預(yù)應(yīng)力對混凝土管樁的影響及機理

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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，其耐久性的問題顯得越來越突出。設(shè)計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)計使用壽命的技術(shù)措施。在管樁的設(shè)計、施工過程中，有關(guān)耐久性的問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，專門提出了耐久性設(shè)計的要求，可見混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題已弓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)生耐久性問題的結(jié)構(gòu)，且其耐久性問題也越來越突出。

2研究現(xiàn)狀
我國對鋼筋混凝土耐久性問題始于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。中國建筑科學(xué)研究院、山東建研所等根據(jù)試驗分別提出了鋼筋銹蝕時間計算模型；金偉良等對鋼筋銹蝕問題進(jìn)行了研究；肖從真，劉西拉提出以縱向開裂結(jié)構(gòu)截面損失率達(dá)5％作為壽命終點；陳新華等對海濱環(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)對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性破壞機理研究比較多，尤其是對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題，對預(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)是一個與時間有關(guān)的動態(tài)的漸變過程，其影響因素很多，經(jīng)過分析研究，結(jié)合工程實際現(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，氯離子還會破壞鋼筋鈍化膜，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)力超過混凝土的抗拉強度時就會導(dǎo)致混凝土的開裂破壞。