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民用建筑預(yù)應(yīng)力混凝土工程新技術(shù)的相關(guān)研究論文
現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)與普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)相比，不僅其結(jié)構(gòu)性能好，而且還比較經(jīng)濟(jì)與節(jié)能，是具有廣闊的應(yīng)用前景的。尤其對一些重要結(jié)構(gòu)，例如核電站以及大型橋梁等，惡劣環(huán)境中的結(jié)構(gòu)，例如海洋平臺以及儲液池等來說，預(yù)應(yīng)力已成為一種不可缺少的技術(shù)。以它為代表的RC 和PC 結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)應(yīng)用是21 世紀(jì)土木工程界最具活力的研究方向之一。在預(yù)加應(yīng)力和實際環(huán)境溫濕度變化以及有害物質(zhì)侵蝕等共同作用下，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)會表現(xiàn)出與普通混凝土不一樣的耐久性能。對其進(jìn)行試驗研究和理論探討可以為實際工程提供指導(dǎo)，相關(guān)研究工作具有重要的理論價值和工程意義。
1 預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)基礎(chǔ)簡介
1.1 預(yù)應(yīng)力混凝土折板墻結(jié)構(gòu)體系
折疊式預(yù)應(yīng)力折板結(jié)構(gòu)是一種板架合一的輕型空間屋蓋結(jié)構(gòu)，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(jié)合部位造成可轉(zhuǎn)折的，然后張開在長線臺座上進(jìn)行預(yù)制生產(chǎn)，折疊堆放和運(yùn)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(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力混凝土折板屋蓋的施工上，雖然應(yīng)力混凝土折板的施工技術(shù)較復(fù)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(jié)構(gòu)(跨度可達(dá)30m，抗震烈度可達(dá)9 度)等優(yōu)點，在一些特殊的民用建筑，如學(xué)校建筑中等，得到了泛運(yùn)用。
1.2 預(yù)應(yīng)力混凝土的碳化
碳化將使混凝土的內(nèi)部組成和組織發(fā)生變化圖。一方面，混凝土碳化產(chǎn)物碳酸鈣和其他固態(tài)產(chǎn)物堵塞在孔隙中，使已固化混凝土的密實度與強(qiáng)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(xué)性能及構(gòu)件受力性能的負(fù)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(dāng)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(dāng)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(jié)構(gòu)的耐久性失效，混凝土碳化是環(huán)境中的二氧化碳?xì)怏w不斷向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散，通過溶解后與水化產(chǎn)物中的可碳化物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的一個物理化學(xué)過程。其研究方法主要有基于擴(kuò)散理論的理論分析方法等，經(jīng)過相關(guān)分析得到，混凝土的碳化速度主要取決于二氧化碳的擴(kuò)散速度以及二氧化碳與混凝土中水化產(chǎn)物的反應(yīng)性。其中，二氧化碳?xì)怏w的擴(kuò)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(guān);而碳化反應(yīng)性則與混凝土內(nèi)孔隙溶液的組成以及水化產(chǎn)物的形態(tài)等因素有關(guān)。
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(chǎn)生的混凝土破壞是工程結(jié)構(gòu)損壞的主要原因之一，凍融循環(huán)還將對預(yù)應(yīng)力混凝土的力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。此外，在寒冷地區(qū)，許多預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)(如公路及鐵路橋梁等)在服役期內(nèi)，除了承受凍融循環(huán)作用外，還要承受重復(fù)荷載的作用，疲勞荷載的反復(fù)作用將對預(yù)應(yīng)力混凝土的抗凍性能產(chǎn)生影響。所以要深度的對凍害機(jī)理進(jìn)行了解并分析相關(guān)的影響因素，結(jié)合預(yù)應(yīng)力，考慮到預(yù)應(yīng)力作用導(dǎo)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(chǔ)材料硬化過程中的化學(xué)變化以及溫度作用等原因，在水泥砂漿內(nèi)部以及水泥砂漿和骨料結(jié)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(kuò)展以及貫穿并逐漸形成可見的宏觀裂紋，直至產(chǎn)生疲勞破壞。
2 預(yù)應(yīng)力混凝土在民用建筑上的相關(guān)技術(shù)展望
2.1 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究現(xiàn)狀
預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性一般從以下幾個方面研究，在環(huán)境層次上，預(yù)應(yīng)力混凝土(PC)結(jié)構(gòu)的耐久性研究與鋼筋混凝土(RC)結(jié)構(gòu)的耐久性研究相似，主要是將結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境進(jìn)行分類，并給出相應(yīng)的作用等級;而在材料構(gòu)件以及結(jié)構(gòu)層次上，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究有別于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究，其中的關(guān)鍵問題是要考慮預(yù)應(yīng)力作用效應(yīng)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(jīng)足夠多，并且國內(nèi)外學(xué)者都有所突破，而預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究還相對較少，基本上是參照鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計與評估進(jìn)行的，只是在此基礎(chǔ)上提出了一些更高要求的構(gòu)造措施和預(yù)防措施。實際上，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性評估與設(shè)計方法與相同的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之間還是存在較大差異的，尤其是預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力腐蝕效應(yīng)更加顯著和離散，因而其耐久性評估與設(shè)計更加復(fù)雜，還需要作大量而深入的研究。
2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)，在過去30 多年間，基本建設(shè)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(jié)構(gòu)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(yù)應(yīng)力鋼筋腐蝕引起的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)過早破壞，會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響，大量后期養(yǎng)護(hù)和加固費(fèi)用的支出使得結(jié)構(gòu)工程師們深切地認(rèn)識到其結(jié)構(gòu)使用壽命的重要性。因此將工程結(jié)構(gòu)耐久性與結(jié)構(gòu)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(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會文化可持續(xù)性的戰(zhàn)略上來。
2.3 預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)研究前沿和科學(xué)問題
預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)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(shè)計理論與方法研究是一個復(fù)雜的過程，目前的研究總體上尚處于起步階段，相關(guān)的設(shè)計理論與方法正處在孕育與發(fā)展之中，如何對現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐久性評估、對新建結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐久性設(shè)計是目前工程界急需解決的一些問題，而這方面國內(nèi)外可查的資料都很少，圍繞該類結(jié)構(gòu)耐久性問題有不少應(yīng)用基礎(chǔ)課題需研究，這些問題制約和影響著預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展和推廣應(yīng)用，界定在給定環(huán)境與使用要求下，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效狀態(tài);確定預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中表征材料與結(jié)構(gòu)耐久性劣化特征的指標(biāo)與參數(shù);建立預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性時變規(guī)律及其他問題等都是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。
3 結(jié)束語
隨著技術(shù)的進(jìn)步及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的使用范圍將越來越廣，在復(fù)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(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)行更廣泛以及更深入的研究，還應(yīng)發(fā)展大型專業(yè)預(yù)應(yīng)力工程技術(shù)，使其不僅具有自己的預(yù)應(yīng)力專用產(chǎn)品和配套的質(zhì)量保證體系，有整套的預(yù)應(yīng)力專業(yè)施工技術(shù)和現(xiàn)場服務(wù)體系，同時，突破預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)研究前沿和科學(xué)困難。
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