混凝土耐久性的研究概况及发展趋势

混凝土耐久性的研究概况及发展趋势

摘要：混凝土耐久性是全球性的课题，本文按照时间顺序了总结了国内对混凝土耐久性的研究情况，并对混凝土耐久性的发展趋势进行了分析和预测。

关键词：混凝土耐久性 委员会研究 钢筋锈蚀 混凝土结构耐久性，是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下，在设计要求的目标使用期内，不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力。

（一）研究概况

我国从20世纪60年代开始混凝土结构的耐久性研究。当时的研究内容是混凝土的碳化和钢筋的锈蚀。80年代初，我国对混凝土结构的耐久性进行了广泛而深入的研究，取得了不少成果。中国土木工程学会与1982、1983年连续两次召开了全国耐久性学术会议，为随后混凝土结构规范的科学修订奠定了基础，推动了耐久性研究工作的进一步开展。铁道部、交通部和中国土木工程学会等有关部门结合工程的需要对混凝土结构的腐蚀组织进行了实验研究，收集了大量的实验数据。各个高等院校作为科研工作的主要力量之一，也为混凝土耐久性研究做了很多工作。

我国对钢筋混凝土结构耐久性问题，从20世纪80年代起日益引起重视，逐渐形成有组织地系统地开展研究。1989年我国颁布了《钢铁工业建（构）筑物可靠性鉴定规程》（YBJ219-89）,其中规定了钢筋混凝土结构使用寿命预测方法；1990年在中国工程建设标准化协会下成立了“全国建筑物鉴定加固标准委员会”，两年召开一次学术会议；1991年全国钢筋混凝土标准技术委员会下成立“混凝土耐久性学组”；1992年中国土木工程学会混凝土及预应力混凝土分科学会下成立“混凝土耐久性专业委员会”，迄今已召开过5次学术交流会。

建设部、冶金部在在“七五” 、“八五” 、和“九五”期间都设立了混凝土结构耐久性课题。“七五”期间攻关课题“大气条件下钢筋混凝土结构耐久性及其使用年限”；“八五”期间攻关课题“预应力混凝土结构及混凝土耐久性技术”、“工业厂房混凝土结构耐久性研究”。“八五”期间，国家科委、国家自然科学基金设立以刘西拉教授为首席科学家的“重大土木与水利工程安全性欲耐久性基础研究”项目（攀登计划B项目），以结构“生命过程”三阶段为主线，对安全性与耐久性开展系列研究，涉及结构耐久性的内容有耐久性综合监测系统、影响结构耐久性的各种数学物理模型、测试及模拟试验方法、现有结构剩余寿命的预测和结构维修方法及耐久性设计标准等。“九五”期间国家计委、国家科技部设立“重点工程混凝土安全性的研究”国家重点科技攻关项目，由中国建筑材料科学研究院牵头，针对影响混凝土耐久性的主要因素设立了三大课题，十个专题开展了研究，取得了大量成果。1996年清华大学、建设部建筑科学研究院、交通部科学研究院公路科学研究所、冶金部建筑研究院等单位完成《混凝土结构耐久性检测指南》编写工作。1998年经建设部批准，全国建筑物鉴定加固标准委员会下达《混凝土

结构耐久性评估标准》项目，正在由王庆霖教授主持，有西安建筑科技大学、清华大学、同济大学等十家单位参与编制。交通部正在组织有陈肇元院士主持执笔编制《混凝土结构耐久性及耐久性设计指南》。

（三）发展趋势

混凝土碳化、钢筋锈蚀机理及模型研究是混凝土结构耐久性研究的基础内容。由于它们的研究有赖于大量的实验数据、长期观测数据和调研数据，但是目前这方面的数据还比较缺乏，且缺乏可比较性，因此，通过实验、长期观测已经对服役结构的调研等途径收集原始数据仍然是今后很重要的一项工作。

钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性降低的最主要的因素，因此建立一个合理的钢筋锈蚀模型是至关重要的。仅从纯理论角度或纯经验角度建立钢筋锈蚀模型都不可能获得较好结果，而应该先从理论角度出发，建立锈蚀率模型，然后在通过实测数据进行修正。

受力主筋锈蚀将导致混凝土构件承载力的下降，这方面已经做了很多研究，但是箍筋锈蚀对混凝土构件抗剪承载力的影响至今没有一个成熟的分析计算模型。由于剪切破坏时脆性破坏，而且箍筋直径较小对截面损失更为敏感，构件在服役期间因箍筋锈蚀而导致抗剪承载力不足发生脆性破坏是非常危险的。而且，实践工程的耐久性检测中发现，由于保护层厚度相对较薄，箍筋锈蚀往往要比主筋更为严重。因此，箍筋锈蚀对混凝土构件承载力影响模型的建立是非常迫切和必要的。

氯离子是导致混凝土结构耐久性失效最主要的原因之一，氯离子渗透模型可以预测构件锈蚀开始时间和锈蚀程度，目前已有不少氯离子侵入混凝土的模型。考虑混凝土碳化作用对混凝土耐久性的影响，已有钢筋所在位置对氯离子侵入混凝土的影响，以及氯离子渗透模型需要进一步深入的研究。

开放混凝土结构的钢筋锈蚀状态的无损检测技术将是一个新的研究方向，它将随着其他科学的发展而发展。如果能在这方面能在这方面取得突破，那将使钢筋混凝土结构耐久性评估的费用大大得到降低，这样大范围、系统的检测与评估将成为可能，另一方面，耐久性评估的结果也将更精确、更可靠。

钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构疲劳性能的影响较对静态性能的影响严重的多，这是因为锈蚀不仅削弱了钢筋的有效截面，更严重的是钢筋锈坑的不均匀性将导致钢筋应力集中。虽然腐蚀环境下钢筋混凝土结构疲劳可靠度的分析方法已有一定的研究，但尚需要了解腐蚀对钢筋疲劳性能的影响，已经不同环境和不同混凝土材料特性下钢筋疲劳性能虽时间变化的实验或实测数据，目前这方面的研究不多，需要加强。可以想象，无论是从实验方法，还是从实验过程，结构疲劳实验都要比静态实验复杂，因而难度也较大。

目前，关于钢筋混凝土结构在承载力极限下的目标可靠指标的研究已相对成熟，但是，关于钢筋混凝土结构在正常使用极限状态下的目标可靠指标的研究才

刚刚起步，因此今后也应该在这方面进行更多的研究，它的成果将是钢筋混凝土结构的耐久性设计的重要依据。

在自然环境、使用环境中，由于腐蚀介质的侵蚀及材料的老化，结构的性能不断劣化，其结果是导致结构的使用寿命缩短。从可靠度的角度讲，结构的使用寿命评估是一个概率问题，目前对结构使用寿命的预测已有较多的研究，但这些研究或者只根据结构的状态推断结构未来的状态，没有考虑结构性能随时间的变化，或者根据假定的结构性能退化规律推断结构的使用寿命。实际上，结构性能随时间的衰减规律及其复杂，由于受材料制作、施工、养护等因素影响，同一地域不同结构甚至同一结构不同部位材料的性能随时间的变化都相差很大，因此结构使用寿命是评估应以结构或构件本身的性能随时间的变化规律为依据。但如何根据为数不多的检测资料来揭示结构性能随时间的变化规律是一个难度较大的课题，需要进行深入的研究，这将涉及到信息的不完善性问题。

混凝土结构的耐久性研究，应从以下方面深入研究：继续深入材料层次上的耐久性研究，材料破坏细观机理与宏观力学性能相关的研究，结合工程建立耐久性衰减或预测的多因素模型，混凝土结构耐久性设计方法的研究，混凝土结构耐久性检测和评估方法的研究。

参考文献：

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