民用建筑预应力混凝土工程新技术的相关研究论文

民用建筑预应力混凝土工程新技术的相关研究论文

　　现代预应力混凝土结构与普通钢筋混凝土结构、钢结构相比，不仅其结构性能好，而且还比较经济与节能，是具有广阔的应用前景的。尤其对一些重要结构，例如核电站以及大型桥梁等，恶劣环境中的结构，例如海洋平台以及储液池等来说，预应力已成为一种不可缺少的技术。以它为代表的RC 和PC 结构设计技术应用是21 世纪土木工程界最具活力的研究方向之一。在预加应力和实际环境温湿度变化以及有害物质侵蚀等共同作用下，预应力混凝土结构会表现出与普通混凝土不一样的耐久性能。对其进行试验研究和理论探讨可以为实际工程提供指导，相关研究工作具有重要的理论价值和工程意义。

　　1 预应力混凝土技术基础简介

　　1.1 预应力混凝土折板墙结构体系

　　折叠式预应力折板结构是一种板架合一的轻型空间屋盖结构，它的形状主要有V 形和槽形两种。采用把V 形或者槽形的折板单元的两个板面或三个板面的结合部位造成可转折的，然后张开在长线台座上进行预制生产，折叠堆放和运输，在现场安装张开成V 形或槽形，浇灌折缝后形成整体空间结构。预应力混凝土折板屋盖的施工上，虽然应力混凝土折板的施工技术较复杂，但因其具有抗裂性高以及耐久性好等优点并可以用于大跨度结构(跨度可达30m，抗震烈度可达9 度)等优点，在一些特殊的民用建筑，如学校建筑中等，得到了泛运用。

　　1.2 预应力混凝土的碳化

　　碳化将使混凝土的内部组成和组织发生变化图。一方面，混凝土碳化产物碳酸钙和其他固态产物堵塞在孔隙中，使已固化混凝土的密实度与强度提高;另一方面，碳化使混凝土脆性变大。但从总体上讲，碳化对混凝土力学性能及构件受力性能的负面影响不大，混凝土碳化的最大危害是会引起力筋锈蚀。即当碳化作用发生在钢筋附近时，能引起钢筋钝化膜不断遭到破坏，当pH 下降到8.5 左右时，力筋完全脱钝，在足够的氧气和水分条件下引起力筋锈蚀的发生，最终可引起结构的耐久性失效，混凝土碳化是环境中的二氧化碳气体不断向混凝土内部扩散，通过溶解后与水化产物中的可碳化物质发生反应的一个物理化学过程。其研究方法主要有基于扩散理论的理论分析方法等，经过相关分析得到，混凝土的碳化速度主要取决于二氧化碳的扩散速度以及二氧化碳与混凝土中水化产物的反应性。其中，二氧化碳气体的扩散速度一般与混凝土材料本身的组织密实性以及二氧化碳的浓度等因素有关;而碳化反应性则与混凝土内孔隙溶液的组成以及水化产物的形态等因素有关。

　　1.3 受力混凝土的冻融与疲劳

　　在我国北方寒冷地区因冻融产生的混凝土破坏是工程结构损坏的主要原因之一，冻融循环还将对预应力混凝土的力学性能产生不利影响。此外，在寒冷地区，许多预应力混凝土结构(如公路及铁路桥梁等)在服役期内，除了承受冻融循环作用外，还要承受重复荷载的作用，疲劳荷载的反复作用将对预应力混凝土的抗冻性能产生影响。所以要深度的对冻害机理进行了解并分析相关的影响因素，结合预应力，考虑到预应力作用导致的冻融损伤;而且需要注意疲劳损伤积累，它主要是由于水泥基础材料硬化过程中的化学变化以及温度作用等原因，在水泥砂浆内部以及水泥砂浆和骨料结合面上形成许多原生的微裂纹以及微孔隙，也就是说混凝土在成型期间就形成了一些初始裂纹，即初始损伤。在疲劳荷载作用下这些原生微裂纹不断扩展以及贯穿并逐渐形成可见的宏观裂纹，直至产生疲劳破坏。

　　2 预应力混凝土在民用建筑上的相关技术展望

　　2.1 预应力混凝土结构的耐久性研究现状

　　预应力混凝土结构的耐久性一般从以下几个方面研究，在环境层次上，预应力混凝土(PC)结构的耐久性研究与钢筋混凝土(RC)结构的耐久性研究相似，主要是将结构所处的环境进行分类，并给出相应的作用等级;而在材料构件以及结构层次上，预应力混凝土结构的耐久性研究有别于钢筋混凝土结构的耐久性研究，其中的关键问题是要考虑预应力作用效应的影响，同时还要涉及锚具系统的耐久性在混凝土方面，在上述的方面的研究已经足够多，并且国内外学者都有所突破，而预应力混凝土结构的耐久性研究还相对较少，基本上是参照钢筋混凝土结构的耐久性设计与评估进行的，只是在此基础上提出了一些更高要求的构造措施和预防措施。实际上，预应力混凝土结构的耐久性评估与设计方法与相同的钢筋混凝土结构之间还是存在较大差异的，尤其是预应力钢筋的应力腐蚀效应更加显著和离散，因而其耐久性评估与设计更加复杂，还需要作大量而深入的研究。

　　2.2 预应力混凝土技术发展规律与趋势

　　近些年以来，我国每年投入上万亿元，用于工业与民用建筑以及交通工程等大规模的基础设施建设，在过去30 多年间，基本建设遵循着投入大以及速度快发展态势，但因此也造成了影响结构耐久性使用寿命的工程问题和危及材料资源与能源的环境问题逐渐凸显的后果。一个建筑如果其耐久性不足，特别是预应力钢筋腐蚀引起的预应力混凝土结构过早破坏，会造成巨大的经济损失和社会影响，大量后期养护和加固费用的支出使得结构工程师们深切地认识到其结构使用寿命的重要性。因此将工程结构耐久性与结构使用寿命相联系，并把这一问题提升到影响人类生态环境、经济发展与社会文化可持续性的战略上来。

　　2.3 预应力混凝土技术研究前沿和科学问题

　　预应力混凝土结构耐久性问题的试验研究与理论分析工作量大而其综合成本高，其设计理论与方法研究是一个复杂的过程，目前的研究总体上尚处于起步阶段，相关的设计理论与方法正处在孕育与发展之中，如何对现有预应力混凝土结构进行耐久性评估、对新建结构进行耐久性设计是目前工程界急需解决的一些问题，而这方面国内外可查的资料都很少，围绕该类结构耐久性问题有不少应用基础课题需研究，这些问题制约和影响着预应力混凝土结构的进一步发展和推广应用，界定在给定环境与使用要求下，预应力混凝土结构耐久性失效状态;确定预应力混凝土结构中表征材料与结构耐久性劣化特征的指标与参数;建立预应力混凝土结构耐久性时变规律及其他问题等都是预应力混凝土结构耐久性亟待解决的关键科学问题。

　　3 结束语

　　随着技术的进步及经济的发展，预应力混凝土结构的使用范围将越来越广，在复杂环境的作用下，不断会有新的问题出现。因此需要对预应力混凝土结构的耐久性进行更广泛以及更深入的研究，还应发展大型专业预应力工程技术，使其不仅具有自己的预应力专用产品和配套的质量保证体系，有整套的预应力专业施工技术和现场服务体系，同时，突破预应力混凝土技术研究前沿和科学困难。

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