淺談混凝土結構耐久性檢測
引言:
混凝土結構是鋼筋混凝土結構,預應力混凝土結構,素混凝土結構的總稱(chēng),也是目前我國應用最廣泛的一種結構形式。結構的損壞及包含了混凝土的風(fēng)化和侵蝕,又包含了鋼筋的銹蝕。各種資料研究表明,引起耐久性顯著(zhù)降低的原因與結構所處的環(huán)境、結構的設計、結構材料選用、施工過(guò)程控制、結構的使用等多方面因素有關(guān)。
1.結構檢測的基本規定
1.1結構耐久性評估檢測的目的和意義雖然混凝土結構具有壽命長(cháng)和較長(cháng)時(shí)間無(wú)需維護的特點(diǎn),但混凝土結構建成投入使用后,在長(cháng)期的自然環(huán)境和使用環(huán)境作用下,結構的材料性能隨時(shí)間逐漸衰減退化,結構的承載能力和實(shí)用性緩慢下降,這是一個(gè)不可逆的客觀(guān)規律。在正常情況下,結構應該能達到設計要求的使用壽命。由于知識和實(shí)踐的局限性,在設計和施工中所確認的關(guān)鍵作用和和架構抗力仍然存在很大的不確定性和不確知性(設計的原因),或者是結構使用功能及環(huán)境的改變,結構仍可能會(huì )發(fā)生非預期的劣化破壞。因此在結構在結構長(cháng)期使用過(guò)程中,對這些因素必須通過(guò)有效的檢測和監測系統來(lái)不斷認識,根據檢測和監測所獲取的作用和抗力數據進(jìn)行結構的耐久性評估,以期能夠掌握現有建筑物的安全性和實(shí)用性要求,或在限定的使用條件和正常維護下其剩余使用壽命是否滿(mǎn)足結構目標使用年限的要求,盡早發(fā)現結構的異常與性能劣化并提供預警。在必要的時(shí)候對該結構進(jìn)行使用壽命的再設計,及時(shí)對結構進(jìn)行維護,恢復結構使用壽命,避免重大事故或大規模結構結構維修,以最低代價(jià)確保結構耐久適用、安全可靠。
對在役鋼筋混凝土結構進(jìn)行耐久性評估和剩余使用壽命預測,不僅可以揭示潛在危險,及時(shí)作出維修或拆除的決策,避免重大事故的發(fā)生,而且研究成果可以直接用于指導結構設計。通過(guò)對新建結構使用壽命的預評估,一方面根據評估結果調整設計方案,使所有結構具有足夠的耐久性,從而做到防患于未然;另一方面可以揭示影響結構壽命的內部和外部因素,可以根據作用環(huán)境、用途、條件等進(jìn)行有針對性的投資,對于提高工程的設計水平和施工質(zhì)量也有一定的促進(jìn)作用。
(1)當遇到下列情況之一時(shí),應進(jìn)行建筑結構的質(zhì)量檢測。
1)涉及結構安全的試塊以及又寬材料檢驗數量不足。
2)對施工質(zhì)量的抽樣檢測結果達不到設計要求。
3)對施工質(zhì)量有懷疑或爭議,需要通過(guò)檢測進(jìn)一步分析結構的可靠性。
4) 發(fā)生工程事故,需要通過(guò)檢測分析事故的原因及對結構可靠性的影響。
(2)當遇到下列情況之一時(shí),應對既有建筑結構現狀缺陷和損傷、結構構件承載力、結構變形等涉及結構性能的項目進(jìn)行檢測。
1)建筑結構安全鑒定。
2)建筑結構抗震鑒定。
3) 建筑大修前的可靠性鑒定。
4)建筑改變用途、改造、加層或擴建前的鑒定。
5) 建筑結構達到設計使用年限要繼續使用的鑒定。
6)受到災害、環(huán)境侵蝕等影響建筑結構的鑒定。
7)對既有建筑結構的工程質(zhì)量有懷疑或爭議的。
(3)建筑結構的檢測應為建筑結構工程質(zhì)量的評定或建筑結構性能的鑒定提供真實(shí),可靠、有效的檢測數據和檢測結論。
(4)對于重要和大型的公共建筑宜進(jìn)行結構動(dòng)力測試盒結構安全性監測。
1.3結構耐久性檢測評估的基本程序和內容
混凝土結構耐久性檢測評估的一般程序為:通過(guò)現場(chǎng)調查、無(wú)損和(或)微破損檢測技術(shù)在現場(chǎng)和實(shí)驗室內獲取結構有關(guān)作用(S*)和抗力(R*)信息;對結構性能和可靠指標分析評估及再驗證;形成評估報告(使用、維護意見(jiàn)及建議)?;炷两Y構耐久性檢測評估的一般程序如圖。 詳細的調查和檢測完成后,對所取得的數據再進(jìn)行分析計算,采用適當的方法來(lái)評估結構的耐久性能及預測剩余使用使用壽命,給出結構的耐久性評估報告。報告應包含以下內容:
① 報告摘要
②工程概況
③評定目的范圍內容 ④調查和檢驗結果 ⑤分析與評估 ⑥結論和建議 ⑦附件
2. 影響混凝土結構耐久性的主要因素
混凝土結構耐久性是指混凝土結構在自然環(huán)境、使用環(huán)境及材料內部因素的作用下,在設計要求的目標使用期內,不需要花費大量資金加固處理而保持其安全、使用功能和外觀(guān)要求的能力。影響混凝土結構耐久性的主要因素可概括為環(huán)境因素、材料因素、設計因素和施工因素等四個(gè)方面。
2.1環(huán)境因素
混凝土結構的耐久性與其所在的環(huán)境是緊密相連的,混凝土的耐久性是指在特定環(huán)境下的的耐久性,而不是對所有環(huán)境都耐久,因此在進(jìn)行混凝土結構的耐久評估時(shí)應對其所在環(huán)境進(jìn)行調查分析。
混凝土材料的耐久性劣化機理分析和工程實(shí)踐表明,環(huán)境溫度、濕度以及風(fēng)向風(fēng)速都對混凝土碳化、鋼筋銹蝕、堿骨料反應、凍融損傷等耐久性問(wèn)題的發(fā)生和發(fā)展有著(zhù)顯著(zhù)影響。同時(shí),結構構件所在工作環(huán)境也對結構的耐久性有很大影響。因此在對混凝土結構進(jìn)行耐久性檢測時(shí),應對結構所在環(huán)境進(jìn)行項目調查,主要包括:
(1)大氣年平均氣溫、年最高氣溫和最低氣溫、最冷月平均氣溫及年低于0℃的天數等;
(2)年平均空氣相對濕度、年平均最高、最低濕度、日平均相對濕度等;
(3)構件所處的工作環(huán)境的年平均氣溫、年平均濕度,溫度、濕度變化以及干濕交替情況;
(4)侵蝕性的氣體(二氧化碳、酸霧、二氧化硫)、液體(各種酸堿鹽)及固體(硫酸鹽、氯鹽、碳酸鹽)的影響范圍及程度,必要時(shí)應檢測有害成分含量;
(5)凍融循環(huán)情況;
(6)沖刷磨損情況。
根據環(huán)境條件調查結果,可以將結構或構件所處的工作環(huán)境分為: 一般大氣環(huán)境:指混凝土碳化引起的鋼筋銹蝕的大氣環(huán)境;
大氣污染環(huán)境:指含有微量鹽、酸等腐蝕性的介質(zhì)并由混凝土中性化引起鋼筋銹蝕的大氣環(huán)境及鹽堿地區環(huán)境; 氯鹽侵蝕環(huán)境:指鹽霧、海水作用引起的鋼筋銹蝕的環(huán)境及除冰鹽環(huán)境; 凍融環(huán)境:指由凍融循環(huán)作用引起混凝土損傷的環(huán)境。
2.2材料因素
原材料品質(zhì)對混凝土結構耐久性的影響至關(guān)重要,如原材料控制不嚴, 會(huì )導致某些組份之間發(fā)生化學(xué)反應,特別是堿骨料反應,對結構耐久性十分不利原材料中氯離子含量超標,也容易導致鋼筋的銹蝕。另外,水泥品種選擇不當會(huì )致混凝土與環(huán)境之間的化學(xué)作用,引起結構破壞等。
2.3設計因素
影響結構耐久性的設計因素主要包括:結構的設計與構造型式、結構的保護層厚度、混凝土的設計水灰比及混凝土的強度等。
①由于混凝土結構的許多蝕過(guò)程與自由水的存在有關(guān),自由水的排泄通暢與否直接影響到結構是否經(jīng)久耐用,而結構設計和構造型式又關(guān)系到能否有利于自由水的排泄。因此,結構的設計與構造型式對于結構耐久性就顯得非常重要。
②保護層的存在不僅保證了鋼筋與混凝土之間的粘結,同時(shí)也對鋼筋起到保護作用,一般來(lái)講,保護層越厚,介質(zhì)侵入到鋼筋表面的時(shí)間就越長(cháng),鋼筋銹蝕的程度就越輕,結構就越耐久
③混凝土的設計水灰比是控制結構耐久性的重要因素,一般地,采用低水灰比配制出來(lái)的混凝土,抗滲性、抗凍性、抗裂性能良好,對提高結構的耐久性非有利。
④混凝土的強度是衡量結構整體性能的重要指標,它不僅能有效保證結構的承載能力,而且影響到結構的耐久性能。強度較高的混凝土,一般具有密實(shí)性好,抗滲性、耐腐蝕、抗凍性好的優(yōu)點(diǎn),具有較好的耐久性。
2.4施工因素
施工過(guò)程是確?;炷两Y構耐久性的重要環(huán)節,正確合理的拌制、澆筑、震搗、養護對混凝土結構的耐久性十分有利。
①?lài)栏窨刂剖┕ぶ械陌柚七^(guò)程可以使骨料之間結合更加緊密,保證結構的耐久性;
②適當的澆筑設備和震搗程序能保證混凝土高度密實(shí)而不離析,這一點(diǎn)對混凝土的保護層尤為重要;
③適當的養護工藝可以降低混凝土的滲透性并使水泥充分水化而增加其耐久性。
實(shí)際工程中,導致混凝土結構耐久性下降的原因是多方面的,它們之間相互作用相互影響,最終導致了結構的破壞。因此,在對結構耐久性進(jìn)行評估時(shí),必須綜合考慮這些因素的影響。
3混凝土結構耐久性檢測
3.1外觀(guān)損傷狀況的檢查
外觀(guān)損傷的檢查主要是觀(guān)察、測量和記錄構件裂縫、外觀(guān)損傷及腐蝕情況,內容包括混凝土表面有無(wú)裂縫及結晶物析出,有無(wú)銹斑、露筋,混凝土表面有無(wú)起鼓、酥松剝離現象,構件開(kāi)裂部位、形態(tài)、裂縫的走向等,對外觀(guān)破損及腐蝕現象的構件進(jìn)行描述并予統計,同時(shí)拍攝數碼照片進(jìn)行記錄。
3.2混凝土結構的幾何參數的測定
混凝土構件的幾何參數測定主要包括構件的截面尺寸、構件的垂直度、結構變形等檢測項目?;炷两Y構構件截面尺寸可用鋼卷尺等測量工具對混凝土結構截面尺寸進(jìn)行測量,變形測量可通過(guò)水準儀及經(jīng)緯儀進(jìn)行?;炷两Y構的參數的測定可參照《混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規范》GB 50204-2002相關(guān)要求進(jìn)行。
3.4混凝土抗壓強度
抗壓強度是混凝土的基本性能,也是結構設計的基礎?;炷恋目箟簭姸仁沁M(jìn)行結構可靠性鑒定的主要依據之一;同時(shí)混凝土的抗壓強度也與混凝土的密實(shí)性有一定的相關(guān)性,可再一定程度上反映混凝土的耐久性。
結構混凝土的抗壓強度的現場(chǎng)檢測主要有無(wú)損和微破損兩種方法。無(wú)損法是在不損壞結構的前提下測試混凝土的某些物理量,并根據這些物理量與抗壓強度之間的關(guān)系推算出混凝土的抗壓強度。無(wú)損方法主要有回彈法、超聲法、超聲回彈法等。微破損法是在不影響結構承載力的前提下從結構物上直接取樣或進(jìn)行局部破壞實(shí)驗,根據實(shí)驗結果確定混凝土抗壓強度。這類(lèi)方法主要有鉆芯法、拔出法。
3.5混凝土的滲透性
除堿集料反應和滯后生成鈣釩石膨脹破壞來(lái)自混凝土內部外,化學(xué)侵蝕、硫酸鹽侵蝕、凍融破壞和鋼筋銹蝕均源于外界物質(zhì)和離子如SO4、H2O、CO2、Cl-、O2通過(guò)保護層侵入混凝土內部引起的,因此混凝土保護層的滲透性與混凝土的耐久性密切相關(guān)。檢驗混凝土的滲透性的方法主要有抗滲標號法(水壓力法)、離子擴散系數法、表層滲透性的無(wú)損檢測法等。
3.6碳化深度
碳化導致混凝土的堿度降低,當混凝土碳化深度達到鋼筋表面,鋼筋的鈍化膜因失去堿性環(huán)境中的保護而被破壞進(jìn)而導致鋼筋開(kāi)始銹蝕。在一般大氣環(huán)境下,混凝土碳化成為混凝土中鋼筋銹蝕的前提條件,而混凝土中鋼筋銹蝕是造成混凝土結構耐久性損傷的最主要的因素。另外。碳化能降低混凝土的孔隙率,增大其抗壓強度,對混凝土回彈值有較大的影響。因此混凝土的碳化深度是混凝土結構檢測的重要內容。
3.7混凝土氯離子含量及分布情況
由氯鹽引起的鋼筋銹蝕,是影響混凝土結構耐久性的最主要的因素。氯離子是一種極強的陽(yáng)極活化(去鈍化)劑,當其進(jìn)入混凝土并在鋼筋表面積累達到臨界濃度后,便會(huì )破壞鋼筋的鈍化膜,從而導致鋼筋發(fā)生銹蝕。對混凝土中氯離子含量及分布的檢測是氯鹽環(huán)境混凝土結構耐久性的重要內容?;炷林兴苄月入x子含量一般采用硝酸銀滴定法測量。
4結論
本文在對影響混凝土結構耐久性的主要因素進(jìn)行了系統分析的基礎上,討論了耐久性檢測的重要參考依據。