4.2 混凝土结构
4.2 混凝土结构
4.2.1 混凝土结构及构件的选择应符合下列规定：
1 框架宜采用现浇结构；
2 腐蚀性等级为强时，屋架、屋面梁和工作级别等于或大于A4的吊车梁，宜选用预应力混凝土结构；
3 腐蚀性等级为强、中时，柱截面宜采用实腹式，不应采用腹板开孔的工形截面。
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4.2.1 混凝土结构的耐久性，除了在材料上应有保证以外，还应由结构和构件的选型、裂缝控制和构造措施以及表面防护来保证，其中结构和构件的选型有时会起主导作用。本标准吸取了国内外的经验教训，提出若干要求。
1 现浇钢筋混凝土框架结构具有整体性好和便于防护的优点，没有钢埋件和装配节点可能形成的薄弱环节，因此其耐久性相对较好。
2 根据一些试验表明，混凝土在受力状态下的腐蚀，受拉部分要比受压部分严重。预应力混凝土构件具有强度高、抗渗性强和裂缝少的特点，因此从耐久性角度来讲，预应力混凝土构件要比普通钢筋混凝土构件优越。
3 柱截面的形式宜采用实腹式，其目的是为了减少受腐蚀的外露面积，同时规整的截面也便于防护。腹板开孔的工字形柱的表面积大，容易遭受腐蚀，所以在腐蚀性等级为强、中时不应采用。
4.2.2 预应力混凝土结构的设计应符合下列规定：
1 腐蚀性等级为强、中时，宜采用先张法预应力混凝土结构；采用无粘结预应力混凝土结构时，锚固系统应采用连续封闭的防腐蚀体系或孔道灌浆。防腐蚀材料的耐久性能应与体外束所属的环境类别和设计使用年限的要求相一致。
2 预应力混凝土结构应采用整体结构，不应采用块体拼装式结构。
3 先张法预应力混凝土构件不应采用直径小于6mm的钢筋和钢丝作预应力筋。用于预应力混凝土构件的钢绞线，单丝直径不应小于4mm。
4 后张法预应力混凝土结构应采用连续全封闭的防腐蚀体系，不应采用抽芯成形孔道和金属套管。
5 后张法预应力混凝土结构的锚固端宜采用埋入式构造。
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4.2.2 近年来，随着技术水平的提高，预应力混凝土的应用得到较大发展。
(1)先张法预应力混凝土结构在预制工厂完成，质量较易保证，混凝土密实度较高，预应力筋的保护较为严密，腐蚀环境中，耐久性能较强。
(2)预应力混凝土结构推荐采用整体结构，因块体拼装式结构存在拼接缝隙，此缝隙难以密封，腐蚀性介质会从缝隙渗入，腐蚀预应力钢筋。某厂21m跨度的拼装式梯形屋架，因腐蚀性介质从拼缝中渗入腐蚀预应力钢筋，使用10年后，预应力钢筋蚀断而突然掉落。所以块体拼装后张法预应力构件在腐蚀的条件下不应使用。
(3)由于预应力筋处于高应力状态，容易产生应力腐蚀，若钢丝(或钢筋)直径较细(φ＜6mm)，稍有腐蚀，其截面面积损失比例较大，故不应使用直径小于6mm的钢筋和钢丝作预应力筋。
预应力混凝土构件的钢绞线应控制单丝直径。
(4)无粘结预应力混凝土结构采用多重手段防护且施工方便，可检测，可更换。目前国内科研、设计、施工水平逐步提高，应用也愈趋广泛。根据现行行业标准《无粘结预应力混凝土结构技术规程》JGJ 92规定和国内外的应用经验表明，对处于腐蚀条件下的无粘结预应力锚固系统应采用连续封闭体系，经过10kPa静水压力下不透水试验，可保证其耐久性。
(5)后张法预应力混凝土结构的预应力筋要密封防锈。抽芯成形的预应力钢筋孔道密封性能差，金属套管的耐腐蚀性能不佳，均不应采用；可选用耐老化性能较好的塑料波纹管。
(6)后张法预应力混凝土结构的锚具及预应力筋外露部分，均为防腐蚀薄弱环节，它的失效将导致整个结构的破坏。因此要进行严格封闭，宜采用埋入式构造，可按现行行业标准《无粘结预应力混凝土结构技术规程》JGJ 92的有关规定执行。
4.2.3 在腐蚀环境下，设计使用年限为50年的结构混凝土耐久性基本要求应符合表4.2.3的规定。
注：1 预应力混凝土构件最低强度等级应按表中提高一个等级，最大氯离子含量为胶凝材料用量的0.06％；
2 设计使用年限大于50年时，混凝土耐久性基本要求应按国家现行有关标准执行或进行专门研究。
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4.2.3 根据现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068的规定，结构的设计使用年限为5年、25年、50年、100年，一般建筑的设计使用年限通常为50年，100年的少见，所以，本条仅规定了设计使用年限为50年的结构构件耐久性基本技术指标，其他设计使用年限的耐久性指标可按有关规范执行。
保证混凝土结构构件的耐久性有许多要求，本条仅是最基本的要求。遇其他化学腐蚀环境，还是应采取表面防护的方法，其防腐蚀技术措施应根据腐蚀性介质和等级的不同区别对待。
①低标号的混凝土耐腐蚀能力弱。现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB?50010规定，处于环境类别为三类的结构混凝土强度等级不应低于C35。所以本标准规定在弱腐蚀等级时，最低混凝土强度等级为C30。
②腐蚀性介质对构件的腐蚀，一般是由外表向内部逐渐进行的。混凝土的抗渗性能对腐蚀速度起重要影响。混凝土的抗渗性能主要决定于混凝土的密实度，而对混凝土密实度起控制作用的是水胶比和胶材用量，其中水胶比起主要作用。水胶比与碳化系数之间有近似的线性关系；胶材用量与碳化系数之间也近似呈线性关系，但胶材用量小于300kg/m3时，系数明显增加。国内外关于混凝土耐久性的设计规定中都对最大水胶比和最小胶材用量有明确规定，结构混凝土水胶比一般控制在0.55(抗渗等级相当于0.6MPa)以内，预应力混凝土为0.45(抗渗等级相当于0.8MPa)以内。
本条中规定“最低混凝土强度等级”(而非抗渗标号)，是除桩基础以外的混凝土强度等级的基本要求，我们推荐在能够控制施工质量的前提下，采用较高强度的混凝土。预应力混凝土构件最大氯离子含量0.06％指水溶性试验方法，不能采用酸溶性试验方法。
4.2.4 设计使用年限为50年的钢筋混凝土和预应力混凝土结构构件的裂缝控制等级和最大裂缝宽度允许值，应符合表4.2.4的规定。
注：裂缝控制等级的划分应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定。
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4.2.4 本条所指“裂缝”均为受力产生的横向裂缝。构件的横向裂缝宽度对耐久性有一定的影响，宽度过大将导致钢筋的锈蚀。
控制裂缝及裂缝宽度也是防腐蚀设计的一个重要控制环节。本标准与国家现行标准《混凝土结构设计规范》GB 50010、《无粘结预应力混凝土结构技术规程》JGJ 92接轨。
预应力混凝土构件中的配筋，处于高应力工作状态，而又大都采用高强钢材，对腐蚀比较敏感，在腐蚀性介质和拉应力共同作用下，容易产生应力腐蚀倾向。如果混凝土裂缝过大，预应力混凝土构件的腐蚀程度要比普通钢筋混凝土构件严重，所以应从严控制。
4.2.5 设计使用年限为50年的混凝土保护层最小厚度，应符合表4.2.5的规定。后张法预应力混凝土构件的预应力钢筋保护层厚度为护套或孔道管外缘至混凝土表面的距离，除应符合表4.2.5的规定外，尚应不小于护套或孔道直径的1/2。
注：设计使用年限为25年时，保护层厚度可减少5mm。设计使用年限为100年时，应参见有关标准或进行专门研究。
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4.2.5 混凝土对钢筋的保护，除需要一定密实度的混凝土外，还需要有一定厚度的保护层。根据调查，保护层厚度若减少1/4，则混凝土中性化层到达钢筋表面的时间可缩短一倍。
本条混凝土保护层的厚度针对所有钢筋，即纵筋、钢箍、分布筋均要满足该表的要求。因为从防腐蚀机理出发，钢箍锈蚀不仅会导致构件抗剪能力的下降，而且钢箍的锈蚀会诱导纵向受力钢筋的锈蚀，从而导致构件丧失承载能力。国际上的观点都很明确，必须包括全部钢筋。
表4.2.5面形构件中只提到板、墙，没有壳体。因壳体较薄，混凝土保护层厚度一般不能满足要求，且在腐蚀条件下应用很少。
混凝土保护层厚度的增加对防腐蚀设计十分重要，目前国际上都有加厚保护层的趋势。但厚度也不能增加过多，因为保护层太厚时，受弯构件横向裂缝会加大，涂料防护层也易脱落。
4.2.6 楼板上的管道、设备留孔，孔洞的边梁与孔洞边缘的距离不宜小于200mm。当工艺要求必须将边梁布置在孔洞边缘时，梁底面及侧面应按本标准第5.2.7条的规定进行防护。
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4.2.6 有液态介质或有冲洗水作用时，设备或管道留孔周围的梁板可能经常受到液态介质的作用，腐蚀情况较为严重。为了保护边梁不受腐蚀，可将边梁离开孔洞边缘布置而将板挑出，这种布置方法在铜电解厂房中取得了良好的效果。
4.2.7 主要承重构件的纵向受力钢筋直径不宜小于16mm。
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4.2.7 主要承重构件一般指梁和柱，纵向受力钢筋不要采用多而细的钢筋，防止细钢筋较快被腐蚀而丧失承载力。
4.2.8 浇筑在混凝土中并部分暴露在外的吊环、支架、紧固件、连接件等预埋件，应采取与腐蚀环境相适应的防腐蚀措施，并宜与受力钢筋隔离，需在梁上设置永久性起重吊点时，应预埋耐腐蚀套管。
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4.2.8 固定管道、设备支架的预埋件和吊环，部分暴露在外，当腐蚀性介质作用时，在混凝土内、外形成阴极和阳极，其腐蚀情况比较严重。如果预埋件与受力钢筋接触，会引起受力钢筋的腐蚀。
直接预埋在梁上的起重吊点，其腐蚀情况也较为严重，会造成吊点周围混凝土的开裂。在梁上预埋耐腐蚀的套管，钢吊索便可穿过套管固定，既便于更换，对梁又无不良影响，效果较好。
4.2.9 混凝土结构外露的钢制预埋件和连接件的防护，应根据腐蚀性等级、重要性和检查维修难易程度按下列要求分别采取下列措施：
1 采用树脂或聚合物水泥的混凝土包裹，混凝土的厚度宜为30mm～50mm；
2 采用树脂或聚合物水泥的砂浆抹面，砂浆的厚度宜为10mm～20mm；
3 采用树脂玻璃鳞片胶泥防护，胶泥的厚度宜为1mm～2mm；
4 采用防腐蚀涂层防护，涂层的厚度宜为200μm～320μm；
5 采用耐腐蚀金属制作。
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4.2.9 钢预埋件腐蚀后，很难修复，也无法更换，造成许多隐患，甚至还可能影响到构件本身。对预埋件的防护，根据工程经验可采用树脂或聚合物水泥的砂浆、混凝土包裹，也可采用防腐蚀涂层、玻璃鳞片胶泥等防护。防腐蚀涂层包括涂料层或涂料和金属的复合涂层。复合涂层防护(即在喷、镀、浸的铝、锌金属覆盖层上再涂刷涂料层)，可在腐蚀较为严重时采用；屋架支座和设备地脚螺栓可采用树脂砂浆、树脂混凝土包裹；非常重要且检修困难的预埋件推荐采用耐腐蚀金属，如不锈钢制作。
在装配式结构中，构件之间的连接件，如大型屋面板与屋架或梁的连接节点、天窗架与屋架的节点、屋架与柱的节点，是保证结构整体性的关键部件。调查时，发现焊缝与埋件均有不同程度的锈蚀，如太原市某水厂安装2年后网架支座(未做镀锌处理，未用混凝土包裹)就发生锈蚀，严重的甚至全部锈蚀，所以必须认真保护。
4.2.10 先张法外露的预应力筋应采用树脂或聚合物水泥的混凝土进行封闭，保护层厚度不应小于50mm。后张法预应力混凝土的锚固端，当采用暴露式布置时，应采用树脂或聚合物水泥的混凝土包裹，保护层厚度不小于50mm，且锚固端部位应防止腐蚀性介质和水积聚。
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4.2.10 后张法预应力混凝土的外露金属锚具，先张法端部钢筋的外露部分，都是关键部位，采用树脂或聚合物水泥的混凝土包裹，以确保其可靠。
