混凝土结构耐久性检测.pptx

《混凝土结构耐久性检测.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混凝土结构耐久性检测.pptx（53页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、11.2、混凝土结构性能形成及衰减过程第1页/共53页21.3、混凝土性能劣化类别第2页/共53页31.4、影响混凝土耐久性的内部条件、外部因素及迁移过程第3页/共53页41.5、混凝土劣化对结构性能的影响第4页/共53页51.6、钢筋锈蚀对结构性能的影响第5页/共53页62、混凝土结构耐久性检测评定2.1 耐久性检测评定的主要内容材料耐久性检测普通混凝土长期耐久性能试验方法标准GB/T50082；构件耐久性检测碳化深度、保护层厚度、电阻率、电位、极化电流、钢筋锈蚀状况等；结构耐久性等级评定混凝土结构耐久性评定标准CECS220；混凝土结构耐久性设计规范GB/T50476结构剩余寿命预测混凝土

2、结构耐久性评定标准CECS220；环境条件的评定 混凝土结构耐久性设计规范GB/T50476。第6页/共53页72.2 抗力衰减过程混凝土结构耐久性本质上是抗力衰减过程，抗力衰减过程是一个无法抗拒的必然过程，可以做的仅仅是减缓抗力衰减的速度。抗力衰减过程既与混凝土自身因素有关，也与外部环境因素有关。结构是否处于耐久状态取决于外部环境与混凝土抗力相互作用的结果。检测评定的重点：表述结构耐久性现状的特征参数；表述结构耐久性时变过程的模型。第7页/共53页8工程结构可靠性设计统一标准GB50153GB50153关于耐久性的相关规定：既有结构的耐久性评定应以判定结构相应耐久年数与评估使用年限之间关系为

3、目的。注：耐久年数为结构在环境作用下达到相应正常使用极限状态限值的年数。结构在环境作用下的正常使用极限状态限值或标志应按下列原则确定：a)a)结构构件出现尚未明显影响承载力的表面损伤；b)b)结构构件材料的性能劣化，使其产生的脆性破坏的可能性增大。第8页/共53页9既有结构的耐久年数推定，应将环境作用效应和材料性能相同的结构构件作为一个批次。评定批结构构件的耐久年数，可根据结构已经使用的时间、材料相关性能变化的状况、环境作用情况和结构构件材料性能劣化的规律推定。对耐久年数小于评估使用年限的结构构件，应提出适宜的维护处理建议。第9页/共53页102.3 结构的耐久性评定中的基本概念结构的耐久性能

4、在相应工作环境下维持结构应有性能的能力。设计使用年限结构的设计使用年限：在预期的物理、化学、生物或其他环境作用下，结构材料性能的劣化不至导致结构出现不可接受的损伤，不需要花费大量资源和经费进行修复并能保证其安全性和适用性的时间。结构的设计使用年限是一个经济合理的使用年限。达到设计使用年限规定状态的结构，经过必要的修复后还可以有下一个经济合理的使用年限，还可以继续使用，并不意味着结构必须拆除。第10页/共53页11预期使用年限与耐久年数预期使用年限：下一个经济合理的使用年限。目前关于这个概念的术语还有“评估使用年限”，“继续使用年限”和“用户要求的使用年限”等。耐久年数：从检测评定开始，结构构件

5、达到相应损伤程度的时间，也有的专家称之为“剩余耐久年限”，“剩余使用年限”或“耐久年限”等。第11页/共53页12耐久性的极限状态标志以结构的适用性受到影响的损伤状况作为耐久性极限状态的标志；按构件承载能力极限状态进行评定，或者说以构件承载力满足现行规范要求时的损伤程度作为耐久性极限状态的标志。第12页/共53页133 3 结构耐久性状况的识别耐久性状况的识别一般应包括：损伤和劣化范围的识别；损伤和劣化程度的识别；损伤和劣化原因的识别；环境作用情况的识别。第13页/共53页143.1 3.1 范围的识别构件损伤与材料劣化范围可分成宏观与微观的识别。宏观识别宏观的识别要把出现耐久性极限状态标志的

6、构件与未出现耐久性极限状态标志的构件进行总体上的区分，以便于对两类状态的构件分别采取相应的评定措施。宏观的识别可以按照结构设计规范确定的环境作用类别或等级划分范围。对于建筑结构来说可以分为室内与室外、有侵蚀性物质和无侵蚀性物质几种环境类别。第14页/共53页15微观识别微观识别是把实际损伤或材料劣化情况相近且环境情况相近的构件或结构的某些部分划为一个批次进行结构性能的评定。换言之，将宏观的识别结果进行细化，这种细化要根据环境实际的作用效应和构件材料实际抵抗环境作用的能力确定。对材料劣化范围的微观识别则有利于构件耐久年数的推定。所谓材料性能的劣化是指构件尚未出现明显损伤前构件材料表面显现的一些症

7、状。微观的材料劣化识别就是从没有出现损伤现象的构件中把存在这些迹象的构件或构件的部分分离出来，便于进行材料劣化程度的识别。第15页/共53页163.2 3.2 程度的识别 在对构件损伤范围和材料劣化范围进行识别后，要对构件损伤的程度和材料劣化的程度进行识别。也就是定量确定损伤的程度和材料性能劣化的指标。对构件损伤程度的识别与构件或连接的安全性相关。也就是，对于不可恢复性损伤要考虑构件承载力受影响的程度，以便确定相应的加固措施；对可恢复性损伤也要进行识别，以保证结构修复过程中的安全性。第16页/共53页173.3 3.3 原因的识别 构件损伤和材料劣化原因的识别主要是对构件损伤原因和材料性能劣化

8、原因进行分析与判断，或者称之为耐久性损伤与材料性能劣化机理的识别。在进行构件耐久性损伤处理之前，要对构件损伤的机理进行识别，以便确定采取合适的处理措施，避免处理措施无效或者造成不必要的浪费。材料性能劣化原因的识别主要用于构件耐久年数推定，有了材料劣化原因的识别可以减小构件耐久年数推定的偏差。确定了劣化原因后，可以校准根据材料性能劣化程度和环境已经作用的时间推算出来的劣化的速度。有了经过校准的劣化速度就可以相对准确地推定结构的耐久年数。第17页/共53页183.4 3.4 环境作用的识别 环境作用的识别是指对结构预期使用年限内环境作用情况的判定。这种识别对于推定构件的耐久年数也是至关重要的。广州

9、黄埔港某仓库改变用途就是没有对环境作用情况的变化做出判定，因而使用5 5年后构件出现钢筋锈蚀与保护层开裂和剥落的现象。这是环境情况恶化的事例，这种实例在实际工程中相当地多。对于这类问题，如果不进行环境作用的识别，推定的耐久年数可能会有较大的偏差，也就是构件出现耐久性极限状态标志的时间可能远远小于推定的耐久年数。第18页/共53页194 4 耐久年数的推定方法耐久年数推定可采用下述方法，实际应用时可单独或同时采用。经验的推定方法；比对的推定方法；模拟试验的推定方法；校准统计规律的推定方法；随机方法。上述五种方法都要以前述识别为基础，也就是要经过范围、程度、原因和环境变化的识别。第19页/共53页

10、204.1 4.1 经验的推定方法所谓经验的方法就是宏观控制的方法，即如果混凝土生产和施工满足一定的标准要求，就可以获得预期的使用寿命。混凝土结构设计规范GB50010GB50010、混凝土结构耐久性设计规范GB/T50476GB/T50476采用的方法。所说的经验不是指个人的经验，也不限于评定单位本身，是行业内的经验。存在的局限性：要预测的混凝土服役期大于已有的经验，没有经验实例。桥梁设计使用年限100100年。遇到新的环境或存在侵蚀性的环境，工业区的大气污染。混凝土材料的更新，外加剂使用等。第20页/共53页214.2 比对的推定方法性能相似对照法的预测 随着混凝土结构的广泛应用，不同龄期

11、的混凝土结构实例会不断增加。如果实例表明某一种混凝土在确定的时间内是可靠的，那么相同环境条件下的类似混凝土也应具有相同的可靠期。存在的局限性：任何混凝土结构由于材料、尺寸、施工状况、所处环境以及承受的荷载作用的不同都具有一定程度的唯一性。混凝土材料的更新，外加剂使用等。遇到新的环境或存在侵蚀性的环境，工业区的大气污染。第21页/共53页224.3 4.3 模拟试验的推定方法所谓模拟实验是用加大环境作用效应的试验方法，在较短的时间内得到构件材料性能劣化的规律。但是存在的局限性：加速试验中混凝土性能退化机理与环境作用下混凝土性能退化机理不一致，材料性能的劣化速度比实际的劣化速度大大加快，或者说快速

12、试验扭曲了材料的劣化速度。相同退化机理下加速试验与环境作用下混凝土性能退化的速度不呈比例，确定材料性能与快速劣化速度与实际劣化速度之间的换算关系较为困难。第22页/共53页234.4 模型法校准统计规律的方法根据混凝土性能退化的机理，建立混凝土性能退化速度与相关影响因素的函数关系。混凝土耐久性问题最常见的是碳化，混凝土碳化与钢筋锈蚀问题，有较多的依据工程调研和科学试验数据确定的混凝土碳化规律的分析模型和钢筋锈蚀规律的分析模型。这些分析模型用于校准全国范围内的结构耐久性设计的指标是可行的，但是用于特定工程耐久年数推定可能会有一定的偏差。更为准确地说对于某些工程的推定可能是相对比较准确的，对于大多

13、数工程来说可能准确性较差。原因是一个统计规律不可能适合各种情况。利用工程实测的信息进行校准后，多数分析模型在推定耐久年数的准确性方面都会有明显的改善。所谓实测的信息则主要是指上述材料性能劣化方面识别得到的相关信息。存在的局限性：无法取得普适性的函数关系。第23页/共53页244.5 4.5 随机方法的预测可靠度与概率存在的局限性：大量影响混凝土结构使用寿命的因素以及它们之间的相互作用仍是未知的，实用性差。第24页/共53页255 5 环境作用下剩余使用年数推定 5.1 损伤类别基于混凝土损伤冻融硫酸盐侵蚀碱骨料反应基于钢筋锈蚀碳化氯盐侵蚀-杂散电流第25页/共53页265.2 一般规定环境作用

14、下剩余使用年数推定可提供自检测时刻起至出现构件损伤标志时的剩余使用年数的估计值。环境作用下剩余使用年数推定可分为耐碳化剩余使用年数和耐冻融损伤剩余使用年数等项目。环境作用下剩余使用年数推定宜采用约定抽样方法进行，对结构中混凝土品种相同、所处的环境情况和防护措施基本相近的构件进行归并、分类，从每个类别中选择典型构件或区域进行检测。环境作用下剩余使用年数推定仅适用于结构性能检测，提供的推定结果作为结构处理或增设防护措施时参考。第26页/共53页276 耐碳化剩余使用年数推断 6.1 混凝土碳化及损伤机理 混凝土硬化过程中由于水泥水化生成大量的而具有很高的碱性，PH值一般大于12.5，在此碱性环境下

15、混凝土中的钢筋容易发生钝化，钢筋表面形成一层致密的钝化膜，阻止钢筋进一步锈蚀。在服役期间，空气中的和水分通过孔隙进入混凝土内部，与Ca(OH)2反应，降低混凝土的碱性。当PH 9时，钢筋表面的钝化膜出现破坏，在其他条件具备的情况下，钢筋就会出现锈蚀。碳化本身对混凝土的力学性能特别是抗压强度基本无不利影响，碳化造成结构的损伤主要是由于钢筋锈蚀导致混凝土保护层开裂、钢筋与混凝土之间的粘结力下降以及钢筋截面尺寸的减小而引起的承载能力降低。第27页/共53页286.2 6.2 损伤过程与相应剩余年限工业建筑可靠度鉴定标准GB50144GB50144；混凝土结构耐久性评定标准CECS220CECS220

16、；碳化深度到达钢筋表面时间碳化深度为钢筋保护层厚度；钢筋开始锈蚀的时间；混凝土表面出现胀裂的时间；混凝土表面出现最大可接受裂缝的时间。耐碳化剩余使用年数推定可用于推定自检测时刻起至钢筋开始锈蚀的剩余年数或自检测时刻起至钢筋具备锈蚀条件的剩余年数。第28页/共53页296.3 6.3 影响混凝土碳化因素混凝土碳化的本质是进入混凝土内部的溶解于孔隙水中再与水化产物发生反应这样一个复杂的物理化学过程。混凝土碳化速度取决于向混凝土内部的扩散速度及与混凝土成分的反应性，更具体地说取决于混凝土孔结构、水化产物的形态、孔隙中的含水量以及环境中的浓度等。第29页/共53页306.4 6.4 混凝土碳化剩余年限

17、推定方法耐碳化剩余使用年数可采用利用已有模型的方法、校准已有模型和利用实测模型的方法进行推定。利用已有模型的方法校准已有模型利用实测模型第30页/共53页31第31页/共53页32第32页/共53页336.5 6.5 应用已有模型进行剩余寿命推定混凝土结构耐久性评定标准CECS220CECS220附录A A：第33页/共53页346.6 6.6 校准已有模型进行剩余寿命推定第34页/共53页356.7 6.7 实测模型进行剩余寿命推定第35页/共53页366.8 6.8 应用模型进行剩余寿命推定的几个问题：在此期间内结构所处的环境情况和构件的防护措施均应没有明显改变。结构所处的环境条件是一个随

18、机过程，正常情况下是平稳随机过程，尽管每时每刻都在变化，当以年为单位进行考虑时，可以认为是一个确定值；在混凝土开裂之前，混凝土内部参数也可以认为是一个确定量；容易出现变化的是构件的防护措施。耐碳化剩余使用年数不等于结构剩余使用寿命。碳化深度达到混凝土保护层厚度只是表明混凝土内部钢筋存在锈蚀的可能，钢筋是否开始锈蚀还与其他的条件如水分、氧气等有关；即使钢筋开始锈蚀也不等于结构失效达到剩余使用寿命。结构剩余使用寿命依赖于构件的原始状态、抗力退化模型和环境条件。即使同一个结构甚至同一个构件碳化模型也不是一个普适性模型。碳化深度对应的混凝土保护层厚度都是随机变量，存在一个可靠度的问题。第36页/共53

19、页376.9 6.9 应用模型进行剩余寿命推定的实例 碳化系数Kc构与多因素有关，是个随机变量，因此，实测的碳化深度也是一个随机变量。构件层次平均碳化深度、最大碳化深度；平均保护层厚度、最小保护层厚度。结构层次碳化深度随机变量，用实测值估计。保护层厚度随机变量，用实测值估计。示例第37页/共53页38示例第38页/共53页39第39页/共53页40第40页/共53页41第41页/共53页42第42页/共53页43问题：实体中的混凝土保护层厚度是个随机变量，如何确定其分布特征参数？碳化系数Kc与多因素有关，是个随机变量，如何确定其分布特征参数？如何根据碳化系数和混凝土保护层厚度值计算剩余耐久年限

20、？第43页/共53页44第44页/共53页45第45页/共53页46第46页/共53页47第47页/共53页487 耐冻融损伤剩余使用年数推断 7.1 混凝土冻融损伤损伤机理 混凝土结构设计规范GB50010、混凝土结构耐久性设计规范GB/T有关混凝土耐久性是通过控制水灰比、水泥用量以及抗冻等级来实现的。普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准GB/T50082规定的混凝土抗冻等级和抗冻耐久性系数与实际的环境作用没有直接关联关系。如下假设：（1）任一给定的冻融循环正负峰值温度差水平下，每一次冻融循环产生等量的混凝土内部损伤；（2）累积损伤速率与以前的冻融正负峰值温度差变化历史无关；（3）正负峰值

21、温度差水平施加顺序对混凝土冻融破坏寿命没有影响。第48页/共53页491 混凝土冻融损伤机理混凝土在饱水状态下因冻融循环产生的破坏作用称为冻融破坏，混凝土处于饱水状态和存在冻融循环作用是冻融破坏的必要条件。混凝土冻融损伤机理有两种假设静水压假说和渗透压假说。2 影响混凝土抗冻性能的因素混凝土抗冻性能有水灰比、含气量、骨料品质、受冻时强度、混凝土含水量、最低受冻温度以及降温速度等。其中最为重要的有两个参数：2.1平均气泡间距当混凝土的平均气泡间隔系数小于某个临界值（250um）时，毛细孔中的静水压或渗透压不会大于混凝土抗拉强度，混凝土抗冻性好。第49页/共53页502.2临界饱水度当混凝土中的饱

22、水度小于某个临界值（91.7%）时，不会出现冻害。3 混凝土抗冻性能混凝土抗冻性由抗冻等级和抗冻耐久性系数表示。标准试件、标准条件下得到，与实际环境因素脱节，也未与时间建立联系。第50页/共53页514 取样比对冻融试验方法 取样比对检验方法关键要解决标准冻融循环试验与实际环境冻融作用之间联系问题。通过年当量冻融循环次数把标准冻融试验条件与实际的环境作用联系起来。混凝土冻融损伤是一个累计效应，实际环境下的冻融作用与标准冻融循环制度相差很多，年当量冻融循环次数是平均效应。第51页/共53页528 8 应用模型进行剩余寿命推定的几个问题：在此期间内结构所处的环境情况和构件的防护措施均应没有明显改变

23、。结构所处的环境条件是一个随机过程，正常情况下是平稳随机过程，尽管每时每刻都在变化，当以年为单位进行考虑时，可以认为是一个确定值；在混凝土开裂之前，混凝土内部参数也可以认为是一个确定量；容易出现变化的是构件的防护措施。耐碳化剩余使用年数不等于结构剩余使用寿命。碳化深度达到混凝土保护层厚度只是表明混凝土内部钢筋存在锈蚀的可能，钢筋是否开始锈蚀还与其他的条件如水分、氧气等有关；即使钢筋开始锈蚀也不等于结构失效达到剩余使用寿命。结构剩余使用寿命依赖于构件的原始状态、抗力退化模型和环境条件。即使同一个结构甚至同一个构件碳化模型也不是一个普适性模型。碳化深度对应的混凝土保护层厚度都是随机变量，存在一个可靠度的问题。第52页/共53页53感谢您的观看。第53页/共53页