新旧混凝土结构耐久性设计规范对比分析.pdf

水利水 电技术第 4 1卷2 O 1 0年第 1 0期 新 旧混 凝 土 结构 耐 久性 设 计 规 范 对 比分 析 张爽 ，谢剑 ， ( 1 天津大学 土木工程系，天津 3 0 0 0 7 2 ；2 天津市土木工程结构及新材料重点实验室，天津 3 0 0 0 7 2 ) 摘要：本文将 混凝土结构设计规 范 ( G B 5 0 0 1 0 -2 0 0 2) 环境 类别二 与 混凝 土结构耐久性设计 规 范( G B T 5 0 4 7 6 -2 0 0 8 ) 中对应 的环境 作用等级之 间的主要 差异进行 对 比分析 ，以供 设计 和评 估人 员参考。 关键词 ：混凝土耐久性 ；环境类别；设计规范；对比分析 中图分 类号 ：T V 4 3 1 文献标 识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 0 ) 1 0 0 0 9 1 0 4 Co m pa r a t i v e a n al y s i s be t we e n c o nc r e t e s t r uc t ur e du r a b i l i t i e s s p e c i fie d i n ne w an d o l d de s i g n c od e s Z HANG S h u a n g XI E J i a n ， ( 1 D e p a r t m e n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， T i a n j i n U n i v e r s i t y ， T i a n j i n 3 0 0 0 7 2 ， C h i n a ； 2 T i a n j i n K e y L a b o r a t o r y o f C i v i l E n g i n e e r i n g S t r u c t u r e s a n d N e w Ma t e r i a l s ， T i a n j i n 3 0 0 0 7 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：A c o m p a r a t i v e a n a l y s i s b e t w e e n t h e E n v i r o n me n t a l c a t e g o r y I I i n t h e“ C o d e f o r D e s i g n o f C o n c r e t e S t r u c t u r e s ”( G B 5 0 0 1 0 -2 0 0 2 )a n d t h e c o r r e s p o n d i n g e n v i r o n m e n t a l s p e c i fi c a t i o n i t e m s i n t h e“ C o d e fo r D u r a b i l i t y D e s i g n o f C o n c r e t e S t r u c t u r e s ”( G B T 5 0 4 7 6 -2 0 0 8 )i s m a d e h e r e i n ， S O a s t o p r o v i d e a r e f e r e n c e for t h e d e s i g n a n d e v a l u a t i o n c o n c e r n e d Ke y wo r ds：c o n c r e t e d u r a bi l i t y；e nv i r o n me nt a l c a t e g o ry ；d e s i g n c o de；c o mp a r a t i v e a na l y s i s 1 对比方法及指标选择 我国于 2 0 0 2年将混凝土耐久性设计写入 混凝土 结构设计规范 ( G B 5 0 0 1 0 -2 0 0 2 ) ；2 0 0 4年 ，中国土 木工程学会 编制 混凝 土结 构耐久 性设计 与施 工指 南 ( C C E S O 1 2 0 0 4 ) ，2 0 0 5年进行 修订 ；2 0 0 7年 ， 中国工程建设标准化协会编制标准 混凝土结构耐久 性评定标准( C E C S 2 2 0 ) ；2 0 0 8年批 准 混凝土结构 耐久性设计 规范( G B T 5 0 4 7 6 -2 0 0 8 )自 2 0 0 9年 5 月开始实施。 在众多 成 果 中， 混 凝 土结 构 设 计 规 范 ( G B 5 0 0 1 0 -2 0 0 2 ) ( 以下简称 “ 旧 规 范 ” ) 和 混凝 土 结构耐久性设计规范 ( G B T 5 0 4 7 6 -2 0 0 8 ) ( 以下 简称“ 新 规范 ” ) 尤其重要 ，代表着我国耐久性研究 进展的两个重要 阶段 ，为了更好地理解新 旧 规 范 的差异 ，本文对其进行对 比研究。 在对 比方 法上 ，本 文将 以 旧 规范 中的 二类 ( a ) 环境类 别 与新 规 范的 IB和 IC对 应 ， 旧 规 范 中的二类 ( b ) 与新 规 范的 一C和 V a t e r Re s o u r c e s a n d Hy d r o p o we r En g i n e e r i n g Vo l 4 1 No 1 0 一 D的无盐环境 对 应 ，进 行 新 、 旧 规 范的对 比 分 析 。 选择对 比指标 ：满足耐久性要求 的混凝土最低强 度等级 、混凝土裂缝计算宽度限值 、混凝土的最大水 灰 ( 胶) 比、钢筋的最小保护层厚度 、单位体积混凝 土的胶凝材料用量 、混凝土中的最大氯离子含量 、最 大三氧化硫含量和最大碱含量。 2 满足耐久性要求的混凝土最低强度等级对比 在混凝土结构的耐久性设计中 ，满足耐久性要求 的混凝土最低强度等级是最基本的参数之一。 旧 规范 只是针对设 计使用年 限为 5 0年 的结 构混凝 土 ，提 出 了满 足耐 久性 要 求 的混 凝 土 最低 强度等 级 ：二 类 ( a ) 规定 t 昆凝 土 最 低 强 度 等 级 为 C 2 5，二类 ( b ) 为 C 3 0；对设 计 使用 年 限为 1 0 0年 收稿 日期 ：2 0 1 0 0 1 2 O 基金项 目：围家“ 十一五” 科 技支撑 计划( 2 0 0 6 B A J 0 3 A 1 0 ) 。 作者简介 ：张爽( 1 9 8 5 一 ) ，男 ，内蒙古人 ，硕 士研究生 。 9 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张爽， 等新旧混凝土结构耐久性设计规范对比分析 的结构混凝土做 出 了“ 应 采取专 门有效 措施 ” 的特 殊 规 定 。 新 规范 对满足耐久性要求 的混凝 土最低 强度 等级的规定见表 1 。可以看出 ，新 规范 针对设计使 用年限为 1 0 0年、5 0年和 3 0年混凝土结构满足耐久 性要求最低强度等级都做了规定 。对非冻融环境 ，新 规范 要求最低混凝 土强度等级 比旧 规范 有所提 高；新 规范 对冻融环境的 l Ic等级给 出引气混 凝土强度等级和非引气混凝土强度等级 ，对冻融环境 一D等级，给出引气混凝土的强度等级 ，且非引气 混凝土的最低强度等级也 比旧 规范 有所提高 ；对 于预应力混凝 土构件 的混凝 土，新 规范 做 出了最 低强度不应低于 C 4 0的规定。 新 规范 不仅考虑 了设计使用年限的因素 ，而 且对于可以改善抗冻性能的引气混凝土的使用也做 了 详细规定 ，这样更有助于设计人员 的理解 和实际操 作。 表 1 新 规范 中混凝土最低强度等级 混凝土最低强度等级 环境类别 作用等级 1 0 0焦 5 O年 3 O年 B C 3 5 C 3 0 C2 5 I C ( 0 C 3 5 C3 0 C C 3 5， C 4 0 C 3 0， C4 5 C 3 0， C 4 0 D C 4 0 C 3 5 C 3 5 注 ：预应力混凝土构件的混凝 土最低强度不应低于 C A 0。 3 混凝土裂缝计算宽度限值对比 无论是钢筋混凝土结构还是预应力混凝土结构 ， 裂缝及其宽度对钢筋腐蚀都有影响 ，且宽度不同其影 响程度也不同。旧 规范 和新 规范 对验算荷载作 用引起的最 大裂缝宽度 都做 出 了限定 ( 见 表 2和表 3 ) 。研究表 明l 2 ，按照 旧 规范 公式计算得到 的最 大裂缝宽度要比国内外其他规范计算值大得多，而规 定的裂缝宽度值偏严格 ，因此 ，新 规范 对此做出 了调整。即从表 2和表 3的数值上对比可以看出 ，新 规范 对于旧 规范 的混凝土最大裂缝宽度限值要 求有所放松。 此外，增大混凝土保护层厚度虽然会加大构件裂 缝宽度 的计算 值 ，但 实 际上对保 护钢 筋减轻 锈蚀 十分 有利 。因此 ，新 规范 规定 ：部分预应力 A类构 件按现行行业标准 公路钢筋混凝土及预应力混凝土 桥涵设计规范 ( J T G D 6 2 ) 4 1 计算裂缝宽度 ，旨在不 考虑保护层厚度对裂缝宽度值的影响。 表 2旧 规范 中混凝土结构构件 最大裂缝宽度限值 m m 钢筋混凝 土结构 预应力混凝土结构 环境类别 裂缝控制 最大裂缝 裂缝 控制 最大裂缝 等级 宽度 限值 等级 宽度限值 二类 卜一 0 2 ， I b 注 ：“ ”表示不允许出现裂缝 。 表 3新 规范 中混凝土结构构件 最大裂缝宽度限值 m m 环境类别 作用等级 钢筋混凝土构件 有粘结预应 力混凝土构件 B 0 3 O 2 I C O 2 O 1 C O 2 0 1 按二级 裂缝 控 制或 按部 分 D O 2 预应力 A类构件控制 4 最大水灰( 胶) 比对比 旧 规范 中的“ 灰” 主要是指常用 的无机胶凝材 料如石灰、石膏、水泥等工地上俗称为 “ 灰” 的建筑 材料 ，水灰比即水和上述无机胶凝材料 的重量之 比。 旧 规范 针对设计使用年限为 5 O年 的结构混凝土， 规定的最大水灰比为 ：二类 ( a ) 为 0 6 0 ，二类 ( b ) 为 0 55。 如今 ，有机胶凝材料得到 了广泛 的应用。因此 ， 新 规 范 对此进行 了调整 ，规定 了水胶 比的限值 ， 即对每立方米混凝土用水量与所有胶凝材料用量的比 值进行限值。而一般情况下 ，混凝土最基本的胶凝材 料仍为水泥。新 规范 对水胶 比的限值见表 4 。以设 计使用年限 5 0年为例 ，通过对 比可以看 出，旧 规 范 只对设计年限为 5 0年 的结 构混凝土最大水灰 比 进行 了限定 ；而新 规范 不仅考虑 了设计年限 ，而 且对不同强度等级的混凝土分别给出了不同的最大水 胶比。此外 ，还对引气混凝土的最大水胶 比进行了限 定 。 表 4 新 规范 中混凝土的最大水胶比 5 0年 环境类别 作用等级 混凝土强度等级 最大水胶 比 B C3 0 C 3 5 0 5 5，0 5 0 I C C 3 5， C 40， C 4 5 0 5 0，0 4 5， 0 4 0 C无 盐 C 4 5，C 5 0 ，C a 3 0 0 4 0 ，0 3 6 ，0 5 5 D无盐 C 3 5 0 5 O 水利水电技术第4 l 卷2 0 1 0年第 1 0期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 从数值上看 ，新 规范 对最 大水胶 比的要求与 欧美 的相关规范相近 ，这些数据 比照了已建工程实际 劣化现状的调查结果 ，并用材料 的劣化模型做 了近似 的校核 ，其要求总体上略高于旧 规范 。 5 钢筋的最小保护层厚度对比 钢筋混凝土结构 中混凝土最小保护层厚度的确定 是钢筋混凝 土结构耐久性设计 的一个 重要方 面 ，旧 规范 和新 规范 对此的规定见表 5和表 6 。新规范 针对设计使用年限的不 同进行 了规定 ，表 6是以设计 使用年限 5 O年为例进行分析。 表 5 旧 规范 中钢筋的最小保 护层厚度 m m 构件类 型 作用等级 混凝土强度等级 最小保护层厚 度 二 a C2 5C 45 C5 0 2 0， 2 0 板 墙 壳 类 b C 2 5 C A - 5 C5 0 2 5， 2 0 二 a C2 5C 45 C5 0 3 0， 3 0 梁 类 b C 2 5 C 45 C5 0 3 5， 3 0 二 a C2 5 C 4 5 C5 0 3 5 3 0 柱 类 b C 2 5 C 4 5 C 5 0 4 0， 3 5 表6 新 规范中钢筋的最小保护层厚度 m m 环境 作用 5 0年 构件类 型 类别 等级 混凝土强度等级 最小保 护层 厚度 B C3 0 C3 5 2 5，2 0 I 板 、墙等面 C C 3 5，C 4 0，C A5 3 5，3 0，2 5 形构件 C无盐 C 4 5 ， C 5 0， C 3 0 3 0，2 5， 3 0 D无盐 C 3 5 3 5 I B C 3 0 C 3 5 3 0，2 5 梁 、柱等条 C C 3 5 ，C A - 0 ，C 4 5 4 0 ，3 5 ，3 0 形构件 C无 盐 C 4 5 ， C5 0， C 3 0 3 5 ， 3 0，3 5 D无 盐 C 3 5 4 0 旧 规范 规定 的钢筋混凝土结 构混凝土保 护层 厚度主要是根据经验和工程判断给出的，理论上做的 工作 比较少 。而新 规范 中钢筋最小保护层厚 度 的确定 ，是比照了大量已建工程的实际劣化现状的调 查 结果 ，并 在 对材 料 的劣 化模 型做 了近似 的校 核 基础 上进行的，数值上也是高于旧 规范 的，且考虑了 设计使用年 限的不同。对于构件类型的分类标准也做 了相应调 整 ，从 旧 规 范的 “ 板 墙 壳 ” 、“ 梁 ”和 “ 柱” ，调整 为新 规 范的“ 板 、墙 等 面形 构件 ”和 “ 梁、柱等条形构件 ” ，即从几 何形状上进行 了构件 类型归并 ，更适用于实际操作。 水 水电技术第 4 1卷2 0 1 0年第1 0期 张爽， 等新旧混凝土结构耐久性设计规范对比分析 6 单位体积混凝土的胶凝材料用量对比 旧 规范中 的单 位体 积混 凝 土 的胶凝 材料 用 量即单位体 积 混凝 土 的水 泥用 量 ，对设 计 年 限为 5 0年 ，强度 等级 为 C 2 0C 3 0的单位 体 积 混凝 土 最小水 泥用量做 了规定 ：二类 ( a ) 最低 混凝土 强度 等级 为 C 2 5时 ，最小水泥用量 为 2 5 0 k g m ；二 类 ( b ) 最 低混 凝 土 强度 等 级 为 C 3 0时 ，最 小 水 泥 用 量 为 2 7 5 k g m 。 新 规范中的胶凝材料则包 含了如前所述 的有 机和无机胶凝材料 ( 见 表 7 ) 。新 规范 对强度等级 为 C 2 5以上的单位体 积混凝土最小胶 凝材料用量都 做了限定。此外 ，从数值上可 以看出 ，新 规范比 旧 规范 的要求有所提高。新 规范 还规定 了单位 体积混凝土最大胶凝材料用量 。 表 7新 规 范中单位体积 混凝 土的 水泥胶凝材料 用量 k g m 最低强度等级 最小用量 最大用量 C 2 5，C3 0，C 3 5 2 6 0，2 8 0，3 0 0 4 oo C 40，C 4 5， 3 2 03 4 0 4 5 0 C 5 0 3 6 0 48 0 C5 5 3 8 0 5 o o 在强度与原材料相同的情况下 ，胶凝材料用量较 小 的混凝土 ，体积稳定性好 ，其耐久性优于胶凝材料 用量较大的混凝土 。根据耐久性 的需要 ，单位体积混 凝土胶凝材料用量不能太少 ，但过大用量会增加混凝 土的收缩 ，使混凝土更容易开裂 ，因此在控制单位体 积混凝土最小胶凝材料用量的同时也应对单位体积混 凝土最大胶凝材 料用量进行限定 。新 规范 对胶 凝材料的上 、下限值都做 了规定 ，这样更趋于合理。 7 混凝土中的最大氯离子含量 、最大三氧化 硫含量和最大碱含量限值对比 旧 规范 中对设计使用年限为 5 0年的混凝土最大 氯离子含量和最大碱含量做出了如下的规定 ：二类 ( a ) 氯离子含量不超过 0 3 ，碱含量不超过 3 0 k g IT I ； 二类( b ) 氯 离子 含 量不 超过 0 2 ，碱 含量 不 超过 3 0 k m 。对设计使用年限为 1 0 0年的规定 “ 应采取 专门有效措施” 。未对混凝土中的最大三氧化硫含量 进行限定。 新 规范 中对应 的环境类别 IB和 一A的混 凝 土 中 最 大 氯 离 子 含 量 为 ： 钢 筋 混 凝 土 0 2 和 0 1 5 ；预应力混凝土 0 0 6 ，对于重要 桥梁 等基 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张爽， 等新IIq g 凝土结构耐久性设计规范对比分析 础设施 ，各 类 环境 条件 下 ，氯离 子 含量 均不 超 过 0 0 8 。三氧化硫的最大含量不应超过胶凝材料总量 的4 。对骨料无活性 且处于干燥环境 和潮湿 环境 ( 相对湿度 7 5 ) 条件下的混 凝土构件 ，碱含量不 应超过 3 5 k g m 和 3 0 k g m ；对骨料有活性但处 于潮湿环境条件下的混凝土构件 ，应严格控制混凝土 碱含量并掺加矿物掺合料。 相对于旧 规范 而言 ，新 规范 对氯离子 的要 求更加严格 ，而对碱含量 的要求 ，新 规 范 则综合 考虑了骨料的有、无活性和结构混凝土是否处于潮湿 环境的影响，分类更加细致。但新 、旧 规范 均未 能根据各种环境类别 、作用等级和设计使用年 限，来 对混凝土中的最大氯离子含量 、最大三氧化硫含量和 最大碱含量来进行 限值规定 ，此处有待 于进 一步改 进 。 在我 国基础设施大规模建设 的今天 ，如果耐久 性处理不当，很容易造成经济损失 。确保新 规范 的正确实施 ，不仅是结构 耐久性 的实际要求 ，更是 ( 上接 第 9 0页) 难 ， 水 电水 利工 程预 应力 锚 索施 工规 范( D I T 5 0 8 3 -2 0 0 4 ) 附录 E的计算公 式 内各系数 均难 以确 定 ，故计算时忽略了各种系数影响；实际伸长值计算 亦如此 ，按 D I T 5 0 8 3规范附录 E的计算方法 ，实 际伸长值由锚索实际伸长值和初应力下的推算伸长值 组成 ，而初应力下 的推算伸长值难以确定 ，利用第 2 级( 4 0 0 k N) 张拉时的实测伸长值减 掉其理论值 的绝 对值作为初始伸长值进行计算 。实际计算的伸长率偏 差值 6离散性比较大 ，尤其是覆盖层较深的锚索 ，部 分 6 值超出规范规定的 一5 +1 0 范围。 因 6值的准确计算对 张拉过程具有重要指导意 义，但由于受覆盖层孔壁坍塌 、局部变径孔段急弯等 对绞线摩阻力的影响，孑 L 内锚索形态和受力情况 比岩 锚复杂 ，需进一步研究。 4结语 通过护岸边坡两个阶段预应力锚 索试 验 ，布置 “ 三进三出” 灌浆管路 ，先灌注止浆包 ，待凝 8 h后 确保我国基础建设 顺利 发展 的重大举措 。通过新 、 旧 规范 的对 比，可以看 出我 国在混凝 土结构耐久 性研究 的进展突出，但新 规范中也存在很多 的不 足之处 ，需要广大从业人员的不懈努力来进一 步完 善。 参考文献 ： 1 G B 5 0 0 1 0 -2 0 0 2 ，混凝土结构设计规范 S 2 G B T 5 0 4 7 6 -2 0 0 8，混凝土结构设计规范 S 3 徐善华 ，牛荻涛 ，王庆霖 大气环境条件下混凝 土保护层取值 的研究 J 土木工程学报 ，2 0 0 5 ( 3 8 ) ：4 5 5 0 4 J T G 10 6 2，公路钢筋混凝土及预应力混凝 土桥涵设计规范 S 5 金伟 良，等 混凝土结构耐久性设计方法 与寿命预测研究进展 J 建筑结构学报 ，2 0 0 7 ( 2 8 ) ：7 - 1 3 6 隋莉莉 ，刘云浪 ，等 混凝 土耐 久性新 旧设计 标准 比较分析 J 混凝土 ，2 0 0 8 ( 1 2 ) ：8 1 0 7 王琼 ，谢剑 锈 胀开 裂准则下保 护层 厚度的确定 C 第 l 7 届全国结 构工程学术会议论文集 北 京 ： 工 程力学 杂志社 ， 2m R ( 责任编 辑陈 小敏 ) 起拔覆盖层套管 ，然后灌 注内锚段 ，待张拉完毕后 再采用花管灌注张拉段的施工工艺可以满足本特殊 地层条件下的施 工要求 ，综合 比较更经济 ，施工质 量满 足设计要求 ，可用于本工程边坡锚 索大范围施 工 ，同时本工艺可在相类似地基锚索施 工中借鉴利 用 。 参考 文献 ： 1 中南勘测设计研究院 金沙江向家坝水 电站重件运输道路和岸 坡 防护工程设计报告 R 长沙 ：中水顾 问集 团中南 勘测设计 研究 院，2 0 0 6 2 梁炯望 锚固与注浆 技术手 册 M 北京 ：中国 电力 出版社 ， 2 0 0 6 3 陈新 ，赵文谦 压力型和拉力型锚索锚固作 用的原 位试验研究 J 水力发 电，2 0 0 9，3 5 ( 3 ) ：4 7 5 0 4 刘智香 压力分散型 预应力锚索施 工技术研究 J 国防交 通 工程与技术 ，2 0 0 9 ( 3 ) ：5 3 5 5 5 李伟 ，孙永吉 ，朱天琴 ，等 布袋式充浆止浆环在预应力锚 索 施工中的应用 J 人民黄河 ，2 0 0 9 ，3 1 ( 4 ) ：1 0 7 - 1 0 8 ( 责任 编辑欧 阳越 ) 欢迎投稿 欢迎订 阅 欢迎刊( 登 告 水利水电技术第 4 1卷2 0 1 0年第1 0期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m