多因素耦合作用下混凝土劣化机理研究现状.pdf

第 2 9卷 第 1期 2 0 1 3年 3月 北 京 建 筑 工 程 学 院 学 报 J o u r n a l o f B e i j i n g Un i v e r s i t y o f Ci v i l E n g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e V0 1 29 N0 1 Ma r 2 01 3 文章编 号 ： 1 0 0 4 6 0 1 1 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 0 1 0 6 多因素耦合作用下混凝土劣化机理研究现状 侯 云芬 ， 吴越 恺 ( 北京建筑工程学院 土木与交通工程学 院，北京1 0 0 0 4 4 ) 摘要 ：混凝土作为建筑材料 已经长期、 广泛地应用于世界各地， 并在各种各样建筑结构物的建设 中发挥着重要的作用同时， 如何 解决混凝土服役过程 中的劣化现 象也是 工程领域所关注的热点 问题长期以来， 领域 内的学者们在导致混凝土劣化 的几大重点 问题 冰冻、 氯盐侵蚀、 碱 骨料 反应、 荷载作用等多方面均取得 了较大的成绩近期 ， 为解决工程 实际问题 ， 多因素耦合作用下混 凝 土 劣化机 理 的研 究也备 受关 注综述 了 目前 该 方 面 的研 究方 向 、 研 究 成果 、 应 用 实例 、 及 未 来 的 研 究趋 势 ， 总结 了该 方 面研 究的新 发现 、 新进 展 关键 词 ：劣化 ；冻融 ；氯 盐侵 蚀 ；荷 载 ；耦合 中图分 类 号 ： T U 5 2 8 文 献标 志码 ： A Re s e a r c h St a t u s o f De g r a da t i o n M e c ha ni s m o f Co n c r e t e Af f e c t i ng b y M u l t i Fa c t o r s Ho u Yu n f e nW u Yu e k a i ( S c h o o l o f C i v i l a n d T r a f f i c E n g i n e e r i n g ，B U C E A B e i j i n g 1 0 0 0 4 4 ) Abs t r a c t：As a bu i l d i ng ma t e r i a l ， c o nc r e t e ha s b e e n a p p l i e d wi d e l y i n t h e c o n s t r u c t i o n o f v a r i o u s s t r u c t u r e s a l l o v e r t he wo r l d i n a l o n g t e r m ，a n d p l a y s a n i mp o r t a n t r o l e Me a n wh i l e，t h e s c h o l a r s i n t h e f i e l d h a v e ma d e g r e a t a c h i e v e me n t a t s e v e r a l ma j o r i s s u e s l e a d i n g t o t h e d e g r a d a t i o n o f c o n c r e t e ，s u c h a s f r e e z e t ha wi ng，c h l o r i ne c o r r o s i o n a n d a l k a l i a g g r e g a t e r e a c t i o n a n d l o a d，e t c Re c e n t l y，i t p a y s c l o s e a t t e nt i o n t o t h e s t u d y o n d e g r a d a t i o n me c h a n i s m o f c o nc r e t e wi t h t he a c t i o n o f mu l t i f a c t o r s i n o r d e r t o s o l v e t h e e n g i n e e r i n g p r a c t i c a l p r o b l e m Thi s p a p e r s u mma r i z e s t h e d i r e c t i o n o f r e s e a r c h， r e s e a r c h r e s u l t s，a p p l i c a t i o n e x a mp l e s a n d t he f u t u r e r e s e a r c h t r e n ds i n t h i s a r e a a s we l l a s t h e n e w d i s c o v e r y a n d p r o g r e s s Ke y wo r ds：d e g r a d a t i o n；f r e e z e t h a wi n g；c h l o r i n e c o r r o s i o n；l o a d；c o u p l i n g 1 研 究背景及意义概述 混凝土长期以来都是人类进行各类建筑工程建 设所应用的主要建筑材料其 因为原材料简单 、 易 浇注成型、 适应性强、 技术成熟等诸多方面的优点获得 了工程领域的青睐尽管 目前各类型的建筑材料技术 突飞猛进 日新月异 ， 但是从长久看来， 在可预见的未来 里 ， 混凝土在建筑工程领域内的地位仍然无可代替 在长期的建造、 使用和服役过程 中， 被人们熟练 应 用 的混凝 土也 暴露 出 了其 自身 的一 些 问题 除 了 其高能耗的缺陷之外 ， 耐久性 和劣化方面 的问题更 是成为 了目前工程技术领域内的重点研究课题尽 管在结构设计和耐久性设计方面的完善使得混凝土 结构在理论上能够在其设计寿命周期 内正常服役 ， 但是 ， 大量的提前破坏 和劣化的混凝 土建筑物、 桥 梁、 道路等都提醒着土木工程建设者 ： 对混凝土劣化 问题的研究急需重视 ， 刻不容缓 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 1 0 7 作者 简介 ： 侯 云芬 ( 1 9 6 8 一 ) ， 女 ， 副教授 ， 博士 ， 研究方 向： 新型复合胶凝材料 、 高性能混凝土以及固体废弃 物在混凝 土中的应用 2 北 京 建 筑 工 程 学 院 学 报 混 凝 土劣化 机理 的研 究对 于我 国有 着重 要而 现 实的意义我 国正值基础设施建设的大踏步发展时 期 ， 大量的钢筋混凝土结构建筑物投入建设和使用 同时 ， 我国幅员辽阔， 各类建筑结构物的服役环境和 条件千差万别 ， 对混凝土提 出了更高的要求例 如 ： 沿海地 区的桥梁 、 道路在经受往复的路面荷载 的 同时 ， 还面临着海洋中氯离子和二氧化碳 的长期侵 蚀 ； 而在我 国东北部 ， 荷载和严寒又成为 了混凝土结 构要主要面对的问题 ， 同时还有冻融循环和 除冰盐 的影响大量提前破坏和失效的混凝土结构物不但 在经济层面上为社会带来巨大损失 ， 同时也延误 了 国家的基础设施建设和危及人 民生命财产安全 欧美 发达 国家对 于混 凝 土劣化 和耐 久性 方 面 的 研究起 步 较早 ， 也 取 得 了一 定 的经 验 和 成 果 我 国在 该方 面 的研 究起 步 于 2 0世纪 8 0年 代 ， 1 9 9 2 年 ， 中国土木工程学会混凝土与预应力混凝 土分会 成立了混凝土耐久性专业委员会 ， 其推动 了混凝土 耐久性的研究 、 应用 、 技术交流和普及 ， 至 2 0 0 8年 ， 共举办过 7次全国性的学术交流会和 2次专题讨论 会 2 0 0 0年 1月 ， 国务院颁布的第 2 7 9号令 建设工 程质量管理条例 第二十一条明确规定 ： “ 设计文件 应当符合 国家规定 的设计深度要求， 注明工程合理 使用年限”2 0 0 1年中国工程 院土木水利与建筑工 程学部发起混凝土结构耐久性科技论坛 ， 到 2 0 0 1 年 已连续举办 1 0届可以说 ， 重视混凝土耐久性 已成 为共识 ， 渗透到工程建设 的各个阶段和层次， 这对我 国混凝土劣化及耐久性 的研究和应用及混凝土技术 的可持续发展而言是迈出的坚实而有力的一步 2 影 响混凝 土劣化 的相关 因素研究 长期以来， 关于混凝土劣化和耐久性的研究从宏 观上来讲 ， 可分为： 结构物构件方面、 整体结构方面和 建筑材料方面三方面的关注和研究重点各不相同： 建 筑 材料层 面上主要研 究混凝 土材料 的劣化 机理 、 评价 体系、 防治措施和标准评定构件和结构方面则主要从 承载力和结构物使用安全性、 极限状态判断、 可靠度预 测等方面进行考量多方面的长期研究带来了一定的 理论成果， 其中， 美国著名学者 P M e h t a 综合导致混 凝 土劣化破坏 因素和过程 ， 提 出了“ 混凝土 耐久性 的整 体理论模型” 为学术界广泛认可参见 图 1 2 1 构 件 方面对 混凝 土 结构 耐久性 的影 响 鉴于本文后半部分对混凝土结构劣化 因素的探 一 个不透水 ，但存在非 连续微裂缝且多孔的 钢筋混凝土结构 由于微裂缝和孔隙 连通起来 ，不透水性 逐渐丧失 A：因以下因素使孔隙内静水 压力增大，导致混凝土膨 胀 ： 钢筋锈蚀、碱 一骨科反 应、水结冰 、硫酸盐侵蚀 B： 混凝土强度与刚度降低 开裂 、剥落与整体性丧失 环境作用 ( 第一阶段) ( 无可见损伤) 1 侵蚀作用 ( 冷热循环 、干湿循环 ) 2 荷载作用 ( 循环荷载 、冲击荷载 ) 环境作用 ( 第二阶段 ) ( 损伤的开始与扩展 ) 水的渗入 氧气、二氧化碳渗入 酸性离子 ( C 1 一 ， S O 4 - ) 渗入 ) 图 1 P Me h t a混凝土 耐久性整体理论模型 讨和总结( 现阶段成果主要以弯曲荷载为 主) ， 且在 实际服役环境中， 混凝土路面板、 桥梁等以受弯为主 的结构物出现劣化 的情况较 为普遍 ， 故在本节主要 介绍受弯构件方面的研究 在结构物构件方面 ， 对混凝 土结构劣化 的研究 多从构件的受力特点 、 破坏形式和加 固方法 的思路 和路 线进 行探 索 在常见 的混凝土路面板 中， 从构件本身 出发考 虑耐久性的思路 已经在大部分设计中有所体现结 合路面板的受力特点和构造特 点， 分析得 出在此方 面导致路面板劣化的主要因素为 自然环境的侵蚀和 尺寸设计所带来的内部应力问题水泥混凝土路面 直接暴露在大气 中， 温度 的变化会使混凝土路面在 不断的伸缩和翘曲中处于拉应力和压应力的反复交 替作用状态 ， 此拉压 应力称 为温度应力混凝土板 越长， 温度应力就越 大若设计 时板过长或长宽 比 例不 当 ， 温度应 力 超 出容 许 范 围 ， 路 面板 即产 生 开裂 断板 ， 这不但直接破坏了混凝土结构 ， 同时会造成大 量的裂缝和微裂缝 ( 见图 2 ) ， 使路面板对于氯盐 、 水 等破坏因素的抵抗能力 大幅下降故此 ， 内部应力 成 为 了构件 混凝土 出现劣化 的主 要原 因 2 2 结构 整体 方 面对 混凝 土结构 耐久 性的 影响 任何钢筋混凝土结构物 ， 都是以整体结构物 的 形式最终服役的在结构物整体方面 ， 考虑其耐久 性问题时 ， 面临着多方面复杂因素的挑战 ， 包括 ： 设 计荷载值 、 结构的合理性、 施工质量、 养护等 多个环 节其 中任何环节的失误和处理不善都可能导致整 个结构服役后 的耐久性不足 以我国 目前大量服役 的桥梁 为例 ， 许多服役多 年的旧桥是考虑当时的条件建设 的， 随着交通事业 第 1 期 侯 云芬等 ：多因素耦 合作用下混凝土劣化机理研究现状 图 2 由于 内部应 力造成的混凝土路面板开裂劣化的现象 高速发展 ， 相 当部分老桥面临荷载等级偏低 ， 承载能 力不足的状况， 导致病害 日益严重 ， 成为危桥另外 一 个很重要的原因是设计规范不完善 桥梁设计方案的选择 ， 是 由当地的水文地质条 件、 施工技术和方法、 经济指标和使用要求等诸多因 素所决定的桥梁结构形式、 构件施工方式 、 桥梁截 面形式 ， 还有桥梁跨径的划分和墩高的处理等 ， 如果 这些结构选择或布局不合理 ， 都会使桥梁在运营过 程 中出现这样那样 的缺 陷， 缺陷的出现毫无疑问会 影 响整个结构的耐久性 施工是设计的实现过程 ， 设计正确性与否， 是否 完善 ， 在施工 中都会得到检验同时 ， 施工的质量优 劣， 也将影响桥梁的整体性能在桥梁 建设 中， 尽管 设计正确 ， 但施工方法不 当， 施工质量控制不严 ， 施 工过程中遇到一些非预见性灾害 ， 如洪水 、 地震等 ， 常常导致桥梁承载能力降低 ， 不能达到设计的预期 目的由于施 工 原 因 ， 导致 日后桥 梁 承 载能 力 不足 承载力不足 ， 会导致主梁、 盖梁等部分出现裂缝 ， 或 使其处于带裂缝服役状态 ， 直接影响桥梁的耐久性 综合而言 ， 从结构整体角度 出发解决耐久性问 题 主要 需从 设 计和加 固维修 两 部分 出发 周 密 的 设 计 方案 和不 断 完 善 的设 计 规 范 十 分 必 要 同时 ， 面 临一些服役环境中无法克服 的病害 ， 合理的加固与 维修是提高整个结构耐久性的重要手段 2 3 建筑 材料 方面 对混 凝土 结构 耐久 性 的影 响 根据大量 的研究所获得的成果 ， 众多学者将 影 响混凝土劣化的因素主要集 中于以下 四个方面： 1 ) 冻融作用 ： 分为淡水冻融 ； 盐水冻融 ( 沿海 、 西部盐湖等) ； 盐冻 ( 主要为东北部 除冰盐影 响) ； 2 ) 氯盐侵蚀 ： 长期的氯盐侵蚀会使钢筋混凝 土 结构中钢筋的保护层加速 中性化， 最终导致钢筋锈 蚀而极大地影响混凝土结构的使用； 3 ) 水和其他盐类侵蚀 ： 如硫酸盐、 镁盐侵蚀等 另外 ， 土壤 中可能存在 的泛 酸性侵蚀情 况 ( p H4 的环境水及污水) ； 4 ) 碱 骨料 反应 ： 混凝 土 中碱 性 物质 与骨 料 中活 性 成分 发生 化 学反应 引起 混凝 土 内部膨 胀应力 而 导 致其开裂 ， 主要有碱硅酸反应 、 碱碳酸反应 从单个影响因素来看 ， 由于研究方向确定 ， 实验 方法和技术路线较为成熟 ， 所 以每个影 响混凝土劣 化和耐久性 的单因素研究都取得了较大的进展和收 获在冻融循环方面， 学界以水结冰体积膨胀 9 为 基本前提 ， 对 于混凝土 的冻融破坏机理 已经展开 了 丰富的研究混凝 土作为 内部孔 隙结构 复杂 的实 体 ， 冰冻破坏与内部孔结构有着必然的联系学术 界 已经普遍将混凝土作为多孔材料进行细致研究 外 国 学 者 C o l l i n s在 1 9 4 4年 提 出 的 “ 冰 晶 生 长 理 论” 和 P o w d e r s提 出的“ 静水 压理论” ， 以及德 国 学者 S e t z e r 提出的冻融破坏机理。 。 ， 都是基 于混凝 土 多孔 特点 为基 础 进 行 研 究进 而 得 出的 理论 成 果 同时 ， 国内目前对于冻融循环的实验方法 、 评价体系 也有较为完备的建立李金玉 等根据负温天数 、 有阳光照射的百分率、 日温差变化情况及混凝土产 生冻融 的温度条件 ， 分析推定我国 4个代表性地 区 北京、 长春 、 西宁、 宜昌等可能产生的冻融循环次数 ， 其统计结果见表 1 同济大学的李哗博士应用建 筑 环 境设 计模 拟 工 具 包 D e S T生 成 逐 时 气 象 数 据 ， 再 用有限差分法算 出铺 面混凝土逐时温度， 最后计算 深度为 5 c m处混凝 土的冻融循环次数 ； 同时 ， 回归 统计出年冻融循环次数 与最冷月( 一般指 阳历 1 月 ) 平 均 气 温 0 mm 关 系式 ： N = 一4 3 3 0 m m + 5 6 9 其研究结果见表 1 表 1 李金玉等对不 同地 区适宜冻融次数的研究 注 ： 极端最低气温 、 降温速率和冻结 时间是根据 中国气象局的气 温数据统计得来 但是， 由于地域气候因素千差万别 ， 不 同的试验 方法中不 同的参数存在较大 的差异 ， 在具体循环方 4 北 京 建 筑 工 程 学 院 学 报 法上也存在类似问题 ， 所以建立在实验基础上的混 凝土冻融破坏机理 ， 目前在学术界尚无统一结论 氯盐侵蚀是研究混凝土劣化的重点之一， 我国 学者黄士元教授就曾精辟地概括我国混凝土耐久性 问题为 ： “ 南锈北冻” 在此 方面我 国学者有着大量 的研究 ， 如东南大学余红发 等研究 了盐湖地 区 混凝土受氯盐侵蚀的情况 ， 得 到了大量的一手实验 数据， 并建立 了氯盐侵蚀 情况下混凝 土寿命模型 处于海洋环境 中的钢筋混凝土结构 ， 由氯离子引起 的钢筋腐蚀最为严重因为腐蚀不仅减小钢筋截面 的面积 ， 还会降低钢筋与混凝土之间的粘结能力 ， 腐 蚀产物铁锈的体积膨胀约为 2 5倍 ， 由此产生 的体积膨胀力会使混凝土保护层开裂 ， 造成钢筋锈 蚀的进一步加剧混凝土保护层作为防止钢筋的锈 蚀 ， 是最基本 ， 也是最经济合理和有效的措施这是 因为混凝土本身具有 高碱性 ， 高质量的混凝 土保护 层抗离子渗透扩散能力较强 ， 具有长期防止环境侵 蚀介质渗透的功能 ， 从而预 防钢筋 锈蚀 因此 ， 氯离子渗透扩散性是反映混凝土抵抗氯离子侵入和 钢筋腐蚀能力的一个重要参数 外力荷载也是混凝土劣化机理研究的关注问题 之一每一个服役的钢筋混凝土结构都处 于应力状 态即荷载作用之下蒋金洋 等 对于外力荷载对 劣化机理的影响也做 了大量 的实验研究 ， 并取得 了 一 定的理论成果 ： 实验证 明， 损伤的混凝土构件承载 力 、 刚度和延性都有不同程度 的下降 ， 钢筋屈服时构 件丧失承载力 ， 裂缝开展过程呈少筋梁破坏其加 载腐蚀试验表明 ， 在应力与腐蚀耦合工况下 ， 结构的 腐蚀速度明显加快同时 ， 试件 的表 面剥落程度 明 显加大 ， 动弹模损失也较大可见 ， 外力荷载是影 响 混凝土劣化的重要 原因之一尽管 目前材料力学 、 损伤力学等在此方 面取得了一定进展 ， 但还无法建 立出被学界广泛接受的劣化机理力学模型 ， 故此 ， 对 于外力荷载的认识是普遍建立在和其他腐蚀方式共 同对 混凝 土造 成破 坏并 且其 在其 中起 辅助 作用 的基 础上的慕儒 等的研究成果也证 明了这一点 3 多 因素耦合作用影响混凝土劣化 的 研究 3 1 单因素研究的局限性 对于混凝土的劣化机理 的研究 ， 仅仅建立在单 因素方面的分析是不够 的由于现今的试验方法、 研究手段的不同和不足 ， 造成 了单因素研究 主要存 在下 列局 限性 ： 1 ) 任何单 因素影响条件 的研究都无 法模 拟和 接近实际工程情况 ， 难 以对于工程 中出现的实际 问 题 给 出指导 2 ) 由于实验方 法和对于不 同方法 中实验参数 的理解和认识不同； 作为基础的假说不 同等原因， 很 多实验方法在取得理论进展的同时， 也 都无法成为 能够被广泛接受的研究成果 3 ) 一些研究 因素的模型建立 、 理论假说还不全 面和严谨 ， 有待丰富 随着混凝土结构在不同地域 、 不 同服役环境 中 暴露 出的问题愈发严重 ， 学界对于多因素耦合作用 下混凝土劣化的机理研究也更加关注然而迄今为 止 ， 国内外对提高和评估各等级结构混凝 土的耐久 性和服役寿命 ， 基本上是依据单一环境 因素作用的 影响， 这与实际工程所承受的损伤因素的多重性 、 力 学 、 环境变化及 交互作用 的现实情况极不相符实 际上 ， 结构混凝土是在应力或非应力、 与不同环境因 素复合作用下运行 的， 单一破坏因素作用下 的耐久 性研究难以反映真实工程所承受环境因素的影响实 际所以， 多因素耦合作用下混凝土劣化机理的研 究有 着重 要 的现 实 意 义 随 着研 究 的 深 入 ， 一 些 新 的理 论基 础也 被 以李 田 教 授 为 代 表 的广 大 学 者提 出 3 2不 同耦合 作用对 混 凝土 的破坏 机理 及研 究 综合 目前国内外的研究情况来看 ， 主要的、 研究 最多的耦合方式为 ： “ 冻融循 环一氯盐渗透二 因素 耦合” 、 “ 弯 曲荷载氯盐渗透二 因素耦合 ” 、 “ 冻融 循环一弯曲荷载一渗透三因素耦合” 对于“ 冻融循环一氯盐渗透二 因素耦合” 作用 ， 从研究情况可以看 出， 冻融及盐冻破坏 主要是物理 作用过程 ， 是混凝土受到反复应力作用 引起 内部损 伤逐步积累导致最终破坏的过程反复应力主要来 源于热力学中溶液相变引起的体积膨胀压及溶液 中 固、 液 、 气三相共存平衡关系引起的蒸汽压和渗透压 等三个方面学者普遍认为除冰盐引起混凝土严重 剥蚀的主要原因是其提高了混凝土饱水度 ， 使可冻 水增加而破坏力增大杨全兵、 黄士元 等从盐溶 液对平衡饱水度和平衡 时间， 以及对结冰膨胀率和 混凝土溶液吸入量 的影响出发 ， 做 了大量关于盐冻 机理的研究因盐浓 度差导致 分层结 冰产生应力 差 ， 撤除冰盐融化混凝土表面冰雪 引起额外的热冲 第 1 期 侯 云芬等 ： 多因素耦合作用下混凝 土劣化机理研究现状 5 击 ， 以及混凝土的盐溶 液由于受干湿循环和温度 变 化影响而产生盐结晶膨胀压等都将增加破坏作用 在“ 弯曲荷载一氯盐渗透二因素耦合” 方面， 我 国学者逐步探索和积 累了在弯曲荷载和氯盐渗透共 同作用下 ， 混凝土结构 的劣化方面的一些成果和理 论其 中， 在国内学术界， 形成了能够被广泛认可的 荷 载一氯盐 渗透作用下 的一些 混凝土结构破坏机 理大量实验证 明， 弯曲荷载能显著加速钢筋锈蚀 ， 其 加速 钢筋 锈蚀 的过 程分 析 如下 ： 1 ) 洪乃峰 等研究 了在弯曲荷载作用下， 混凝 土 受拉 区出现 封 闭孔 联 通 现 象 且微 裂 纹 随之 扩 展 ； 氯离子 、 氧气和水加速从孔洞和裂缝传输 到钢筋表 面 ， 导致钢筋表面腐蚀阴阳极反应的顺利发展 2 ) 当钢筋锈蚀产物生成后 ， 钢筋一混凝 土界 面 区微结构 中孑 L 洞和 由荷载产 生 的微裂纹进 一步扩 展 ， 这一现象为容纳部分锈蚀产物提供 了空间， 并利 于其进一步向外扩散 ， 这使得钢筋锈蚀反应不 断向 利 于生 成锈 蚀 产物 的方 向发 展 3 ) 当锈蚀 产物体积超过孔洞 和微裂 纹 的容 纳 能力 时 ， 混凝 土保 护层 产 生一 定 的拉应 力 ， 随着 时 间 的推移 ， 拉应力不断增长在外加拉应力 ( 受拉区) 和锈胀拉应力的双重作用下 ， 混凝土保护层开裂 、 剥 落有害物质更 易于到达钢筋表面 ， 在点蚀和均匀 腐蚀的双重作用下 ， 最终加速 了钢筋混凝 土结构完 全 失效 总体而言 ， 弯曲荷载作用使混凝土 内部微裂纹 引 发和 扩展 ， 从 而加 速氯 盐 、 氧气 和水分 向钢筋 表 面 传输 ， 提前达到了引起 内部钢筋锈蚀的基本条件 ， 从 而明显缩短 了钢筋脱钝时间并进一步增大了钢筋腐 蚀速 弯曲荷载和氯盐耦合进 一步加速 了钢筋 的锈蚀进程 ， 该因素 的作用 明显造成了混凝 土表面 裂缝 、 微裂缝的产生和增加 ， 对混凝土结构的服役产 生极 其 不利 影 响明显缩 短 了普 通 混凝 土 结 构 的服 役 寿命 在“ 冻融循环一弯 曲荷 载一渗 透三 因素耦合 ” 的研究 目前较少原因主要在于耦合作用的加载试 验装置设计复杂 ， 因而关于荷载和环境耦合作用下 混凝土力学性 能损伤劣化过程 的试 验研究相 对较 少 ， 且多集中在静荷载与环境 因素 的耦合作用所 以疲劳荷 载与环境 因素耦合作 用的研究报道 就较 少 ， 至于疲劳载荷与冻融循环以及 氯盐 的耦合作用 更鲜见报道这使得严寒地区高速铁路轨道板、 高 速公路路面 以及桥梁等在疲劳荷载和冻融循环耦合 作用下 ， 混凝土材料损伤劣化过程及结构破坏情况 不得而知， 亟待解决但三因素耦 合作用 的研究有 着十分重要的现实意义 ， 我国东北部的桥梁、 道路等 的服役环境与此耦合 因素所模拟的条件较为相似 ， 若能在此方面取得机理方面 的研究 和进展 ， 将能极 大程度地丰富混凝 土劣化机理的认识 ， 并以此指导 实 际工程 需要 3 3 多 因素耦合 作用对 混凝土劣化机理 研究的不足 多因素耦合作用对混凝土劣化的影响是较为贴 合工程实际的， 有着较强的实践性在此方面我 国 著名学者孙伟等 对 于这方面的研究取得 了一 定的理论成果但是应该看到 ， 受制于实验条件 、 研 究思路、 不同实际情况和一些影响因素的模型建立 等多方面条件， 多 因素耦合作用对混凝土劣化机理 的研究 目前仍有较大的局限性 ， 主要表现在 ： 1 ) 该方向研究在建筑材料方面起步较早 ， 研究 较为深入 ， 但是在工程构件和结构设计方面的研究 较 为不 足 ， 甚 至 并 不 重 视 作 为整 个 实 际工 程 不 可 分割的材料和结构两大部分 ， 在 目前 的研究程度上 出现了一定 的脱节现象这不利于今后 的研究和成 果的实际推广 2 ) 研究方 向都较为宏观 ， 例如双因素影 响下混 凝土结构劣化模型的建立 、 劣化程度评价体系的研 究、 混凝土结构的寿命 预测评估体 系建立等在微 观方面 ， 即混凝土 内部胶凝材料受影响因素作用下 的水化进程 ， 水化产物等方面的研究较少 故所 得研 究成 果对 于指 导不 同地 域不 同环境 下 的混凝 土 的配合比、 水泥内各矿物的组成 比例 、 混凝土的养护 等实际问题借鉴意义不大 3 ) 一 些理 论 的数 学 、 力 学模 型 的 建立 不 够 完 善 和严谨 ， 因此 ， 大量的实验结果更多的只能用于描述 一 些所模拟环境下 的实际结果 ， 如果继续推论下去 ， 得 到理论 成果 则显 得理 论基 础不 足 4 总 结 随着 我 国基础设 施 建设 的大 面积开 展 和社会 对 物质要求的必然提升 ， 我们不得 已在有 害或严酷的 环境修建了大量的混凝土结构 ， 这些混凝土结构 出 乎预期地出现 了过早破坏环境污染、 温室效应导 致 的气候变暖和生态恶化也对用量最大 的混凝土材 料提出了可持续发展要求实现混凝土工程的高耐 久 和长寿命是效益巨大的节能减排和可持续发展举 6 北 京 建 筑 工 程 学 院 学 报 2 0 1 3正 措 ， 因此 ， 对 于 混凝 土劣化 机理 的研 究有 突 出而 现实 的意 义 ， 同时 ， 混凝 土的 耐久性 成 为影 响混凝 土技 术 未来发展的关键 问题 在未来混凝 土劣化机理 的研究上 ， 应当注重建 筑材料与结构方 向的衔接 和共 同研究 ， 作为确保整 个建筑结构完成其使命的不可或缺且不可分割的重 要方面 ， 应 同时进行该方 面的深入研究和探讨待 理论 成果 和现 实成 果 有 一 定 积 累 时 ， 可 以 考虑 出 台 相应 的规 范和 指导 意见 另 外 ， 作 为建 筑 材料 方 面 ， 也应注重对于微观方面 的研究 ， 在多因素耦合作用 下 ， 胶凝材料的水化过程 、 水化程度等方面的研究不 单会从微观方面提供有力的理论支撑 ， 同时也会对 工程 实 际中不 同条 件 下 的 水 泥选 择 、 水 泥熟 料 的 比 例、 施工养护等多个环节提供指导 混凝 土的劣化机理和耐久性 问题极其复杂 ， 实 现数学 、 力学模型 的建立 和定量 的分析研究还需要 广大土木工程工作者进行大量的实际工作 参 考文 献 ： 1 吴 中伟高性能混凝 土( H P C ) 的发展趋势和 问题 J 建筑技术 ， 1 9 9 8 ， 2 9 ( 1 ) ： 81 3 2 黄士元 2 1世纪初我 国混凝土技术发展 的几个重 要问 题 J 混凝土， 2 0 0 2 ， 1 4 9 ( 3 ) ： 3 7 3 Me h t a P ， L a n g l e y S M o n o l i t h F o u n d a t i o n ： B u i l t t o l a s t a “ 1 0 0 0 Ye a r s ” C o n c r e t e I n t e r n a t i o n a l ， 2 0 0 0( 7)： 2 73 O 4 易伟建 ， 赵新 持 续荷 载作 用下 钢筋 锈蚀对 混 凝 土梁 工作性能 的影 响 J 土木 工程学报 ， 2 0 0 6， 3 9 ( 1 ) ： 7 1 2 5 C o l l i n s A R T h e d e s t r u c t i o n o f c o n c r e t e b y f r o s t J J o u r n a l o f t h e i n s t i t u t i o n o f c i v i l e n g i n e e r s ， 1 9 4 4， 2 3 ( 1 ) ： 2 9 4 1 6 S e t z e r M 3 A n e w a p p r o a c h t o d e s c r i b e f r o s t a c t i o n i n ha r d e n e d c e me n t p a s t e a nd c o nc r e t e Pr o c，1 9 7 6： 3 1 2 3 25 7 李金玉 ， 邓正 刚 ， 曹 建 国， 等 混 凝土 抗冻 性 的定量 化 设计 A 第 五届全 国混 凝土耐久性学 术交 流会 论文 集 c 大连 ， 2 0 0 0 ： 6 1 6 5 8 余红 发 ， 孙 伟 ， 鄢 良慧 ， 等 混凝 土使 用 寿命 预测 方法 的研究 I 理论 模 型 J 硅 酸 盐 学报 ， 2 0 0 2 ( 3 0 ) ： 6 866 90 9 余红 发 ， 孙 伟 ， 鄢 良慧 ， 等 混凝 土使 用 寿命 预测 方法 的研 究 I I 模型验证 与应用 J 硅 酸盐学 报 ， 2 0 0 2 1 O 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 O 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 ( 3 0 )： 6 9 I一6 9 5 洪乃丰 混凝 土 中钢筋腐 蚀与 结构 物的耐久 性 J 公路 ， 2 0 0 1 ( 2 ) ： 6 6 6 9 蒋金洋 ， 孙伟 ， 王 晶 弯 曲疲劳 载荷 作用 下结 构混 凝 土 的抗 氯 离 子 扩 散性 能研 究 J 东 南 大 学 学 报 ， 2 0 1 0， 4 0( 2)： 3 6 23 6 6 慕儒 荷载作 用下 高强 混凝土 的氯 盐侵蚀 J 工 业 建筑 ， 1 9 9 9 ， 2 9 ( 8 ) ： 5 2 5 5 李 田， 刘西拉 混 凝 土结 构耐 久性分 析 与设计 M 北京科学 出社 ， 1 9 9 9 ： 4 0 4 2 李 田， 刘西 拉钢筋锈蚀和混凝土动容破坏 的可靠性 分析 和 防 范 措 施 J J o u rn a l o f B u i l d i n g S t r u c t u r e s ( 建 筑结 构学报) ， 1 9 9 5 ， 1 6 ( 2 ) ： 4 3 5 O 杨全兵 ， 黄士元 除冰盐对混凝土化学侵蚀机理 研究 J 低温建筑技术 ， 2 0 0 0 ( 1 ) ： 3 6 洪乃丰 钢筋 混凝 土基 础设施 的腐 蚀 与全 寿命经 济 分析 J 建筑技术 ， 2 0 0 2 ( 4 ) ： 2 5 4 2 5 7 黄鹏飞 ， 包亦望 ， 姚燕 在盐 冻循 环、 钢 锈与弯 曲荷载 协 同作用下钢筋混凝土 的损 伤失效研 究 J 工 业建 筑 ， 2 0 0 5 ， 3 5 ( 5 ) ： 6 3 6 7 王 阵地 多 因素耦 合作 用下混 凝 土性 能劣 化 的评价 及研究 D 北 京 ： 中国建筑材料科学研究总 院， 2 0 1 0 罗健林 抗冻 混凝 土在 重复荷 载作 用 下的力 学 性能 试验研究 D 哈尔滨 ： 哈尔滨工业大学 ， 1 9 9 8 孙伟 ， 余红 发 ， 慕儒 ， 等 弯 曲荷载 、 化 学腐蚀 和碳 化 作用及其复合对混凝 土抗 冻性 的影 响 J 硅 酸盐学 报 ， 2 0 0 5 ， 3 3 ( 4 ) ： 4 9 2 4 9 9 孙伟 ， 余红发 ， 张 云升 ， 等 冻融 及腐蚀 环境下混 凝土 使用 寿 命 预 测 方 法一损 伤 演 化 J ， 硅 酸盐 学 报 ， 2 0 0 8， 3 6( 3 )： 1 2 81 3 4 Ma r i o C o l l e o a r d i 混 凝 土新 技术 M 刘 数华 ， 冷发 光 ， 李丽华 ， 译 北京 ： 中国建材 工业 出版社 ，2 0 0 8 ： 1 011 25， 1 3 9 1 42 王新友 ， 李 宗津混 凝 土使用 寿命 预测 的 研究 进展 J 建 筑材 料学 报 ， 1 9 9 9， 2 ( 3 ) ： 2 4 9 2 5 6 Ar y a C，Xu YEf f e c t o f c e me n t t y pe o n c h l o r i d e b i nd i n g a n d c o r r o s i o n o f s t e e l i n c o n c r e t e C e m e n t a n d C o n c r e