預(yù)應(yīng)力對(duì)混凝土管樁的影響及機(jī)理

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1前言
隨著預(yù)應(yīng)力混凝土管樁應(yīng)用范圍的日益擴(kuò)大，如港口、碼頭、地下水中侵蝕性介質(zhì)濃度較高地區(qū)等，其耐久性的問(wèn)題顯得越來(lái)越突出。設(shè)計(jì)文件中提出的管樁基礎(chǔ)使用壽命多為50～100a，但是很少提出如何保證達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命的技術(shù)措施。在管樁的設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中，有關(guān)耐久性的問(wèn)題目前也并未足夠考慮。工程調(diào)查發(fā)現(xiàn)，許多使用了預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的工程，尤其是海港等處于腐蝕性環(huán)境中的工程，管樁的耐久性問(wèn)題非常突出，有些碼頭在投入使用不到20a就出現(xiàn)了大面積的管樁損壞，有的則需要維修。最新施行的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010—2010)在原規(guī)范有關(guān)耐久性規(guī)定較少的基礎(chǔ)上，專門(mén)提出了耐久性設(shè)計(jì)的要求，可見(jiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題已弓1起廣泛重視。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是混凝土結(jié)構(gòu)中較易產(chǎn)生耐久性問(wèn)題的結(jié)構(gòu)，且其耐久性問(wèn)題也越來(lái)越突出。

2研究現(xiàn)狀
我國(guó)對(duì)鋼筋混凝土耐久性問(wèn)題始于2O世紀(jì)6O年代初南京水利科學(xué)研究院的鋼筋銹蝕研究，從2O世紀(jì)80年代起日益引起重視。中國(guó)建筑科學(xué)研究院、山東建研所等根據(jù)試驗(yàn)分別提出了鋼筋銹蝕時(shí)間計(jì)算模型；金偉良等對(duì)鋼筋銹蝕問(wèn)題進(jìn)行了研究；肖從真，劉西拉提出以縱向開(kāi)裂結(jié)構(gòu)截面損失率達(dá)5％作為壽命終點(diǎn)；陳新華等對(duì)海濱環(huán)境下的預(yù)制方樁耐久性進(jìn)行了初步的研究等等。
現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性破壞機(jī)理研究比較多，尤其是對(duì)混凝土碳化中性化腐蝕及氯離子侵蝕耐久性破壞研究較為深入，但研究大多集中在單一影響因素，很少涉及多因素影響下的耐久性問(wèn)題，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的耐久性仍缺少系統(tǒng)的研究。
3影響因素
預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的耐久性狀態(tài)是一個(gè)與時(shí)間有關(guān)的動(dòng)態(tài)的漸變過(guò)程，其影響因素很多，經(jīng)過(guò)分析研究，結(jié)合工程實(shí)際現(xiàn)象，大體可歸納為環(huán)境因素、結(jié)構(gòu)荷載因素、材料因素、設(shè)計(jì)和施工因素等，其中侵蝕性環(huán)境是導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力混凝土管樁結(jié)構(gòu)耐久性失效的直接因素。
3．1環(huán)境因素
環(huán)境因素包括大氣環(huán)境(二氧化碳、水汽、腐蝕氣體等)、海洋環(huán)境(氯離子、硫酸根離子等)、土壤環(huán)境(有害離子、微生物、水等)和工業(yè)環(huán)境(工業(yè)廢渣廢水、水汽等)，環(huán)境因素的影響主要包括氯離子、硫酸根離子等的腐蝕作用、二氧化碳的碳化作用、凍融破壞和侵蝕性介質(zhì)破壞等。
氯離子可與混凝土中的某些固相組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成易溶的氯化鈣和帶有大量結(jié)晶水、比反應(yīng)物體積大幾倍的固相化合物，造成混凝土的膨脹破壞，同時(shí)，氯離子還會(huì)破壞鋼筋鈍化膜，導(dǎo)致鋼筋銹蝕。硫酸根離子可與混凝土內(nèi)部水泥石的某些固相組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成一些難溶的鹽類礦物，這些難溶的鹽類礦物由于吸收了大量的水分子而產(chǎn)生體積膨脹，形成膨脹內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)膨脹內(nèi)應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)導(dǎo)致混凝土的開(kāi)裂破壞。