央企信托-45号苏中地级市政信集合资金信托计划

【央企信托-45号苏中地级市政信集合资金信托计划】
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【项目亮点】
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政信知识：

钢筋混凝土结构耐久性问题越来越引起国内外广大研究者的关注

    混凝土中的钢筋锈蚀已构成影响钢筋混凝土结构物耐久性的最主要原因，给世界各国造成了巨大损失

    必须认识到防腐技术和预防措施的紧迫性

    现就腐蚀混凝土结构的因素进行分析，进一步指出预防腐蚀混凝土结构的处理办法

     　　关键词：混凝土结构；腐蚀；因素；预防办法 　　1腐蚀混凝土结构的原因分析 　　1.1素混凝土结构 　　素混凝土的基本组成材料是水泥、砂、石和水

    影响素混凝土结构的耐久性的主要因素为碱—集料的反应（混凝土中碱含量超标，暴露在水或潮湿环境使用时，其中的碱与碱活性集料间发生反应，引起膨胀）

     　　1.2钢筋混凝土结构 　　钢筋混凝土结构材料是混凝土与钢筋的复合体，它的腐蚀形态可分为两种：一是由混凝土的耐久性不足，其本身被破坏，同时也由于钢筋的裸露、腐蚀而导致整个结构的破坏；二是混凝土本身并未腐蚀，但由于外部介质的作用，导致混凝土本身化学性质的改变或引入了能激发钢筋腐蚀的离子，从而使钢筋表面的钝化作用丧失，引起钢筋的锈蚀

    从化学成分来看，钢筋的锈蚀物一般为Fe（OH）、Fe3（OH）、Fe3O4•H2O、Fe2O3等，其体积比原金属体积增大2～4倍

    由于铁锈膨胀，对混凝土保护层产生巨大的辐射压力，其数值可达30MPa（大于混凝土的抗拉极限强度）使混凝土保护层沿着锈蚀的钢筋形成裂缝（俗称顺筋裂缝）

    这些裂缝进一步成为腐蚀性介质渗入钢筋的通道，加速了钢筋的腐蚀

    钢筋在顺缝中的腐蚀速度往往要比裸露情况快，等到混凝土表面的裂缝开展到一定程度，混凝土保护层则开始剥落，最终使构件丧失承载能力

     　　影响混凝土中性化（包括碳化）速度的因素很多，但主要的因素是混凝土的密实度，即抗渗性能

    混凝土愈密实，即抗渗性能愈高，则外界的气体只能作用于混凝土表面，向内部渗透比较困难

    影响混凝土密实度的主要因素是混凝土的水灰比和单位水泥用量

    水泥品种对混凝土的中性化速度有一定的影响；不同品种的水泥，因其掺合料的品种及含量不同，水解时生成的碱性物质数量不同，使混凝土的中性化速度也就不同了

     　　普通硅酸盐水泥的熟料含量多，掺合料的含量一般不大于15%，其碱度比其它品种的水泥高，中性化速度相对的要慢

    火山灰质硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥，由于掺合料中的活性氧化硅与水泥熟料中水解时产生的氢氧化钙结合，从而降低了混凝土孔隙中的液相碱度，加快了碳化或中性化的速度

     　　1.3预应力混凝土结构 　　预应力混凝土结构的腐蚀除了具有普通混凝土结构的腐蚀类型外，由于采用高强度钢筋和钢筋在高应力条件下工作，所以可能发生应力腐蚀和钢材的氢脆

     　　（1） 应力腐蚀

     　　应力腐蚀是钢筋在拉应力和腐蚀性介质共同作用下形成的脆性断裂

    这种破坏与单纯的机械应力破坏不同，它可以在较低的拉应力作用下破坏；这种破坏又与单纯的电化学腐蚀破坏不同，它可以在腐蚀性介质很弱的情况下而破坏

     　　腐蚀性介质与钢筋作用，在钢筋表面形成一个大小不等弥散分布的腐蚀坑后，每个腐蚀坑相当于一个缺口，钢筋在拉应力的作用下，形成应力的不均匀分布和应力集中，在缺口的边缘，当钢筋平均应力不高时，其集中的应力即可达到断裂应力的水平，而引起钢筋的断裂

    由于缺口的存在，形成了拉应力三轴不相等状态，阻碍了钢筋塑性变形的开展，使塑性变形性能在钢筋断裂前不能充分发挥出来，延伸率、冷弯等塑性指标均有明显下降

    预应力钢筋的腐蚀是拉应力与腐蚀性介质共同作用的结果，腐蚀因素对钢筋断裂的最初形成起主要作用，而拉应力则促进了腐蚀的发展

     　　（2）氢脆

     　　氢脆是预应力钢筋在酸性与微碱性的介质中发生脆性断裂的另一种类型

    氢脆与应力腐蚀的机理完全不同

    应力腐蚀发生在钢筋的阳极，而氢脆发生在钢筋的阴极区域

    氢脆是由于钢筋吸收了原子氢，而使其变脆，所以称为氢脆

    钢筋在腐蚀过程中，表面可能有少量氢气产生，在通常情况下，生成的原子氢会迅速结成分子氢，在常温下是无害的，但当这一过程受到阻碍时，氢原子就会向钢筋内部扩散而被吸收到金属内部的晶格中去，如果钢筋内部有缺陷存在，氢原子很可能重新结合成为氢分子

    氢分子的生成产生很大的压力，出现“鼓泡”现象

    使钢筋变脆

    产生氢脆的钢筋在受到超过临界值的拉力作用时，便会发生断裂

    硫化氢是能引起预应力钢筋氢脆的介质之一

     　　1.4纤维混凝土结构 　　纤维混凝土的腐蚀机理与普通混凝土基本相同，但纤维的直径较细，且均匀分布，其耐久性相对普通混凝土要强一些

    开裂的纤维混凝土构件在潮湿的环境下，裂缝处的混凝土碳化后，碳化区的钢纤维开始锈蚀

    有研究表面，钢纤维混凝土中钢筋的锈蚀较普通混凝土钢筋的锈蚀减轻，其原因除了钢纤维阻裂作用的影响外，还在于细小纤维在混凝土中乱向均匀分布，从而改变了钢筋电化学锈蚀的离子分布状态，阻止了钢筋的锈蚀

     　　1.5轻骨料混凝土结构及加气混凝土 　　轻骨料混凝土的腐蚀机理与类型基本与普通混凝土相同，由于大多数轻骨料抵抗气体扩散能力较低，腐蚀性气体较易渗入内部，因此必须控制轻骨料混凝土的密实度

     　　加气混凝土的显气孔较多，不致密，吸水率高，碳化速度较快，在正常使用条件下尚需对钢筋进行表面涂覆保护层，而且加气混凝土表面气孔多，不容易进行保护，所以在腐蚀环境下不宜使用加气混凝土

     　　2防护措施 　　2.1改变传统观念 　　钢筋混凝土腐蚀的内因是混凝土本身的多孔性和脆性，又存在干缩裂纹；腐蚀的外因是介质的逐渐侵入，改变了钢筋环境

    这种侵入的过程要有几年时间

    针对腐蚀的内因首先要改变混凝土裂纹“难免论”和存在裂纹“无害论”，着眼于提高混凝土的致密性和耐久性，应改变传统的高强度追求，高强度是提高水泥标号、降低水灰比增加级配中的水泥量，要从这种传统思路中解脱出来

     　　2.2克服不作为职务观念 　　“职务任期之内不出明显的工程质量事故就完事了，何必管它50年100年呢”，“投资工程建设施工验收合格就完成任务了，至于腐蚀大修是生产成本的事”

    持这种观念的也许是少数当事者，笔者把他称为“不作为职务”，这是由于体制、机制上的不完善，一些技术规范、规程相对滞后而造成的

    国务院279号令要求执行“全寿命责任制”，因此，提高认识，克服不作为职务观念，应当列为防腐蚀工程的重要原则

     分析超长钢筋混凝土结构所存在的，伸缩缝间距设缝问题

    并验证无缝设计施工技术的成功应用

      　　关键词：超长结构；裂缝；后浇带；膨胀加强带  　　1 前言  　　超长结构是指钢筋混凝土建筑物长度超过了《混凝土结构设计规范》所规定的伸缩缝最大间距的结构

    其伸缩缝设置主要是考虑混凝土长期经受热胀冷缩，干燥收缩和施工期间水泥水化热的影响而采取的有效对应措施

    超长结构中能否采用无缝设计施工，以代替原有设伸缩缝后浇带施工是企业期待解决的新课题，亦是结构设计人员需要探讨和解决的技术问题

      　　2受力结构保持平衡、稳定，需要设置合理伸缩缝  　　裂缝是影响建筑结构正常使用极限状态的重要因素

    裂缝产生的原因主要是由温度、收缩、基础不均匀沉降等引起的变形作用

    其引起的裂缝涉及到结构设计、地基基础、施工技术、材料质量、环境影响等方面

    伸缩缝允许间距为30m～55m(室内或土中长墙，剪力墙及框架)，露天条件下为20m～35m

    伸缩缝或后浇带可以有效地控制裂缝，但是对于承受很大温差和收缩作用的现浇楼板、大截面梁、剪力墙及长墙等约束度较高的结构，裂缝的概率仍然很高

      　　采用后浇带取代永久伸缩缝时，由于后浇带中清理垃圾困难，接缝不密实，防水性差，后期可能会形成两条裂缝，因此后浇带的构造很重要

    后浇带的间距不宜过长(30m左右)，填充封闭时间间隔不宜过短，以能将总降温及收缩变形进行一半以上为准

    从干硬性混凝土改为流动性混凝土的收缩量来看，估计3个～6个月方能取得明显效果，最短不少于45d，在软土地区，填充时间在封顶以后，方可有效地释放差异沉降的应力

    也是根据“抗放兼备，以放为主”的原则，利用UEA补偿混凝土作为结构材料，在硬化过程中产生的膨胀作用，由于钢筋和邻位约束，在结构中建立小量预压应力σc，考虑结构的安全，膨胀量不宜过大，且在硬化14d内基本结束

      　　底板的厚度(高度)远小于长、宽方向尺寸，当H／L≤0.2时，板在温度收缩变形作用下，离开端部区域全截面受拉应力比较均匀，在地基约束下，出现水平法向应力σx，这是引起垂直分裂的主要应力

    当水平法向应力σxmax超过混凝土抗拉强度f1时，在中部出现第一条垂直裂缝，一分为二，每块水平应力重新分布为σx，如果σx>ft，则形成第二批裂缝，这种有序性裂缝常在工程中见到

      　　3取消后浇带，代之以膨胀加强带新技术施工，优化施工操作程序  　　只有在较短的间距范围对削减温度收缩应力EaT起作用，超过一定长度后即使设后浇带也没有用，削减σxmax有效间距为40m～60m，这也是膨胀加强带间距范围

    UEA混凝土在硬化过程中产生膨胀作用，在钢筋和邻位的约束下，钢筋受拉，混凝土受压，为了达到两者的平衡，须调整UEA掺量，使混凝土获得不同比例的预压应力，达到收缩应力等于膨胀预压应力

      　　在σxmax部位给予较大膨胀应力σc，在两侧给予较小的膨胀应力，全面地补偿结构的收缩应力，控制有序性裂缝的出现，这是取消后浇带的依据

    补偿收缩混凝土在水中养护14d的限制膨胀率≥0.015％，其测定方法是用100mm×100mm×300mm试件中间预埋φl0限制钢筋骨架，当混凝土强度达到(3～5)MPa时脱模，用千分表测长仪测定初始长度，然后放入水中7d，14d测定其伸长率，防水工程的底板混凝土的限制嘭胀率ε2=0.02％～0.025％，侧墙ε2=0.03％～0.035％；后浇带或膨胀加强带的限制膨胀率ε2=0.035％～0.045为宜，要求混凝土膨胀率相当于0.035％～0.045％，强度等级提高5MPa，要掺入14％～15％UEA膨胀剂才能达到

      　　钙矾石膨胀对混凝土结构有微小破坏，7d抗压强度比普通混凝土下降10％左右属正常现象，28d强度完全能达到设计强度，掺膨胀剂混凝土下降10％左右属正常现象

    28d强度完全能达到设计强度，掺膨胀剂混凝土7d抗压强度达到28d试配强度的70％便可达标

      　　4工程施工采用膨胀加强带的应用实例  　　以上所述，是从理论上认识结构裂缝的成因及消除有害裂缝的对应措施，以下所介绍的是笔者的应用实例

    某大型商住楼，其中第一期工程建筑总面积为28万m2、2层地下室，长230m，宽150m

    首层一二层裙房为商业用途，五栋三十二层塔楼为住宅，初步设计为伸缩缝后浇带，将整个平面分割成多个施工板块，以后浇带分隔

    其具体施工措施如下：有防水要求的UEA无缝设计，在应力集中的σxmax位置(见图1)，设置一度混凝土膨胀加强带，宽度2m，带的两侧铺设密孔铁丝网，并用立筋(φ8@100)加固

    施工时，加强带以外部分采用掺10％～l2％UEA微膨胀混凝土【膨胀率约(2-3)10x-4】，浇至加强带时，改用掺14％～15％UEA的大膨胀混凝土【膨胀率约(4～6)10×-4】，其混凝土强度等级比两侧高C0.5，到另一侧时，又改为浇注掺10％～12％UEA微膨胀混凝土

      　　如果混凝土供应或施工力量达不到连续作业要求时，可以采用“图2”的“间歇式无缝施工法

    ”加强带一侧改为台阶式，施工缝凿毛清洗后，用掺14％～15％UEA的混凝土浇入后浇带，随后用微膨胀混凝土浇在加强带另外一侧

      　　对受大气温度和风速影响较小，保温、保湿、养护操作较为容易的地下室，水池等防水结构的底板和多高层建筑的楼板，可采用“图1”的无缝设计，对于边墙，由于薄而暴露面大，立面养护困难，易受风速和温差的影响，则宜用“图3”的后浇加强带，分段浇筑墙体，等14d后再用掺14％～15％UEA的大膨胀混凝土回填

      　　对于柱与剪力墙连在一起的，由于柱截面和配筋率比墙体大很多，往往在相连部位出现过大的应力集中而开裂，为分散应力，在此处增设水平加强筋φ8～10@100，长度1000，其中200mm插入柱中，800mm插入墙中

    由于墙体一般拆模早，养护困难，受温度影响大，水分蒸发速度快，容易开裂

    为了控制温差和干缩引起的垂直裂缝，墙体的水平构造筋的配筋率不应小于0.5％，适当增加墙体厚度，并使用螺纹钢φ10～φ16，钢筋间距宜用150mm，不宜过大

      　　5结束语  　　由于正确按照超长结构无缝设计技术要求进行施工，在整个施工过程中，包括浇筑混凝土，浇筑后养护等，严格执行有关规范、规程，至今未出现影响结构安全使用的有害裂缝

    工程提前60天完成，节约了施工成本，取得了一定的经济效益

    在运用超长钢筋混凝土结构无缝设计技术及施工实践上，确认是行之有效的

     

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