北京哪治白癜风最好 https://myyk.familydoctor.com.cn/2831/detail/钢筋混凝土结构耐久性设计，是设计中十分重要而又不好把握的问题。过去规范对耐久性问题重视不够，现在重视程度提高了，但规范规定又过于繁琐，有些问题也没有说透，不便于设计，本文回顾三十多年来我国公路行业钢筋混凝土结构耐久性设计的变化，结合钢铁行业的发展，对钢筋混凝土结构耐久性问题进行一些探讨。
一、三十年来耐久性设计变化
耐久性设计中最重要的两个参数是裂缝宽度和钢筋保护层，以下回顾一下规范关于这两个参数的变化情况。
1、85桥规
85桥规裂缝宽度按0.2mm和0.1mm两档控制，分别对应一般大气和海洋大气；受弯构件主筋保护层按30-50mm控制，最外层钢筋保护层按15mm控制。
2、04桥规和06耐规
桥规，将环境条件划分为Ⅰ-Ⅳ四个类别，四个类别编号序号与环境严重程度并不一一对应。对应不同环境条件，钢筋混凝土裂缝控制值为0.2mm和0.15mm两档，受弯构件主筋保护层厚度30-45mm，最外层钢筋保护层厚度15-30mm。
耐规，将环境类别分为七类，环境作用等级分为A~F六个级别，环境腐蚀程度依作用等级加重。规定裂缝宽度为0.1~0.3mm，最外层钢筋保护层厚度30-60mm。注意此处是最外层钢筋，不是主受力钢筋，依此推算，主筋的保护层还需要增加12-20mm，即主筋的保护层厚度是46-80mm，较之前的规范提高很大，该规范规定过严，且只是从耐久性出发，极大地增加了保护层厚度，但未考虑其他方面，如钢筋保护层过厚造成裂缝宽度很大的问题，导致规范的可执行度较差，实际设计过程中并未很好执行，笔者看到某设计院的设计说明中，直接指出，“该规范为推荐性标准，设计者自愿采用”，这在我国的公路桥梁设计史上也是罕见的。
3、18桥规和19耐规
桥规，将环境类别划分为Ⅰ-Ⅶ类共7个类别，裂缝限值0.1mm、0.15mm、0.2mm三档，受弯构件最外层钢筋保护层厚度20-35mm，依此推算受力主筋保护层厚度35-50mm。
耐规，环境类别与桥规一致，每种类别又根据影响程度划分不同等级，等级A-F共6种，一共划分为22个类别。裂缝宽度0.1、0.15、0.2mm三个档位，受弯构件最外侧钢筋保护层厚度20-40mm，依此推算受力主筋保护层厚度35-55mm。
4、几本规范比较
由以上可以看出，除06耐规外，三十多年来，受弯构件主筋保护层厚度总体变化不大，由30-50mm变化至35-55mm，细化了环境类别和环境作用等级；裂缝宽度范围不变，仍为0.1-0.2mm，细化了环境类别和环境作用等级，提高了除冰盐环境作用等级。
二、目前耐久性设计存在的问题
1、裂缝宽度限值导致高强度钢筋的强度不能充分利用
如同参考文献1版公路桥梁规范学习7——高强钢筋“高强”不易所述，配筋率为1%，裂缝宽度0.2mm时，钢筋应力仅为MPa，相当于HRB钢筋（设计强度MPa）的59.4%，相当于HRB钢筋（设计强度MPa）47.5%，强度未得到充分利用。
2、对于腐蚀严重环境，裂缝0.1mm的限值可能不满足耐久性要求
按照规范条文说明，裂缝宽度小于0.1mm时，钢筋不会发生锈蚀，然而这个说法是基于近海环境的实验得出的，对于腐蚀更严重的环境，缺乏试验支持。以下是85桥规的条文说明，其他规范条文说明尚未述及。
下图是参考文献2中提到的，德国亚琛工业大学模拟力筋在除冰盐作用下腐蚀与试验时间、裂缝宽度、混凝土保护层厚度和水灰比的关系图。由图可见，当保护层厚度15mm，裂缝宽度0.1mm时，钢筋发生了锈蚀。
3、保护层厚度增加导致受力裂缝宽度增加的问题无法解决
裂缝宽度随保护层厚度增加而增加，当钢筋应力不变时，增加钢筋保护层厚度，将使得裂缝数量变少，裂缝宽度增加。当钢筋保护层厚度大于50mm时，对混凝土表层的约束减弱，导致收缩裂缝宽度增加。
对于收缩裂缝，尚可通过在保护层中设置钢筋网片解决；对于受力裂缝，缺乏解决方案，而裂缝宽度增加，直接加速了钢筋锈蚀，对耐久性非常不利。
4、裂缝宽度和钢筋保护层厚度指标缺乏试验支持
年耐规指出，规范给出的裂缝宽度和钢筋保护层厚度控制指标，系参照其他规范确定的，也就是说，缺乏试验的支持。
5、环境类别与作用等级划分种类过多，易用性差
如前所述，年耐规，环境类别与作用等级组合后，共计22个类别，且按照不同部位，对混凝土级别、钢筋保护层厚度、裂缝宽度作出了不同的规定，规范应用非常不便。
三、钢铁行业的发展
如上所述，如果不能根本上解决钢筋的腐蚀问题，高强钢筋就只能当作“低强”钢筋使用，产业无法升级，对社会资源是严重浪费。
所幸钢铁行业也意识到了问题的存在，近年来也在研发耐蚀钢筋，目前主要包括三类，不锈钢筋、碳素钢与不锈钢复合钢筋、耐蚀钢筋。
1、钢筋混凝土用不锈钢筋GB/T-
不锈钢筋强度分MPa和MPa两种，快速宏电池测试条件下，腐蚀率≤0.25μm/年。
为便于理解，不锈钢筋腐蚀率与85桥规条文说明中提到的实例进行对比，85桥规中提到的南京水科所试验，近海环境，裂缝宽度0.15mm时，钢筋腐蚀率为0.mm/年，年锈坑深度为1.1mm，如钢筋直径按20mm考虑，可大致计算出截面损失率为1.6%。如不考虑不锈钢筋与南京水科所钢筋的环境条件差异，不锈钢筋相对南京水科所试验钢筋的相对腐蚀率为2.3%，同样条件下截面损失率约0.04%。
按照目前规范和研究成果，钢筋截面损失率在5%以下时，可认为钢筋的力学性能基本符合规范要求，验算结构承载力时考虑钢筋截面折减即可，通常以截面损失率5%作为结构耐久性承载力的标准。
单从腐蚀率观察，不锈钢筋性能不错，但国标中快速宏电池测试条件，与实际环境情况缺乏对应关系，无法直接评判。
2、钢筋混凝土用热轧碳素钢-不锈钢复合钢筋GB/T-
这种复合钢筋是用普通的热轧碳素钢作为基材，在基材表面使用不锈钢作为覆层，覆层厚度≥μm，强度也是MPa和MPa两种。
此种钢筋的腐蚀性能没有明确描述，国标采用晶间腐蚀试验进行评价，要求不能出现漏点和裂纹，与实际环境情况缺乏对应关系，无法直接评判。
3、钢筋混凝土用耐蚀钢筋GB/T-
这种钢筋是在普通碳素钢的基础上掺加一些合金元素，增加钢筋的耐蚀性能。按用途分为耐工业大气腐蚀和耐氯离子腐蚀两种，强度也是MPa和MPa两种。
此种钢筋的腐蚀性能，采用相对腐蚀率进行描述。与普通的HRB钢筋比较，耐蚀钢筋的相对腐蚀率≤70%，即HRB钢筋腐蚀深度1mm时，耐蚀钢筋腐蚀深度≤0.7mm。
不锈钢筋、复合钢筋、耐蚀钢筋的国家标准发布时间是-年，实际上冶金行业标准在几年前即已发布，如耐蚀钢筋的冶金行业标准号为YB/T-，发布于年。年发布的桥规，并未提及冶金行业提供的新材料，不能不说是一种遗憾。
四、钢铁行业耐蚀钢筋标准存在的问题
为改善钢筋耐蚀性能，钢铁行业提出了几种耐蚀钢筋的标准，值得鼓励，但也存在一些问题，主要表现在：
1、耐蚀钢筋标准未能与工程标准结合起来
冶金行业提出的耐蚀钢筋标准，更像是自说自话，与各类工程耐久性设计的指标未能结合起来。比如说，对应不同的环境类别，应该采用何种钢筋，是否还需要考虑裂缝宽度和钢筋保护层厚度等均缺乏指导性意见，这些都极大阻碍了耐蚀钢筋在工程中的应用和推广。
2、耐蚀钢筋腐蚀性能评价指标不同
不锈钢筋采用快速宏电池试验，以腐蚀率作为评价指标；复合钢筋采用晶间腐蚀试验进行腐蚀性能评价；耐蚀钢筋采用相对腐蚀率作为评价指标。
三种不同类型的耐蚀钢筋采用三种不同的评价体系，无法进行比对和选择。
五、裂缝宽度与钢筋保护层厚度之间的关系
混凝土中的钢筋要生锈，需要具备两个条件，一是钢筋表面的钝化层要脱钝，二是脱钝后，要能够形成阴、阳极的原电池，且在阳极要有足够的氧气，阴极要有足够的氧气和水，才能持续发生锈蚀反应。
钢筋钝化层脱钝，主要是二氧化碳的碳化作用或氯离子侵蚀作用，破坏钝化层，脱钝时间与钢筋保护层厚度的平方成正比。
一定环境条件下，存在一个临界保护层厚度，若实际保护层厚度低于临界厚度，则即使没有裂缝，钢筋依然会发生锈蚀，如同前述德国亚琛大学实验的例子；当实际保护层厚度超过临界厚度时，存在一个临界裂缝宽度，当裂缝宽度小于临界宽度时，钢筋不会发生锈蚀；当裂缝宽度超过临界裂缝宽度时，钢筋会发生锈蚀，且裂缝宽度越大，锈蚀越严重，如同前述南京水科所近海实验的例子。
以南京水科所的试验成果为依据，假设其保护层厚度为50mm，主筋直径为20mm，环境系数为1，可以计算得出，经过年的锈蚀深度为1.1mm，截面损失率为1.6%。笔者以截面损失率作为考察指标，以钢筋保护层厚度、裂缝宽度、环境影响系数作为影响变量，构建数学模型，以截面损失率3%左右作为控制指标，计算得出钢筋保护层厚度50mm时，不同环境影响系数下的裂缝宽度限值见下表：
如采用耐蚀钢筋，相对腐蚀率70%，则上表中截面损失率可按4.5%左右作为控制指标，裂缝宽度限值见下表，相比普通热轧钢筋，裂缝宽度限值增加约20%。
六、结论与建议
1、建议受弯构件主筋保护层厚度取50mm
如上所述，保护层厚度不宜无限制加大，结合三十年来主筋保护层范围30-50mm变动不大的情况，从耐久性角度考虑，建议受弯构件主筋保护层厚度直接取50mm即可，目前设计中多数也是这么操作的。
对于箍筋，在主筋保护层取50mm的条件下，箍筋的保护层范围在30-38mm，不需要再特别作出规定。
对于偏心受压构件，钢筋拉应力通常小于受弯构件，裂缝宽度也小于受弯构件，采用与受弯构件相同的保护层厚度控制即可。
2、裂缝宽度限值根据环境条件和钢筋类型确定
根据截面损失率相同的原则，针对不同环境条件，确定不同的裂缝宽度限值。
使用耐蚀钢筋时，例如相对腐蚀率70%时，裂缝宽度可提高约20%左右。
3、高强钢筋的耐久性问题是其推广应用的最大障碍
如前所述，冶金行业也意识到了此问题，并推出了几种耐蚀钢筋，然而在耐蚀钢筋的标准与工程标准对接方面、钢筋耐蚀性评价方面还存在一些问题，应进一步解决。
4、建议标准/规范编制体制进行改进
近年来规范编制的情形，像极了电视剧《光荣岁月》中苑志豪主持两弹一星关键配件研发时的情形，各单位各自为战，各干各的，没有形成整体合力，做出的成果，代表不了国家或行业水平，只能代表某个单位，甚至某个人的水平，这不能不说是一种遗憾。
1）目前的编制没有形成合力
目前各行业标准、规范编制过程中，存在自说自话的情况，与实际情况结合状况不佳，没有形成合力，没有达到国家或行业水平。例如本文提到的：①冶金行业编制的行业标准或国家标准，与各工程行业没有形成有效对接，新材料难以推广应用；②各工程行业耐久性规范与行业主要规范结合不佳，不利于工程结构耐久性的最终实现。
2）全局性问题应从国家层面立项，组建不同行业参加的国家专家委员会
耐久性问题作为一个全局性的问题，影响各个工程行业，目前缺乏统筹的研究，还存在一些问题。如目前耐久性设计规范提出的一些控制指标，例如裂缝宽度、钢筋保护层厚度等，各行业规定的限值不同，且各指标缺乏各种条件下的试验验证，某些条件下指标设定的依据可能不足。
作为一个全局性的问题，应从国家层面立项，组建不同行业参加的国家专家委员会，统一环境条件评价体系和标准，统一安排各种环境条件下的试验进行验证，从材料、设计、工艺等各方面，解决耐久性问题。
参考文献：
1、版公路桥梁规范学习7——高强钢筋“高强”不易
