混凝土結構耐久性國際規范的比較與分析

馮云芬 馮澤玉

（1.聊城大學建筑工程學院，山東 聊城 252059；2.莘縣黃河河務局，山東 莘縣 252400）

0 引言

混凝土結構廣泛應用于工業與民用建筑、鐵路、公路、橋梁、水利、核電等工程。一般來講，工程所處環境存在多樣性與復雜性，會嚴重影響混凝土結構的耐久性。因此，建立可靠的混凝土結構耐久性設計方法，提高混凝土結構的耐久性,一直是混凝土結構設計所面臨的挑戰。

隨著“一帶一路”的推進，我國企業在沿線國家新簽承包工程項目越來越多。同時，國外設計與施工單位也逐漸進入國內市場。然而，各國耐久性設計規范的規定不盡相同，影響了混凝土耐久性設計的合理性。

目前,國際上比較受認可的混凝土設計規范包括:美國規范（ACI 318-19）[2]；歐洲規范（EN 1992-1-1：2004）[3]；我國的《混凝土結構耐久性設計標準》（GB/T 50476-2019）[4]。

本文針對中、美、歐海洋環境混凝土結構耐久性設計規定的環境類別和環境作用等級進行對比分析，旨在分析國內外混凝土耐久性設計方法的異同，為我國混凝土結構設計規范的修訂提供參考，為設計施工人員開展涉外工程提供幫助。

1 環境類別

目前，各國混凝土結構耐久性設計思路，均是先確定結構的環境類別與環境等級，再對其耐久性措施提出要求[5]。環境類別僅代表結構所處環境形式的異同，并不反映環境的影響程度，而環境等級則反映了某種環境類別對混凝土結構的侵蝕程度。

1.1 我國規范

如表1 所示，我國《混凝土結構耐久性設計標準》（GB/T 50476-2019）定義了I—V 5 種環境類別，并按照環境對混凝土結構的侵蝕程度分了6 個等級：輕微（A）、輕度（B）、中度（C）、嚴重（D）、非常嚴重（E）和極端嚴重（F）。

表1 我國規范規定的環境作用等級

1.2 歐洲規范

歐洲規范EN 1992-1-1，根據歐洲標準（EN 206-1：2000）對環境情況進行分類，劃分了6 種環境類別，分別用X、XC、XD、XS、XF、XA 表示，見表2。根據環境對耐久性的影響程度，又分別設置了3～4 種環境作用等級。每種環境類別分別用1、2、3、4 表示環境作用等級，數字越大，作用等級越高[4]。

表2 （EN 206-1:2000）規定的與環境條件有關的暴露等級

1.3 美國規范

與中歐規范不同，美國混凝土結構建筑規范（ACI 318-19）并未明確劃分混凝土結構所處環境的類別，但也對所處環境和條件進行了區分，并說明了不同環境條件下應采取的措施。這些環境包括凍融循環（F）、硫酸鹽（S）、與水接觸（W）和鋼筋防腐（C）環境[2]，見表3。

表3 （ACI 318-19）規定的暴露類別與等級

1.4 對比分析

環境類別與作用等級的細化,有益于將設計條款與腐蝕程度對照起來。雖然中歐規范考慮的因素不盡相同，但環境類別分類區別不大。由表1、表2 可看出，中歐規范規定的環境類別與環境作用等級都很詳細，大體均分為5 大類，其中我國將環境分為5 類16 個作用等級，歐洲規范分為6 類18 個作用等級。兩者環境類別的劃分大體類似，其對應關系見表4。美國規范與中歐規范相差較大，未具體規定結構所處的環境類別與等級，僅區分了使用環境與使用條件，并介紹了引起混凝土耐久性問題的主要因素,以及不同環境應采取的耐久措施。

表4 中歐環境類別對應表

2 海洋氯化物環境作用等級

海洋氯化物環境是影響混凝土結構耐久性的主要環境因素。由于海洋環境混凝土結構各個部位的氯離子濃度與侵入機理不同，同一結構不同部位的耐久性劣化程度也大不相同。各國規范均按海洋氯化物對混凝土結構腐蝕的程度，對環境條件進行了劃分，以便對不同結構部位采用不同的耐久性防腐措施。中美歐海洋氯化物環境對混凝土結構構件的作用等級劃分見表5[2-4]。

表5 中美歐海洋環境作用等級

2.1 我國規范

由表5 可看出，我國規范將海洋混凝土結構所處環境，在垂直方向從上到下劃分為：大氣區、浪濺區、潮汐區、水下區和土中區5 個區域。大量調查發現，長期處于海水中或埋于土中，由于缺氧，鋼筋銹蝕非常緩慢甚至停止，鋼筋銹蝕危險不大，因此我國將水下區與土中區設置為C 級。近海地區大氣中的氯離子濃度與地形、地貌、風向、風速等因素均有關系，處于大氣區的構件腐蝕程度與構件離岸距離不無關系，基于此因素，將大氣區分為輕度鹽霧區和重度鹽霧區，分別設置為D 和E級。由于干濕交替，潮汐區與浪濺區的鋼筋銹蝕最為嚴重，特別是浪濺區，考慮到潮汐區不便修復，將其與浪濺區設置為同一作用等級；考慮到溫度的影響，又將潮汐區與浪濺區分為非炎熱地區（E 級）和炎熱地區（F 級）。

2.2 歐洲規范

歐洲規范按照混凝土結構與海水的接觸情況，將海洋氯化物腐蝕等級分為XS1、XS2 和XS3 三個等級。從表5 中可看出，XS1 大體相當于我國的大氣區；XS2相當于我國規范中的水下區或土中區；XS3 相當于我國規范的潮汐區與浪濺區。

2.3 美國規范

由于美國規范未具體規定結構所處的環境類別與等級，僅區分了使用環境與使用條件，因此（ACI 318-19）的環境類別中沒有單獨列出海洋氯鹽環境，僅在其暴露類別“C 類——鋼筋防腐環境”中提及：“處于潮濕環境且受海水中的氯化物或噴濺物作用的混凝土”，并將其定義為最嚴重的作用等級C2。

2.4 對比分析

由表5 可看出，我國對海洋環境混凝土結構的環境等級劃分類似，但更為詳細，不僅從垂直方向進行了環境劃分，還按建筑物距離海岸線與海平面距離的不同，將大氣環境分為輕度鹽霧區（Ⅲ-D）和重度鹽霧區（Ⅲ-E），輕、重鹽霧區的界限應根據具體環境和既有工程調查確定。歐洲規范僅按照與海水的接觸情況從垂直方向劃分了XS1、XS2、XS3 三個等級。對于水中區和土中區這種永久處于海水的混凝土部位，兩部規范所劃分的環境作用等級不太一致。我國規范考慮到此部位的結構或構件處于缺氧環境，不易發生鋼筋銹蝕，將其定義為海洋環境的最低作用等級Ⅲ-C；歐洲規范考慮到永久浸沒于海水中不便處理，則將其定義為更高等級XS2。

相關研究指出，潮汐區和浪濺區的混凝土結構耐久性劣化最為嚴重[6]，從表5 也可看出，歐洲規范與我國規范均將潮汐區和浪濺區定義為最嚴重的環境等級。我國規范考慮到溫度對氯離子的擴散影響很大，隨著溫度的上升，氯離子的擴散作用加強，將潮汐區、浪濺區分為非炎熱地區和炎熱地區，且將其定義為最為嚴重的Ⅲ-E 和Ⅲ-F。由此可看出，我國考慮因素更全面，對潮汐區、浪濺區的劃分更為嚴謹。

3 結束語

（1）我國規范（GB/T 50476-2019）與歐洲規范（EN 1992-1-1：2004），對環境類別與環境作用等級規定都很詳細，大體均分為5 大類，其中我國將環境分為5 類16 個作用等級，歐洲規范分為6 類18 個作用等級。從環境作用等級來看，我國規范更為詳細。美國規范與中歐規范相差較大，未具體規定結構所處的環境類別。

（2）海洋環境是混凝土結構耐久性的主要影響因素。對于海洋氯鹽環境等級，我國不僅從垂直方向還從水平方向進行了劃分，此外劣化最為嚴重的潮汐區和浪濺區還考慮了溫度的影響。相比歐美規范，我國規范考慮的更為詳細全面。