民用建筑預應力混凝土工程新技術的相關研究論文

　　現(xiàn)代預應力混凝土結構與普通鋼筋混凝土結構、鋼結構相比，不僅其結構性能好，而且還比較經濟與節(jié)能，是具有廣闊的應用前景的。尤其對一些重要結構，例如核電站以及大型橋梁等，惡劣環(huán)境中的結構，例如海洋平臺以及儲液池等來說，預應力已成為一種不可缺少的技術。以它為代表的RC 和PC 結構設計技術應用是21 世紀土木工程界最具活力的研究方向之一。在預加應力和實際環(huán)境溫濕度變化以及有害物質侵蝕等共同作用下，預應力混凝土結構會表現(xiàn)出與普通混凝土不一樣的耐久性能。對其進行試驗研究和理論探討可以為實際工程提供指導，相關研究工作具有重要的理論價值和工程意義。

　　1 預應力混凝土技術基礎簡介

　　1.1 預應力混凝土折板墻結構體系

　　折疊式預應力折板結構是一種板架合一的輕型空間屋蓋結構，它的形狀主要有V 形和槽形兩種。采用把V 形或者槽形的折板單元的兩個板面或三個板面的結合部位造成可轉折的，然后張開在長線臺座上進行預制生產，折疊堆放和運輸，在現(xiàn)場安裝張開成V 形或槽形，澆灌折縫后形成整體空間結構。預應力混凝土折板屋蓋的施工上，雖然應力混凝土折板的施工技術較復雜，但因其具有抗裂性高以及耐久性好等優(yōu)點并可以用于大跨度結構(跨度可達30m，抗震烈度可達9 度)等優(yōu)點，在一些特殊的民用建筑，如學校建筑中等，得到了泛運用。

　　1.2 預應力混凝土的碳化

　　碳化將使混凝土的內部組成和組織發(fā)生變化圖。一方面，混凝土碳化產物碳酸鈣和其他固態(tài)產物堵塞在孔隙中，使已固化混凝土的密實度與強度提高;另一方面，碳化使混凝土脆性變大。但從總體上講，碳化對混凝土力學性能及構件受力性能的負面影響不大，混凝土碳化的最大危害是會引起力筋銹蝕。即當碳化作用發(fā)生在鋼筋附近時，能引起鋼筋鈍化膜不斷遭到破壞，當pH 下降到8.5 左右時，力筋完全脫鈍，在足夠的氧氣和水分條件下引起力筋銹蝕的發(fā)生，最終可引起結構的耐久性失效，混凝土碳化是環(huán)境中的二氧化碳氣體不斷向混凝土內部擴散，通過溶解后與水化產物中的可碳化物質發(fā)生反應的一個物理化學過程。其研究方法主要有基于擴散理論的理論分析方法等，經過相關分析得到，混凝土的碳化速度主要取決于二氧化碳的擴散速度以及二氧化碳與混凝土中水化產物的反應性。其中，二氧化碳氣體的擴散速度一般與混凝土材料本身的組織密實性以及二氧化碳的濃度等因素有關;而碳化反應性則與混凝土內孔隙溶液的組成以及水化產物的形態(tài)等因素有關。

　　1.3 受力混凝土的凍融與疲勞

　　在我國北方寒冷地區(qū)因凍融產生的混凝土破壞是工程結構損壞的主要原因之一，凍融循環(huán)還將對預應力混凝土的力學性能產生不利影響。此外，在寒冷地區(qū)，許多預應力混凝土結構(如公路及鐵路橋梁等)在服役期內，除了承受凍融循環(huán)作用外，還要承受重復荷載的作用，疲勞荷載的反復作用將對預應力混凝土的抗凍性能產生影響。所以要深度的對凍害機理進行了解并分析相關的影響因素，結合預應力，考慮到預應力作用導致的凍融損傷;而且需要注意疲勞損傷積累，它主要是由于水泥基礎材料硬化過程中的化學變化以及溫度作用等原因，在水泥砂漿內部以及水泥砂漿和骨料結合面上形成許多原生的微裂紋以及微孔隙，也就是說混凝土在成型期間就形成了一些初始裂紋，即初始損傷。在疲勞荷載作用下這些原生微裂紋不斷擴展以及貫穿并逐漸形成可見的宏觀裂紋，直至產生疲勞破壞。

　　2 預應力混凝土在民用建筑上的相關技術展望

　　2.1 預應力混凝土結構的耐久性研究現(xiàn)狀

　　預應力混凝土結構的耐久性一般從以下幾個方面研究，在環(huán)境層次上，預應力混凝土(PC)結構的耐久性研究與鋼筋混凝土(RC)結構的耐久性研究相似，主要是將結構所處的環(huán)境進行分類，并給出相應的作用等級;而在材料構件以及結構層次上，預應力混凝土結構的耐久性研究有別于鋼筋混凝土結構的耐久性研究，其中的關鍵問題是要考慮預應力作用效應的影響，同時還要涉及錨具系統(tǒng)的耐久性在混凝土方面，在上述的方面的研究已經足夠多，并且國內外學者都有所突破，而預應力混凝土結構的耐久性研究還相對較少，基本上是參照鋼筋混凝土結構的耐久性設計與評估進行的，只是在此基礎上提出了一些更高要求的構造措施和預防措施。實際上，預應力混凝土結構的耐久性評估與設計方法與相同的鋼筋混凝土結構之間還是存在較大差異的，尤其是預應力鋼筋的應力腐蝕效應更加顯著和離散，因而其耐久性評估與設計更加復雜，還需要作大量而深入的研究。

　　2.2 預應力混凝土技術發(fā)展規(guī)律與趨勢

　　近些年以來，我國每年投入上萬億元，用于工業(yè)與民用建筑以及交通工程等大規(guī)模的基礎設施建設，在過去30 多年間，基本建設遵循著投入大以及速度快發(fā)展態(tài)勢，但因此也造成了影響結構耐久性使用壽命的工程問題和危及材料資源與能源的環(huán)境問題逐漸凸顯的后果。一個建筑如果其耐久性不足，特別是預應力鋼筋腐蝕引起的預應力混凝土結構過早破壞，會造成巨大的經濟損失和社會影響，大量后期養(yǎng)護和加固費用的支出使得結構工程師們深切地認識到其結構使用壽命的重要性。因此將工程結構耐久性與結構使用壽命相聯(lián)系，并把這一問題提升到影響人類生態(tài)環(huán)境、經濟發(fā)展與社會文化可持續(xù)性的戰(zhàn)略上來。

　　2.3 預應力混凝土技術研究前沿和科學問題

　　預應力混凝土結構耐久性問題的試驗研究與理論分析工作量大而其綜合成本高，其設計理論與方法研究是一個復雜的過程，目前的研究總體上尚處于起步階段，相關的設計理論與方法正處在孕育與發(fā)展之中，如何對現(xiàn)有預應力混凝土結構進行耐久性評估、對新建結構進行耐久性設計是目前工程界急需解決的一些問題，而這方面國內外可查的資料都很少，圍繞該類結構耐久性問題有不少應用基礎課題需研究，這些問題制約和影響著預應力混凝土結構的進一步發(fā)展和推廣應用，界定在給定環(huán)境與使用要求下，預應力混凝土結構耐久性失效狀態(tài);確定預應力混凝土結構中表征材料與結構耐久性劣化特征的指標與參數(shù);建立預應力混凝土結構耐久性時變規(guī)律及其他問題等都是預應力混凝土結構耐久性亟待解決的關鍵科學問題。

　　3 結束語

　　隨著技術的進步及經濟的發(fā)展，預應力混凝土結構的使用范圍將越來越廣，在復雜環(huán)境的作用下，不斷會有新的問題出現(xiàn)。因此需要對預應力混凝土結構的耐久性進行更廣泛以及更深入的研究，還應發(fā)展大型專業(yè)預應力工程技術，使其不僅具有自己的預應力專用產品和配套的質量保證體系，有整套的預應力專業(yè)施工技術和現(xiàn)場服務體系，同時，突破預應力混凝土技術研究前沿和科學困難。

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