钢筋混凝土结构性能退化分析——工程实践的经验教训

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发布时间：2021-09-13

资料介绍

钢筋混凝土结构性能退化分析
— — 工程实践的经验教训
[英国] C．L．佩奇
摘要：在过去的40 a中，对有关钢筋混凝土和预应力混凝土结构的各种问题进行了长期的研究，从理
论分析到工程实践，积累了不少经验教训。阐述了有关加速试验和模拟钢筋混凝土性能退化的长期过程，
重点涉及到混凝土钢筋腐蚀问题、碱硅反应和碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀等主要难题。
关键词：钢筋混凝土；混凝土结构；结构性能；分析
中图法分类号：TV431 文献标志码：A
1 概述
有关钢筋混凝土和预应力混凝土结构性能过早
退化等问题，其早期研究只是简单地涉及某些缓蚀
型阴离子的作用机理，由于采用的是一些简陋的试
验方法，许多尝试屡屡受挫。直到问题得到逐步解
决，才开展了对缓蚀剂作用机理的研究，如苯甲酸根
离子，在有溶解氧成分的水溶液中能使钢筋钝化
(译注：钝化即生成致密的氧化层保护膜四氧化三
铁)，也就是说，苯甲酸根离子与铁阳离子在金属及
体表面结合形成难溶物，能减缓金属的腐蚀。就钢
筋混凝土而言，钢筋在酸性环境中易遭到腐蚀，而碱
环境则有利于保护钢筋不被锈蚀，这就是为什么在
未污染的含碱混凝土中，金属通常是处于钝态的。
通常，在分析钢筋腐蚀和性能退化现象时，应采
用可重复使用、特性保持良好的试样表面。显然，这
与探求混凝土钢筋腐蚀作用而制定的标准试验方法
有关。可考虑综合运用与检测老建筑物中钢筋腐蚀
相类似的显微技术与分析技术，但这不能不说仍是
一大挑战，对于众多实际建筑物可能遇到的不同钢
筋表面状况的特性，需不断完善模拟试验方法，开展
进一步的深入研究。如果对其表面特性不能进行良
好的分析，则意味着这种试验条件不具代表性，不能
作为材料检测的依据。
2 警示事件
直到20世纪70年代，人们都普遍认为，大多数
收稿日期：2013—12—02
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混凝土结构的耐久性均满足要求，即使在极潮湿的
环境中(这种环境对钢和木材等建筑材料是有腐蚀
性的)也无须进行重大维护。1972年，新颁布了英
国标准应用守则，即混凝土的结构应用(CP 110)，
而世界上绝大多数这种混凝土结构，其主要组成材
料均为硅酸盐水泥，而这种水泥是1824年由英国人
J．阿斯普丁发明演化而来的。到了20世纪初，钢筋
混凝土便成为英国当时的主要建筑材料。20世纪
40年代，预应力混凝土开始引入英国，且应用规模
越来越大。像CP 110这种标准，主要涉及混凝土的
耐久性问题，要求规范运作，而对混凝土钢筋的保护
层厚度、容许裂缝宽度、水泥用量、水灰比等要求，该
标准中准确的解释并不多，而对可能遭遇的各种环
境影响也极少明确的提及，对规定的预期寿命概念
也只字未提。
在1973年6月至1974年2月期间，英国有3
座公共建筑突然倒塌，这是混凝土结构早期不应出
现的一种迹象。从结构上看，这些建筑是由组成材
料为高铝水泥(也称矾土水泥，HAC)的混凝土建成
的，据报告，建筑物失事正是与一种称为相变过程引
起的水硬性胶凝材料的强度退化有关。从微观上
看，硬化材料空隙结构有一渐变过程，与水泥中水化
铝酸一钙的初始亚稳态水化物分解有关：
3(CaO·A1203·10H2) 3CaO·A1203·6H20+
2(AI203·3H20)+18H20 (1)
这种态势引起了英国相关政府部门的密切关
注，他们郑重警告，需要由专业工程师来评价采用了