摘要：本文對國內外預應力混凝土結構耐久性研究現狀進行了分析和總結，認為有必要進行大量工作來研究預應力混凝土結構的耐久性，并建議短期借鑒混凝土結構的耐久性研究成果。
　　關鍵詞：預應力，混凝土結構，耐久性，研究現狀
　　
　　PresentStudyonDurabilityofPrestressedConcreteStructure
　　Chenyong(ArchitecturalResearchInstituteinFuzhou350005)
　　Abstract:Inthispaper,authoranalyzesandsummarizespresentresearchresults,whichhavebeenobtainedathomeandabroadonduabilityofprestressedconcretestructures.Analysisresultsshowthatmanytasksonstudyingdurabilityofprestressedconcretestructuresshouldbedone.Authorprovidesthatresearchresultsofdurabilityofconcretestructurescouldbeusedforreferenceinshortterm.
　　Keywords:prestressedconcretestructuredurabilitypresentstudy
　　1概述
　　現代預應力混凝土結構與普通混凝土結構、鋼結構相比，不僅其結構性能好而且經濟、節材、節能，具有廣闊的應用前景。近二十年來，預應力技術在我國的應用有了迅猛的發展，它已滲入到土木、建筑、水利及交通工程各個領域。預應力技術己成為建設大(大跨度、大空間結構)、高(高層、高聳結構)、重(重荷載結構)、特（特種結構，如海洋平臺、核電站、儲液池結構等以及在鋼結構、基礎工程、道路、地下建筑、結構加固等工程中的特殊應用)工程不可缺少的最為重要的一種技術。它不僅使結構性能優越，而且能發揮材料的潛能，具有較高的經濟效益。
　　我國房屋建筑結構應用預應力技術的歷史相對較短，有關預應力筋腐蝕造成整個結構破壞的例子極少，但預應力混凝土構件耐久性失效的事故時有發生，例如呼和浩特鐵路局某倉庫的一榀21m跨預應力混凝土梯形屋架的突然倒塌等。然而隨著服役期的增長，運量的不斷提高，加之設計中對耐久性考慮的不周及施工質量的缺陷，橋梁結構的耐久性問題顯得更為突出[1]。據鐵道部1994年統計，我國正在運營的有病害橋梁共6137座，占總數的18.8%，其中預應力混凝土橋梁2675座。在全國各地建成、在建或擬建了一大批大型橋梁，它們的使用壽命都在100年以上，而鋼筋（指普通鋼筋和預應力鋼筋）的腐蝕則是結構設計使用期內一個不容回避的問題。
　　據統計，建筑業消耗了全世界40%的能源和資源，節約能源和資源是執行可持續發展戰略方針的重要內涵。預應力混凝土結構作為我國土木、水利和交通工程中應用最為廣泛和最具潛力的一種結構，加強其耐久性研究，對我國推行可持續發展戰略將有積極意義。
　　2國內外研究現狀
　　2.1相關規范、技術規程
　　1）GB50010-2002
　　《混凝土結構設計規范GB50010-2002》適用于房屋和一般構筑物的鋼筋混凝土、預應力混凝土以及素混凝土承重結構的設計。它沒有闡述裂縫對耐久性的影響。提出50年結構混凝土耐久性的基本要求：最大水灰比、最小水泥用量、最低混凝土強度等級、最大氯離子含量和最大堿含量。100年的結構混凝土耐性要求除了對上述要求更嚴格外，還增加了保護層厚度、抗凍、抗滲、鋼筋環氧樹脂涂層等措施，對于預應力鋼筋、錨具及連接器應采取專門防護措施。
　　2）ACI318-95
　　《混凝土結構規范ACI318-95》廣泛應用于混凝土結構設計，雖用一整章（第四章）的篇幅來闡述耐久性，但沒有闡述裂縫對耐久性的影響。而且通過限制混凝土中最大水灰比、最低混凝土強度和最大氯離子濃度來阻止鋼筋腐蝕。
　　3）AASHTOLRFD
　　AASHTOLRFD橋梁設計規范考慮裂縫使用極限狀態（第5.5.2條），5.7.3.4條中闡述了裂縫控制的具體措施，5.12部分闡述可以采用普通鋼筋環氧覆蓋或鍍鋅、預應力鋼筋和后張管件阻止氯離子的腐蝕。
　　4）CAN3-A23.3-M84
　　《加拿大標準協會混凝土結構設計規范CAN3-A23.3-M84》中的裂縫控制方法與ACI318-95相同。沒有明確地給出裂縫寬度限值，第10.6.4條裂縫主要通過布置普通受彎鋼筋來控制。第18.9.3.3條闡述了由于部分預應力構件裂縫寬度計算的不確定性和預應力鋼筋較易腐蝕，有必要對部分預應力構件限制更嚴格。
　　5）OntarioHighwayBridgeDesignCode-1991
　　OHBDC中8-11部分闡述了混凝土結構耐久性最低要求，該部分強調鋼筋防腐的重要性。通過混凝土保護層和涂層來提高耐久性。不同的構件在不同的環境條件下混凝土保護層厚度要求不同。需對鋼筋、錨具、體外張拉管道及其配件采用涂層來抵制含有化學物質的水侵蝕作用。
　　6）1990年CEB-FIP規范
　　1990年CEB-FIP規范的7.4部分闡述裂縫作為一種極限狀態。抗裂設計應使裂縫不會影響結構功能、耐久性和外觀。該標準通過分析程序或經驗公式來計算極限允許裂縫寬度。
　　7）BritishStandardCP110
　　《英國標準協會CP110混凝土結構應用規程》闡述了裂縫作為一種極限狀態。2.2.3.2條認為混凝土開裂一般不會影響結構的外觀或耐久性。
　　8）SIAStandard162
　　《瑞士工程師和建筑師協會混凝土結構標準162》闡述了裂縫作為一種極限狀態。SIA標準一般采用鋼筋規格和布置形式來控制裂縫寬度，但沒有明確規定如何計算裂縫寬度。
　　9）JSCE混凝土結構施工和設計標準
　　JSCE刊物SP-1《1986年砼結構施工和設計標準》第1部分（設計）闡述了裂縫作為使用極限狀態。7.3部分建議控制裂縫以滿足混凝土結構的功能、耐久性和外觀要求，并規定如何計算表面允許極限裂縫寬度。
　　2.2研究現狀
　　1．模型試驗
　　1）Poston,R.W.[2]
　　Poston通過試驗研究施加預應力橋面板試件在氯侵蝕性環境中腐蝕性能，以研究了全預應力和普通鋼筋混凝土橋面板的耐久性。非預應力構件和部分預應力構件加載至出現表面裂縫寬度達0.38mm，其余的預應力試件加載至使非預應力構件表面產生裂縫寬度達0.38mm時相應荷載而出現表面裂縫寬度僅0.051mm。用3.5%鹽水溶液試件浸泡2天，然后干燥9天，持續17個循環或歷時8個月。短期暴露試驗結果表明：（1）非預應力鋼筋的腐蝕在彎曲裂縫附近開始出現，范圍延伸至6~10倍鋼筋（裸）直徑，其中環氧包裹的鋼筋腐蝕的程度和速率非常小。（2）對于非預應力和預應力構件加載到產生裂縫寬度0.38mm，腐蝕的程度和速率相近，裂縫寬度達0.051mm時預應力構件中沒有觀察到鋼筋腐蝕。（3）預應力對未開裂混凝土區的氯離子滲入影響很小。（4）混凝土保護層厚度影響。
　　2）Moore,D.G.,Klodt,D.T.,andHansen,J.[3]
　　作為大型試驗的一部分，Moore等進行了先張拉預應力梁的腐蝕試驗。實驗的目的在于研究：（1）鋼筋和混凝土間孔隙的影響；（2）混凝土保護層的影響；（3）活荷載的影響；（4）混凝土中一定大小受拉裂縫的影響；（5）偶然超載的影響（荷載減小開裂使得裂縫閉合）。
　　試驗梁共16根，水灰比為0.40，混凝土保護層厚度從12.7mm~50mm，采用3.5%NaCl溶液浸泡，試驗持續10個月。試驗結果表明：（1）開裂梁腐蝕最嚴重的，裂縫寬度達0.1mm時觀察到銹坑腐蝕；（2）由偶然超荷引起的裂縫經10個月后愈合，在這些裂縫處未發現腐蝕發展；（3）開裂前，荷載大小對鋼筋蝕影響不大；（4）未開裂構件中，保護層大于38.1mm的構件未發現腐蝕，小于19mm的構件均發現腐蝕。
　　3）Perenchio,W.F.,Fraczek,J.,andPfiefer,D.W.[4]
　　Perenchio等進行8根梁試驗研究環氧包裹絞線和裂縫對先張拉預應力構件耐久性的影響。其中4個構件在靠近受拉面一側的絞線用環氧包裹，另一側則裸露；2個構件全部環氧包裹；2個構件全部裸露。試件在彎矩作用下表面出現裂縫，平均裂縫寬度為0.254mm。試驗期間對構件背靠背成對進行加載并維持裂縫大小。用15%NaCl溶液浸泡3.5天接著干燥3.5天，試驗持續10個月。實驗結果表明：（1）裂縫寬度0.254mm的梁開始腐蝕時間提前，腐蝕程度嚴重，且構件中未開裂部分鋼筋也有較大腐蝕；（2）本研究未得出極限裂縫寬度；（3）混凝土保護層厚度為25mm不能阻止構件開裂或未開裂部分中鋼筋腐蝕；（4）暴露期間環氧包裹的絞線未發現腐蝕現象。
　　4）J.S.West,C.J.Larosche,B.D.Koester,J.E.Breen,M.E.Kreger[5]
　　J.S.West等共進行了27根后張預應力梁和10根后張預應力柱長期耐久性試驗以研究后張預應力通過控制裂縫來提高耐久性以及腐蝕保護措施，試驗時間持續近三年。試驗結果表明：后張預應力可以有效地控制裂縫，可以提高耐久性，開裂的試件腐蝕較為嚴重且試件中開裂腐蝕比未開裂處嚴重；采用了多種力筋腐蝕測試方法，并揭示力筋腐蝕的經時模型；可以通過采用粉煤灰、高性能混凝土和環氧涂層等措施來提高耐久性。
　　5）呂志濤等課題組[6]
　　東南大學呂志濤等開展預應力混凝土結構在不同應力水平下的碳化試驗，研究在碳化侵蝕環境下應力狀態、水灰比、保護層厚度等因素對混凝土碳化速率的影響（碳化時間為90天），并借鑒已有的研究成果，建立混凝土碳化深度預測模型；開展預應力混凝土結構在不同應力水平下的氯離子侵蝕試驗，研究在鹽霧侵蝕環境下受力狀態及水灰比等因素對氯離子傳輸速率的影響（鹽霧中NaCl濃度為5%）；分析預應力混凝土結構裂縫狀態下力筋腐蝕的機理，揭示裂縫及其開展寬度與力筋腐蝕間的關系。
　　2.實際工程拆下的損傷構件試驗
　　1）Timonthy等[7]
　　Timonthy等從Fargo的一座橋下拆下一根后張預應力混凝土梁研究34年后的狀況。進行了無損和材料試驗接著鑿開后張構件，僅發現后張絞線、金屬管道和錨具局部銹蝕。
　　2）Y.Labia等[8]
　　美國內華達州大學Y.Labia等在1996年5月完成了美國國家科學基金資助項目“整體預應力混凝土箱形梁的評估和修補”，在該項目中共完成了三批預制后張跨度為21.33m的箱形梁的測試。研究內容有：①測試預應力混凝土橋梁的強度和適用性能,以與現行規范公式進行比較。通過研究發現這些梁測量的極限荷載與規范預計值吻合較好,但是延性和預應力損失與規范預計值差別較大。②測試預應力筋的修補方法和評估在設計疲勞荷載和重復施加的靜荷載作用下的預應力梁強度。研究發現超載將明顯降低梁的疲勞壽命，通過研究發現預應力筋損傷的主要原因是由于車輛超載和腐蝕。
　　3結語
　　綜上所述，世界范圍內有關預應力混凝土結構耐久性方面的研究很少，國外可見于文獻的試驗只有寥寥幾個，且大部分試驗為短期試驗時間不超過三年，國內關于預應力混凝土方面的試驗幾乎為零，尚需進行大量的工作，建議短期借鑒混凝土結構的耐久性研究成果。
　　
　　參考文獻
　　
　　[1]萬德友,張煅等，我國鐵路橋梁及墩臺狀態評估技術現狀與展望，中國鐵道學會橋梁病害診斷及剩余壽命評估學術研討會，大連，1995，5
　　[2]PostonR.W.，“ImprovingDurabilityofBridgeDecksbyTransversePrestressing”，DoctorofPhilosophyDissertation，TheUniversityofTexasatAustin，December1984
　　[3]Moore,D.G.，Klodt,D.T.，andHansen,J.，“ProtectionofSteelinPrestressedConcreteBridges”，NCHRPReport90，1970
　　[4]Perenchio,W.F.，Fraczek,J.，andPfiefer,D.W.，“CorrosionProtectionofPrestressingSystemsinConcreteBridges”，NCHRPReport313，February1989
　　[5]J.S.West，C.J.Larosche，B.D.Koester，J.E.Breen，andM.E.Kreger，“State-of-the-ArtReportaboutDurabilityofPost-TensionedBridgeSubstructures”，ResearchReport1405-1，October1999
　　[6]張德鋒，預應力混凝土結構耐久性研究：[學位論文]，南京：東南大學
　　[7]TimothJ.Dickson,HabibTabatabai,DavidA.Whiting,Ph.D.，“CorrosionAssessmentofa34-Year-OldPrecastPost-TensionedConcreteGirder”，PCIJournal，November-December1993：44-51
　　[8]Labia,Y.V.，Saiidi,M.，andDouglas,B.，“EvaluationandRepairofFull-ScalePrestressedConcreteGirders”，CCEER-96-2，UniversityofNevada，Reno，NV，May1996