线，许多地区建筑受海洋氯化物影响。北方城市交通设施混凝土结构的除冰盐问题我国广大的西部地区存在的盐腐蚀混凝土问题。

交通运输的高速增长导致除冰盐在降雪地区的大量使用;以及近年来混凝土工程以更大的规模延伸到环境条件更加恶劣的近海和海洋地区、滨海与内陆的盐碱地区以及高原冰冻地区。

四、建筑物的耐久性设计

标准低

及其他问题

比如，我国商品房的购买使用期为70年，相应地要求结构使用期至少在70年以上。根据碳化计算结果可知，现行规范关于板、墙、壳等构件的保护层厚度难于满足越来越高的使用年限要求。

当前迫切需要进行的工作是尽快编制桥梁、隧道、港工等基础设施工程耐久性设计的技术条例,修订补充现行规范中对结构耐久性的要求。

如果我们将结构的安全水准提高到发达国家的标准，每平米需要增加的费用大概几十元或百元上下;如果将地震区房屋的抗震能力提高一倍，每平米需要增加的造价也就百元左右。这对现在每平米几千元甚至上万元的城市房价来说，只是一个很小的零头。对于那些豪华的建筑物来说，提高结构的安全性和耐久性更是到了无足轻重的程度。

其实，提高我国建筑物在结构安全性和耐久性上的低标准，在经济上应该是最大的节约，在投资上应该有最大的效益。

一个工程的全寿命费用投入，包括建造费用、维修费用、拆除费用和废弃物的处置费用，如果安全与耐久标准高，50年设计寿命的房子在百年内不需大修，还能继续使用到100年或更长，这样将全寿命费用除以实际的使用年限，平均到每年的费用会比短命的建筑物低很多。

更为严重的是现行规范中的有些条文,本身就对耐久性有害。为了提高混凝土耐久性,在混凝土中合理使用粉煤灰、矿渣等矿物掺合料是重要的技术手段,国外有的规范甚至规定在桥梁等混凝土结构中必须加入粉煤灰等掺合料,而我国的早期铁路混凝土桥隧施工规范仍在明文规定禁止使用。

此外,工程技术界还存在着长期形成的一些过时的看法,对改善混凝土的耐久性能造成阻力。例如,顾虑会影响混凝土强度而不愿使用引气剂,而引气本应作为改善混凝土耐久性和工作性的常规手段;又如,希望用加大水泥用量来保证混凝土强度,而尽可能低的硅酸盐水泥用量本应是提高混凝土抗裂和耐久性能的重要措施。

标准管理条块分割

在标准规范的管理中,原则上要求结构设计规范的条文里不能有施工技术和施工质量验收要求,也不能有混凝土及其原材料在品种、质量和用量上的选择要求。这种做法未免有本末倒置之嫌,而且还造成了我国的混凝土结构设计、施工人员与混凝土材料及原材料人员之间相互割裂和互不了解的严重局面。

在编制各自专业的标准和规范时,很少邀请其他各方人员参与。在现行的混凝土原材料标准中,过多着眼本行业的利益,较少考虑它的终端应用对象混凝土和混凝土结构与制品所需。在混凝土材料的技术标准中,所考虑的混凝土性能要求也远远不能满足工程所需。

国内的水泥生产一味简单地通过磨细和增加熟料中高强矿物组分追求高强,以致国内的水泥几乎都变成早强水泥,严重损伤一些混凝土结构或产品的耐久性并加剧其开裂倾向;水泥标准允许普通硅酸盐水泥中加入大量混合料以提高水泥产量,又不限制厂家以商业秘密为由向用户隐瞒这些混合料到底是煤矸石粉、石灰石粉或建筑垃圾,而使用这样的水泥就很难配制出性能切合工程所需的混凝土。

标准试验方法存在的问题

但是这些按照混凝土材料标准试验方法得出的参数量化指标,由于采用的都是快速试验,所模拟的环境作用程度往往过于严酷而脱离工程实际,设计人员如果直接拿过来作为工程设计或工程判断的依据,有时会被误导甚至得出错误结论。例如用标准养护的28d标准龄期混凝土试件进行快速的氯离子扩散系数或硫酸盐腐蚀试验,得出的结论肯定是低水胶比大掺粉煤灰混凝土的耐久性要低于相同水胶比的纯硅酸盐水泥混凝土,原因是大掺量矿料混凝土的水化速度很慢,在28d标准龄期时远未成熟,难以承受超高浓度的盐溶液侵蚀,但在工程中的实际表现情况却相反。

混凝土构件硬化后立即接触大气中的二氧化碳很难避免,所以用混凝土耐久性的标准试验方法所测得的碳化性能,由于开始试验时的标准试件龄期已有28d,给出的结果就会过高估计粉煤灰含量较大且水胶比又偏高的混凝土护筋能力。五、设计人员对于规范、标准的错误认识在工程设计界内，似乎大家都认为:“只要按照国家的标准做，就是一个合格的设计;即使出了事故，设计人员也可不必承担责任”。据了解，目前我国一般建筑的设计使用寿命为50年，重要建筑为100年。但在实际操作中，不少设计、施工单位将规范的最低要求作为唯一标准，以至于国内近年建成的大型纪念性、标志性建筑，没有一个设计使用寿命大于100年，这方面英国要求则为200年，英国国家图书馆的寿命已超过250年。我国设计人员习惯于按照规范的最低要求设计，是导致工程质量低下的主要原因之一。设计人员必须认识到，仅仅满足规范最低要求的结构，并不一定总能保证工程的安全与耐久性，原因是每个工程都有它的特点，就可能有必要取用更高的要求。技术规范或标准决不是法律，所有技术规范的规定(包括强制性条文)决不能代替工程人员的专业分析判断能力和应承担的法律责任。

通常都要遵守规范的规定，但是仅仅满足规范最低要求的结构也不一定就是合格的结构。设计规范或标准的这一属性，在国外的技术标准中都特别加以强调，如在英国的土建工程设计技术规范和标准中说得非常清楚，一律在规范和标准的首页上特别用粗体字写明:“遵循英国标准本身，并不给予免除法律责任”。

事实上,符合混凝土原材料国家标准的水泥、砂石和矿物掺和料,不一定就是某一混凝土结构所需的合格原材料。比如含有较多粉煤灰混合料的普通硅酸盐水泥,尽管混合料用量仍在国家现行标准规定的允许限值(占水泥总重的20%)以内可视为合格产品,但如果用于水胶比偏大、钢筋的混凝土保护层厚度较薄而又处于潮湿大气环境中的混凝土构件时,就有可能因这种水泥混凝土的快速碳化而引起钢筋过早锈蚀,成为不合格的原材料,如果在这种情况下还要在配制时再外掺较多粉煤灰,更有可能铸成大错;

例如岩土工程规范中规定在有腐蚀性介质环境中的混凝土水泥最小用量为350，这个规定显然是从国外某标准中引过来的，制定者并不知道为什么这样规定，也没有说明用什么水泥。于是监理人员就死守这个最小水泥用量。实际上在一定的用水量下，若水泥用量太少，混凝土就会因水灰比太大而使其密实性差，并会造成太多薄弱的浆体)骨料界面，影响混凝土耐久性；但是国外规范中同时还限定水泥品种，最小用量为350的水泥是含有大量矿渣或火山灰的水泥。如果使用硅酸盐水泥，比350多也不能抵抗腐蚀性介质的腐蚀，因此这个规定应当指的是胶凝材料总量，也就是包括矿物掺和料在内。以上所举的都是当前混凝土质量问题中的通病,类似案例不胜枚举。可是在工程界内,由于这些问题多不违反现行规范标准的规定而习以为常,更何况一些技术规范的某些规定本身就有缺陷,甚至有误而又不及时更正。凡此种种,体现了我国混凝土技术规范落后与缺失的一面,并已成为混凝土工程质量长期不能根本改善的重要原因之一。如果我们错误地将规范当作是技术人员的法律，将设计标准中的要求当成法律条文，客观上就会束缚设计人员的创造性，降低他们对专业职责的要求，而标准本身也可能会在一些方面成为阻碍技术进步的绊脚石。规范总则中至今仍要回避“规范要求最低要求”的提法(多年来不知已因此引导了多少工程人员重大工程设计中照搬规范的最低要求而造成质量隐患)等等。技术规范决不是法律,我国的工程技术规范似应从神龛中逐渐走下来,使之成为工程师的良师益友而不是信徒的教条。第三部分：《混凝土结构耐久性设计规范》内容与重点解读

一、总则与基本规定总则中明确规定：

为保证设计的混凝土结构具有经济合理的使用年限，制订本规范。本规范适用于常见环境作用下房屋建筑、城市桥梁、隧道等市政基础设施与一般构筑物中普通混凝土结构及其构件的耐久性设计。不适用于轻骨料混凝土及其他特种混凝土结构，也不适用于特殊腐蚀环境下混凝土结构的耐久性设计。对于公路桥涵混凝土结构，可比照本规范的有关规定进行耐久性设计。本规范的耐久性设计规定，是为保证混凝土结构满足设计使用年限、并具有规定保证率的最低要求。设计时可根据工程的具体特点作适当调整。设计原则

混凝土结构的耐久性应根据结构的设计使用年限、结构所处的环境类别及作用等级进行设计。

混凝土结构的耐久性设计内容

1确定结构的设计使用年限、环境类别及其作用等级；2选用有利于减轻环境作用的结构类型、布置和构造；3确定混凝土材料与钢筋的耐久性质量要求；4确定混凝土保护层厚度；5提出混凝土裂缝控制要求；

混凝土结构的耐久性设计内容6提出防水、排水等构造措施；7严重环境作用下合理采取防腐蚀附加措施或多重防护策略；8提出满足耐久性需要的施工养护与质量验收要求；9提出结构使用阶段的维护与检测要求。环境类别与作用等级环境类别与作用等级4.2.2配筋墙、板构件的一侧表面接触室内干燥空气、而另一侧表面接触水体或湿润土体时，接触空气一侧的环境作用等级宜按干湿交替环境考虑。4.2.3室内频繁接触水蒸汽的构件，其环境作用等级应按I-C级考虑。5.2.2位于冰冻线以上的土中混凝土构件，其环境作用等级可根据具体情况适当降低。5.2.3非正常使用条件下可能偶然遭受冻害的饱水混凝土构件，其环境作用等级可按表5.2.1的规定降低一级考虑。5.2.4接触积雪的混凝土墙、柱底部，宜适当提高环境作用等级，并考虑增加表面防护措施。6.2.2一侧接触海水或含有海水的土体、另一侧接触空气的海中或海底隧道混凝土构件，其环境作用等级不宜低于III-E。6.2.3江河入海口附近水域的含盐量应根据实测确定，如其浓度明显低于一般海水时，用于结构耐久性设计的环境作用等级可根据具体情况低于表6.2.1的规定。6.2.4对于配有钢筋的混凝土结构，在除冰盐、消毒剂等氯化物作用下的环境作用等级宜根据调查确定；如无相应的调查资料，可根据表6.2.4确定。6.2.5在确定氯化物环境对混凝土构件的作用等级时，不宜考虑混凝土表面普通防水层对氯化物的阻隔作用。7.1.3部分接触含硫酸盐的水、土而部分又暴露于大气中的混凝土构件，可按表7.1.2规定的环境作用等级进行设计。当混凝土构件处于日温差剧烈变化的干旱、高寒地区，则应按表7.1.3确定硫酸盐作用等级。7.1.4污水管道、厩舍、化粪池等接触硫化氢气体或其他腐蚀性液体的构件，可按环境作用等级V-E考虑，作用程度较轻的可按V-D考虑。基本规定的相关条款3.2.3当结构构件受到多种环境类别共同作用时，应分别满足每种环境类别单独作用下的耐久性要求。3.2.4在长期潮湿或接触水的环境条件下，混凝土结构的耐久性设计应考虑混凝土可能发生的碱-骨料反应、钙矾石延迟反应和软水对混凝土的溶蚀，在设计中采取相应的措施。

混凝土中的碱（Na2O和K2O）与砂、石骨料中的活性硅会发生化学反应，称为碱硅反应（Aggregate-SilicaReaction,简称ASR）；某些碳酸盐类岩石骨料也能与碱起反应，称为碱碳酸盐反应（Aggregate-CarbonateReaction，简称ACR）。在骨料界面生成的膨胀性产物会引起混凝土开裂，在国内外都发生过此类工程损坏的事例。环境作用下的化学腐蚀反应大多从表面开始，但碱-骨料反应却是在内部发生的。碱-骨料反应是一个长期过程，其破坏作用需要若干年后才会显现，而且一旦在混凝土表面出现开裂，往往已严重到无法修复的程度。

发生碱-骨料反应的充分条件是：混凝土有较高的碱含量；骨料有较高的活性；还要有水的参与。限制混凝土含碱量、在混凝土中加入足够掺量的粉煤灰、矿渣或沸石岩等掺和料，能够抑制碱骨料反应；采用密实的低水胶比混凝土也能有效地阻止水分进入混凝土内部，有利于阻止反应的发生。

单位体积混凝土中的含碱量（水溶碱，等效Na2O当量）应满足以下要求：1对骨料无活性且处于干燥环境条件下的混凝土构件，含碱量不应超过3.5kg/m

；对于设计使用年限为100年的结构物，宜限制混凝土的含碱量不超过3kg/m

。

2对于骨料无活性但处于潮湿环境（相对湿度≥75%）条件下的混凝土构件，含碱量不超过3kg/m

。

对于骨料有活性且处于潮湿环境（相对湿度≥75%）条件下的混凝土构件，应严格控制混凝土含碱量并掺加矿物掺和料。

矿物掺和料带入混凝土中的碱可按水溶性碱的含量计入，当无检测条件时，对粉煤灰，可取其总碱量的1/6，磨细矿渣取1/2。对于使用潜在活性骨料并常年处于潮湿环境条件的混凝土构件，可参考国内外相关预防碱骨料反应的技术规程。

混凝土钙矾石延迟生成（DelayedEttringiteFormation,简写作DEF）也是混凝土内部成分之间发生的化学反应。混凝土中的钙矾石是硫酸盐、铝酸钙与水反应后的产物，正常情况下应该在混凝土拌和后水泥的水化初期形成。如果混凝土硬化后内部仍然剩有较多的硫酸盐和铝酸三钙，则在混凝土的使用中如与水接触可能会再起反应，延迟生成钙矾石。钙矾石在生成过程中体积会膨胀，导致混凝土开裂。

混凝土早期蒸养过度或内部温度较高会增加延迟生成钙矾石的可能性。防止延迟生成钙矾石反应的主要途径是降低养护温度、限制水泥的硫酸盐和C3A含量以及避免混凝土在使用阶段与水分接触。在混凝土中引气也能缓解其破坏作用。

软水侵蚀

Ca(OH)2的溶解度>1.3g/l，由于Ca(OH)2的溶解而侵蚀。

Ca(OH)2=Ca2++2OH-Ksp=[Ca2+][OH-]2流水造成Ca(OH)2晶体的溶蚀，带来①孔隙率的增大②C—S—H凝胶需要足够的碱环境，随Ca(OH)2溶蚀，C—S—H分解自身CaO去补充，久而久之，水泥石孔隙率越来越大，结构破坏。也就是说，流动的软水能将水泥浆体中的氢氧化钙溶出，使混凝土密实性下降并影响其他含钙水化物的稳定。酸性地下水也有类似的作用。增加混凝土密实性有助于减轻氢氧化钙的溶出。

3.2.5混凝土结构的耐久性设计尚应根据实际使用条件，考虑高速流水、风砂以及车轮行驶对混凝土表面的冲刷、磨损作用的影响。应采用强度等级较高的耐磨混凝土，通常还需要将可能磨损的厚度作为牺牲厚度考虑在构件截面或钢筋的混凝土保护层厚度内。

骨料的硬度和耐磨性对混凝土的抗冲磨能力起到重要作用，铁矿石骨料好于花岗岩骨料，花岗岩骨料好于石灰岩骨料。

在胶凝材料中掺入硅灰也能有效地提高混凝土的抗冲磨性能。

3.3设计使用年限

标志性、纪念性建筑物的设计使用年限一般不宜低于150年；对于大型工程建设项目，其混凝土结构的设计使用年限可适当增加；某些工业建筑和矿山建筑的使用年限与工艺更新和资源开采的期限有关，可以低于50年。

对于公路混凝土桥涵结构的设计使用年限，高速和一级公路上的所有桥涵、所有公路上的特大桥以及二级公路上的大桥和中桥不低于100年，二级公路上的小桥以及三、四级公路上的大桥和中桥不低于50年，其他小桥不低于30年。在严重（包括严重、非常严重和极端严重）环境作用下，混凝土结构的个别构件因技术条件和经济性难以达到结构整体的设计使用年限时（如斜拉桥的拉索），在与业主协商同意后，可设计成易更换的构件或能在预期的年限进行大修，并应在设计文件中注明更换或大修的预期年限。需要大修或更换的结构构件，应具有可修复性，能够经济合理地进行修复或更换，并具备相应的施工操作条件。3.4材料要求

3.4.1配筋结构中的混凝土材料，应根据结构所处的环境类别、作用等级和设计使用年限，同时满足混凝土最低强度等级、最大水胶比和混凝土原材料组成的要求。原材料的限定范围包括硅酸盐水泥品种与用量、胶凝材料中矿物掺和料的用量范围、水泥中的铝酸三钙含量、原材料中有害成分总量（如氯离子、硫酸根离子、可溶碱等）以及粗骨料的最大粒径等。

对于强度等级达到C60的泵送混凝土，单位体积混凝土的胶凝材料最大用量可增大至530kg/m3。混凝土配制中不得使用含有氯化物的防冻剂和其他外加剂。单位体积混凝土中三氧化硫（SO3）的最大含量应不超过胶凝材料总量的4%。

B.3.1配筋混凝土的胶凝材料中，矿物掺和料用量占胶凝材料总量的比值应符合下表规定。B.3.2表B.3.1中未列入的其他符合国家标准或行业标准的水泥也可考虑使用，如适用于非高温地区的硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥等。其他的矿物掺和料按复合水泥用矿物掺和料的国家标准经试配后也可选用，如烧高岭土粉、磷渣粉、沸石岩粉等。B.3.3用作矿物掺和料的粉煤灰应选用氧化钙（CaO）含量不大于10%的低钙灰。

B.3.4冻融环境下用于引气混凝土的粉煤灰掺和料，其含碳量不宜大于1.5％。

B.3.5氯化物环境下使用的矿物掺和料中，宜加入占胶凝材料总重的3％～5％的少量硅灰。氯化物环境下不宜使用抗硫酸盐硅酸盐水泥。

B.3.6在硫酸盐化学腐蚀环境中，当环境作用等级为V-C和V-D时，水泥中的铝酸三钙（C3A）含量应分别低于8％和5％；如使用大掺量的矿物掺和料，水泥中的C3A含量可分别不大于10％和8％；当环境作用等级为V-E时，水泥中的C3A含量应低于5％，并应同时掺加矿物掺和料。

硫酸盐环境下使用硅酸盐类的抗硫酸盐水泥或高抗硫酸盐水泥时，也宜掺加矿物掺和料。当环境作用等级在V-E以上时，需根据当地的大气环境和地下水变动条件，进行专门实验研究和论证后确定水泥的种类和掺和料用量，且不能使用高钙粉煤灰。硫酸盐化学腐蚀环境下的水泥和矿物掺和料中，不得加入石灰石粉。

掺石灰石粉的水泥基材料主要因形成大量较大尺寸的石膏晶体而膨胀开裂。石膏的形成导致硫酸盐侵蚀水泥基材料产生膨胀开裂。但实验结论源于水胶比0.5。3.4.2对于重要工程或大型工程，应针对具体的环境类别和作用等级，分别对抗冻耐久性指数、氯离子在混凝土中的扩散系数等提出混凝土材料耐久性的具体量化指标。

这些指标均由实验室标准快速试验方法测定，可用来比较胶凝材料组分相近的不同混凝土之间的耐久性能高低，主要用于施工阶段的混凝土质量控制和质量检验。如果混凝土的胶凝材料组成不同，用快速试验得到的耐久性指标往往不具有可比性。混凝土渗透性评价标准氯离子扩散系数（10-14㎡/s）混凝土渗透性＞1000Ⅰ（很高）

500～1000Ⅱ（高）

100～500Ⅲ（中）

50～100Ⅳ（低）

10～50Ⅴ（很低）

5～10Ⅵ（极低）＜5Ⅶ（可忽略）

标准快速试验中的混凝土龄期过短，不能如实反映混凝土在实际结构中的耐久性能。某些在实际工程中耐久性能表现优良的混凝土，如低水胶比大掺量粉煤灰混凝土，由于其成熟速度比较缓慢，在快速试验中按标准龄期测得的抗氯离子扩散指标往往不如相同水胶比的无矿物掺和料混凝土；但实际上，前者的长期抗氯离子侵入能力比后者要好得多。

抗渗等级仅对低强度混凝土的性能检验有一定用处，对于密实的混凝土宜用氯离子在混凝土中的扩散系数作为耐久性能的评定指标。3.4.3结构构件的混凝土强度等级应同时满足构件承载能力和耐久性的设计要求。

3.4.4素混凝土结构的混凝土最低强度等级，在冻融环境和化学腐蚀环境下应根据表3.4.3的规定取用；对于一般环境不应低于C15；对于氯化物环境可按III-C或IV-C作用等级取用。3.4.5

直径6mm的细直径热轧钢筋作为受力主筋，应只限在一般环境（I类）中使用，且当环境作用等级为轻微（I-A）和轻度（I-B）时，构件的设计使用年限不得超过50年；当环境作用等级为中度（I-C）时，设计使用年限不得超过30

年。

3.4.6冷加工钢筋不宜作为预应力筋使用，也不宜作为按塑性设计构件的受力主筋。公称直径不大于6mm的冷加工钢筋只能在一般环境中的I-A、I-B等级下作为受力钢筋使用，构件的设计使用年限不得超过50年。3.4.7预应力筋的公称直径不得小于5mm。

3.4.8同一构件中的受力钢筋，不宜使用不同材质的钢筋类型。埋在混凝土中的钢筋，如材质有所差异且相互的连接能够导电，则引起的电位差有可能促进钢筋的锈蚀，所以宜采用同样牌号或代号的钢筋。不同材质的金属埋件之间（如镀锌钢材与普通钢材、钢材与铝材）尤其不能有导电的连接。二、关于保护层钢筋的混凝土保护层(concretecovertoreinforcement)

从混凝土表面到钢筋（包括主筋、箍筋和构造筋）公称直径外边缘之间的最小距离；对后张法预应力筋，为套管或孔道外边缘到混凝土表面的距离。

目前已经为人们了解的耐久性现象主要包括混凝土中钢筋的锈蚀(包括由表层混凝土碳化和外部氯离子人侵造成的锈蚀过程)、混凝土的冻融损伤、混凝土的化学腐蚀和结晶破坏。《混凝土结构耐久性设计规范》主要考虑以上的耐久性问题。有的学者将碱骨料反应和内部硫酸盐反应也归为耐久性问题，另外混凝土表面的力学磨蚀也被一些文献列为耐久性问题。

在上述的耐久性问题中，混凝土中钢筋的锈蚀是耐久性问题中最为集中、影响面最大的问题之一。对于钢筋锈蚀，《混凝土结构耐久性设计规范》明确规定:对于自然环境中的锈蚀问题，主要用混凝土保护层来保证构件的耐久性;对于特殊工业腐蚀环境中的锈蚀问题，可以考虑使用表面防护措施来处理.因此，对于绝大多数暴露在大气环境中混凝土结构，钢筋的保护层的质量与厚度成为构件耐久性的基本保证。可以讲，锈蚀问题的耐久性设计，就是钢筋保护层的设计。建筑物的钢筋在干燥环境下是不容易锈蚀的，多数房子在50年里不会因为钢筋锈蚀而受损。如果是在潮湿的环境下或者有氯化物侵蚀的建筑物，一般的阳台、女儿墙较易损坏，钢筋易锈蚀，保护层易脱落。但是钢筋为什么会生锈？这与保护层的厚度有关。混凝土表面与钢筋的距离，我们称为保护层，水分、氧气进入的距离长，钢筋的寿命就长，另外混凝土密实，外面的东西不容易进去，钢筋的寿命也能延长。

对保护层的规定主要是根据环境的作用种类和作用程度来规定钢筋保护层的质量指标(如强度和离子扩散系数)、厚度和混凝土养护条件。针对耐久性设计的混凝土保护层厚度规定，有2种基本的方法：最小保护层厚度和总保护层厚度。最小保护层厚度是按照耐久性需要，考虑了耐久性失效保证率的最小保护层厚度。最小保护层不能直接用于混凝土构件截面设计，需要计人施工允差以后才成为设计中使用的保护层厚度。欧洲规范和我国已完成的耐久性技术标准均采用了最小厚度的概念.总保护层厚度包括了耐久性需要的最小厚度和施工允差，可直接用于混凝土构件截面设计，美国ACI规范采用的是总保护层厚度.

设计阶段的保护层规定都需要通过施工来实现。对于保护层来讲，通过对强度、养护和组分的要求来控制保护层混凝土的密实程度;通过控制施工允差来保证混凝土保护层的厚度。

我国混凝土结构设计的习惯，通常不计入施工允差，而且混凝土保护层厚度针对受力主筋，不考虑分布钢筋。这两点都不符合混凝土保护层耐久性设计的原则.《混凝土结构耐久性设计规范》沿用耐久性设计的通例，明确规定标注在施工图和进行混凝土构件截面设计使用的混凝土保护层必须包括耐久性要求的最小保护层厚度和施工允差；同时耐久性设计对保护层的规定适用于截面最外缘钢筋，可以是主筋、也可以是分布(箍)筋。从施工验收的角度，合理的验收厚度标准和保证率是确保结构真实耐久性的关键环节。验收的最终目的是，使实际的保护层厚度的分布值小于耐久性要求的最小保护层厚度的概率不大于要求的耐久性失效概率。

按照国际上的通用水准与要求，设计使用年限和耐久性的保证率应不低于90-95%。也就是说;如果建筑物的合理使用寿命确定为50年，那么结构的设计使用年限也应是50年，到了这个目标年限，所设计的结构至少应有90-95%以上在耐久性质量上仍然没有问题，可以继续正常使用，或者说达不到这种要求的失效概率低于5一10%。

经研究，与这种大小失效概率相当的寿命安全系数约在2左右:即按50年设计使用年限设计的主体结构，从总体看，不需大修的平均使用年限应达50年的2倍左右，即100年。实践表明，按照国际通用标准设计的一般房屋主体结构是能够达到这种质量要求的。

可是按照我国50年代以来的设计施工规范所修建的房屋结构质量，距离《建筑法》和国际上的通用要求相差甚远。根本的技术原因是我国结构设计与施工规范所设置的耐久性水准太低，为保护混凝土内钢筋免遭锈蚀的混凝土保护层最小厚度(钢筋距离混凝土构件表面的埋置深度)普遍较薄，从总体看，在同样的环境条件下只有国际通用规范要求的1/2;保护层厚度小一半，因钢筋锈蚀导致使用寿命终结的年限就会缩短3-4倍。

例如，一般环境中的干湿交替环境条件最易引起钢筋的严重锈蚀,可是在我国现行标准GB50010—2002《混凝土结构设计规范》所规定的环境类别中,其环境等级仅列为”二a”,与不宜锈蚀的水中缺氧环境同样对待,给出梁柱主筋所需的保护层最小厚度为30mm,所以最先遭受锈蚀的外侧箍筋保护层最小厚度可能仅有15mm,甚至不到表3规定的一半。这是干湿交替下的混凝土构件寿命之所以短促的主要原因。钢筋混凝土中钢筋的腐蚀要经历三个过程。①混凝土保护层被碳化或一定数量的氯离子扩散到钢筋表面,钢筋的钝化膜被破坏;②水汽、氧或其它有害介质通过混凝土保护层渗透至钢筋表面;③钢筋表面发生电化学腐蚀。保护层厚度与质量对钢筋腐蚀的影响分析

碳化影响

碳化是一个由表及里,由浅入深的过程。在相同的环境下,保护层越厚,保护层完全碳化所需的时间越长,钢筋的腐蚀程度越轻。混凝土保护层厚度每减少25%,碳化到钢筋表面所需时间就缩短50%。因此,提高混凝土保护层厚度是提高混凝土耐久性的重要措施。只要钢筋的混凝土保护层具有规范要求的最小厚度以及构件裂缝不致过宽,就可使钢筋在结构正常使用年限内免遭锈蚀。孔隙率影响混凝土保护层的孔隙率不仅加快碳化速度,而且还会使钢筋表面得不到碱性溶液的严密覆盖而降低抗锈蚀能力。因此,在施工过程中保证混凝土的密实度,对于提高混凝土对钢筋保护作用具有重大意义。火灾影响受火灾或高温作用时,混凝土内部的温度随保护层厚度增加而降低。对于混凝土结构来说,火灾时结构的破坏主要由于钢筋温度升高退火软化,导致钢筋强度降低,钢筋与混凝土之间的粘结力下降,最后丧失承载能力。因此,有防火要求的混凝土结构最小保护层厚度应满足规范要求。当混凝土板厚≤120mm,保护层厚度20mm时,耐火极限可以达到3h。

环境影响保护层厚度相同,在室内干燥环境中使用的混凝土构件,不仅碳化速度慢,而且即使碳化层达到钢筋表面,钢筋也可能不锈蚀。若构件处在湿度较大或干湿交替的环境中,如渗水,则钢筋腐蚀较快。

水泥砂浆面层影响钢筋混凝土构件表面施加水泥砂浆面层,可以阻碍空气的渗透,延缓碳化层到达钢筋表面的时间,提高混凝土构件的耐久性。一般认为,混凝土碳化对混凝土本身没有太多的危害,相反会使混凝土强度提高。但混凝土碳化会使混凝土中的钢筋失去碱性环境的保护,从而引起钢筋锈蚀。另外,碳化使混凝土变脆,构件延性变差。对付碳化引起普通钢筋的锈蚀似乎不应成为一个问题。通过控制混凝土水胶比和适当增加钢筋保护层厚度，就能容易地得到解决，在技术上没有困难，费用也不会有明显增加。

相对于碳化锈蚀而言，氯盐引起的钢筋锈蚀要严重得多并较难应对。随着这个问题的不断暴露，北美国家的设计规范从60年代开始一再提高氯盐环境下的混凝土保护层厚度和强度等级，海洋浪溅区或直接受除冰盐作用的构件保护层厚度提高到60-70mm。

与钢筋横向交叉的可见裂缝能使裂缝截面处的普通钢筋提前发生局部锈蚀，这种局部的锈蚀通常不会向周边和深部发展，只有在保护层被碳化、保护层下的钢筋表面脱钝的条件下，才能在钢筋表面引起全面稳定的锈蚀发展过程。所以横向裂缝宽度除影响外观外，只要表面裂宽不是太大（如不大于0.4），对碳化引起的钢筋锈蚀没有大的影响，这已为试验室和野外试验所证实。

过薄的保护层厚度还易发生顺筋的混凝土收缩裂缝，也会受施工抹面工序的影响发生顺筋开裂。沿着钢筋表面发生的顺筋纵向裂缝则完全相反，它能使水、氧等参与锈蚀反应的物质长驱直入，会极大地加快钢筋锈蚀的速度。在锈蚀问题上，最需关注的是预应力构件和拉索。预应力钢筋（索）等高强钢筋在应力腐蚀下的锈蚀速度较快，还会形成坑蚀和发生氢蚀，检查又非常困难，而且破坏时呈脆性。更为重要的是预应力索和拉索作为结构的主要受力部件，它的失效往往会引起整个结构的整体倒塌，所以必须有很高的防锈要求。除增加保护层厚度并严格控制裂缝外，还应配合采取其他防腐措施。

氯盐引起的钢筋锈蚀最为严重。在氯盐环境下，横向宏观裂缝处的钢筋截面受氯盐侵蚀可形成坑蚀，会严重削弱钢筋的承载力和延性，因而对裂缝宽度限制更为严格，预应力构件应按不允许开裂进行设计。

混凝土保护层设计要求的现状

上世纪50年代以前，在室内的一般环境条件下，混凝土构件最外侧钢筋(包括箍筋和分布筋)的保护层最小厚度对板和梁柱分别有20mm(有防火要求时25mm)

和4Omm;50年代初学习苏联后，板的受力钢筋保护层最小厚度改为10mm(板厚小于100mm)和15mm(板厚大于100mm);梁的主筋保护层最小厚度改为25mm，箍筋保护层最小厚度15mm;如有蒸气、或湿度较高、或有防火要求，板、梁钢筋的保护层最小厚度需另加10mm。

但在随后的设计中，取消了防火要求时需要增加保护层厚度10mm的规定。1974年颁布的TJ10一74规范中，延续了这一规定。到现行规范GB50012一2002，板的受力钢筋保护层最小厚度改为15mm，而分布筋保护层厚度仍为IOmm。对于室外受雨淋(干湿交替环境)的混凝土构件，当设计使用寿命为50年时，按照国标GB50012一2002规范，梁和板的主筋保护层最小设计厚度分别为30和25mm，相应的混凝土最低强度等级C25，箍筋和分布筋的保护层最小厚度15mm;

按照交通部JGB62一2004桥涵混凝土结构设计规范，梁和板的主筋保护层最小设计厚度为30mm，箍筋和分布筋的保护层最小厚度分别为20和15mm，相应的混凝土最低强度等级也是C25(交通部桥涵规范的这一设计标准还适用于100年设计使用年限);2004年以前按照交通部老版本的混凝土结构桥涵设计规范，所要求的保护层厚度还要更少。但同样是室外受雨淋构件，按美国ACI318规范和AASHTO规范，不论梁、柱、板、墙中的主筋、箍筋和构造筋，当钢筋直径大于19mm时一律要求保护层的最小设计厚度为51mm，相应的混凝土强度等级相当于C25;按英国BS8100一1997规范(设计使用年限为60年)，梁板最外侧钢筋(箍筋、分布筋或主筋)的保护层最小设计厚度为40mm，相应的混凝土最低强度等级为C4O。按新颁布的欧盟规范EN19921一1:2004，最外侧钢筋(箍筋、分布筋或主筋)的保护层最小设计厚度对梁为40mm，对板为35mm，相应的混凝土最低强度等级也是C4O;按日本建筑学会标准，普通房屋钢筋混凝土结构(设计使用年限65年)室外梁、柱、墙的主筋保护层最小厚度为50mm，板40mm。

再以海洋环境下100年设计使用年限的干湿交替构件(如浪溅区的桥梁墩柱)为例，按我国交通部JTGD62一2004桥涵规范规定的主筋保护层厚度为45mm，相应的混凝土强度等级为C35;而按美国ASSHTO桥梁设计规范(设计使用年限75-100年)，主筋保护层厚度为100mm(桥梁墩柱)，相应的混凝土水胶比不大于0.40;欧盟规范要求最外侧钢筋(箍筋、分布筋或主筋)保护层度至少75mm，相应混凝土最低强度等级不低于C45。

我国混凝土结构保护层设计要求严重不足的问题主要表现在：规范规定的保护层最小厚度以及相应的混凝土最低强度(或最大水胶比)，除了室内长期干燥等良好环境条件外，不能满足工程设计使用年限所需，尤其在干湿交替的环境条件下相差更远;工程实际调查和通过材料劣化模型的计算都已反复表明了这一事实;规范规定的保护层厚度中并没有考虑到保护层厚度的施工允差，进一步加剧了问题的严重性;增加保护层厚度不会明显增大柱的内力和材料用量，所以国际上的规范多提倡室外环境中的柱子保护层厚度宜加大，海洋环境中到100mm甚至更多。素混凝土的桥梁墩柱尚且可被广泛采用，为什么配筋以后就需要限制保护层厚度?

对于较大跨度的梁板受弯构件，增大保护层厚度则会明显增加自重引起的内力弯矩和造价，所以在严酷的环境条件下宜辅以环氧涂层钢筋或混凝土表面涂层等防腐蚀附加措施而不对钢筋采用过大的保护层厚度(如大于60mm)。我国现行规范在处理保护层厚度与裂缝控制的关系上，很可能走的是一条南辕北辙的途径。正是规范规定的过薄保护层厚度，一方面使钢筋过早锈蚀产生危险的顺筋开裂，另一方面又会引发屡见不鲜的早期顺筋裂缝。

这些裂缝包括混凝土板内上表面的顺筋塑性沉降裂缝(由于骨料在新拌混凝土中的沉降受阻于顶部纵向钢筋)，板、墙的顺筋干燥收缩裂缝(由于钢筋过于贴近模板影响该处保护层混凝土质量并造成应力集中)，柱中顺箍筋方向的塑性沉降裂缝(由于骨料在新拌混凝土中不能通过箍筋和模板之间的孔隙而受阻)，新拌混凝土抹面压实造成的顺筋裂缝。许多发生在新拌混凝土上的塑性裂缝，或因过细不被发觉，或虽经抹平从表面上消除，但在混凝土硬化后的干缩过程中，又会进一步扩大并显现。

对于荷载引起的横向裂缝宽度，在实际工程中远没有GB50010规范公式算出的那么大和设想的那么严重;对于收缩引起的裂缝，应该主要通过混凝土原材料的选择、合适的配比特别是适当的混凝土施工养护加以解决，而不应是限制保护层厚度，更不能在保护层内再加一层钢筋网。不同环境条件下的保护层厚度50年30年4.3.2大截面混凝土墩柱在加大钢筋的保护层厚度的前提下，其混凝土强度等级可低于表4.3.1中的要求，但降低幅度不应超过两个强度等级（10N/mm），且对设计使用年限为100年和50年的构件，强度等级应分别不低于C25和C20。

当采用的混凝土强度比表4.3.1的规定低一个等级时，保护层厚度应增加5mm；低两个等级时，保护层厚度应增加10mm。但对大截面墩柱来说，如果只是为了提高保护层混凝土的耐久性而全截面采用较高强度的混凝土，往往不如加大保护层厚度的办法更为经济合理。相反，加大保护层厚度会明显增加梁、板等受弯构件的内力，宜提高混凝土的强度等级以减少保护层厚度。

4.3.3在I-A、I-B环境中的民用建筑室内混凝土构件，可考虑建筑饰面对于钢筋防锈的有利作用，适当减小表4.3.1规定的保护层最小厚度，但减小的幅度不应超过10mm；且在任何情况下板、墙等面形构件的最外侧钢筋保护层厚度不应小于10mm；在I-C环境中频繁遭遇雨淋的室外构件，可考虑防水饰面的保护作用，适当减小表4.3.1规定的保护层最小厚度，但不应小于相应的I-B等级的要求。4.3.4采用直径6mm的细直径热轧钢筋或冷加工钢筋作为构件的主要受力钢筋时，应在表4.3.1规定的基础上将混凝土强度提高一个等级；或将保护层厚度增加5mm。6.3.4环境作用等级为III-E或IV-E及以上等级的大截面柱、墩等受压构件，宜采用较大的保护层厚度，但相应的混凝土强度等级不宜降低。受氯化物作用的混凝土墩柱顶面，宜加大钢筋的保护层厚度。

与受弯构件不同，增加墩柱的保护层厚度基本不会增大构件材料的工作应力，但能显著提高构件对内部钢筋的保护能力。氯化物环境的作用存在许多不确定性，为了提高结构使用年限的保证率，采用增大保护层厚度的办法要比附加防腐蚀措施更为经济。

墩柱顶部的表层混凝土由于施工中混凝土泌水等影响，密实性相对较差。这一部位又往往受到含盐渗漏水影响并处于干湿交替状态，所以宜增加保护层厚度。6.3.5在特殊情况下，通过采取可靠的防腐蚀附加措施并经过专门论证，可根据具体情况减少表6.3.2中环境作用等级为III-E或IV-E及以上构件的钢筋保护层最小厚度。

防腐蚀附加措施(additionalprotectivemeasures)

在改善混凝土密实性、增加保护层厚度和利用防排水措施等常规手段的基础上，为进一步提高混凝土结构耐久性所采取的补充措施，包括混凝土表面涂层、防腐蚀面层、环氧涂层钢筋、钢筋阻锈剂和阴极保护等。

多重防护策略(multipleprotectivestrategy)

为确保混凝土结构和构件的使用年限而同时采取多种防腐蚀附加措施的方法。保护层质量的保证使混凝土有良好的密实性和抗裂性，其主要手段是：1、选用低水化热和含碱量偏低的水泥，尽可能避免使用过于早强的水泥和高C3S,含量的水泥；2、选用坚固耐久的洁净骨料；3、使用较大掺量的粉煤灰、矿渣等矿物掺和料或复合矿物掺和料，除特殊情况外，矿物掺和料应作为耐久混凝土的必需组分；4、尽可能使用优质引气剂，将适量引气作为配制耐久混凝土的常规手段；5、采用偏低的拌和水量，为此宜加高效减水剂；6、限制单方混凝土中胶凝材料的最低和最高用量，为此应特别重视混凝土骨料的级配以及粗骨料的粒形要求；7、在满足单方混凝土中胶凝材料最低用量要求的前提下，尽可能降低其中的硅酸盐水泥用量，但高水胶（灰）比的混凝土仍应有硅酸盐水泥最低用量的要求。有效的辅助措施透水模板两层无纺布和中间的高倍吸水树脂压制而成，质量要求：合适的吸水性，并吸水均匀，表面光滑，花纹整齐、规则材质挺括，便于操作便于拆模，不粘混凝土使用透水模板效果三、关于材料的补充说明重要术语水胶比(watertobinderratio)

混凝土拌合物中用水量与胶凝材料总量的重量比。

胶凝材料(cementitiousmaterial,orbinder)

混凝土原材料中具有胶结作用的硅酸盐水泥和粉煤灰、硅灰、磨细矿渣等矿物掺和料与混合料的总称。氯离子在混凝土中的扩散系数(chloridediffusioncoefficientofconcrete)

描述混凝土孔隙水中氯离子从高浓度区向低浓度区扩散过程的参数。

混凝土抗冻耐久性指数DF(durabilityfactor)

混凝土经规定次数快速冻融循环试验后，用标准试验方法测定的动弹性模量与初始动弹性模量的比值。

含气量(concreteaircontent)

混凝土中气泡体积与混凝土总体积的比值。对于采用引气工艺的混凝土，气泡体积包括掺入引气剂后形成的气泡体积和混凝土拌和过程中挟带的空气体积。气泡间隔系数(airbubblespacing)

硬化混凝土或水泥浆体中相邻气泡边缘之间的平均距离。冻融环境的材料要求5.3.1冻融环境下，环境作用等级为II-D和II-E的混凝土构件应采用引气混凝土，含气量与气泡间隔系数应符合本规范附录C的规定。环境作用等级为II-C的混凝土可不引气。冻融环境下混凝土原材料组分要求应符合本规范附录B的规定。

在实验室测定新拌混凝土的含气量时，不论其坍落度大小，测试前均应在标准振动台上振动，时间不少于15s～30s（坍落度大的取低值）。对于现场泵送和高频振捣的混凝土，应检测泵送和振捣过程造成的含气量损失，以判断所用引气剂品种的适用性。海洋环境的材料要求海洋氯化物环境下作用等级为III-E和III-F的构件混凝土，宜采用大掺量矿物掺和料混凝土，否则应提高表6.3.2中的混凝土最低强度等级或同时增加表中的保护层最小厚度。对于氯化物环境中的重要混凝土工程，宜在设计中提出混凝土的氯离子侵入性指标，作为混凝土耐久性质量的控制标准，并满足表6.3.6的要求。低水胶比的大掺量矿物掺和料混凝土，在长期使用过程中的抗氯离子侵入的能力要比相同水胶比的硅酸盐水泥混凝土高得多，所以在氯化物环境中不宜单独采用硅酸盐水泥作为胶凝材料。为了增强混凝土早期的强度和耐久性发展，通常应在矿物掺和料中加入少量硅灰，可复合使用两种或两种以上的矿物掺和料，如粉煤灰加硅灰、粉煤灰加矿渣加硅灰。除冻融环境外，矿物掺和料占胶凝材料总量的比例宜大于40％。

表6.3.2规定的混凝土最低强度等级大体与国外规范中的相近，考虑到我国的混凝土组成材料特点，最大水胶比的取值则相对较低。表6.3.2提出的只是最低要求，设计人员应该充分考虑工程设计对象的具体情况，必要时采取更高的要求。对于重要的桥梁等生命线工程，宜在设计中同时采用防腐蚀附加措施。

大掺量矿物掺和料混凝土的氯离子在混凝土中的扩散系数会随着龄期或暴露时间的增长而逐渐降低，这个衰减过程在大掺量矿物掺和料混凝土中尤其显著。如果大掺量矿物掺和料与非大掺量矿物掺和料混凝土的早期（如28或84天）扩散系数相同，非大掺量矿物掺和料混凝土中钢筋就会更早锈蚀。因此在III-E和III-F环境下不能采用大掺量矿物掺和料混凝土时，需要提高混凝土强度等级（如10N/mm～15N/mm）或同时增加保护层厚度（如5mm～10mm），具体宜根据计算或试验研究确定。化学腐蚀环境的材料要求

硅酸盐水泥混凝土抗硫酸盐以及酸类物质的化学腐蚀的能力较差。硅酸盐水泥水化产物中的Ca(OH)2

不论在强度上或化学稳定性上都很弱，几乎所有的化学腐蚀都与Ca(OH)2有关，在压力水、流动水尤其是软水的作用下Ca(OH)2还会溶析，是混凝土抗腐蚀的薄弱环节。

在混凝土中加入适量的矿物掺和料对于提高混凝土抵抗化学腐蚀的能力有良好的作用。研究表明，在合适的水胶比下，矿物掺和料及其形成的致密水化产物可以改善混凝土的微观结构，提高混凝土抵抗水、酸和盐类物质腐蚀的能力，而且还能降低氯离子在混凝土中的扩散系数，提高抵抗碱-骨料反应的能力。所以在化学腐蚀环境下，不宜单独使用硅酸盐水泥作为胶凝材料。

在盐结晶环境中，可采用引气工艺来提高混凝土耐久性。具体可参照冻融环境中度饱水条件下的引气要求，引气后混凝土强度等级可以比表7.2.2的规定降低一个等级（5N/mm）至两个等级（10N/mm）。本规范推荐采用RCM法，具体试验方法可参见中国土木工程学会标准《混凝土结构耐久性设计与施工指南》CCES01-2004（2005年修订版）。混凝土的抗氯离子侵入性也可以用其他试验方法及其指标表示。比如，美国ASTMC1202快速电量测定方法测量一段时间内通过混凝土试件的电量，但这一方法用于水胶比低于0.4的矿物掺和料混凝土时误差较大；我国自行研发的NEL氯离子扩散系数快速试验方法测量饱盐混凝土试件的电导率。

通常用标准试验方法对28天龄期混凝土试件测得的混凝土抗化学腐蚀的耐久性能参数，不能反映这种混凝土的性能在后期的增长。化学腐蚀环境中的混凝土结构耐久性设计必须有针对性，对于不同种类的化学腐蚀性物质，采用的水泥品种和掺和料的成分及合适掺量并不完全相同。

在混凝土中加入少量硅灰一般都能起到比较显著的作用；粉煤灰和其他火山灰质材料因其本身的Al2O3含量有波动，效果差别较大，并非都是掺量越大越好。因此当单独掺加粉煤灰等火山灰质掺和料时，应当通过实验确定其最佳掺量。

四、关于施工的规定现今一个严重的问题是：许多新结构的施工操作和过去保持一致，过早劣化的现象在不断增多。这意味着除非我们深入地了解现今的建设实践，深刻地认识影响混凝土结构劣化的主要原因，否则混凝土结构过早劣化的现象还将以很高的速度不断继续。

P.K.Mehta.BuildingDurableStructuresinThe21stCentury.ConcreteInternational.March,2001.施工是最后的也是最关键的环节施工是保证混凝土结构质量的最后也是最关键的环节混凝土结构施工质量的要求尺寸准确——钢筋位置、保护层厚度匀质性密实性体积稳定性混凝土施工各环节的作用和影响模板：需水性、导热性──影响保护层质量、混凝土温度和湿度的控制浇筑：时间、温度、方式和顺序──影响约束和应力振捣：密实性、匀质性拆模和养护：温度和湿度的控制(开始的时间、方式、延续时间)——影响微结构的形成、内部应