关于混凝土结构耐久性检测技术的研究_开题报告

混凝土结构耐久性检测技术的发展现状

混凝土在土木工程建筑结构材料中的重要性。混凝土是现在最主要的土木工程建筑结构材料之一，其使用量在这些年越来越多。混凝土具有优良的物理力学性能及良好的耐久性，同时还具有原料丰富，抗压强度高，价格低廉等特点。由于混凝土使用年限的逐步增长，导致混凝土耐久性逐渐减弱。从近几年来看，混凝土耐久性问题给人们带来的经济损失越来越大。不可避免的，国内外土木工程相关人士都视混凝土结构耐久性为重中之重的问题。绝大部分混凝土工程必须实现足够长久的安全使用寿命，这就使得混凝土结构具备十分优秀的耐久性。然而现实生活中大量的钢筋混凝土结构没有足够长久的安全使用寿命，即耐久性不足，以致造成重大土木工程事故。

混凝土耐久性不足的问题已经对现代建筑造成了严重的危害。国内外大量资料表明，世界上很多建筑结构的失效都是由于混凝土老化病害引起，由混凝土结构的老化病害带来的问题给世界经济带来的损失也是巨大的，并且随着时间的推移，这个问题只会越来越严重[1]。美国国家标准局（NBS）1975年调查，当时美国国内因各种腐蚀造成的年经济损失700亿美元，其中因混凝土结构腐蚀带来的损失就达280亿美元，英国30年来的腐蚀损失平均占GDP的3.5%，澳大利亚的腐蚀损失占GDP的4.2%，波兰的腐蚀损失占GDP的6% ～10%[2]。从以上资料来看，混凝土结构的耐久性不足问题十分严重。因而我们需要竭尽全力地去提高混凝土结构的耐久性，以此来提高建筑安全使用寿命，确保建筑物的安全。

钢筋混凝土结构的耐久性研究, 分为材料的耐久性研究、构件的耐久性研究和结构耐久性研究三个层次, 其中前两个层次已经研究得较为深入。

对于在役建筑结构，其耐久性主要受环境因素的影响，其中以混凝土的碳化、钢筋的锈蚀的影响最为显著。1991年召开的第二届混凝土耐久性国际学术会议上，Mehta 教授在题为“混凝土耐久性50年进展”的主旨报告中指出，混凝土结构的破坏原因按重要性排列为：混凝土中的钢筋锈蚀、寒冷气候的 冻害、侵蚀环境的物理化学作用。

混凝土的碳化是钢筋锈蚀的一个重要原因。 目前，在混凝土碳化的研究中，通常认为碳化是由于大气中的 CO2 与混凝土中的碱性物质发生反应，使混凝土表面碱性降低的结果，并且假定 CO2 在混凝土中的扩散遵循 Fick 第一定律，CO2 的浓度呈线性分布。现在工程上一般都采用的碳化公式为X =Ktλ。式中碳化系数K体现了混凝土的抗碳化能力，与水灰比、水泥品种和用量、环境因素、养护方法等有关。对于其取值，Kishitani、山东建研所、中国建研院结构所等都在针对碳化指数λ=1/2的情况下，各自提出了经验计算公式。然而，研究表明，混凝土碳化深度并不一定是时间平方根的关系。混凝土碳化的主要影响因素有水灰比、水泥用量、粉煤灰取代量、水泥品种和湿度及养护方法。研究表明，这几个影响因素与碳化指数不存在明显的相关性。假设λ服从对数正态分布的前提下， 可取它的0.95分位点值0.67进行定值计算。

混凝土中钢筋的锈蚀是一个电化学过程。国外这方面研究得比较早，且许多成果已被国内所引用。 国内主要是在国外成果的基础上，进行修正和补充研究。 因此，国内的成果基本反映了当今世界的研究现状。目前，基于O2在混凝土中的扩散服从Fick第一定律的假设，利用Farady定律建立了大气环境中钢筋的锈蚀模型，但公式需测定电量，工程应用比较困难。刘西拉等从腐蚀系统的电化学电路入手，根据Nernst公式和欧姆定律，并考虑钢筋锈蚀过程中的氧浓度极化与氢氧根扩散浓度极化，建立了钢筋锈蚀的物理模型。徐名涛根据工程实例，在各项参数实测基础上，对这一模型进行了验证。指出该模型可以作为一般大气环境中钢筋腐蚀的评估模型。刘亚芹从分析横向裂缝对钢筋锈蚀的影响出发，提出了大气环境下钢筋锈蚀率的计算公式。牛荻涛等人根据工程调查结果，给出了一般室内环境钢筋锈蚀开始时间的确定方法，并利用腐蚀电化学原理建立了一般室内环境中钢筋锈蚀量的预测模型。由于混凝土钢筋锈蚀有很多不确定性，因此应用神经元网络预测混凝土中的钢筋锈蚀量，取得了一定的研究成果。

有关结构的耐久性评定，主要包括基于构件耐久性损伤加权的耐久性评定、基于模糊综合判别的耐久性评定和基于可靠度的耐久性评定三类。清华大学王晓刚等提出用于混凝土耐久性评判的模糊综合评判法。这种方法充分反应了各种因素关联性、随机性强的特点，结果较为可信。日本清水株式会社研究所给出了一种对建筑物综合评价的方法，该方法通过三次调查进行综合评价，避免了人为因素的影响，结构严密，条理清楚，在日本已广泛采用。尹芪文认为，系统论方法从整体上确定总的研究目标，既研究事物内部各个组成部分之间的关系，又研究事物与周围环境之间的联系和关系，并模拟实际使用情况收集数据和信息，因而是混凝土耐久性和耐久寿命研究与设计的最佳技术路线。有利于从性能-结构-过程-环境的全局出发，揭示混凝土性能的演变规律。夏宁等基于模糊划分的聚类方法，提出了一种构件耐久性评估方法。该方法依据各构件与其所属类的聚类中心的耐久性指标加权广义欧式距离平方的总和最小的原则，采用迭代算法对构件耐久性模糊划分矩阵进行不断修正，直至最优。表明该方法避免了传统方法评估的不合理性。郭院成等针对承受动力荷载作用的化工结构物，考虑外部侵蚀介质对结构自振频率的影响，讨论了结构服役若干年后承受动力荷载的结构基于频率约束条件的耐久度衰减规律，对结构设计及评估具有一定的参考价值。王铁成等应用分形理论研究混凝土结构几何损伤形态，分析了分维解析的适用条件，对混凝土结构损伤开裂形态、裂缝覆盖率、总延长和分歧延伸作了定量化解析；讨论了分形特征值和混凝土强度、裂缝宽度的关系，为混凝土结构损伤几何形态及耐久性的定量评价提供了新的解析手段。Sabnis等人结合工程实际建立了一种结构耐久性分级评定系统，该系统采用标准化表格形式，应用方便。对于铁路钢筋混凝土桥梁，现行的耐久性的评估，利用可靠度理论的居多。除裂缝外，综合考虑钢筋锈蚀、冻融循环、碱-骨料反应等因素长时间使结构抗力呈现劣化的趋势，利用可靠度理论综合进行评判。目前对结构构件的寿命预测研究较多，常见的理论有碳化寿命理论、开裂寿命理论、承载力寿命理论和经济寿命理论。国外在这方面的研究集中于考虑抗力衰减的结构可靠度分析上。可靠度方法是一种结合了快速试验方法原理与可靠性概念的使用寿命预测方法。Clifton 认为处于相同条件下的同种混凝土试件应具有相同的时间— 失效分布规律，因此可获得不同应力水平试件的破坏概率。在引入应力的情况下，则增量应力时的寿命分布函数与使用应力时的寿命分布函数可通过时间转换函数相联系，故可以得到破坏应力— 时间的概率曲线。这种方法将抗力作为时变随机变量，将荷载视为随机变量或随机过程，比较准确地反映了结构的实际情况。

近些年来，各种现代理论预测结构构件的寿命，并取得了一些成果。Maage等人在Fick第二定律及现有的试验结果，提出了一个预测现存结构使用寿命的实际模型，可用于多种场合。日本工学博士林永繁研究了由氯离子引起的钢筋锈蚀，并以钢筋表面混凝土出现裂缝作为失效准则。通过试验，得到混凝土纵向开裂的钢筋锈蚀量和钢筋锈蚀速度，并以二者的比值作为构件的寿命。Amey等人强调指出对于同一海洋结构的不同构件，如处于水上、水下及浪溅区等不同区域时，对整个结构使用寿命具有的不同影响，而最关键构件之寿命决定了整个构件的使用寿命。在综合考虑了混凝土表面环境、Cl-迁移、周围介质温度、季节影响及施工等因素，Amey等人建立了可应用于不同环境条件下钢筋混凝土结构使用寿命的预测模型。肖从真等引入数论模拟方法，结合方差缩减技术对构件进行了寿命预测，并建议以混凝土构件纵向开裂(截面损失率达5%)作为寿命的终点。目前，模糊法、概率法、网络法、动态分析法、生存分析理论等被引入，用来预测结构构件的寿命，取得了一些显著成果。如Zong weiTao、Coro tis Ross B 等人应用Markov决策过程和结构概率理论，建立了反映结构使用的全过程, 包括决策、成本和结构性能的概率基础模型。

目前混凝土结构耐久性的检测技术已逐步完善，但还具有很大的发展前景，并没有研究透彻。其原因之一在于影响混凝土耐久性的因素极其复杂，过去实验室的研究偏重单一因素下的劣化过程，而实际工程中混凝土受到荷载、环境、疲劳等多重作用，难以在实验室真实重现[3]。故而我们应采用实验室与实际工程研究相结合的方法来研究混凝土耐久性问题，以此来提高混凝土耐久性检测技术。

二、^范文提纲

1混凝土结构耐久性检测技术

1.1外观检测

外观检测主要是对结构混凝土的表面裂缝、混凝土构件、内部缺陷等进行检测[4]。

1.1.1混凝土结构由于内在因素和外在因素的作用不可避免地存在裂缝，而裂缝是导致混凝土结构承载能力及耐久性降低的主要原因。

1.1.2混凝土构件实际截面尺寸可用钢卷尺、米尺等工具测量。

1.1.3内部缺陷主要是内部混凝土构件之间产生空隙，而导致混凝土构件发生某些破坏。

2混凝土强度及钢筋位置与保护层厚度检测

2.1混凝土强度

混凝土强度的现场检测方法可分为局部破损法和非破损法。

2.1.1拔出法：

2.1.2回弹法：

2.2钢筋位置与保护层厚度

现浇混凝土结构中钢筋位置很大程度上与施工有关，而其又对构件（尤其是受弯构件）的结构性能和构件的耐久性造成很大的影响，故而检测清楚钢筋位置十分重要。

2.3结构耐久性检测

2.3.1钢筋锈蚀程度检测

钢筋混凝土中钢筋发生锈蚀主要是电化学反应的结果。

2.3.2碳化深度

在影响混凝土结构耐久性的因素之中就是碳化深度，混凝土的碳化检测有酚酞法、X射线测定法、电气化学法等。

2.3.3混凝土结构渗透性检测

表面渗透性。

氯离子扩散系数。

2.3.4碱-骨料反应

碱集料反应是混凝土中的碱与某些活性集料之间发生化学反应引起的结构开裂。

3结语

混凝土结构的耐久性相关检测技术：（1）外观检测；（2）混凝土强度及钢筋位置与保护层厚度检测；（3）钢筋锈蚀程度检测；（4）碳化深度检测；（5）渗透性检测；（6）碱骨料反应。

混凝土结构的耐久性检测技术经过多年的发展与改进，已十分地成熟，不过还是具有很大的发展前景。相信在科技飞速进步的时代，耐久性检测技术能够发展地越来越好。

三、参考文献

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