預應力對混凝土管樁的影響及機理

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1前言
隨著預應力混凝土管樁應用范圍的日益擴大，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。設計文件中提出的管樁基礎使用壽命多為50～100a，但是很少提出如何保證達到設計使用壽命的技術措施。在管樁的設計、施工過程中，有關耐久性的問題目前也并未足夠考慮。工程調(diào)查發(fā)現(xiàn)，許多使用了預應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《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010—2010)在原規(guī)范有關耐久性規(guī)定較少的基礎上，專門提出了耐久性設計的要求，可見混凝土結構的耐久性問題已弓1起廣泛重視。預應力混凝土管樁是混凝土結構中較易產(chǎn)生耐久性問題的結構，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6O年代初南京水利科學研究院的鋼筋銹蝕研究，從2O世紀80年代起日益引起重視。中國建筑科學研究院、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行了研究；肖從真，劉西拉提出以縱向開裂結構截面損失率達5％作為壽命終點；陳新華等對海濱環(huán)境下的預制方樁耐久性進行了初步的研究等等。
現(xiàn)有的研究基礎對混凝土結構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，對預應力混凝土管樁的耐久性仍缺少系統(tǒng)的研究。
3影響因素
預應力混凝土管樁的耐久性狀態(tài)是一個與時間有關的動態(tài)的漸變過程，其影響因素很多，經(jīng)過分析研究，結合工程實際現(xiàn)象，大體可歸納為環(huán)境因素、結構荷載因素、材料因素、設計和施工因素等，其中侵蝕性環(huán)境是導致預應力混凝土管樁結構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)生化學反應而生成易溶的氯化鈣和帶有大量結晶水、比反應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)生化學反應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)應力，當膨脹內(nèi)應力超過混凝土的抗拉強度時就會導致混凝土的開裂破壞。