混凝土结构耐久性国际规范的比较与分析

冯云芬 冯泽玉

（1.聊城大学建筑工程学院，山东 聊城 252059；2.莘县黄河河务局，山东 莘县 252400）

0 引言

混凝土结构广泛应用于工业与民用建筑、铁路、公路、桥梁、水利、核电等工程。一般来讲，工程所处环境存在多样性与复杂性，会严重影响混凝土结构的耐久性。因此，建立可靠的混凝土结构耐久性设计方法，提高混凝土结构的耐久性,一直是混凝土结构设计所面临的挑战。

随着“一带一路”的推进，我国企业在沿线国家新签承包工程项目越来越多。同时，国外设计与施工单位也逐渐进入国内市场。然而，各国耐久性设计规范的规定不尽相同，影响了混凝土耐久性设计的合理性。

目前,国际上比较受认可的混凝土设计规范包括:美国规范（ACI 318-19）[2]；欧洲规范（EN 1992-1-1：2004）[3]；我国的《混凝土结构耐久性设计标准》（GB/T 50476-2019）[4]。

本文针对中、美、欧海洋环境混凝土结构耐久性设计规定的环境类别和环境作用等级进行对比分析，旨在分析国内外混凝土耐久性设计方法的异同，为我国混凝土结构设计规范的修订提供参考，为设计施工人员开展涉外工程提供帮助。

1 环境类别

目前，各国混凝土结构耐久性设计思路，均是先确定结构的环境类别与环境等级，再对其耐久性措施提出要求[5]。环境类别仅代表结构所处环境形式的异同，并不反映环境的影响程度，而环境等级则反映了某种环境类别对混凝土结构的侵蚀程度。

1.1 我国规范

如表1 所示，我国《混凝土结构耐久性设计标准》（GB/T 50476-2019）定义了I—V 5 种环境类别，并按照环境对混凝土结构的侵蚀程度分了6 个等级：轻微（A）、轻度（B）、中度（C）、严重（D）、非常严重（E）和极端严重（F）。

表1 我国规范规定的环境作用等级

1.2 欧洲规范

欧洲规范EN 1992-1-1，根据欧洲标准（EN 206-1：2000）对环境情况进行分类，划分了6 种环境类别，分别用X、XC、XD、XS、XF、XA 表示，见表2。根据环境对耐久性的影响程度，又分别设置了3～4 种环境作用等级。每种环境类别分别用1、2、3、4 表示环境作用等级，数字越大，作用等级越高[4]。

表2 （EN 206-1:2000）规定的与环境条件有关的暴露等级

1.3 美国规范

与中欧规范不同，美国混凝土结构建筑规范（ACI 318-19）并未明确划分混凝土结构所处环境的类别，但也对所处环境和条件进行了区分，并说明了不同环境条件下应采取的措施。这些环境包括冻融循环（F）、硫酸盐（S）、与水接触（W）和钢筋防腐（C）环境[2]，见表3。

表3 （ACI 318-19）规定的暴露类别与等级

1.4 对比分析

环境类别与作用等级的细化,有益于将设计条款与腐蚀程度对照起来。虽然中欧规范考虑的因素不尽相同，但环境类别分类区别不大。由表1、表2 可看出，中欧规范规定的环境类别与环境作用等级都很详细，大体均分为5 大类，其中我国将环境分为5 类16 个作用等级，欧洲规范分为6 类18 个作用等级。两者环境类别的划分大体类似，其对应关系见表4。美国规范与中欧规范相差较大，未具体规定结构所处的环境类别与等级，仅区分了使用环境与使用条件，并介绍了引起混凝土耐久性问题的主要因素,以及不同环境应采取的耐久措施。

表4 中欧环境类别对应表

2 海洋氯化物环境作用等级

海洋氯化物环境是影响混凝土结构耐久性的主要环境因素。由于海洋环境混凝土结构各个部位的氯离子浓度与侵入机理不同，同一结构不同部位的耐久性劣化程度也大不相同。各国规范均按海洋氯化物对混凝土结构腐蚀的程度，对环境条件进行了划分，以便对不同结构部位采用不同的耐久性防腐措施。中美欧海洋氯化物环境对混凝土结构构件的作用等级划分见表5[2-4]。

表5 中美欧海洋环境作用等级

2.1 我国规范

由表5 可看出，我国规范将海洋混凝土结构所处环境，在垂直方向从上到下划分为：大气区、浪溅区、潮汐区、水下区和土中区5 个区域。大量调查发现，长期处于海水中或埋于土中，由于缺氧，钢筋锈蚀非常缓慢甚至停止，钢筋锈蚀危险不大，因此我国将水下区与土中区设置为C 级。近海地区大气中的氯离子浓度与地形、地貌、风向、风速等因素均有关系，处于大气区的构件腐蚀程度与构件离岸距离不无关系，基于此因素，将大气区分为轻度盐雾区和重度盐雾区，分别设置为D 和E级。由于干湿交替，潮汐区与浪溅区的钢筋锈蚀最为严重，特别是浪溅区，考虑到潮汐区不便修复，将其与浪溅区设置为同一作用等级；考虑到温度的影响，又将潮汐区与浪溅区分为非炎热地区（E 级）和炎热地区（F 级）。

2.2 欧洲规范

欧洲规范按照混凝土结构与海水的接触情况，将海洋氯化物腐蚀等级分为XS1、XS2 和XS3 三个等级。从表5 中可看出，XS1 大体相当于我国的大气区；XS2相当于我国规范中的水下区或土中区；XS3 相当于我国规范的潮汐区与浪溅区。

2.3 美国规范

由于美国规范未具体规定结构所处的环境类别与等级，仅区分了使用环境与使用条件，因此（ACI 318-19）的环境类别中没有单独列出海洋氯盐环境，仅在其暴露类别“C 类——钢筋防腐环境”中提及：“处于潮湿环境且受海水中的氯化物或喷溅物作用的混凝土”，并将其定义为最严重的作用等级C2。

2.4 对比分析

由表5 可看出，我国对海洋环境混凝土结构的环境等级划分类似，但更为详细，不仅从垂直方向进行了环境划分，还按建筑物距离海岸线与海平面距离的不同，将大气环境分为轻度盐雾区（Ⅲ-D）和重度盐雾区（Ⅲ-E），轻、重盐雾区的界限应根据具体环境和既有工程调查确定。欧洲规范仅按照与海水的接触情况从垂直方向划分了XS1、XS2、XS3 三个等级。对于水中区和土中区这种永久处于海水的混凝土部位，两部规范所划分的环境作用等级不太一致。我国规范考虑到此部位的结构或构件处于缺氧环境，不易发生钢筋锈蚀，将其定义为海洋环境的最低作用等级Ⅲ-C；欧洲规范考虑到永久浸没于海水中不便处理，则将其定义为更高等级XS2。

相关研究指出，潮汐区和浪溅区的混凝土结构耐久性劣化最为严重[6]，从表5 也可看出，欧洲规范与我国规范均将潮汐区和浪溅区定义为最严重的环境等级。我国规范考虑到温度对氯离子的扩散影响很大，随着温度的上升，氯离子的扩散作用加强，将潮汐区、浪溅区分为非炎热地区和炎热地区，且将其定义为最为严重的Ⅲ-E 和Ⅲ-F。由此可看出，我国考虑因素更全面，对潮汐区、浪溅区的划分更为严谨。

3 结束语

（1）我国规范（GB/T 50476-2019）与欧洲规范（EN 1992-1-1：2004），对环境类别与环境作用等级规定都很详细，大体均分为5 大类，其中我国将环境分为5 类16 个作用等级，欧洲规范分为6 类18 个作用等级。从环境作用等级来看，我国规范更为详细。美国规范与中欧规范相差较大，未具体规定结构所处的环境类别。

（2）海洋环境是混凝土结构耐久性的主要影响因素。对于海洋氯盐环境等级，我国不仅从垂直方向还从水平方向进行了划分，此外劣化最为严重的潮汐区和浪溅区还考虑了温度的影响。相比欧美规范，我国规范考虑的更为详细全面。