预应力混凝土损伤耐久性影响因素分析

预应力混凝土损伤耐久性影响因素分析

王强劲

鄂州职业大学建筑工程学院

摘要：近年来，随着我国交通工程建设的不断发展，预应力构件越来越被广泛应用，预应力混凝土结构耐久性值得我们重视。本文从预应力混凝土损伤有关耐久性问题浅析，提出目前用于混凝土结构耐久性的提升技术，为进一步拓展和完善预应力混凝土结构耐久性提供参考。

关键词：预应力；混凝土结构；耐久性

预应力混凝土结构隶属于混凝土结构，许多混凝土近结构耐久性问题对预应力混凝土结构和普通混凝土结构而言是相通的。相比之下，预应力混凝土结构的特殊之处主要体现在两个方面：一是含有预应力钢筋和锚固连接体系等具有特殊腐蚀行为和高工作应力状态的预应力材料体系；二是在长期使用时荷载受拉区混凝土往往存在预压应力，这给混凝土的损伤演化及有害介质的侵蚀过程带来影响。下面主要针对预应力混凝土结构损伤耐久性影响因素进行分析。

1 预应力混凝土损伤有关耐久性问题

1.1碱骨料反应

碱骨料反应是混凝土骨料中有害活性矿物质与混凝土孔溶液中碱性离子发生膨胀性反应而导致混凝土开裂的现象。针对普通混凝土结构碱骨料反应的研究工作已有不少，但对于采用较高强度等级和存在较高应力水平的预应力混凝土结构的相关研究极少。Larson等6研究了碱骨料反应对带台阶式端头的先张法预应力混凝土梯形截面箱形梁的影响，结果发现：碱骨料反应并没有引起梁整体受弯和受剪性能的明显退化，但却引起了预应力钢绞线与混凝土之间的锚固粘结性能退化，这导致预应力传递区段范围内混凝土表面裂缝宽度因此增大以及台阶式端头部位的受剪性能退化。

1.2冻融循环损伤

冻融循环会使混凝土承受周期性冻胀作用而产生损伤，从而引起结构性能的退化。各国已对普通混凝土结构冻融循环损伤问题展开了广泛研究，段桂珍等对此进行了较为系统的综述，其中涉及到了对荷载作用影响的总结，认为应力的存在导致混凝土冻融破坏的脆性特征更加显著；应力水平越大，破坏力越强，相对动弹性模量下降越快，混凝土能承受的冻融循环次数越少。换言之，应力加速了混凝土损伤与劣化过程。

直接针对预应力混凝土结构冻融循环损伤的研究较少，邹洪波等[1]借助两根400mm长的预应力混凝土试件研究了冻融循环作用对钢绞线预应力损失的影响，结果表明：当混凝土所受预压应力较大时，钢绞线预应力损失随混凝土冻融次数增加而增大，反之则减小。

曹大富等[2]对多根1000mm长快速冻融损伤预应力混凝土梁试件进行了受弯性能试验，结果表明：在不超过125次的冻融循环作用下，梁的开裂荷载和极限荷载分别随着冻融循环次数的增加呈直线和加速下降；开裂后的抗弯刚度随冻融循环次数的增大而下降；另外还给出了冻融后预应力混凝土梁极限承载力的计算方法。

刘荣桂等[3]对15根515mm长预应力混凝土梁进行了在不同冻融循环次数后的低周疲劳试验，研究冻融环境下疲劳寿命的主要因素，结果表明：预应力水平和冻融循环次数是影响预应力混凝土结构疲劳寿命的主要因素；将冻融损伤等效于疲劳损伤，采用两级疲劳作用模式，建立了冻融环境下预应力混凝土梁的疲劳寿命预测模型。

1.3硫酸盐腐蚀

硫酸盐腐蚀会导致混凝土发生物理膨胀损伤和化学溶蚀损伤，从而引起结构性能的退化。各国已对普通混凝土结构的硫酸盐腐蚀问题展开了广泛研究，张光辉[4]对此进行了较为系统的综述，其中涉及到了荷载作用影响的总结，认为荷载作用引起的裂缝或微裂缝加速了硫酸盐溶液的渗透和扩散；在一定条件下，应力的存在会显著降低混凝土抗硫酸盐腐蚀的能力。

直接针对预应力混凝土结构硫酸盐腐蚀问题的研究极少，朱兰芳等[5]对7根预应力混凝土梁进行了不同时长硫酸盐溶液浸泡腐蚀，经回弹法测得的腐蚀混凝土强度变化率在15%一32%之间，然后对腐蚀梁进行了静载试验，结果发现：所有试验梁的开裂荷载均较腐蚀前有所提高；短期腐蚀试件承载力没有明显变化，但长期腐蚀试件承载力发生退化，且退化程度随腐蚀程度增大而增大；钢筋和混凝土没有发生粘结滑移，粘结性能未受腐蚀影响；随腐蚀时间增长，梁的刚度和延性不断下降，且下降的幅度与浸泡溶液浓度呈线性关系；受硫酸盐腐蚀后，预应力混凝土梁的破坏形态未发生变化。姜正平等研究了预应力高强混凝土管桩(PHC桩)的耐腐蚀性水平，结果发现，压蒸工艺和磨细石英砂的掺入大幅度减少了易遭受硫酸盐侵蚀的必要组分，这使养护良好的PHC桩混凝土具有良好的耐硫酸盐侵蚀性能。

2 结语

预应力混凝土结构应用至今已有几十年了，目前已出现较为严重的耐久性问题，并可预计其将来的耐久性矛盾将更加突出，因此，研究预应力混凝土结构耐久性问题具有重要的工程意义。而且，预应力混凝土结构多用于较为重要的工程中，耐久性劣化乃至失效所带来的后果十分严重，所以提升这类结构的耐久性抗力应是一个很有意义的方向。目前已有许多技术应用于混凝土结构耐久性提升中，如混凝土再碱化技术、氯离子电迁移技术、阻锈剂电渗技术、钢筋电绝缘技术、钢筋电偶腐蚀保护技术、钢筋涂层保护技术、不锈钢筋技术等，但这些技术的应用范围还不够广，工程效果还有待优化。

参考文献：

[1] 邹洪波，罗小勇，周奇峰。冻融循环下无黏结预应力钢绞线耐久性的实验研究[J]。中南大学学报：自然科学版，2014,45(1)：293-298.
[2] 曹大富，秦晓川，袁沈峰。冻融后预应力混凝土梁受力全过程试验研究[J]。土木工程学报，2013,46(8)：38-44.

[3]刘荣桂，付凯，颜庭成等。预应力混凝土结构在冻融损伤条件下的疲劳寿命预测模型研究[J]。建筑结构学报，2009,30(3)：79-86.

[4] 张光辉。混凝土结构硫酸盐腐蚀研究综述[J]。混凝土，2012(1)：49-54,61.

[5] 朱兰芳，曹大富。预应力混凝土梁受硫酸盐腐蚀后的力学性能研究[J].混凝土，2009(6)：28-30.