新旧混凝土结构耐久性设计规范对比分析

水利水电技术第４１卷２Ｏ１０年第１０期　新旧混凝土结构耐久性设计规范对比分析　张爽　，谢剑　，　（１．天津大学土木工程系，天津　３０００７２；２．天津市土木工程结构及新材料重点实验室，天津　３０００７２）　摘要：本文将《混凝土结构设计规范》（ＧＢ　５００１０－－２００２）环境类别二与《混凝土结构耐久性设计　规范》（ＧＢ／Ｔ　５０４７６－－２００８）中对应的环境作用等级之间的主要差异进行对比分析，以供设计和评　估人员参考。　关键词：混凝土耐久性；环境类别；设计规范；对比分析　中图分类号：ＴＶ４３１　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—０８６０（２０１０）１０—００９１—０４　Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄｕｒａｂｉｌｉｔｉｅｓ　ｓｐｅｃｉｆｉｅｄ　ｉｎ　ｎｅｗ　ａｎｄ　ｏｌｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃｏｄｅｓ　ＺＨＡＮＧ　Ｓｈｕａｎｇ　．ＸＩＥ　Ｊｉａｎ　，　（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３０００７２，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　Ｎｅｗ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３０００７２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｃａｔｅｇｏｒｙ　ＩＩ　ｉｎ　ｔｈｅ“Ｃｏｄｅ　ｆｏｒ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”（ＧＢ　５００１０－－２００２）ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｉｔｅｍｓ　ｉｎ　ｔｈｅ“Ｃｏｄｅ　ｆｏｒ　Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｓｔｒｕｃ—　ｔｕｒｅｓ”（ＧＢ／Ｔ　５０４７６－－２００８）ｉｓ　ｍａｄｅ　ｈｅｒｅｉｎ，ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｒｆ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｃａｔｅｇｏｒｙ；ｄｅｓｉｇｎ　ｃｏｄｅ；ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　一１　对比方法及指标选择　我国于２００２年将混凝土耐久性设计写入《混凝土　结构设计规范》（ＧＢ　５００１０－－２００２）；２００４年，中国土　木工程学会编制《混凝土结构耐久性设计与施工指　Ｄ的无盐环境对应，进行新、旧《规范》的对比　选择对比指标：满足耐久性要求的混凝土最低强　分析。　度等级、混凝土裂缝计算宽度限值、混凝土的最大水　灰（胶）比、钢筋的最小保护层厚度、单位体积混凝　土的胶凝材料用量、混凝土中的最大氯离子含量、最　大三氧化硫含量和最大碱含量。　南》（ＣＣＥＳ　Ｏ１．２００４），２００５年进行修订；２００７年，　中国工程建设标准化协会编制标准《混凝土结构耐久　性评定标准》（ＣＥＣＳ　２２０）；２００８年批准《混凝土结构　耐久性设计规范》（ＧＢ／Ｔ　５０４７６－－２００８）自２００９年５　月开始实施。　２　满足耐久性要求的混凝土最低强度等级对比　在混凝土结构的耐久性设计中，满足耐久性要求　的混凝土最低强度等级是最基本的参数之一。　在众多成果中，《混凝土结构设计规范》（ＧＢ　５００１０－－２００２）¨　（以下简称“旧《规范》”）和《混凝土　结构耐久性设计规范》（ＧＢ／Ｔ　５０４７６－－２００８）　（以下　旧《规范》只是针对设计使用年限为５０年的结　构混凝土，提出了满足耐久性要求的混凝土最低　强度等级：二类（ａ）规定ｔ昆凝土最低强度等级为　Ｃ２５，二类（ｂ）为Ｃ３０；对设计使用年限为１００年　简称“新《规范》”）尤其重要，代表着我国耐久性研究　进展的两个重要阶段，为了更好地理解新旧《规范》　的差异，本文对其进行对比研究。　在对比方法上，本文将以旧《规范》中的二类　收稿日期：２０１０—０１—２Ｏ　（ａ）环境类别与新《规范》的Ｉ—Ｂ和Ｉ—Ｃ对应，　旧《规范》中的二类（ｂ）与新《规范》的Ⅱ一Ｃ和Ⅱ　［￣Ｖａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏｌ　４１　Ｎｏ．１０　基金项目：围家“十一五”科技支撑计划（２００６ＢＡＪ０３Ａ１０）。　作者简介：张爽（１９８５一），男，内蒙古人，硕士研究生。　９１　张爽，等∥新旧混凝土结构耐久性设计规范对比分析　的结构混凝土做出了“应采取专门有效措施”的特　殊规定。　表２旧《规范》中混凝土结构构件　最大裂缝宽度限值　钢筋混凝土结构　环境类别　裂缝控制　等级　最大裂缝　宽度限值　ｍｍ　新《规范》对满足耐久性要求的混凝土最低强度　等级的规定见表１。可以看出，新《规范》针对设计使　用年限为１００年、５０年和３０年混凝土结构满足耐久　预应力混凝土结构　裂缝控制　等级　最大裂缝　宽度限值　性要求最低强度等级都做了规定。对非冻融环境，新　《规范》要求最低混凝土强度等级比旧《规范》有所提　高；新《规范》对冻融环境的ｌＩ—ｃ等级给出引气混　凝土强度等级和非引气混凝土强度等级，对冻融环境　二类卜一Ｉ　ｂ　　０．２　，　注：“／”表示不允许出现裂缝。　表３新《规范》中混凝土结构构件　Ⅱ一Ｄ等级，给出引气混凝土的强度等级，且非引气　混凝土的最低强度等级也比旧《规范》有所提高；对　于预应力混凝土构件的混凝土，新《规范》做出了最　低强度不应低于Ｃ４０的规定。　新《规范》不仅考虑了设计使用年限的因素，而　且对于可以改善抗冻性能的引气混凝土的使用也做了　详细规定，这样更有助于设计人员的理解和实际操　作。　表１　新《规范》中混凝土最低强度等级　混凝土最低强度等级　环境类别　作用等级　１００焦　５Ｏ年　３Ｏ年　Ｂ　Ｃ３５　Ｃ３０　Ｃ２５　Ｉ　Ｃ　（　０　Ｃ３５　Ｃ３０　Ｃ　Ｃ　３５，Ｃ４０　Ｃ　３０，Ｃ４５　Ｃ　３０，Ｃ４０　Ⅱ　Ｄ　Ｃ　４０　Ｃ　３５　Ｃ　３５　注：预应力混凝土构件的混凝土最低强度不应低于ＣＡ０。　３混凝土裂缝计算宽度限值对比　无论是钢筋混凝土结构还是预应力混凝土结构，　裂缝及其宽度对钢筋腐蚀都有影响，且宽度不同其影　响程度也不同。旧《规范》和新《规范》对验算荷载作　用引起的最大裂缝宽度都做出了限定（见表２和表　３）。研究表明ｌ２』，按照旧《规范》公式计算得到的最　大裂缝宽度要比国内外其他规范计算值大得多，而规　定的裂缝宽度值偏严格，因此，新《规范》对此做出　了调整。即从表２和表３的数值上对比可以看出，新　《规范》对于旧《规范》的混凝土最大裂缝宽度限值要　求有所放松。　此外，增大混凝土保护层厚度虽然会加大构件裂　缝宽度的计算值，但实际上对保护钢筋减轻锈蚀十分　有利　。因此，新《规范》规定：部分预应力Ａ类构　件按现行行业标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土　桥涵设计规范》（ＪＴＧ　Ｄ６２）［４１计算裂缝宽度，旨在不　考虑保护层厚度对裂缝宽度值的影响。　最大裂缝宽度限值　ｍｍ　环境类别　作用等级　钢筋混凝土构件　有粘结预应力混凝土构件　Ｂ　０．３　Ｏ．２　Ｉ　Ｃ　Ｏ．２　Ｏ．１　Ｃ　Ｏ．２　０．１　Ⅱ　Ｄ　Ｏ．２　按二级裂缝控制或按部分　预应力Ａ类构件控制　４最大水灰（胶）比对比　旧《规范》中的“灰”主要是指常用的无机胶凝材　料如石灰、石膏、水泥等工地上俗称为“灰”的建筑　材料，水灰比即水和上述无机胶凝材料的重量之比。　旧《规范》针对设计使用年限为５Ｏ年的结构混凝土，　规定的最大水灰比为：二类（ａ）为０．６０，二类（ｂ）为　０．５５。　如今，有机胶凝材料得到了广泛的应用。因此，　新《规范》对此进行了调整，规定了水胶比的限值，　即对每立方米混凝土用水量与所有胶凝材料用量的比　值进行限值。而一般情况下，混凝土最基本的胶凝材　料仍为水泥。新《规范》对水胶比的限值见表４。以设　计使用年限５０年为例，通过对比可以看出，旧《规　范》只对设计年限为５０年的结构混凝土最大水灰比　进行了限定；而新《规范》不仅考虑了设计年限，而　且对不同强度等级的混凝土分别给出了不同的最大水　胶比。此外，还对引气混凝土的最大水胶比进行了限　定。　表４新《规范》中混凝土的最大水胶比　５０年　环境类别　作用等级　混凝土强度等级　最大水胶比　Ｂ　Ｃ３０．≥Ｃ３５　０．５５，０．５０　Ｉ　Ｃ　Ｃ３５，Ｃ４０，≥Ｃ４５　０．５０，０．４５，０．４０　Ⅱ　Ｃ无盐　Ｃ４５，≥Ｃ５０，Ｃａ３０　０．４０，０．３６，０．５５　Ｄ无盐　Ｃ　３５　０．５Ｏ　水利水电技术第４ｌ卷２０１０年第１０期　张爽，等∥新旧混凝土结构耐久性设计规范对比分析　从数值上看，新《规范》对最大水胶比的要求与　欧美的相关规范相近，这些数据比照了已建工程实际　劣化现状的调查结果，并用材料的劣化模型做了近似　６单位体积混凝土的胶凝材料用量对比　旧《规范》中的单位体积混凝土的胶凝材料用　量即单位体积混凝土的水泥用量，对设计年限为　５０年，强度等级为Ｃ２０～Ｃ３０的单位体积混凝土　最小水泥用量做了规定：二类（ａ）最低混凝土强度　等级为Ｃ２５时，最小水泥用量为２５０　ｋｇ／ｍ　；二类　（ｂ）最低混凝土强度等级为Ｃ３０时，最小水泥用　量为２７５　ｋｇ／ｍ　。　的校核　，其要求总体上略高于旧《规范》。　５钢筋的最小保护层厚度对比　钢筋混凝土结构中混凝土最小保护层厚度的确定　是钢筋混凝土结构耐久性设计的一个重要方面，旧　《规范》和新《规范》对此的规定见表５和表６。新规范　针对设计使用年限的不同进行了规定，表６是以设计　使用年限５Ｏ年为例进行分析。　表５　旧《规范》中钢筋的最小保护层厚度　构件类型　作用等级　二　ａ　新《规范》中的胶凝材料则包含了如前所述的有　机和无机胶凝材料（见表７）。新《规范》对强度等级　为Ｃ２５以上的单位体积混凝土最小胶凝材料用量都　ｍｍ　做了限定。此外，从数值上可以看出，新《规范》比　混凝土强度等级　Ｃ２５～Ｃ４５．≥Ｃ５０　最小保护层厚度　２０，２０　２５，２０　旧《规范》的要求有所提高。新《规范》还规定了单位　体积混凝土最大胶凝材料用量。　表７新《规范》中单位体积混凝土的　板／墙／壳　类　二　ｂ　ａ　Ｃ２５～ＣＡ－５．≥Ｃ５０　Ｃ２５～Ｃ４５．≥Ｃ５０　３０，３０　梁　类　ｂ　Ｃ２５～水泥胶凝材料用量　最低强度等级　最小用量　２６０，２８０，３００　３２０．３４０　３６０　３８０　ｋｇ／ｍ　最大用量　４ｏｏ　４５０　４８０　５ｏｏ　Ｃ４５．≥Ｃ５０　３５，３０　３５．３０　４０，３５　Ｃ２５，Ｃ３０，Ｃ３５　Ｃ４０，Ｃ４５，　Ｃ５０　二　ａ　Ｃ２５～Ｃ４５．≥Ｃ５０　柱　类　ｂ　Ｃ２５～Ｃ４５．≥Ｃ５０　表６新《规范》中钢筋的最小保护层厚度　环境　作用　构件类型　类别　等级　Ｂ　ｍｍ　≥Ｃ５５　５０年　混凝土强度等级　Ｃ３０．≥Ｃ３５　最小保护层厚度　２５，２０　在强度与原材料相同的情况下，胶凝材料用量较　小的混凝土，体积稳定性好，其耐久性优于胶凝材料　用量较大的混凝土。根据耐久性的需要，单位体积混　凝土胶凝材料用量不能太少，但过大用量会增加混凝　板、墙等面　Ｉ　Ｃ　Ｃ３５，Ｃ４０，≥ＣＡ５　，３５，３０，２５　３０，２５，３０　形构件　Ⅱ　Ｃ无盐　Ｃ４５Ｄ无盐　Ｂ　≥Ｃ５０，Ｃ　３０　Ｃ　３５　Ｃ３０．≥Ｃ３５　３５　３０，２５　土的收缩，使混凝土更容易开裂，因此在控制单位体　积混凝土最小胶凝材料用量的同时也应对单位体积混　凝土最大胶凝材料用量进行限定　。新《规范》对胶　凝材料的上、下限值都做了规定，这样更趋于合理。　Ｉ　梁、柱等条　形构件　Ⅱ　Ｃ　Ｃ３５，ＣＡ－０，≥Ｃ４５　，４０，３５，３０　３５，Ｃ无盐　Ｃ４５Ｄ无盐　≥Ｃ５０，Ｃ　３０　３０，３５　Ｃ　３５　４０　７混凝土中的最大氯离子含量、最大三氧化　旧《规范》规定的钢筋混凝土结构混凝土保护层　厚度主要是根据经验和工程判断给出的，理论上做的　硫含量和最大碱含量限值对比　旧《规范》中对设计使用年限为５０年的混凝土最大　氯离子含量和最大碱含量做出了如下的规定：二类（ａ）　氯离子含量不超过０．３％，碱含量不超过３．０　ｋｇ／ＩＴＩ　；　工作比较少　。而新《规范》中钢筋最小保护层厚度　的确定，是比照了大量已建工程的实际劣化现状的调　查结果，并在对材料的劣化模型做了近似的校核基础　二类（ｂ）氯离子含量不超过０．２％，碱含量不超过　３．０　ｋ　ｍ　。对设计使用年限为１００年的规定“应采取　专门有效措施”。未对混凝土中的最大三氧化硫含量　进行限定。　上进行的，数值上也是高于旧《规范》的，且考虑了　设计使用年限的不同。对于构件类型的分类标准也做　了相应调整，从旧《规范》的“板／墙／壳”、“梁”和　“柱”，调整为新《规范》的“板、墙等面形构件”和　“梁、柱等条形构件”，即从几何形状上进行了构件　新《规范》中对应的环境类别Ｉ—Ｂ和Ⅱ一Ａ的混　凝土中最大氯离子含量为：钢筋混凝土０．２％和　类型归并，更适用于实际操作。　水　水电技术第４１卷２０１０年第１０期　０．１５％；预应力混凝土０．０６％，对于重要桥梁等基　张爽，等∥新ＩＩｑ￣ｇ凝土结构耐久性设计规范对比分析　础设施，各类环境条件下，氯离子含量均不超过　０．０８％。三氧化硫的最大含量不应超过胶凝材料总量　的４％。对骨料无活性且处于干燥环境和潮湿环境　（相对湿度≥７５％）条件下的混凝土构件，碱含量不　确保我国基础建设顺利发展的重大举措。通过新、　旧《规范》的对比，可以看出我国在混凝土结构耐久　性研究的进展突出，但新《规范》中也存在很多的不　足之处，需要广大从业人员的不懈努力来进一步完　善。　参考文献：　［１］　ＧＢ　５００１０－－２００２，混凝土结构设计规范［Ｓ］．　应超过３．５　ｋｇ／ｍ　和３．０　ｋｇ／ｍ　；对骨料有活性但处　于潮湿环境条件下的混凝土构件，应严格控制混凝土　碱含量并掺加矿物掺合料。　相对于旧《规范》而言，新《规范》对氯离子的要　求更加严格，而对碱含量的要求，新《规范》则综合　考虑了骨料的有、无活性和结构混凝土是否处于潮湿　［２］　ＧＢ／Ｔ　５０４７６－－２００８，混凝土结构设计规范［Ｓ］．　［３］　徐善华，牛荻涛，王庆霖．大气环境条件下混凝土保护层取值　的研究［Ｊ］．土木工程学报，２００５（３８）：４５—５０．　［４］　ＪＴＧ　１０６２，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［Ｓ］．　环境的影响，分类更加细致。但新、旧《规范》均未　能根据各种环境类别、作用等级和设计使用年限，来　对混凝土中的最大氯离子含量、最大三氧化硫含量和　［５］　金伟良，等．混凝土结构耐久性设计方法与寿命预测研究进展　［Ｊ］．建筑结构学报，２００７（２８）：７－１３．　［６］　隋莉莉，刘云浪，等．混凝土耐久性新旧设计标准比较分析　［Ｊ］．混凝土，２００８（１２）：８—１０．　［７］　王琼，谢剑．锈胀开裂准则下保护层厚度的确定［Ｃ］∥第ｌ７　最大碱含量来进行限值规定，此处有待于进一步改　进。　届全国结构工程学术会议论文集．北京：《工程力学》杂志社，　在我国基础设施大规模建设的今天，如果耐久　２ｍＲ　性处理不当，很容易造成经济损失。确保新《规范》　的正确实施，不仅是结构耐久性的实际要求，更是　（责任编辑陈小敏）　（上接第９０页）　起拔覆盖层套管，然后灌注内锚段，待张拉完毕后　难，《水电水利工程预应力锚索施工规范》（ＤＩ／Ｔ　５０８３－－２００４）附录Ｅ的计算公式内各系数均难以确　定，故计算时忽略了各种系数影响；实际伸长值计算　亦如此，按ＤＩ／Ｔ　５０８３规范附录Ｅ的计算方法，实　际伸长值由锚索实际伸长值和初应力下的推算伸长值　组成，而初应力下的推算伸长值难以确定，利用第２　级（４００　ｋＮ）张拉时的实测伸长值减掉其理论值的绝　对值作为初始伸长值进行计算。实际计算的伸长率偏　差值６离散性比较大，尤其是覆盖层较深的锚索，部　分６值超出规范规定的一５％～＋１０％范围。　再采用花管灌注张拉段的施工工艺可以满足本特殊　地层条件下的施工要求，综合比较更经济，施工质　量满足设计要求，可用于本工程边坡锚索大范围施　工，同时本工艺可在相类似地基锚索施工中借鉴利　用。　参考文献：　［１］　中南勘测设计研究院．金沙江向家坝水电站重件运输道路和岸　坡防护工程设计报告［Ｒ］．长沙：中水顾问集团中南勘测设计　研究院，２００６．　因６值的准确计算对张拉过程具有重要指导意　义，但由于受覆盖层孔壁坍塌、局部变径孔段急弯等　对绞线摩阻力的影响，孑Ｌ内锚索形态和受力情况比岩　锚复杂，需进一步研究。　［２］　梁炯望．锚固与注浆技术手册［Ｍ］．北京：中国电力出版社，　２００６．　［３］　陈新，赵文谦．压力型和拉力型锚索锚固作用的原位试验研究　［Ｊ］．水力发电，２００９，３５（３）：４７—５０．　［４］　刘智香．压力分散型预应力锚索施工技术研究［Ｊ］．国防交通　工程与技术，２００９（３）：５３．５５．　４结语　［５］　李伟，孙永吉，朱天琴，等．布袋式充浆止浆环在预应力锚索　施工中的应用［Ｊ］．人民黄河，２００９，３１（４）：１０７－１０８．　通过护岸边坡两个阶段预应力锚索试验，布置　“三进三出”灌浆管路，先灌注止浆包，待凝８　ｈ后　（责任编辑欧阳越）　欢迎投稿欢迎订阅欢迎刊（登　告　水利水电技术第４１卷２０１０年第１０期