時間：2023-01-07 14:45:11
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論文摘要：混凝土結構被廣泛應用于多種工程，解決開裂問題是決定混凝土結構是否能夠滿足使用需求和耐久性的關鍵。
0引言
混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均質脆性材料。由于混凝土施工、本身變形和約束等一系列問題，使混凝土裂縫成了土木、水利、橋梁、隧道等工程中最常見的工程病害。輕者使內部的鋼筋等材料產生腐蝕，降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性等，嚴重的將威脅到人民的生命、財產。出現混凝土裂縫的原因從微觀上看，混凝土是由水泥、砂、石、空氣、水組成的多相結合體，由于混凝土的組成材料、微觀構造以及所收外界影響的不同，混凝土裂縫產生的原因也有很多種。
1混凝土結構的裂縫依其形成可分為以下三類
1.1靜止裂縫系指形態、尺寸和數量均已穩定不再發展的裂縫。修補時，僅需依裂縫粗細選擇修補材料和方法，而與其它因素無關。
1.2活動裂縫系指其寬度不能保持穩定，易隨著結構構件的受力、變形或環境溫、濕度的變化而時張、時閉的裂縫。修補時，應先消除其成因，并觀察一段時間，確認已穩定后，再依靜止裂縫的處理方法修補；若無法完全消除其成因，則應使用具有足夠柔韌性的材料進行修補。
1.3尚在發展的裂縫系指長度、寬度或數量尚在發展，但經歷一段時間后將會終止的裂縫。對此類裂縫應待其停止發展后，方可進行修復或加固。
混凝土裂縫修補前，應對其成因進行研究，若是由于承載能力不足引起的裂縫，除應選擇相應的方法進行修補外，尚應選用適當的加固方法進行加固。
2修補設計
修補設計原則上應根據第四章是否需要修補及補強加固的判定結果，進行恢復己開裂結構件的機能及耐久性的設計，更重要的是要選擇適當的修補材料、修補工法以及在選擇修補時間的基礎上進行修補設計。進行修補設計時，應考慮如下事項：①根據是否需要修補的判斷結果，設定修補范圍及規模，還應按需要再度調查現場。②掌握開裂原因、開裂狀況(裂縫寬度、深度及型式等)，建筑物的重要性及環境條件(一般環境、工廠地區、鹽類環境、溫泉地帶、寒冷地帶及特殊用途)。③為了明確規定修補目的及恢復目標，考慮環境條件，選定最適于修補的修補材料、修補工法及修補時間。選擇修補工法，可按開裂現場及開裂原因決定。另外，當構筑物處于鹽類等苛刻環境時，應選擇比普通環境條件高一個等級的材料及工法。如有可能，裂縫最好在穩定后再作修補;對隨環境條件變化的溫度裂縫，則宜在裂縫最寬時處理。
混凝土建筑物及構件的修補恢復目標將視竣工時的初期性能、建筑物的耐用年限、開裂原因、劣化程度及劣化范圍等而異，另外，保修年限也不盡相同。通常，可將修補恢復目標分成如下三個階段:①恢復到與健全構件同等性能。②恢復到不妨礙使用的程度。③恢復到能夠確保人身安全的程度。一般針對以確保人身安全而進行的應急修補工程。④必須充分研究修補作業所必要的機械材料、腳手架及工程現場對周圍人群的安全保障。
3修補方法
3.1表面修補法①利用混凝土表層微細獨立裂縫（裂縫寬度ω≤0.2mm）或網狀裂紋的毛細作用吸收修補膠液，封閉裂縫通道。對樓板和其它需要防滲的部位，尚應在混凝土表面粘貼纖維復合材料以增強封護作用。常用的方法為涂覆法，增加整體面層，壓抹環氧膠泥，環氧漿液粘玻璃絲布，表面縫合等。②涂覆法:混凝土表面出現數量較多的表面裂縫時，采用手工或機械噴涂方法，將修補材料涂覆于混凝土表面，起到表面封閉作用。涂膜厚度在0.3~2.5mm之間，厚度大者適應裂縫變化能力強。選用修補材料時應考慮使用條件(室內、室外、環境溫濕度變化，介質腐蝕情況)以及裂縫活動情況等，例如，要求耐磨的地坪可選用環氧瀝青涂料，聚氨酷涂料，聚氨酷瀝青涂料等剛性涂料，不穩定的裂縫修補可選用聚氨酷彈性體，橡膠型丙烯酸酷涂料等彈性涂料。③增加整體面層:混凝土表面裂縫數量較多，分布面較廣時，常采用增加一層水泥砂漿或細石混凝土整體面層的方法處理。多數情況下，整體面層內應配置雙向鋼絲網。有條件時，宜采用噴射法施工水泥砂漿或混凝土整體面層。3.2局部修復法①充填法用鋼釬、風鎬或高速轉動的切割圓盤將裂縫擴大，最終鑿成V形或梯形槽，分層壓抹環氧砂漿、或水泥砂漿、或聚氯乙烯膠泥、或瀝青油膏等材料封閉裂縫。其中V形槽適用于一般裂縫修補;梯形槽用于滲水裂縫修補;環氧砂漿適用于有結構強度要求的修補;聚氯乙烯膠泥和瀝青油膏僅適用于防滲漏的修補。②預應力法用鉆機在構件上鉆孔，注意避開鋼筋，然后穿入螺栓(預應力鋼筋)，施加預應力擰緊螺帽，使裂縫減小或閉合。如條件許可時，成孔的方向應與裂縫方向垂直，鉆孔方向不與裂縫垂直時，宜采用雙向施加預應力。③部分鑿除重新澆筑混凝土對于鋼筋混凝土預制梁等構件，由于運輸、堆放、吊裝不當而造成裂縫的事故時有發生。這類裂縫有時可采用鑿除裂縫附近的混凝土，清洗、充分濕潤后，澆筑強度高一等級的混凝土，養護到規定強度的修補方法。修補后的構件仍可使用在工程上。用這種方法修補己斷裂的構件應特別慎重。此外，修補前應檢查鋼筋的實際應力和變形狀況。修補混凝土宜用微膨脹型。修復工作必須十分仔細認真，否則新老混凝土結合不良將導致失敗。
3.3灌漿法將水泥或化學漿液灌入混凝土縫內，使其擴散，固化。固化后的漿液具有較高的粘結強度，與混凝土能較好地粘結，從而增強了構件的整體性，使構件恢復使用功能，提高耐久性，達到堵漏防銹補強的目的。用于結構修補的化學漿液主要有兩類:一類是環氧樹脂漿;另一類是甲基丙烯酸甲酷液(簡稱甲凝液)。用于防滲堵漏的化學漿液主要有:水玻璃、丙烯酞胺、聚氨酷、丙烯酸鹽等。這些不溶物可充填縫隙，使之不透水并增加強度。
3.4低壓慢注修補法(注射法)以一定的壓力將修補膠液注入裂縫腔內；此法適用于處理0.2<ω<1.5mm靜止的獨立裂縫、貫穿性裂縫以及蜂窩狀局部缺陷。可使用JN-L低粘度灌縫膠及JN-F封口膠。
3.5壓力注漿法在一定時間內，以較高壓力（按注漿料產品說明書確定）將灌注材料壓入裂縫腔內；此法適用于處理大型結構貫穿性裂縫、大體積混凝土的蜂窩狀嚴重缺陷以及深而蜿蜒的裂縫。可使用JN-J或HPG兩種水泥基改性材料，也可使用JN-M結構灌注膠。
3.6填充密封法在構件表面沿裂縫走向騎縫鑿出U形或V形溝槽，然后用改性環氧樹脂或彈性填縫材料填充，必要時以纖維復合材料封閉其表面；此法適用于處理ω>0.5mm的活動裂縫和靜止裂縫。可使用JN-XF裂縫封閉膠或JN-LE彈性灌縫膠。
民用建筑混凝土結構裂縫修補工法多種多樣，但我們不能只知其一、只用其一，而應牢牢掌握每一種方法，以一變應萬變，做到根據不同情況采取不同方法，切實從每一個環節入手，做好過程控制，完善施工手段，確保施工質量，盡量實現修補最優。
參考文獻：
關鍵詞預應力混凝土火災可靠度仿真分析
據公安部消防局統計，2005年全國共發生火災235941起，死亡2496人，傷殘2506人，直接財產損失13.6億元。近年來，預應力混凝土結構已由早期的簡單構件發展為現今復雜的空間整體受力結構，以其大跨度、大空間、良好的結構整體性能以及有競爭力的綜合經濟效益，正逐步成為現代建筑結構形式的發展趨勢，由于預應力混凝土結構的抗火性能劣于普通鋼筋混凝土結構，因此開展預應力混凝土結構的火災反應和抗火性能研究是非常有意義的。
1預應力混凝土結構火災研究的現狀
國外學者對結構抗火性能的研究開展較早，始于20個世紀初，并成立了許多抗火研究組織，比較有名的有美國建筑火災研究實驗室、美國消防協會、美國的波特蘭水泥協會、美國預應力混凝土協會、英國的BRE(BuildingResearchEstablishment)。這些組織對建筑結構的抗火性能進行了系統的研究，主要體現在對建筑材料高溫下的力學性能；結構、構件火災下的升溫過程及溫度場的確定；火災條件下結構和構件的極限承載能力及耐火性能方面的研究，并編訂了相應的建筑規范及行業規則。
國外預應力混凝土構件抗火性能的研究稍晚于鋼筋混凝土結構，主要工作始于20世紀70年代初期。盡管早期Ashton等人的試驗研究認為預應力混凝土在火的作用下存在許多問題，但其后一些學者的試驗和研究表明預應力混凝土構件在火的作用下仍具有較好的工作性能。
有關文獻介紹了美國進行的18個后張預應力混凝土板和梁的耐火試驗。在這些試驗構件中，預應力筋分為有粘結和無粘結兩種。在耐火試驗中，實測了時間與預應力筋溫度關系，典型的時間-溫度曲線如圖1所示。在圖中還可以看出不同保護層厚度與耐火時間的關系。
Gustaferro等人在預應力混凝土抗火方面做了不少試驗研究，他們對有粘結預應力混凝土梁、預應力混凝土簡支板、預應力混凝土連續梁、板等結構或構件在不同情況下的抗火性能進行了試驗研究，并對預應力混凝土結構的抗火性能提出了合理的計算方法。他們通過對后張預應力混凝土梁和板的抗火試驗，得出在1，2，3，4小時的抗火等級下的保護層厚度和構件最小尺寸的建議值。Ashton等人與Gustaferro同期也進行了一系列相應的預應力梁抗火試驗研究，包括不同比例試件的耐火極限試驗的對比，試驗結果表明預應力混凝土能滿足結構的不同耐火等級，其耐火性能主要取決于其預應力筋在火災中所達到的溫度，因此預應力筋的保護層厚度和梁的截面形式對預應力混凝土結構的耐火性能具有明顯的影響，結構在火災下的承載力隨混凝土的保護層厚度增加和荷載減少而提高，并且輕骨料預應力混凝土板的抗火性能好于普通預應力混凝土板。Joseph等進行了后張無粘結預應力混凝土板的試驗研究，試驗著重研究了預應力鋼筋保護層厚度對構件抗火性能的影響同時研究了荷載和端部約束情況的影響、輔助鋼筋的作用等問題。Abrams等人對不同骨料和噴有隔離層的預應力混凝土構件的抗火性能進行了試驗研究，Krishnamoorthy等人通過徐變和溫度對預應力混凝土框架性能的試驗研究得出了試驗結果，其中包括不均勻溫度對結構變形性能的影響及內應力和彎矩隨時間的變化。
國外根據預應力混凝土梁、板等方面的試驗研究結果，已對預應力混凝土在火災作用下的承載力及極限耐火時間有了較全面的了解。他們認為溫度是影響預應力混凝土結構蠕變性能的主要因素，要建立合理的分析方法必須考慮混凝土溫度蠕變特性，彈性理論已不適用，蠕變率的分析方法被認為是預測整個加載階段結構特性較滿意的方法。他們的試驗研究為預應力混凝土抗火設計提供了直接依據。
國內抗火研究組織從20世紀80年代后期起著手進行鋼筋混凝土結構的抗火性能研究，但國內關于預應力混凝土抗火方面的試驗研究尚處于起步階段，缺乏足夠的試驗數據。國內規范中涉及預應力混凝土的抗火內容主要是參考國外經驗確定的，如《無粘結預應力混凝土結構技術規程》防火部分第三章第3.2.1條規定用保護層厚度來滿足不同耐火等級要求，它對不同耐火極限下無粘結預應力混凝土保護層厚度的確定，主要取自美國《后張預應力混凝土手冊》。同濟大學對5榀相同尺寸的單層無粘結預應力混凝土框架、3榀有粘結預應力框架和預應力鋼絲進行了火災試驗，得出了一些有用的結論，主要有以下幾個方面：①在高溫作用下，預應力鋼絲的強度、彈性模量、延伸率均表現出與常溫下不同的性能。強度和彈性模量隨溫度升高而下降，延伸率則隨溫度的升高而增大；②對于預應力混凝土結構，火災升溫速率和溫度越高，其抗火性能越差；在同一升溫條件下，預應力混凝土結構承受的荷載越大，其抗火性能越不利；③對于預應力框架結構，與普通混凝土結構框架試驗結果不同，荷載大小對抗火性能的影響可能要比溫度的影響明顯。預應力度大的結構受溫度影響大，抗火性能差。預應力筋的有效應力大的結構，其抗火性能比有效應力小的結構差。無粘結預應力混凝土結構的抗火性能比有粘結預應力混凝土結構的抗火性能差。火災后預應力混凝土結構的剛度明顯減小，但仍存在一定的承載力，并反映出較好的恢復性能。
2存在的問題
盡管國內在鋼筋混凝土結構抗火方面的研究工作已經取得長足進步，但在預應力混凝土結構火災性能方面的研究才剛剛起步。誠然，預應力混凝土結構的抗火性能與一般鋼筋混凝土結構在許多方面有相似性，但由于預應力混凝土結構自身的特性，這方面的研究還存在著許多問題，主要表現為以下方面：一是到目前為止各國學者所進行的試驗及研究，基本上是以預應力混凝土簡支構件在標準火災下極限耐火時間為研究對象，主要考慮了截面內部溫度分布及升溫對預應力鋼筋強度的影響等因素；二是以往試驗主要研究預應力混凝土構件的耐火性能，由于結構的相互作用，因此受火構件的熱變形將對其他構件產生影響，并存在較大的內力重分布，目前尚無專門研究，一般的解決辦法是直接引用普通鋼筋混凝土連續梁等火災的有關結果，而這些結果是否能直接使用于預應力混凝土結構尚缺乏試驗驗證；三是以往的分析方法僅以熱傳導作為判斷依據，無法對結構響應和損傷如位移、開裂、屈服等進行有效的判斷，特別是材料的高溫蠕變對結構火災響應的顯著影響缺少一定的研究；四是與普通混凝土相比，預應力混凝土具有許多特殊性，而以往的試驗研究較少涉及。
3今后應開展的工作
(1)預應力材料高溫性能研究。采用高強預應力鋼絲和鋼絞線是目前高效預應力混凝土的一個主要特征，因此預應力鋼絲和鋼絞線在高溫下的蠕變性能是預應力混凝土結構抗火性能研究的基本內容。必須要通過材料試驗研究高強鋼絲和鋼絞線在高溫下的強度、變形、彈性模量的變化規律，特別是鋼絲和鋼絞線的高溫蠕變性能對預應力混凝土結構的有效預應力的影響。此外要重視材料高溫(火災)性能數據庫的建立。由于混凝土和鋼材本身化學成分的差異，在溫度影響下材料熱工、力學性能有較大的離散性，如何對目前國內外進行的高溫材料試驗結果進行總結，并建立可供計算機程序調用的材料高溫(火災)性能數據庫是火災材料研究的一個重點。
(2)高溫下預應力整體結構的非線性有限元分析。擬用傳熱學的基本原理，得到差分-有限元瞬態非線性溫度場計算基本方程和各類常用邊界條件，由此計算預應力混凝土結構溫度場分布，并根據熱彈塑性基本理論建立預應力混凝土火災反應的非線性有限元分析基本方程。方程可用于分析預應力混凝土結構火災下的變形、內力變化及預應力筋的應力隨時間變化的過程，確定預應力結構火災反應的一些基本特征。
(3)結構火災的計算機仿真試驗分析。一方面預應力混凝土結構火災試驗是最直接反應預應力混凝土結構抗火性能的手段，但預應力混凝土結構通常都應用于各類大跨度、大空間結構，由于試驗條件限制，無法進行足尺模型試驗，采用縮小比例的模型能基本反映火災全過程的反應規律，但仍然有一定的差距。另一方面，由于受試驗條件、試驗經費的限制，也無法進行大量的模型試驗。在進行模型試驗的同時，要研究如何采用計算機仿真試驗以避免上述限制。通過大量仿真試驗，了解不同形式預應力混凝土結構的抗火能力，并提出改善預應力混凝土結構抗火能力的方法。筆者通過對有粘結預應力框架火災位移的計算機仿真分析，可以得出如圖2所示的有粘結預應力框架火災下位移的實測值和計算機仿真分析結果的比較。由圖2可見，計算所得的位移變化規律與實測相符，但仿真分析得到的結構位移較實測要大，誤差最大時為40%。產生誤差的主要原因可能由于試件混凝土含水率偏高，造成計算溫度場高于實際溫度分布，而結構的溫度變形及材料性質與溫度密切相關，從而產生結構計算誤差。并且溫度越高，材料的物理、力學性能離散性越大，另一方面，材料的高溫蠕變的相關資料較少，這些也會造成一定的誤差。總之仿真分析時的參數取值是否準確將影響分析結果，合理的參數取值依賴于可靠的實驗結果。
(4)結構火災反應的可靠度分析。由于火災發生的可能性、火災的持續時間和峰值強度、發生火災時結構承受的荷載等因素并不確定，材料在高溫下性能更趨于離散，上述因素均會影響結構的耐火性能。在無粘結預應力結構中，還存在錨固失效的可能性，以及結構局部失效可能產生的整體失效等，因此如何在設計中對這些因素進行綜合考慮，以確定其耐火安全度是結構火災的一個重要研究內容。結構火災下的可靠度分析也是對現有遭受過火災的建筑物進行評估的一個重要方面。
(5)結構抗火設計計算機模塊的研制。目前對特定結構進行火災全過程非線性有限元分析在理論上是可行的，但不免繁復的運算過程。因此有必要編制具有工程準確度的、概念清晰且簡易實用的結構抗火設計計算機程序，并實現和現有通用結構設計軟件進行接口是結構抗火試驗研究工程化的一個關鍵。
參考文獻
1AshtonLA.Thefire-resistanceofprestressedconcretefloors[J].CivilEngineeringandRublicworksReview，1951（46）
關鍵詞：大面積混凝土結構裂縫控制技術
1工程概況
廣東奧林匹克體育場是九運會的主會場，設固定觀眾座位8萬席，總建筑面積達14．56萬m2，規模巨大，造型新穎，質量標準高，施工難度大，工期短，由廣東建工集團總承包施工，本工程(包括場外環境及附屬結構)高性能混凝土用量達13萬m3。本工程面積巨大的環狀結構看臺樓層采用現澆混凝土結構，由于其特殊功能要求，花瓣形看臺面積達4．25萬m。，屬超大面積鋼筋混凝土結構。看臺下各樓層面積分別為：首層3．79萬m。，2層2．84萬m2，3層1．52萬m。，4層1．4萬nfl。，5層1．24萬m2。看臺樓層沿徑向設計有6道永久性伸縮縫，其間距超長，約為90m。地下室底板面積近2．5萬m。，澆筑混凝土量達1．87萬m3，雖然其厚度僅為600mm，但分布其中的眾多大承臺和底板合在一起澆筑施工，合并后的最大厚度達1．7m，亦屬大體積混凝土施工。底板設計有7條后澆帶，分為8大塊，最大一塊面積達4100m。，底板寬約36m，長約120m，底板后澆帶間距超長。超長、超大面積及大體積混凝土是本工程結構的重要特色之一，其裂縫控制也就成為工程施工的重點與難點。
2采用高性能混凝土施工技術
本工程混凝土最大輸送距離達300m，最大輸送高度為60m，為滿足泵送混凝土和體育場復雜特殊造型的施工要求，我們大量采用了高性能混凝土施工技術。在體育場北區配置了l臺意大利進口的大型現代化攪拌站，產量為90m’／h；南區配置了自動上料和自動稱量系統的混凝土攪拌站2座，產量為30~50m3／h。針對本工程的需要，配制高性能混凝土時為了優選原材料和配合比，我們應用“雙摻”技術，除提高混凝土的可泵性外，還有意識地預先通過試驗確定低收縮率的混凝土配合比，同時減少水泥用量，降低混凝土的水化熱和改善其收縮性能。
2．1優選原材料
選用優質的原材料，如底板施工中采用連續級配骨料，增大混凝土的密實度。嚴格控制混凝土出機和人泵坍落度，隨不同施工階段的設計要求與天氣變化情況跟蹤調整配合比，詳見表1。
2．2采用“雙摻技術
在本工程施工中，地下室底板使用KFDN-SP8外加劑，看臺樓層等混凝土結構根據具體情況，選用HPM一2高效緩凝減水劑、FE—C2外加劑等，這些高效外加劑具有高減水率和良好的保塑性能。摻外加劑混凝土與基準混凝土的減水效應比較如圖1所示。
根據本工程的具體情況，我們分別選用黃埔電廠、廣州發電廠等的I級或Ⅱ級粉煤灰，采用粉煤灰這種活性的水硬性材料代替部分水泥，補充泵送混凝土中的細骨料，提高混凝土的抗滲性、耐久性和流動性，并改善其可泵性和降低水化熱，從而提高混凝土的后期強度。
2．3配合比選擇
混凝土的配合比決定了混凝土的強度、抗滲性、和易性、坍落度、水泥用量、水化熱大小、初凝和終凝時間以及混凝土收縮率等性能指標。根據結構的不同特點和設計要求、氣候條件，摻人粉煤灰的影響以及施工現場的生產管理狀況，采用不同技術指標，由實驗室試配確定。
(1)地下室底板施工階段根據現場條件，對底板混凝土提出以下指標：①坍落度12—14cm；②初凝時間6—8h；③摻加高效減水劑，超量摻加I級粉煤灰，減少水泥用量，降低水化熱；④通過試驗選定收縮率較小的配合比。為了確保混凝土具有高性能，我們提前對混凝土配合比進行了大量反復多次的試驗，取得十幾組試配數據，測試了不同配合比混凝土的收縮率及收縮與齡期的關系，并采用鋼環試驗方法測試混凝土的長期收縮情況。測定混凝土收縮率后，有意識地模擬澆筑一塊混凝土試件進行試驗，測試其溫度變化和收縮率，確定了表2的配合比，其收縮率為0．12％0，且在14d后基本上不再收縮。實踐證明，本配合比是成功的，用I級粉煤灰代替部分水泥，大大減少了水泥用量和降低了水化熱，在確定了收縮率較小的配比后，據此收縮率確定底板分塊的最大長度為45m，相鄰塊之間混凝土澆筑的時間間隔為14d。
(2)看臺樓層選擇不同的水泥和多種外加劑進行配合比試驗研究，對外加劑的適應性進行對比試驗，得出針對不同階段和不同施工部位的優化配合比。北區采用深圳產FE—C2外加劑摻量為1．6％，黃埔電廠的Ⅱ級粉煤灰摻量為22％，既滿足了混凝土的強度要求，又具有良好的可泵性和經濟性。南區采用HPM一2高效緩凝減水劑和黃埔電廠的Ⅱ級粉煤灰得出的配合比，即：水泥：混合材：砂：石：水：外加劑=l：0．23：2．17：3．20：0．53：0．016，水泥、砂、石、水、粉煤灰、外加劑用量分別為332，722，1063，176，77，5．28~m3，水膠比0．44％，含砂率40．4％，坍落度145mm，質量密度2370kg／／m3，初凝n,-Jl''''~q5—8h，終凝時間8—10h。
3合理增加施工縫數量以改善約束條件在超大面積現澆底板、看臺和樓層中，通過合理增加施工縫數量，降低了約束應力，減少了混凝土收縮，取得良好的效果。
關鍵詞：混凝土，耐久性．影響因素，措施
1前言
混凝土結構以其整體性好、耐久性好、可塑性強、維修費用少等優點廣泛使用于整個20世紀，發現混凝土的耐久性問題則是在60至70年代。一些發達國家的混凝土橋使用了三四十年后，紛紛進入老化期。人們始料不及的是混凝土材料在不利的環境、運用條件下，出現了一系列影響結構耐久性的物理、化學現象，如結構混凝土的碳化、保護層剝落、裂縫的發展、鋼筋銹蝕、滲透凍融破壞、混凝土集料的化學腐蝕等等。我國七十年代后期建造的混凝土橋梁亦發現有嚴重的開裂現象。因而混凝土結構的耐久性問題已成為結構工程師們不容忽視的一個問題。
混凝土結構的耐久性概括起來是指混凝土抵抗周圍不利因素長期作用的性能。結構耐久性問題主要表現為：混凝土損傷；鋼筋的銹蝕、脆化、疲勞、應力腐蝕；以及鋼筋與混凝土之間粘結錨固作用的消弱等三個方面。從短期效果而言，這些問題影響結構的外觀和使用功能；從長遠看，則為降低結構安全度，成為發生事故的隱患，影響結構的使用壽命。下面從影響混凝土結構耐久性的主要因素和提高耐久性的技術措施兩個方面來探討混凝土的耐久性問題。
2影響混凝土結構耐久性的主要因素
（1）混凝土的材質。
混凝土是碎石、砂、水泥和水拌合后凝硬而成。這些材料的優劣直接影響到硬化后混凝土的質量(包括密實度和強度等)，好質量的材料將為工程使用期混凝土的耐久性打下良好的基礎。近年來由于基本建設的迅猛發展，施工中往往忽略對材質的要求，工地上只檢查混凝土試件的強度作為材質的唯一標準。豈知不合規格的材料，將導致混凝土收縮徐變量大大增加，初始裂縫大量產生，這對混凝土結構安全將是一嚴重隱患。
（2）混凝土的密實性。
混凝土的內部缺陷（不密實），使混凝土在使用過程中易受各種不利因素的侵襲，主要有如下幾種形式：
①滲透：當混凝土不密實，空氣和水容易滲入，水中有害物質就易對混凝土產生化學侵蝕，影響混凝土的耐久性。
②碳化：混凝土中因水泥石含有氫氧化鈣而呈堿性，在鋼筋表面形成堿性薄膜而保護鋼筋免遭酸性介質的侵蝕，起到了“鈍化”保護作用。但當混凝土密實度低，空氣中水和C02滲入，形成碳酸，盡管其酸性很弱，也能中和氫氧化鈣使鋼筋銹蝕，這一過程成稱混凝土的“碳化”。
③凍融破壞：混凝土不密實，體內滲入的水量大，低溫時水結冰體積膨脹產生壓力，從內部破壞混凝土的微觀結構，經多次凍融循環后，損傷積累將使混凝土剝落酥裂，強度降低。
（3）混凝土結構所處的環境條件。
工程結構使用時所處的環境條件是影響混凝土結構耐久性的外部因素，如海水侵蝕、大氣腐蝕、極高溫度、冰凍、水、風、地震災害的襲擊等。根據環境條件對混凝土耐久性的影響，《橋規》（JTGD62）根據公路橋梁的使用情況，將橋梁結構使用環境條件劃分為下列4類：
Ⅰ類環境——系指溫暖或寒冷地區的大氣環境；與無侵蝕性的水或土接觸的環境。
Ⅱ類環境——系指嚴寒地區的大氣環境；使用除冰鹽環境；濱海環境。
Ⅲ類環境——系指海水環境。
Ⅳ類環境——系指受侵蝕性物質影響的環境。
在上述環境分類中，嚴寒地區是指累年最冷月平均溫度低于-10℃地區；寒冷地區是指累年最冷月平均溫度高于-10℃，低于或等于0℃的地區。除冰鹽環境是指北方城市依靠噴灑鹽水除冰化雪的且其主梁受到侵蝕的環境；濱海環境是指海水浪濺區以外且其前無建筑物遮擋的環境；海水環境是指潮汐區、浪濺區及海水中的環境；受侵蝕性物質影響的環境是指某些化學工業和石油化工廠的氣態、液態和固態侵蝕性物質影響的環境。
如上所述，混凝土結構的耐久性取決于混凝土材料的自身特性和結構的使用環境，同時與結構設計、施工及養護密切相關。3提高混凝土結構耐久性的主要技術措施
（1）合理選擇混凝土結構的組成材料。
混凝土各組成材料及鋼筋的選用應滿足材料的耐久性質量要求，應按規范規定對進場原材料進行嚴格的質量檢驗。同時合理改善顆粒級配，提高混凝土的密實性。從而提高耐久性。
（2）提高混凝土的密實性。
控制混凝土的最大水灰比和最小水泥用量，改善混凝土的施工工藝，攪拌均勻、充分振搗，加強養護，嚴格控制施工質量。除了選擇及配良好的集料和精心施工保證混凝土充分搗實和水泥充分水化外，水灰比是影響混凝土密實性的最重要的條件，故《橋規》（JTGD62）中規定了各類環境條件下滿足混凝土耐久性要求的最大水灰比和最小水泥用量值。同時適當摻用外加劑，如摻用減水劑或引氣劑，可改善混凝土的孔隙結構，提高混凝土的密實性。
（3）改進結構設計。
結構的選型、布置和構造應有利于減輕環境因素對結構的作用。采用具有防腐保護的鋼筋（例如，體外預應力筋，無粘結預應力筋，環氧涂層鋼筋等）；加強構造配筋，控制裂縫發展；加大混凝土保護層厚度等。《橋規》（JTGD62－2004）與舊《橋規》相比，構造鋼筋用量增多，混凝土保護層加大，構造不合理的地方進行了調整。
（4）采用高強混凝土以提高結構物的耐久性。
高強度混凝土(50MPa以上)的配制特點就是低水灰比，加外加劑，摻用超細活性摻合料，它的研制和應用解決的核心問題之一就是保證耐久性。由于高強混凝土的密實性能好，抗滲、抗凍性能均優于普通混凝土，因此不但適用于高層和大跨度結構物，對于海洋和港口工程，其抗滲和耐腐蝕性能均大大優于普通混凝土。
（5）加強橋面排水和防水層設計，改善橋梁的環境作用條件。
（6）加強結構使用階段的維護與檢測，提高混凝土的耐久性。
4結語
混凝土破壞絕非是某一孤立原因造成的，多是與其他綜合不利因素有關。本文通過對影響混凝土結構耐久性主要因素的分析，提出綜合提高混凝土結構的各種性能是改善和提高混凝土耐久性的主要措施。從混凝土技術的發展來看，采用高強度混凝土是解決結構耐久性要求的發展趨向。
參考文獻
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關鍵詞：超長混凝土結構溫度收縮裂縫后澆帶設計措施
1前言
建筑工程中，混凝土結構的裂縫較為普遍，裂縫的類型也很多，但按成因基本可歸結為由外荷和變形引起的兩大類裂縫。其中由混凝土收縮和溫度變形引起的收縮裂縫和溫度裂縫以及由這兩種變形共同引起的溫度收縮裂縫則是蘭州地區實際工程中最常見的裂縫。隨著建筑向大型化和多功能發展，超長（即超過溫度伸縮縫間距）高層或大柱網建筑不斷出現，混凝土強度等級的提高，施工中泵送混凝土工藝的應用，使超長混凝土結構易出現的溫度收縮裂縫有逐漸增多的趨勢。雖然這類裂縫屬非結構性裂縫，一般不致影響構件承載力和結構安全，但卻會影響結構的耐久性和整體性。同時也會給使用者感官和心理上造成不良影響。另外由于我國幅員遼闊，不同地區氣候環境、溫濕度差異很大，現行規范對防止和減輕溫度收縮裂縫的設計措施制定的較為原則和局限。因此不少設計人員較重視強度設計，而不太認真考慮抗裂的構造措施。這樣一旦出現裂縫不僅影響工程質量，同時在進入住房商品化，質量糾紛日趨增多的今天也不利于保護自己。
基于以上原因，筆者感到有必要結合蘭州地區溫差大，氣候干燥這一地區特點，根據多年的工程設計實踐和體會，對防止和減輕超長混凝土結構溫度收縮裂縫的設計措施提出一些建議，供設計人員參考并能有所啟發。
2溫度收縮裂縫的基本特點
混凝土在結硬的過程中發生收縮，溫度變化時會熱脹冷縮，當這兩種變形受到約束后，在結構內部就會產生收縮應力和溫度應力，這兩種應力分別超過混凝土抗拉強度時就會導致混凝土開裂而形成收縮裂縫或溫度裂縫。超長混凝土結構中較多見的是在收縮應力和溫度應力共同作用下所產生的溫度收縮裂縫。要分析溫度收縮裂縫的基本特點，首先應掌握收縮和溫度變形的一些基本概念。
2.1收縮變形的特性及影響因素：
一般混凝土最終收縮應變約3～5×10-4，其特點是早期收縮快，半年可完成第一年收縮量的80～90%，一年后仍發展但已不明顯。其影響因素主要有混凝土強度等級，水泥品種，水灰比，坍落度，養護（保溫，保濕）和體表比。
2.2溫度變形的特性及影響因素：
混凝土溫度線脹系數一般為1.0×10-5/C°，其變形隨溫差而變化，一般發生在混凝土結硬一直到房屋使用期間。其影響因素有季節溫差，內外溫差和日照溫差。
2.3溫度收縮裂縫的基本特點：
⑴該裂縫由收縮和溫度變形共同產生，其分布一般為收縮和溫度兩種裂縫的組合，隨環境濕度和溫度而變化，隨時間而發展，裂縫的開裂和危害程度往往較單一的收縮或溫度裂縫嚴重。
⑵根據具體工程裂縫出現的時間、發展與變化、以及分布、形狀、尺寸等特征。一般可分為以收縮變形為主或以溫度變形為主，實際工程中較常見的是以收縮變形為主的溫度收縮裂縫，一般發生在混凝土澆筑后一年內，但多見半月至數月之內。
⑶主要影響的部位及構件是底層和頂部數層梁板構件以及基礎梁、挑檐、欄板等外露構件。
⑷梁板裂縫呈現不同分布和特征，梁縫一般垂直于縱向，分布在兩側面，兩頭細、中間寬、棗核形。裂縫為表面，深進或貫通。單向板縫等間距平行于短邊。雙向板縫較重于單向板縫，兩個方向板縫縱橫交錯，不規則，縫多為貫通，板面縫一般寬于板底縫。
3防止和減輕超長混凝土結構溫度收縮裂縫的設計建議
3.1設置后澆帶以及控制和抵抗溫度收縮應力的措施
3.1.1有效設置后澆帶
后澆帶是列入高規中的一種目前設計人員常采用的方法，它利用了混凝土早期收縮量大的特性，其設計思路是“以放為主”。主要作用是釋放早期混凝土收縮應力，減小以收縮為主的變形。高規雖然對后澆帶的間距、寬度、鋼筋處理、澆筑時間有較明確要求，不少資料對此也有所介紹。但是結合多年來對蘭州地區幾個較大型超長工程的設計實踐，深感對后澆帶的做法必須予以重視。如設計施工處理不好，不僅起不到予期的效果，還會留下結構隱患。因此就后澆帶的具體做法提出以下建議和看法：
⑴間距：高規規定為30m～40m。建議具體工程應結合建筑物長度、氣候環境特點綜合考慮，一般應控制在30m左右。
⑵位置：
①小跨梁開間或受力較小的部位，一般可在梁跨三分之一處。
②平面布置時要注意梁的布置宜平行于后澆帶以免梁截斷太多。
③視具體情況可沿平面曲折通過。
⑶寬度：高規規定800～1000mm。建議預留的寬度要考慮滿足鋼筋錯開搭接要求。可允許大于1000mm。
⑷鋼筋：目前對后澆帶內梁縱向鋼筋處理有兩種做法。
第一種：梁板鋼筋均斷開后搭接(高規要求)，但由于梁鋼筋搭、焊接處理困難，質量不易保證，易給結構造成隱患。
第二種：板鋼筋斷開，梁鋼筋直通不斷。目前工程采用較多，但由于截斷梁較多時，鋼筋全部不斷會約束混凝土收縮，達不到予期效果。
建議：梁上部鋼筋，腰筋及板墻鋼筋斷后錯開搭接或必要時先搭后補焊。梁下部鋼筋不斷，可適當加大配筋。這樣即可大大減小梁鋼筋全部不斷對混凝土收縮形成的約束，又可避免梁鋼筋全部斷后造成的鋼筋搭、焊接困難，這種處理方法筆者自93年以來已在一些工程中較好的進行了使用。
⑸澆筑時間：高規要求，宜在兩個月后且澆筑時的溫度宜低于主體混凝土澆筑時的溫度。由于混凝土早期收縮量大，相對一年的收縮量，半月約占30～40%；1個月約占45～55%；2個月約占65～75%；半年約占80～90%，故應按規范執行，一般應保證兩個月后澆筑。
⑹后澆混凝土：采用無收縮或微膨脹混凝土，強度較主體混凝土提高C5級。
⑺設計時要特別交待以下請施工單位注意的問題：
①后澆帶兩側宜設鋼筋網片，防止主體混凝土流入后澆帶。
②后澆帶混凝土澆筑前應清理鑿毛，澆筑時振搗密實，精心養護。
③后澆帶兩側支撐保證穩定可靠，后澆帶混凝土達設計強度時方可拆除。
3.1.2、針對性地采取控制和抵抗溫度收縮應力的措施
⑴加強屋面保溫隔熱措施，采用高效保溫材料，嚴格滿足建筑節能設計標準。
⑵屋面板、外廊板，陽臺板等外露室外現澆板（含施工期間主體暴露時間較長的室內現澆板）以及板跨大于4m且采用泵送混凝土的雙向連續板等溫度收縮應力較大的板，均應在板面（即板的受壓區）配置不小于φ6@200雙向鋼筋網片，或支座鋼筋隔一全跨貫通，但間距不宜大于200mm，每一方向配筋率不宜小于0.1%。以上板在有受力鋼筋處，實配鋼筋尚應考慮溫度收縮應力影響予以適當增大。
⑶框架梁及所有現澆梁凡高度≥600者（外露梁高度≥500）均設置不小于2φ12腰筋。腰筋宜細而密，間距不應大于200mm，每側腰筋配筋率不宜小于0.1%。
⑷檐口板，外露欄板應雙面雙向配筋，上下端頭各配≥2φ10溫度抵抗筋，并每隔15～20m設置一道20mm溫度伸縮縫。
⑸控制現澆板混凝土強度等級不宜大于C35。
后澆帶列入高層規程后已在大量工程中廣泛使用。前已述及，其主要作用是減小混凝土早期以收縮為主的變形。因此，超長混凝土結構溫度收縮裂縫的預防不能僅靠設置后澆帶來解決，必須采取上述“放”“防”“抗”相結合的綜合措施。筆者已在蘭州和西非熱帶地區一些較大型的超長建筑中，根據具體工程各自的特點多次采用了上述綜合措施。實踐證明比較有效。故認為，防止和減輕蘭州地區超長混凝土結構溫度收縮裂縫目前仍然應首先或主要采用設置后澆帶以及控制和抵抗溫度收縮應力的綜合措施。考慮目前混凝土溫度收縮裂縫的趨于增多以及超長混凝土結構的抗震性能。建議采用上述綜合措施，房屋總長宜控制在120m內。
3.2采用UEA補償收縮混凝土
3.2.1方法提出：
由于后澆帶延長工期，鋼筋斷后的搭、焊接和清理鑿毛均給填縫施工帶來一定麻煩，處理不好將留下隱患，因此中國建筑材料科學研究院游寶坤等人提出了采用UEA加強帶取代后澆帶連續澆筑超長建筑的無縫設計施工方法。
3.2.2設計思路：
“以抗為主”的設計原則，利用UEA補償收縮混凝土在硬化過程產生的膨脹作用，在結構中產生少量預壓應力用來補償混凝土在硬化過程中產生的溫度和收縮拉應力，從而防止收縮裂縫或把裂縫控制在無害裂縫范圍內。
3.2.3具體做法
所有樓板均摻10～12%UEA（膨脹率2～3×10-4）。但每間隔50m設置一條2m寬膨脹加強帶，帶內混凝土摻加14～15%UEA（膨脹率4～6×10-4），兩側設密孔鋼絲網，防止混凝土流入加強帶，可連續澆筑100～200m的超長建筑，具文獻[4]介紹，該技術已在全國50多個重大工程中應用。
由于這種方法，規范未列入，施工要求嚴，氣候環境影響大，潮濕地區膨脹可保持，干躁地區會存在問題。結合對福州機場航站樓采用UEA混凝土后實際效果的調研。建議蘭州地區應慎重采用，若采用可做必要計算和實驗，測得一些技術數據，最好在有條件保濕養護的地下結構中采用。也可考慮在建筑長度70m以下，設置后澆帶后影響工期的工程上試用，但對梁板構件仍應針對性地采取3.1.2中介紹的一些必要的控制和抵抗溫度收縮應力的設計措施。另外特別提請施工時要嚴格保濕養護。
3.3采用予應力混凝土結構
予應力混凝土可增強梁板剛度，梁板中所產生的預壓應力可抵消由于混凝土溫度變化和收縮產生的軸向拉應力，從而達到擴大溫度伸縮縫間距不設后澆帶的目的。經對珠海機場調研了解到：梁板在采用無粘結予應力混凝土后，平面尺寸84×48m，未設后澆帶，使用良好。筆者認為，當為滿足建筑層高要求而采用該技術時，可考慮在采用必要的控制和抵抗溫度應力的具體措施后增大溫度伸縮縫的間距，但應結合工程收集資料具體分析。
4結語
⑴溫度收縮裂縫是蘭州地區超長混凝土結構中較常見且日趨增多的裂縫，由于該裂縫的危害性及規范的局限性，設計人員應予以足夠重視。
⑵本文從設計角度上簡析了混凝土收縮和溫度變形的特性，影響因素以及溫度收縮裂縫的成因和基本特點，以使設計人員建立最基本的概念來針對性地結合具體工程特點考慮防止和減輕溫度收縮裂縫的具體措施。
在水利工程建筑中，混凝土結構
的優化設計是一項難度比較大的工作，除了考慮混凝土自身的一些問題以外，還需要考慮工程的地形地貌條件，制定出一套可行性方案，進而進行結構的優化布局，在結構優化的過程中要特別注意圍巖的穩定性等問題。
1.1水工混凝土的材料問題
在水利工程建設中混凝土材料的配比是否合理可能會影響混凝土的質量，比如孔洞、麻面、氣泡等質量問題。混凝土的結構一般是由水泥、碎石、砂等材料構成，水泥的質量影響混凝土的結構強度。如果原材料的配比設計不合理，則在攪拌的過程中，混凝土拌和物嚴重離析，混凝土料干硬，入倉混凝土料架空或骨料集中，混凝土攤鋪料太厚，漏振等，混凝土就非常容易出現孔洞，進而影響混凝土結構的質量。
1.2在工程建筑中準備工作不細致
水利工程建設是一項復雜的工作，在建設前，必須對結構區域內的水文條件、地址狀況等做充分的了解。在實際工作中，往往因為施工狀況復雜，工作人員在工作中不夠認真、細致，而出現很多問題。有些水利工程的洞壁圍巖應力和變形較大，巖體的不穩定比較突出，再加上混凝土結構岔管形態復雜，很容易出現地應力集中、襯砌開裂現象，而破壞混凝土結構。
1.3岔管設計不合理
在水利工程建設中，混凝土結構設計的岔管設計也是一向比較復雜的工程設計，對施工技術的要求比較高。一般情況下，岔管的結構比較多，在設計時要注重其合理性，盡量選擇合適的岔管方式和材料，以免造成水利工程的后期開裂與損壞。在岔管設計方面，雖然有比較可行的研究方案，但是復雜的實際狀況還是會影響混凝土結構變形和受理特征，影響計算的準確度，應加強施工期監測與信息反饋。2.4混凝土襯砌滲漏問題在水利工程中，混凝土的襯砌滲漏問題也非常突出，產生這種狀況的原因有很多，首先考慮基礎地基問題，如果地基不穩定，沒有按照工程要求進行設計，必然會造成襯砌裂縫滲漏，從而導致工程襯砌發生沉陷，渠道襯砌工程出現滲漏。
2.水利工程中混凝土結構的優化設計
水利工程建設中對混凝土的結構設計要求比較高，要求其有較好的抗滲性和整體性。在施工過程中注意結構設計中的關鍵性技術，防止混凝土結構質量問題的出現，確保工程建設的質量要求。
2.1混凝土裂縫的控制
在水利工程混凝土結構設計中，裂縫控制是其重要控制內容，在混凝土的結構設計中，除了要控制好混凝土的承載力以外，還要嚴格控制裂縫的出現，把裂縫控制在允許的范圍之內。而裂縫的控制需要根據工程環境情況、荷載性質、水壓力的變化情況等參數來確定。在現代水利工程中，裂縫的控制適合用于一些彎拉構件方面，而水工建筑中一般使用非常規的桿件，所以要特別注意控制好混凝土的裂縫寬度。裂縫的設定一般根據鋼筋混凝土構件的裂性評估進行，根據其斷面作用力變化情況，制定裂紋開度標準。另外還要考慮在實際使用中，鋼筋與混凝土的極限狀態。
2.2合理配置混凝土原料
混凝土的原料配置是保障混凝土質量的關鍵步驟，合理的配置混凝土原料，能有效的防止混凝土氣泡、孔洞、麻面的出現。首先為了防止氣泡的出現，在施工的過程中可以采用細度模數2.0—3.0范圍的天然砂或人工砂，嚴格按照混凝土配合比施工，合理控制外加劑的摻入量，做好混凝土的攤鋪、振搗等，每層的混凝土鋪設厚度控制在30-50cm范圍內，振搗時注意緩慢拔出振搗幫，防止氣泡的生成；為了防止混凝土孔洞的出現，在進行混凝土的攪拌時，要注意均勻攪拌，混凝土的和易性好，分層攤鋪，振搗均勻，模板支撐要牢固。如果出現孔洞，要及時將孔洞部分的松散物處理干凈，用細石混凝土填塞處理；對于混凝土結構露筋現象的預防，在安裝鋼筋時要找準位置，焊接牢固，混凝土的保護層墊塊要均勻牢固，禁止隨意搬動、踩踏。如果出現露筋，要及時清除干凈外露鋼筋上的銹斑，抹平壓光，覆蓋養護，用澆灌技術把混凝土加厚處理。
2.3圍巖結構穩定性的優化設計
在水利工程中，襯砌方式與布局的深度影響著混凝土結構的優劣，在設計混凝土襯砌時需要注意圍巖承擔水壓力的能力。所以，混凝土的結構優化，首先要解決圍巖水壓承載力問題。在圍巖結構中，首先要確定其最小覆蓋厚度，如果圍巖厚度不足，容易造成事故的發生，導致工程大量滲水。最小厚度的測量要根據平緩地表面和陡坡地表面上臺準則確定。圍巖只有具有足夠的承載力，才能采用不襯砌、限裂或非限裂混凝土襯砌的方法。
2.4襯砌設計的優化
襯砌方式的選擇要根據實際設計需求與圍巖承載壓力進行確定，在混凝土的結構設計中，襯砌的類型比較多，但從設計方面來說可以分為開裂襯砌與抗裂襯砌兩部分。根據具體的工程要求，比較分析不同的襯砌方案，選擇最為合適的方案進行施工。選擇好襯砌方式以后，對鋼筋混凝土襯砌與圍巖聯合作用進行模擬，形成一個二次應力場，在此基礎上進行鋼筋混凝土的支護，分析襯砌的變形、裂縫出現問題，進行岔管襯砌布局，盡量減少襯砌的配筋量，以便使其更好的應用于水利工程的建設中。
2.5混凝土的濕溫度計算
1.1混凝土內外溫差過大
澆注混凝土直至澆注完畢，因為大量的水化熱會在水化時產生，剛開始時會因為混凝土聚集大量水化熱，因而內部熱量不易揮發，進而造成混凝土中內外溫差過大，同時在混凝土的內部產生強烈的拉應力，導致拉應力比此齡期的混凝土容許拉應力大很多時，會形成溫度裂縫。另外，再加上通常大體積的混凝土配置鋼筋沒有深入到內部，因而由混凝土承擔因過大的內外溫差產生的拉應力，導致更容易產生溫度裂縫。
1.2混凝土收縮
然而伴隨著初期大量水熱化混凝土的漸漸消失，混凝土在后期會逐漸蒸發內部自由水，在外力不影響的條件下，混凝土會伴隨著硬結而自發的形成收縮和變形，但是，當這種收縮變形產生時會因為內部鋼筋的影響而受限，進而大量的拉應力會產生在混凝土當中，如果混凝土承擔不了該拉應力時，就會產生溫度裂縫。
1.3溫度突變
在土木工程中，待澆注完畢主梁，因為太陽會暴曬主梁的側面，所以這部分的混凝土的溫度顯然比其他地方的要高，進而造成內部溫度上升呈現非線性，使得主梁因為自己的限制產生過大的局部拉應力，進而因此產生溫度裂縫；除此之外，因為暴雨、陣雨以及冷空氣等氣候變化原因，澆注完畢的混凝土表面溫度會驟降，進而導致內外溫度形成梯形，如果溫度應力達到一定的高溫，就會產生溫度裂縫。
2土木工程大體積混凝土結構施工技術分析
2.1設計優化
在設計土木工程的時候，必須結合工程當地的氣候情況正確選擇混凝土配合比，而且還要布置適量的溫度鋼筋在易產生溫度裂縫的地方，以此和拉應力抗衡，與此同時，選擇在規定范圍內厚度最小的鋼筋保護層，防止由于過大厚度保護層而產生的溫度裂縫；除此之外，在劃分大體積混凝土的過程中，必須利用后澆帶和伸縮縫的正確設置來進行規則的分隔，同時還要根據科學設計的混凝土結構形狀，擴大混凝土水化熱的散熱范圍，進而防止加快增加其內部溫度，進而分散應力，減小產生溫度裂縫的可能性；而且，還要最大限度使用二次澆注的方法設計和施工混凝土，而且，在進行二次澆注的過程中為了增加混凝土抗拉能力，必須在其中添加聚丙烯纖維網或者鋼筋網。
2.2材料控制
大體積的混凝土之會有溫度裂縫產生，原因在于混凝土釋放大量的水化熱，因此，盡可能使用水熱化程度較低的水泥在大體積的混凝土當中，為了最大限度使用較少用量的水泥，還可以利用摻合料的方式，比如可以添加一些粉煤灰等。就混凝土的粗骨料的選擇而言，盡可能使用級配良好、強度高和粒徑大的粗骨料，可以有效防止混凝土產生收縮變形的現象，與此同時，也不會忽視含泥量和其他有害物質的含量的控制。而在混凝土的細骨料的選擇上，就必須符合泵送的要求，盡可能使用細砂或者中砂，這樣可以保證以最小的表面積和空隙率充分減少使用水泥的用量。除此之外，為了更好地增加同齡期混凝土的抗拉能力，還可以采用摻加外加劑的方式進行，有效提高了混凝土的和易性，減少水灰配比。
2.3施工控制
在實際施工混凝土澆注時，試驗人員的職責是根據現場的情況，及時跟蹤坍落度和和易性變化現象并隨時測量，根據結果上報攪拌站并及時進行處理。對于混凝土搗固人員來說，要經過嚴格的培訓，考核通過之后才能夠上崗，并且要權責明晰，分工明確，特別是要由專職人員搗鼓和處理鋼筋集中的地方、端模、拐（死）角等，技術人員和施工員要跟班指揮現場。通過插入式的為主要方式進行混凝土振搗，插入振搗最佳厚度為30cm，以垂直等距離插入到下層間距在60cm以內，高度大約為5～10cm。施工人員必須邊振搗邊觀察，盡可能避免漏振或過振等現象。
2.4冷卻管降溫
利用提前鋪冷卻管路在混凝土結構內部中，以此降低在硬化時混凝土內部的溫度，保證腳注混凝土完畢后通水循環冷卻的正常實施，冷卻管路中的水量的范圍不能超過1.5m3/h，如果管內為過高水溫，那么也會加快水流的速度和流量。施工的部位不能因為冷卻管的出水而受到影響，如果混凝土總體初步凝固，那么可以酌情通過該出水進行保溫養護。待混凝土養護的步驟結束，為保證混凝土的強度以及其他不受中空的冷卻管的影響，所以下一步一般利用真空壓漿的方式完成注漿和壓漿的工作。
3結語
關鍵詞：水下混凝土結構耐久性鋼筋的銹蝕監測
隨著時間的不斷推延，許多水下混凝土構件中的鋼筋逐漸被滲水而發生銹蝕，從而導致其構件的耐久性降低，結構安全性也降低[1].因此，引起的工程損壞事例不斷發生，由此帶來的工程損失及處理費用也迅速增加，這也引起了建筑工程界和路橋部門的高度重視。其中，水下混凝土結構中鋼筋的銹蝕較為普遍，特別是沿海地區的閘、涵、橋、防護堤及鹽湖地區的水下混凝土較為嚴重，據資料顯示，施工質量較差的混凝土構件，因為鋼筋的銹蝕，正常使用幾年后，就會產生順筋脹裂，從而導致結構破壞，以致鋼筋混凝土的失效。
一、水下混凝土結構中鋼筋銹蝕的原因
混凝土在水化作用時，水泥中氯化鈣生成氫氧化鈣，使混凝土中含有大量的氫氧根離子，使PH值一般可達到12.5-13.5，鋼筋在這樣的高堿環境中，表面容易生成一層鈍化膜[2]，研究結果表明，這種鈍化膜能阻止鋼筋的銹蝕，只有這層鈍化膜遭到破壞，鋼筋開始銹蝕。
1.1、混凝土碳化引起鋼筋銹蝕
因為混凝土硬化后，表面混凝土遇到空氣中二氧化碳的作用，使氫氯化鈣慢慢經過化學反應變成碳酸鈣，使之堿性降低，碳化到鋼筋表面時，使鈍化膜遭到破壞，鋼筋就開始腐蝕，眾所周知，大氣是二氧化碳的主要來源，大氣中通常含0.2%-0.3%的二氧化碳，而且只要有大氣存在的地方，就必然存在二氧化碳，而水下混凝土結構也有不少部分存在于二氧化碳環境中，對于普通的硅酸鹽而言，水化產生的氫氧化鈣可達到整個水化產物的10%-15%，它作為水泥水化產物之一，一方面，它是混凝土高堿度的提供源和保證者，對保護鋼筋起著十分重要的作用；另一方面，它又是混凝土中最不穩定的成分之一，很容易與環境中的酸性介質發生中和反應，使混凝土碳化，并逐步延伸鋼筋，使鋼筋開始銹蝕[3]。
1.2、氯離子引起的鋼筋銹蝕
水下混凝土中，氯離子進行混凝土通常有兩種途徑：其一是“摻入如含有氯鹽的外加劑，使用海砂，施工用水含氯鹽，在含鹽環境中攪拌，澆筑混凝土時，其二是”滲入“環境中的氯鹽通常通過混凝土的宏觀、微觀缺陷，滲入到混凝土中并達到鋼筋表面，直接或間接破壞混凝土的包裹作用及鋼筋鈍化的高堿度兩種屏障,使之發生銹蝕繼而銹蝕產物體積膨脹,使混凝土保護層開裂與脫落[4];在海洋環境中的水下混凝土結構大都是這種情況。氯離子引起鋼筋銹蝕可以從以下幾個方面分析：
1.2.1破壞鈍化膜
混凝土屬于堿性材料，其孔隙溶液的PH值為12-14[2]，因而對鋼筋具有較好的保護作用，有利于鋼筋表面形成保護鋼筋的鈍化膜，但這種鈍化膜只有在高堿環境中才是穩定的。如果周圍環境PH值降到11.8時，鈍化膜就開始變得不穩定，當PH值繼續降到9.88時，鈍化膜就開始變得難以生存或逐漸破壞，使得進入混凝土中的氯離子吸附于鈍化膜處，并使鈍化膜的PH值迅速降低，逐步酸化，從而使得鈍化膜被破壞。
1.2.2形成腐蝕電流
無論混凝土碳化還是氯離子侵蝕，都可以引起鋼筋部分銹蝕，在鈍化膜破壞處有腐蝕電流產生，在鈍化膜破壞還與未破壞區這間存在電位差，有宏電流產生，但微電流要比宏電流大得多。又因為氯離子的存在大大降低了混凝土的電阻率，并且氯離子和鐵離子的結合可以形成易容于水的氯化鐵，從而加速了腐蝕產物向外的擴散過程，并由于宏觀腐蝕電流在鈍化膜破壞區邊邊緣最大，使得靠近鈍化區的邊緣的局部鈍化膜破壞較快，這種現象稱為局部銹蝕鋼筋的“邊緣效應”。
1.2.3氯離子導電作用
正是由于混凝土結構中氯離子的存在，大大降低了陰、陽極之間的歐姆電阻，強化了離子通路，提高了腐蝕電流的效率，從而加速了鋼筋的電化學腐蝕過程，氯離子對混凝土中鋼筋銹蝕更嚴重更快速[5].而氯化物是鋼筋的一種活化劑，它能置換鈍化膜的氧而使鋼筋發生潰爛性腐蝕，而氯鹽是高吸濕性的鹽，它能吸收空氣中的水分變成液體，從而使氯離子從擴散作用變成滲透作用，達到氯離子，透過保護區去腐蝕鋼筋的目的。
1.2.4氯離子的陽極去極比作用
氯離子不僅促成了鋼筋表面的腐蝕電流，而且加速了電流的作用過程，陽極反應過程Fe2eFe2+,如果生成的Fe2+不能及時搬運而積累于陰極表面，則陰極反應就會因此而受阻，相反，如果生成的Fe2+能及時被搬走，那么。陽極反應過程就會順利乃至加還進行，Cl與Fe相遇就會生成FeCl2，Cl能使Fe消失而加速陽極過程，通常把陽極過程受阻稱做陽極極化作用，而加速陽極過程者，稱作陽極去極化作用，氯離子正是發揮了陽極去極化作用的功能。
應該說明的是，在氯離子存在的混凝土中，鋼筋通常的銹蝕產物很很難找到FeCl2的存在，這是由于FeCl2是可溶的，在向混凝土內擴散遇到氫氧根離子，立即生成Fe(OH)2的一種沉淀物質又進一步氧化成鐵的氧化物，即通常說的“鐵銹”，由此可見，氯離子只起到了“搬運”的作用，而不被消失，也就是說進入混凝土的氯離子，會周而復始地起破壞作用，這也是氯鹽危害特點之一。
1.2.5氯離子與水泥的作用及對鋼筋銹蝕的影響
水泥中的鋁酸三鈣，在一定條件下，可與氯鹽作用生成不溶性“復鹽”，從而降低了混凝土中游離氯離子的存在，從這個角度講，含鋁酸三鈣高的水泥品種有利于氯離子的侵害，海洋環境中優先選用鋁酸三鈣含量高的普通硅酸鹽水泥，然而，復鹽只有在堿性環境下才能生成和保持穩定，當混凝土的堿度降低時，復鹽會發生分解，重新釋放出氯離子來。在做鋼筋銹蝕實驗不難發現，如果大面積的鋼筋表面上具有高濃度的氯化物，則氯化物所引起的銹蝕是均勻的，但是在不均質的混凝土中，常見的局部銹蝕，導致點蝕[6].首先則是在很小的鋼筋表面上，混凝土孔隙液具有較高的氯化物濃度，形成破壞鈍化膜的具備條件，形成小陽極，此時，鋼筋表面的大部分仍具鈍化膜，成為大陽極，這種特點的由大陽極、小陰極組成的銹蝕電偶，由于大陰供養充電，使小陽極上的鐵迅速溶解而產生沉淀，小陰極區局部酸化，同時，由于大陰極區的陰極反應，生成氫氧化根離子，PH值增高，氯離子提高了混凝土的吸濕性，使得陰極與陽極之間的混凝土孔隙的歐姆電陰降低，這幾方面的自發變化，將使上述局部銹蝕電偶得以自發的一局部深入形式繼續進行。
二、評定與檢測水下混凝土構件中鋼筋的銹蝕狀態
為了減少鋼筋銹蝕對結構造成危害，需要即時了解現有的結構中的鋼筋銹蝕狀態，以便對鋼筋采取必要的措施進行預防，我們對鋼筋銹蝕的測試，可采用如下幾種方法：
2.1視覺法和聲音法
在常規的混凝土結構中，鋼筋銹蝕的第一視覺特征是鋼筋表面出現大量的銹斑，顯然，只要檢查鋼筋表面就可以看到；有時，混凝土的表面下的裂縫發展到表面，混凝土最終開裂時可直接檢查鋼筋在早期可以用“發聲”方法估計下部裂縫引起的破壞。使用小錘敲擊表面，用聲波方面檢測順筋方向的裂縫的出現。
2.2氯離子的監測
它需要對鋼筋以上或周圍的混凝土進行采樣，一般通過鉆芯方法，然后用電測法或化學方法確定氯含量，最近，以有中和反應法儀器用于結構中氯離子含量的檢測。
2.3極化電阻法
極化電阻法（線形極化法）[7]作為一個銹蝕監測方法，已經成功的應用于生產工業和許多環境，該方法的原理是將銹蝕率與極化曲線在自由銹蝕電位處的斜率聯系在一起，可以用雙電極或三電極系統監測材料與環境偶合的銹蝕率。極化電阻法同樣檢驗混凝土中的定位的問題；一個小操作可對放在砼中任何需要的位置，但回填土料同樣是影響測量結果的一個非常關鍵性的因素。
2.4自然電位法
混凝土中的鋼筋與周圍介質在交界面上相互作用形成雙電層[8]，并與介質兩側產生電位差，電位差大小能反應鋼筋所處的狀態，既活化或鈍化狀態，自然電位通過測定鋼筋電極對照比電極的極對電位差來定性判定鋼筋銹蝕狀況，自然電位法設備簡單，價格便宜，操作方便，對混凝土的鋼筋銹蝕體系無干擾，自然電位法的判定標準如下：E>-200ml，鈍化狀態有5%銹蝕可能性；-200ml>E>-350ml。有50%可能銹蝕；E<-350ml,95%的銹蝕的可能性。
論文摘要:使結構安全適用、經濟合理、是結構工程師的任務和責任。根據長期工作體會從概念設計的觀點出發，介紹抗震設計中遵循的原則，提高房屋抗震性能的措施。結合工程實際介紹了環境類別和保護層厚度的確定、按簡支梁計算構造鋼筋的設置等問題。
一、概念設計和結構構造
抗震設計中，影響整個結構抗震能力的因素很多，如：結構構件的承載力和變形能力;非結構構件的材料性能及提供的強度儲備；結構的連接構造；結構的穩定性；結構的整體性能在經受第一次地震后多次余震反復作用下的抗破壞能力。目前只對第一種因素作了計算，其它因素尚無法進行計算，靠概念設計和結構構造做到結構體系具備必要的承載力、剛度、穩定性、能力吸收及耗能能力，也就是具有足后的延性。對復雜結構，七分計算三分構造，更重要的是概念設計。
（一）概念設計
材料性能、構件性能、連接構造、結構體系通過實驗、實踐檢驗，但還不能計算，稱為概念設計，抗震設計中應遵循以下原則：(1)結構的承載力、剛度、質量在平面內和沿高度應均勻、對稱和連續分布，避免應力集中：(2)應盡可能設置多道抗震防線，布置超靜定結構及延性較高的耗能構件，注意適當加強靜定結構部位、關鍵部位和薄弱環節；(3)注意結構的連接整體性，結果單元應采用牢固連接，不同結構單元應遵守徹底分開的要求；(4)估計和控制塑形鉸區出現的范圍和部位，有針對性的進行構造布置，掌握結構的屈服過程以及最后形成的屈服機制；(5)做到強柱弱梁、強剪弱彎；(6)采取有效措施防止過早的混凝土剪切破壞，鋼筋錨固滑移和混凝土壓碎等脆性破壞；(7)構件和節點連接的承載力和剛度要與結構的承載力和剛度相適應，節點連接的承載力不低于構件的承載力；(8)應該避免盲目增加鋼筋，某一部分結構設計承載力超強或不足，都可能造成結構的相對薄弱，梁端、柱端及抗震墻的加強部位受彎配筋在滿足承載力和抗震構造要求的條件下，應減少鋼筋超配；(9)考慮非結構性部件對主體結構抗震產生有利和不利的影響。
（二）結構構造
結構體系靠力學計算保證構件的承載力及變形，又靠構造措施將構件連接在一起，形成結構體系，合理的構造保證構件傳力明確；保證在力的多次作用下能力的吸收及耗散；避免因部分構件破壞而使結構體系喪失承載能力及抗震能力；保證在設計使用年限內的耐久性。可以說結構構造是概念設計的具體化。我國通過幾十年的實踐，特別是唐山地震所總計的經驗教訓，后來試驗研究都有完整的結構構造措施。但是認識在不斷提高，概念設計在不斷發展，結構設計除正確運用目前的構造措施，同時還需要不斷總結、充實、提高。
二、結構計算
（一）荷載要準確
荷載包括結構自重，建筑材料做法，設備荷載（設備自重、管道重），建筑功能需要的活荷載，風、雪荷載、地震力、溫度變化產生應力以及其它偶然作用等。有的荷載規范有所規定，可作依據，有的需要各專業提高。建筑專業提高的不僅僅是荷重，而應該是具體的材料做法，設備專業則應提供所選用的樣本。由于建筑做法和設備一般要到訂貨時才能落實，在這以前變換的可能性很大，結構設計人員應該意識到這一點，并要求有相關的知識，準確計算所采用的荷載。
隔墻荷載占總荷載的比例較大，隔墻材料品種繁多，但尚無十分理想的隔墻材料，不是荷重偏大就是隔音差、抗撞擊差或板塊之間易出現裂縫。當隔墻位置固定且隔墻材料確定時，預留荷載是必要的，但考慮過重的隔墻會使結構用鋼量過大。一般可與建筑專業配合，易采用輕質材料并在施工圖中說明隔墻材料，允許荷載值及位置。
結構計算最忌諱漏掉荷載，他將使計算白費或使結構存在隱患，應引以為戒。
（二）應分析計算結果
對復雜或重大工程一般需要用兩種不同單元模型的程序進行分析和比較，對特殊工程應選擇適當的計算程序。建立的模型，邊界、支撐條件應盡量符合實際。程序中的輸入數據應弄明其緣由，弄清其概念，對提高設計質量是不可缺少的。
（三）環境類別與保護層的確定問題
混凝土設計規范第3.4.1條規定了耐久性設計的原則及構件環境類別的分類標準。規范第9.2.1條給出了各類環境條件下的構件縱向受力筋保護層最小厚度。這是新規范重視耐久性問題的具體體現。由于規范是依據構件所處的環境類別來確定縱向受力筋保護層最小厚度的，對于處在兩種環境交界部位的構件，如地下室墻，迎水面側一般為二類環境，而其室內一側一般為一類環境，兩側面的受力筋保護層最小厚度也應有所區別。因此筆者認為，對于處在兩種環境交界部位的構件，在選用最低混凝土級別、確定混凝土配合比等耐久性基本要求（規范第3.4.2～3.4.8條）時應接交界面上兩種環境類別中的最不利環境類別確定，在確定受力筋保護層最小厚度時，則應按構件表面所處的環境類別分別考慮。否則，對于基礎地板、地下室外墻，隨著保護層厚度的增大，采用商品混凝土時，構件表面出現早期收縮縫的機率也隨之增大，而構件表面開裂后，反而影響構件的耐久性。所以保護層厚度不是越大越好，而應構件表面所處的環境類別有針對性地選用。
（四）安簡支計算的梁端部上部構造鋼筋設置問題
混凝土結構設計規范第10.2.6條對實際受約束的簡支梁端上部構造筋作了規定。此時梁端實際受到部分約束，如按梁端的實際約束條件采用彈性理論進行整體內分析，計算所得的實際彎矩除與梁上承受的荷載大小有關外，更與梁端的約束構件即邊梁或構件柱的相對剛度有關。將梁端構造鋼筋的截面面積與梁跨中下部縱向受力鋼筋計算所需截面面積相關聯，只體現了梁上承受荷載的大小，而沒有考慮梁端實際約束程度，如果梁端實際約束程度很弱，非常接近于簡支，即使梁上承受的荷載很大，梁端實際彎矩仍很小，因而沒必要配置太多鋼筋，這是其一。其二，條文所指部分約束梁端的構件通常是指磚混結構的構造柱、框架和主次梁體系中的邊梁，如果梁端實際配筋較大，梁承受的負彎矩也較大，與之平衡的構造柱彎矩或邊梁的扭矩也較大，當約束構件是構造柱時，由于構造柱配筋較小，一般為4φ12，很可能造成構造柱的配筋不足；當約束構件是框架或主次梁體系中的邊梁時，雖然按彈性理論計算邊梁有較大的扭矩，但國外的試驗資料表明5，邊梁開裂后，其抗扭剛度約相當于彈性抗扭剛度的1/10。塑性內力重分的結果使得邊梁扭矩和梁端實際彎矩值都很小，沒比要配置太多的鋼筋。新的混凝土結構設計規范實施前，我院設計的大部分工程終于邊梁相交的梁端實際配筋統一為2φ12（四肢箍為4φ12），20世紀六七十年代設計的部分工程甚至為2φ10或2φ8這些工程已正常使用了30年綜上所述，規范所給的這種配筋策略是否合適值得商榷。
參考文獻
[1]混凝土結構設計規范(GB50010-2002).2002
[2]中國建筑科學研究院.混凝土結構設計.中國建筑工業出版社.2003
[3]呂西林。高層建筑設計(第二版).武漢理工大學出版社.2003。
