预应力对混凝土管桩的影响及机理

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1前言
随着预应力混凝土管桩应用范围的日益扩大，如港口、码头、地下水中侵蚀性介质浓度较高地区等，其耐久性的问题显得越来越突出。设计文件中提出的管桩基础使用寿命多为50～100a，但是很少提出如何保证达到设计使用寿命的技术措施。在管桩的设计、施工过程中，有关耐久性的问题目前也并未足够考虑。工程调查发现，许多使用了预应力混凝土管桩的工程，尤其是海港等处于腐蚀性环境中的工程，管桩的耐久性问题非常突出，有些码头在投入使用不到20a就出现了大面积的管桩损坏，有的则需要维修。最新施行的《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)在原规范有关耐久性规定较少的基础上，专门提出了耐久性设计的要求，可见混凝土结构的耐久性问题已弓1起广泛重视。预应力混凝土管桩是混凝土结构中较易产生耐久性问题的结构，且其耐久性问题也越来越突出。

2研究现状
我国对钢筋混凝土耐久性问题始于2O世纪6O年代初南京水利科学研究院的钢筋锈蚀研究，从2O世纪80年代起日益引起重视。中国建筑科学研究院、山东建研所等根据试验分别提出了钢筋锈蚀时间计算模型；金伟良等对钢筋锈蚀问题进行了研究；肖从真，刘西拉提出以纵向开裂结构截面损失率达5％作为寿命终点；陈新华等对海滨环境下的预制方桩耐久性进行了初步的研究等等。
现有的研究基础对混凝土结构耐久性破坏机理研究比较多，尤其是对混凝土碳化中性化腐蚀及氯离子侵蚀耐久性破坏研究较为深入，但研究大多集中在单一影响因素，很少涉及多因素影响下的耐久性问题，对预应力混凝土管桩的耐久性仍缺少系统的研究。
3影响因素
预应力混凝土管桩的耐久性状态是一个与时间有关的动态的渐变过程，其影响因素很多，经过分析研究，结合工程实际现象，大体可归纳为环境因素、结构荷载因素、材料因素、设计和施工因素等，其中侵蚀性环境是导致预应力混凝土管桩结构耐久性失效的直接因素。
3．1环境因素
环境因素包括大气环境(二氧化碳、水汽、腐蚀气体等)、海洋环境(氯离子、硫酸根离子等)、土壤环境(有害离子、微生物、水等)和工业环境(工业废渣废水、水汽等)，环境因素的影响主要包括氯离子、硫酸根离子等的腐蚀作用、二氧化碳的碳化作用、冻融破坏和侵蚀性介质破坏等。
氯离子可与混凝土中的某些固相组分发生化学反应而生成易溶的氯化钙和带有大量结晶水、比反应物体积大几倍的固相化合物，造成混凝土的膨胀破坏，同时，氯离子还会破坏钢筋钝化膜，导致钢筋锈蚀。硫酸根离子可与混凝土内部水泥石的某些固相组分发生化学反应而生成一些难溶的盐类矿物，这些难溶的盐类矿物由于吸收了大量的水分子而产生体积膨胀，形成膨胀内应力，当膨胀内应力超过混凝土的抗拉强度时就会导致混凝土的开裂破坏。