混凝土结构耐久性设计与应用

本书围绕现行混凝土耐久性相关规范的内容展开，汇集了混凝土耐久性领域的最新研究成果和最新技术。针对实际应用的需要，本书以工程应用为目标，结合现行规范和工程实践案例，融入先进的土木工程使用寿命（再）设计理论框架（PRSLD：Performance and Reliability Based Service Life Design），分别从机理研究、材料性能、结构设计、施工技术、检测评估、结构加固等几个层次对混凝土结构的耐久性进行系统性剖析和论述，促进工程业主、技术和管理人员理解并自觉运用耐久性设计理论与技术，对于保障混凝土结构服役可靠性、延长其使用寿命至关重要。同时，本书对未列入规范、处于发展中的新技术和某些特殊条件下的混凝土结构耐久性问题的机理、设计、检测和加固等方法也进行了简要介绍；对工程应用中提出的大量疑难问题也作了简要释义，以供工程技术人员参考应用。

本书既是混凝土耐久性相关规范的配套读本，又是混凝土结构设计、施工、检测和加固技术的工具书，可供混凝土结构工程科研、设计、施工、监理、质量监督、检测、咨询等相关人员及高校土建专业师生参考使用。

第一章混凝土结构耐久性概述……………………………………………………………………………1

第一节混凝土结构的耐久性问题………………………………………………………………………1

第二节混凝土耐久性国内外概况………………………………………………………………………2

第三节混凝土结构耐久性的研究内容…………………………………………………………………5

参考文献…………………………………………………………………………………………………12

第二章混凝土结构性能劣化机理………………………………………………………………………14

第一节硬化混凝土的组成结构与缺陷………………………………………………………………14

2.1.1 硬化水泥混凝土的组成结构………………………………………..…………………………14

2.1.2 混凝土中的结构缺陷………………………………………..…………………………………18

2.1.3 荷载作用下的混凝土体积变化与破坏………………………………………………………20第二节环境作用对混凝土的结构损伤………………….……….……………………………………22

2.2.1 对混凝土造成损伤的物理作用………………………………………..………………………22

2.2.2 化学侵蚀对混凝土的损伤…………………………………………………………..…………30

2.2.3 碱－骨料反应引起的混凝土损伤………………………………..……………………………34

第三节混凝土中钢筋的锈蚀………………………………………..…………………………………36

2.3.1 钢筋锈蚀的类型与机理……………………………………………………..…………………36

2.3.2 混凝土中性化（碳化）诱导的钢筋锈蚀…………………………..…………………………38

2.3.3 氯盐环境下的钢筋混凝土的性能劣化…………………..……………………………………39

2.3.4 海砂混凝土的耐久性问题…………………………………………………..…………………44

第四节多因素共同作用下混凝土的应力腐蚀……………………..…………………………………50

2.4.1 混凝土结构的应力腐蚀…………………………………..……………………………………50

2.4.2 氯离子作用下混凝土的应力腐蚀……………………………………………..………………50

2.4.3 硫酸盐溶液作用下混凝土的应力腐蚀……………………………………..…………………53

2.4.4 二氧化碳作用(碳化)下混凝土的应力腐蚀……………………………………………………54

2.4.5 冻融等因素作用下混凝土的应力腐蚀问题…………………………………………………54

参考文献…………………………………………………………………………………………………55

第三章混凝土结构耐久性设计………………………………………..…………………………………58

第一节耐久性设计基本原则与内容………………………………………………..…………………58

3.1.1 混凝土结构耐久性设计存在的问题……………………..……………………………………58

3.1.2 混凝土结构耐久性设计的实质……………………………………………..…………………59

3.1.3 结构设计使用年限………………………………………………………………..……………61

3.1.4 结构设计使用年限与设计基准期的区别………………..……………………………………64

3.1.5耐久性设计原则…………………………………………………………………………………65

第二节规范设计法之一：与环境作用有关的规范规定………………………………………………67

3.2.1《混凝土结构设计规范》GB50010-2010（报批稿）的有关规定……………..……………….…67

3.2.2《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476-2008的有关规定……………………………..…68

3.2.3《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004的有关规定………………73

3.2.4《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》JTG/T B07-01-2006的有关规定………………...…74

3.2.5《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》铁建设[2005]157号的有关规定……………………77

3.2.6《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》JTJ 275-2000的有关规定………………………..…79

第三节规范设计方法之二：与混凝土技术有关的规范规定……...……………………………….…80

3.3.1 混凝土材料的规范规定……………………………………………………………..…………81

第四节规范设计方法之三：与混凝土结构设计有关的规范规定……………………………………89

3.4.1 保护层厚度的规范规定…………………………………………………………………..……89

3.4.2 裂缝宽度的规范规定…………………………………………………………………..………94

3.4.3 有关问题讨论………………………………………………………………………………..…99

第五节规范设计法之四：与预应力混凝土结构有关的规范规定…………………………..………126

3.5.1 预应力混凝土耐久性失效的原因……………………………………………………………127

3.5.2 保障耐久性的有效措施………………………………………………………………………129

3.5.3 《混凝土结构耐久性设计规范》的设计规定…………………………………………………133

第六节基于性能与可靠度的混凝土结构使用寿命设计……………………………………………138

3.6.1概述……………………………………………………………………………………………..138

3.6.2混凝土结构使用寿命极限状态………………………………………………………..………140

3.6.3半概率使用寿命设计法—分项系数法……………………………………………………..…143

3.6.4全概率极限状态设计…………………………………………………………………………..152

参考文献….……………………………………………………………………………….……………154

第四章混凝土结构耐久性施工质量控制………………………………...……………………………159

第一节混凝土结构耐久性施工质量控制概述………………………………….……………………159

第二节原材料控制………………………………………………………………………………..……161

4.2.1胶凝材料（水泥、矿物掺合料）…………………………………………………………………161

4.2.2骨料…………………………………………………………………………………………..…166

4.2.3混凝土用水………………………………………………………………..……………………170

4.2.4混凝土外加剂………………………………………………………………………………..…171

第三节混凝土质量控制………………………………………………………………………………172

4.3.1混凝土质量的初步控制………………………………………………………..………………173

4.3.2常规混凝土质量的生产控制……………………………………………………..……………176

4.3.3耐久性混凝土质量的生产控制……………………………………………………..…………184

4.3.4混凝土质量合格控制…………………………………………………………………..………188

第四节保护层厚度质量控制…………………………………………………………………………190

第五节混凝土裂缝控制………………………………………………………………………………191

4.5.1水泥水化热产生的裂缝（温度裂缝）……………………………………..……………………191

4.5.2施工缝处理不当引起的裂缝………………………………………………………………..…192

4.5.3早期收缩裂缝……………………………………………………………………………..……192

4.5.4干燥收缩裂缝…………………………………………………………………………..………192

4.5.5环境温度变化产生的裂缝…………………………………………………………..…………193

4.5.6化学反应引起的裂缝………………………………………………………………………..…193

4.5.7沉陷裂缝………………………………………………………………………………..………193

第六节施工质量控制新方法…………………………………………………………………………193

4.6.1简化权重成熟度法预测现场混凝土早期强度……………………………….………………193

4.6.2Consensor©系统预测混凝土早期强度……………………………………….………………196

4.6.3TEM双电极电阻法预测混凝土RCM氯离子扩散系数…………………………………..…198

第七节施工质量验收方法与标准……………………………………………………………………200

4.7.1混凝土施工质量验收方法…………………………………………………………………..…200

4.7.2相关施工质量验收标准……………………………………………………………………..…201

参考文献…………………………………….………………………………………………………….203

第五章混凝土结构耐久性检测评估……………………………………………………………………205

第一节混凝土结构耐久性评估的目的及意义………………………………………………………205

第二节混凝土结构耐久性检测评估的基本程序和内容……………………………………………206

第三节混凝土结构的耐久性检测……………………………………………………………………208

5.3.1环境条件的调查…………………………………………………………………………..……208

5.3.2外观损伤状况的检查……………………………………………………………………..……209

5.3.3 混凝土结构几何参数的测定…………………………………………………………………209

5.3.4 混凝土抗压强度………………………………………………………………………………209

5.3.5 混凝土渗透性…………………………………………………………………………………214

5.3.6 钢筋位置、保护层厚度、钢筋直径……………………………………………………………216

5.3.7钢筋力学性能………………………………………………………………..…………………217

5.3.8 混凝土构件钢筋锈蚀状况检测………………………………………………………………217

5.3.9碳化深度………………………………………………………………………..………………220

5.3.10混凝土氯离子含量及分布情况………………………………………………………………221

5.3.11碱—骨料反应检测……………………………………………………………………………222

第四节耐久性评价方法及评价标准…………………………………………………………………224

5.4.1 耐久性评定的基本准则………………………………………………………………………225

5.4.2大气环境下钢筋锈蚀耐久性评定……………………………………………..………………228

5.4.3 氯盐侵蚀环境下钢筋锈蚀耐久性评定………………………………………………………236

5.4.4 冻融环境混凝土耐久性评定…………………………………………………………………244

5.4.5 碱-集料反应与杂散电流腐蚀评定…...………………………………………………………246

5.4.6 剩余寿命预测……………………………………………..………………………..…………249

参考文献……………………………………………………………………………………..…………253

第六章混凝土结构耐久性维修加固………………………………...…………………….……………255

第一节混凝土结构耐久性维修加固相关标准规范…………………………………………………255

第二节维修加固的基本原则和程序…………………………………………………………………255

6.2.1 结构维修加固的基本要求…………………………..…………………………………..……255

6.2.2 结构加固的设计原则………………………………..…………………………………..……257

6.2.3 结构加固的工作程序……………………………………………………...….………………259

第三节维修加固的方法及选择………………………………………………………………………260

6.3.1 混凝土加固结构的受力特征…………………………..……………………………..………260

6.3.2 维修加固的方法及选择………………………………..…………..…………………………261

第四节混凝土结构的维修加固技术…………………………………………………………………263

6.4.1 增大截面加固法……………………..……………………………………………..…………263

6.4.2 置换混凝土加固法………………………………..……………………………………..……267

6.4.3 外粘型钢加固法………………………………..…………………………………..…………268

6.4.4 粘贴钢板加固法……………………………..……………………………………………..…270

6.4.5 纤维复合材加固法……………………………………………………………………………274

6.4.6 绕丝加固法……………………………………………………………………………………281

6.4.7 钢丝绳网片-聚合物砂浆外加层加固法……………………………………...………………283

第五节重点用于耐久性修复的措施…………………………………………………………………288

6.5.1 植筋技术（特殊钢筋）…………………………………………………………………………288

6.5.2 混凝土表面涂层和防腐蚀面层………………………………………………………………294

6.5.3 阴极保护………………………………………………………………………………………296

6.5.4 其他电化学措施………………………………………………………………………………299

6.5.5 钢筋阻锈剂……………………………………………………………………………………300

6.5.6裂缝修补技术…………………………………………………………………..………………305

第六节硅烷保护涂层应用技术实例…………………………………………………………………309

6.6.1 概述……………………………………………………………………………………………309

6.6.2 材料……………………………………………………………………………………………309

6.6.3 材料贮存………………………………………………………………………………………309

6.6.4 提交……………………………………………………………………………………………310

6.6.5 喷涂设备………………………………………………………………………………………310

6.6.6 表面处理（新建结构）…………………………………………………………………………310

6.6.7 对现有或修改后的结构表面处理……………………………………………………………311

6.6.8 硅烷应用于钢筋混凝土结构…………………………………………………………………311

6.6.9 染料示踪法……………………………………………………………………………………311

6.6.10 性能要求…………………………………………………………………………………..…312

6.6.11 预喷涂试验…………………………………………………………………………..………312

6.6.12 浸渍喷涂期间及此后的测试………………………………………………………..………314

6.6.13 保证…………………………………………………………………………………..………315

6.6.14 材料制造厂方的监理……………………………………………………………..…………315

参考文献……………………………………………………………………………………..…………315

第七章混凝土结构耐久性工程应用……………………………………………………………………317

第一节新建混凝土结构耐久性设计与应用案例……………………………………………………317

7.1.1 台湾彰化某工业区“车辆测试中心” …………………………………………………………317

7.1.2 深圳万科中心工程……………………………………………………………………………319

7.1.3 荷兰绿心隧道…………………………………………………………………………………330

第二节既有混凝土结构耐久性检测与评估案例……………………………………………………333

7.2.1 某大厦耐久性评估……………………………………………………………………………333

7.2.2 某电站耐久性评估………………………..………………………………………………..…341

第三节混凝土结构耐久性维修加固工程实例………………………………………………………352

7.3.1 工程概况………………………………………………………………………………………352

7.3.2 环境作用………………………………………………………………………………………353

7.3.3 修复策略………………………………………………………………………………………353

7.3.4 实施措施………………………………………………………………………………………356

参考文献……………………………………………………………………………………..…………359

附录1 混凝土抗冻试验慢冻法……………………………………………………………..……………361

附录2 混凝土抗冻试验快冻法………………………………………………………………..…………365

附录3 混凝土早期抗裂试验方法………………………………………………………………..………369

附录4 混凝土受压徐变试验方法………………………………………………………………..………372

附录5 混凝土碳化试验方法…………………………………………………………….………………377

附录6 混凝土中钢筋锈蚀试验方法……………………………………………………………..………379

附录7 混凝土抗压疲劳变形试验方法………………………………………………………..…………382

附录8 混凝土抗硫酸盐侵蚀试验方法………………………………………………………..…………384

附录9 混凝土碱-骨料反应试验方法……………………………………………………………………387

附录10 混凝土动弹性模量试验方法……………………………………………………………………390

附录11 快速氯离子迁移系数法（RCM法）………………………………………………...……………3922100433B

《混凝土结构耐久性设计与应用》围绕现行混凝土耐久性相关规范内容展开，汇集了混凝土耐久性领域的最新研究成果和最新工程技术。本书以土木工程使用寿命(再)设计理论框架为主线，从机理研究、材料性能、结构设计、施工技术、检测评估、维修加固等几个层次对混凝土结构的耐久性进行系统性剖析和论述，提出了具体工程应用的技术措施。

《混凝土结构耐久性设计与应用》作者邢锋及其研究团队通过对土木工程耐久性研究方法和技术成果的总结和凝练，以科学基础研究和工程技术实践为基点，力求体现材料和结构的机理与表象、理论和实践的磨合与凝练等方面的关系，不但为工程建设的决策和管理提供了理解并自觉运用混凝土耐久性理论的重要指南和工具，而且为工程技术人员和土建专业师生构建了研究并有效保障混凝土结构使用寿命的科学平台和方法。

本书系统反映了我国混凝土耐久性领域的研究、发展和应用成果，具有很高的权威性和应用参考价值。

第1章 混凝土结构耐久性概述

1.1 混凝土结构耐久性的重要意义

1.2 国内外研究概况

1.3 影响混凝土结构耐久性的因素

1.4 混凝土结构耐久性研究的内容

1.5 混凝土结构耐久性损伤实例

第2章 材料的劣化与混凝土结构有耐久性

2.1 混凝土的碳化

2.2 混凝土中钢筋的锈蚀

2.3 碱-骨料反应

2.4 混凝土的冻融破坏

2.5 化学侵蚀

2.6 混凝土的表现磨损

第3章 混凝土结构的耐久性评估

3.1 混凝土结构耐久性评估的目的和内容

3.2 混凝土结构的耐久性检测

3.3 耐主性损伤引起的材料力学性能退化规律

3.4 锈后钢筋混凝土的粘结滑移性能

3.5 钢筋锈蚀引起的混凝土胀裂损伤

3.6 耐久性退化后钢筋混凝土构件受力性能的评估

3.7 混凝土结构耐久性等级的综合评判

3.8 混凝土结构剩余使用寿命的预测

第4章 混凝土结构耐久性设计

4.1 设计使用寿命与结构工作环境

4.2 耐久性设计原则和内容

4.3 混凝土结构耐久性极限状态设计

4.4 混凝土结构的全寿命设计

4.5 混凝土结构的等耐久性设计

4.6 混凝土桥梁结构的耐久性优化设计

第5章 提高混凝土结构耐久性的技术措施

5.1 提高混凝土结构耐久性的途径

5.2 改进结构设计

5.3 加强施工管理

5.4 防止混凝土结构劣化的措施

结语

参考文献2100433B

本书根据作者对混凝土结构耐久性的研究成果，并参阅国内外文献写成，试图对混凝土结构耐久性研究现状及其有待深入探讨的问题作一个全面阐述。主要内容有混凝土结构耐久性基本概念、国内外混凝土结构耐久性的研究概况、材料耐久性损伤机理、在役结构的耐久性评估、拟建结构耐久性设计、提高混凝土结构耐久性的措施等。

本书可供从事土建专业科研、设计和施工的科技人员参考，亦可作为土建专业研究生教学参考书。

本书内容包括：混凝土碳化、氯离子的侵入、混凝土的抗渗性与抗冻性、钢筋的锈蚀、混凝土结构耐久性设计、评估和构件防护，以及混凝土结构耐久性研究的发展等。